基于MCS—51系列單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

基于MCS-51系列單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄摘要.1Abstract.2前言.3第一章單片機(jī)概述及發(fā)展趨勢(shì).51.1單片機(jī)概述.51.2單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì).6第二章方案設(shè)計(jì)與論證.72.1方案設(shè)計(jì).72.2方案論證.8第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).93.1工作原理.93.2單元電路設(shè)計(jì).103.2.1DS18B20與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì).103.2.2鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì).213.2.3顯示電路設(shè)計(jì).223.2.4報(bào)警電路設(shè)計(jì).223.2.5復(fù)位電路設(shè)計(jì).233.2.6時(shí)鐘電路.24第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).254.1軟件設(shè)計(jì)總體思路及主程序流程圖.254.2測(cè)溫模塊流程圖.264.2.1溫度的采集.274.2.2多點(diǎn)溫度的測(cè)量.274.3顯示模塊流程圖.294.4鍵盤(pán)掃描流程圖.29總結(jié).31致謝.32參考文獻(xiàn).33附圖.34附圖1系統(tǒng)原理圖.34附圖2PROTEUS仿真圖.35附圖3PCB電路板圖.36第1頁(yè)共36頁(yè)摘要本課題主要介紹的是基于89S51單片機(jī)和DS18B20數(shù)字溫度傳感器的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用89S51單片機(jī)分別采集各個(gè)溫度點(diǎn)的溫度，實(shí)現(xiàn)溫度顯示、報(bào)警等功能。它以89S51單片機(jī)為主控制芯片，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)多路溫度的檢測(cè)，測(cè)量精度可以達(dá)到0.5。該系統(tǒng)采用4位LED數(shù)碼管作為顯示器，形象直觀的顯示測(cè)出的溫度值。本文首先在前言中介紹了此系統(tǒng)的背景以及功能。第二章確定設(shè)計(jì)方案。在第三章論述了總體的設(shè)計(jì)過(guò)程，確定了技術(shù)指標(biāo)及器件的選擇并且描述了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)框圖及所使用的各種芯片功能與特性。第四章重點(diǎn)剖析了軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程。最后一章中具體論述了系統(tǒng)的調(diào)試軟件及調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題?；?9S51單片機(jī)的單總線多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)具有硬件組成簡(jiǎn)單、多點(diǎn)溫度檢測(cè)、讀數(shù)方便、精度高、測(cè)溫范圍廣等特點(diǎn)，在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：89S51單片機(jī)，數(shù)字溫度傳感器，單總線第2頁(yè)共36頁(yè)AbstractTheproblemintroduces89S51monolithicmachineandtheDS18B20figuretemperaturesensor-basedmultiplespottemperaturemeasurementsystemmainly.89S51singlechipusingthesystemwerecollectedatvarioustemperaturesofthetemperature,temperaturedisplayandalarmfunctions.It89S51MCU-basedcontrolchip,digitaltemperaturesensorDS18B20therealizationofmulti-channeltemperaturedetection,measurementaccuracycanreach0.5.Thesystemuses4sectionsofnumericalcodetubesliquidcrystaldisplaymodules,4sectionsofnumericalcodetubesasadisplay,thedisplayofvisualimagestomeasurethetemperature.Thisarticlefirstdescribedintheintroductionofthissystem,aswellasbackgroundfeatures.Thesecondchaptertodeterminethedesign.Inthethirdchapterdiscussestheoveralldesignprocesstodeterminethetechnicalspecificationsandthechoiceofdeviceofdevicesandadescriptionofthehardwarecircuitdesign,hardwaredesignanddiagramusedinavarietyoffeaturesandfunctionsofthechip.ChapterIVanalyzesthekeysoftwaredesignprocess.Thefinalchapterdiscussesthespecificsystemdebugginganddebugsoftwareproblem.89S51singlechipbasedonsingle-busmulti-pointtemperaturemeasurementandcontrolsystemwithsimplehardwarecomponents,multi-pointtemperature,easyreading,high-accuracy,widetemperaturerange,andothercharacteristicsoftheactualprojectsarewidelyused.Keywords:digitaltemperaturesensor,89S51singlechip,single-bus第3頁(yè)共36頁(yè)前言21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技的進(jìn)步帶動(dòng)了測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時(shí)代，測(cè)量技術(shù)也成為當(dāng)今科技的一個(gè)主流，廣泛地深入到研究和應(yīng)用工程的各個(gè)領(lǐng)域。溫度是一個(gè)和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測(cè)量和控制的重要物理量，是國(guó)際單位制七個(gè)基本量之一。溫度的變化會(huì)給我們的生活、工作、生產(chǎn)等帶來(lái)重大影響，因此對(duì)溫度的測(cè)量至關(guān)重要。其測(cè)量控制一般使用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸相處理的功能器件，溫度傳感器的作用日顯突出，已成為自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)量測(cè)試中不可缺少的重要技術(shù)工具，其應(yīng)用已遍及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。