多路溫度測量系統(tǒng)設計.doc

電子信息工程專業(yè)基礎課程設計研究報告多路溫度測量系統(tǒng)設計 中國大慶 年 月信息技術學院課 程 設 計 任 務 書 一、課程設計課題：多路溫度測量系統(tǒng)設計二、課程設計工作日自 年 月 日至 年 月 日三、課程設計進行地點： 四、 程設計任務要求： (詳細內(nèi)容見課程設計文檔)1.課題來源:教師下發(fā)2.目的意義:1、培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的正確思想，訓練綜合應用已經(jīng)學過的理論知識和生產(chǎn)實際知識去綜合解決工程實際問題的能力。2、學習較復雜電子系統(tǒng)設計的一般方法，了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知識解決電子信息方面常見實際問題的能力，由有學生自行設計和調(diào)試。3、進行基本技能和技術訓練，如掌握設計資料、手冊、標準和規(guī)范以及使用繪圖軟件和仿真軟件等。3.基本要求:1、能夠通過相應的氣體傳感器實時檢測室內(nèi)的煤氣、天然氣信息，具有顯示功能；2、當煤氣和天然氣濃度高于設定界限值時自動報警（聲光報警），提醒用戶燃氣泄漏；3、設計鍵盤，能夠輸入界限濃度值；4、主要單元電路和元器件參數(shù)選擇；5、用繪圖軟件畫出總體電路圖；6、提交格式符合要求，內(nèi)容完整的設計報告。課程設計評審表指導教師評語：成績： 簽字： 日期： II08電信2微機設計性實驗報告1 設計任務和要求1.1 課題研究的背景和意義在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用單片機對溫度進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機對溫度的控制問題是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的控制問題。目前應用的溫度檢測系統(tǒng)大多采用由模擬溫度傳感器、多路模擬開關、AD轉(zhuǎn)換器及單片機等組成的傳輸系統(tǒng)。這種溫度采集系統(tǒng)需要大量的測溫電纜，才能把現(xiàn)場傳感器的信號送到采集卡上安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗，測量誤差也比較大，不利于控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定。針對這種情況，本文提出一種采用數(shù)字化單總線技術的溫度采集系統(tǒng)，并利用Proteus和medwin v3.0軟件對設計電路進行綜合虛擬仿真，實現(xiàn)了溫度實時測量和顯示。1.2 本設計的主要要求采用單片機80C51實現(xiàn)八路溫度檢測 。要求溫度范圍0100之間。溫度傳感器選用模擬和數(shù)字的都可以。 在LCD中顯示溫度。 精度達到1 。分辨率0.1根據(jù)精度自選A/D轉(zhuǎn)換芯片。 2 方案比較2.1 采用數(shù)字單片智能溫度傳感器智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是微電子技術、計算機技術和自動測試技術(ATE)的結晶。目前，已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU). 智能溫度傳感器的總線技術也實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-WIRE)總線、I2C總線、SMBUS總線和SPI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎上發(fā)展而成的。典型產(chǎn)品有DS18B20,智能溫度控制器適配各種微控制器,構成智能化溫控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨工作,自行構成一個溫控儀。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,具有3引腳TO92小體積封裝形式;溫度測量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度,測溫分辨率可達0.0625,被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生;多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55+125，在-10+85范圍內(nèi),精度為0.5。DS18B20的精度較差為0.2 ?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DALLAS 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的“DS1820”體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使您可以充分發(fā)揮“一線總線”的長處。 DS18B20、 DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 。由于DS18B20將溫度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、接口全部集成于一芯片，與單片機連接簡單、方便，與AD590相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用DS18B20。2.2 顯示器的選擇2.2.1 LED顯示器采用傳統(tǒng)的七段數(shù)碼LED顯示器。LED雖然價格便宜，但在現(xiàn)代的許多儀表、各種電子產(chǎn)品中逐漸被LCD所取代。2.2.2 LCD液晶屏采用LCD液晶屏進行顯示。LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要23伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無法比擬的，同時可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。優(yōu)點為：1 顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器的每一個點收到信號后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光，因此液晶顯示器的畫質(zhì)高而且不會閃爍。2 數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機的接口簡單操作也很方便。3 功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內(nèi)部電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其他器件要小很多。雖然LCD顯示器的價格比數(shù)碼管要貴，但它的顯示效果好，是當今顯示器的主流，所以采用LCD 作為顯示器。2.3 采用AT89S51單片機由于單片機技術在各個領域正得到越來越廣泛的應用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性能價格比，迅速占領了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應用領域中的主流。單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩個分支。通用計算機系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運算，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新，從8位、16位迅速過渡到32位、64位，并且不斷提高運算速度和完善通用操作系統(tǒng)，以突出其高速海量數(shù)值運算的能力，在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡通信中得到了廣泛應用；單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和極低的成本，廣泛應用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此，單片機的出現(xiàn)大大促進了現(xiàn)代計算機技術的飛速發(fā)展，成為近代計算機技術發(fā)展史上一個重要里程碑。由于MCS系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，運行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結構達到最優(yōu)化，工作也相對穩(wěn)定。51的優(yōu)點是價錢便宜,I/O口多,程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。單片機的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和語言也大大簡化。單片機的典型代表是Intel公司在20世紀80年代初研制出來的MCS51系列單片機。MCS51單片機很快在我國得到廣泛的推廣應用，成為電子系統(tǒng)中最普遍的應用手段，并在工業(yè)控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領域取得了大量應用成果。以MCS-51技術核心為主導的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機，同時增加了一些新的功能,所以用AT89S51。3 單元電