分布式溫度傳感器在電力工業(yè)、煤礦、森林、火災(zāi)、高層建筑、航空、航天飛行器等有著重要的應(yīng)用前景，引起研究人員的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，已經(jīng)有不少分布式溫度傳感器的報(bào)道，包括基于光纖非線性效應(yīng)的拉曼溫度傳感器等，但由于其昂貴的成本而無(wú)法得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)使用了美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,它具有獨(dú)特的單總線接口方式,即允許在一條信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器,從而使測(cè)溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡(jiǎn)單,克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時(shí)需要的A/D轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn)。工作時(shí)由控制信號(hào)進(jìn)行具體測(cè)量點(diǎn)識(shí)別,這使得布線工作大大簡(jiǎn)化,可以方便地構(gòu)成多傳感器測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。此外與傳統(tǒng)的熱敏電阻傳感器相比,DS18B20具有更高的測(cè)量精度。所以，相對(duì)于傳統(tǒng)溫度傳感器而言,DS18B20數(shù)字溫度傳感器具有更高的經(jīng)濟(jì)性、靈活性、抗干擾性和精確度,在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)以及應(yīng)用需求的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的進(jìn)展。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)有了更高的飛躍，我們現(xiàn)在完全可以運(yùn)用單片機(jī)來(lái)代替人工測(cè)量,第4頁(yè)共36頁(yè)這樣既省時(shí)又省力。本設(shè)計(jì)是心AT89S51為單片機(jī)作為控制核心，提出了一種基于DS18B20的單總線多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，多個(gè)溫度傳感節(jié)點(diǎn)通過(guò)單總線與單片機(jī)相聯(lián)形成分布式系統(tǒng)。單片機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度的變化，通過(guò)4位數(shù)碼管顯示各節(jié)點(diǎn)溫度的數(shù)值，當(dāng)溫度值超出所設(shè)定的值時(shí)，報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)溫度系統(tǒng)的管理和控制。這種分布式溫度測(cè)量系統(tǒng)具有成本低廉、傳感精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定、易于管理等優(yōu)點(diǎn)。第5頁(yè)共36頁(yè)第一章單片機(jī)概述及發(fā)展趨勢(shì)1.1單片機(jī)概述MCS-51是目前市面上用的人群最多，用的領(lǐng)域最多，是一款相當(dāng)流行的單片機(jī)。單片微型計(jì)算機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用廣泛,發(fā)展迅速,已對(duì)人類(lèi)社會(huì)產(chǎn)生了巨大的影響。尤其是美國(guó)INTEL與Atmel公司生產(chǎn)的MCS-51單片機(jī)，由于其具有集成度高，處理功能強(qiáng)，可靠性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用及其廣泛。經(jīng)眾多國(guó)際大公司共同開(kāi)發(fā)和支持，MCS-51T系列單片機(jī)以其品種最齊全、開(kāi)發(fā)手段最豐富、技術(shù)資料和程序資源最完備等早早確立了其為工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)的地位。單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動(dòng)電路(LCD或LED驅(qū)動(dòng)電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)決策和實(shí)時(shí)控制，使被控對(duì)象完成預(yù)定的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)確定的功能。單片機(jī)系統(tǒng)和被控對(duì)象之間信息的交換輸入（INPUT）和輸出（OUTPUT）兩種類(lèi)型，前者在單片機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時(shí)，將被控對(duì)象的信息經(jīng)輸入通道送入單片機(jī)系統(tǒng)；后者在單片機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出時(shí)，將單片機(jī)系統(tǒng)決策的控制信息經(jīng)輸出通道作用于被子控對(duì)象，用單片機(jī)控制的電路相對(duì)集成，硬件電路簡(jiǎn)單、實(shí)用、易于智能控制，改變其物理量。但程序較為復(fù)雜。第6頁(yè)共36頁(yè)1.2單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。隨著時(shí)間的推移，計(jì)算機(jī)革命的完成，信息高速公路的飛速發(fā)展，我們的工業(yè)已經(jīng)和自動(dòng)化控制密不可分了。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的單片機(jī)年容量已達(dá)13億片，且每年以大約16%的速度增長(zhǎng),但相對(duì)于世界市場(chǎng)我國(guó)的占有率還不到1%。這說(shuō)明單片機(jī)應(yīng)用在我國(guó)才剛剛起步，有廣闊的前景。培養(yǎng)單片機(jī)應(yīng)用人才，特別是在工程技術(shù)人員中普及單片機(jī)知識(shí)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。單片機(jī)是二十世紀(jì)七十年代中期發(fā)展起來(lái)的一種大規(guī)模集成電路器件。它在一塊芯片內(nèi)集成了計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，構(gòu)成一種單片式的微型計(jì)算機(jī)。二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，國(guó)際上單片機(jī)的發(fā)展迅速，單片機(jī)應(yīng)用不斷深入，新技術(shù)層出不窮。單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)是一項(xiàng)新型的工程技術(shù)。其內(nèi)涵隨著單片機(jī)的發(fā)展而發(fā)展，而單片機(jī)的畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅讓我們明白了計(jì)算機(jī)硬件的一些知識(shí)，更讓我們懂得了許多關(guān)于現(xiàn)在個(gè)人計(jì)算機(jī)中的許多原始的命令的完成原理。第7頁(yè)共36頁(yè)第二章方案設(shè)計(jì)與論證2.1方案設(shè)計(jì)方案一該案由單片機(jī)、模擬溫度傳感器AD590、運(yùn)算放大器、AD轉(zhuǎn)換器、44鍵盤(pán)、LCD顯示電路、集成功率放大器、報(bào)警器組成。本方案采用模擬溫度傳感器AD590作為測(cè)溫元件，傳感器將測(cè)量的溫度變換轉(zhuǎn)換成電流的變化，再通過(guò)電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化，使用運(yùn)算放大器交將信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯螅詈笸ㄟ^(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳給給單片機(jī)，單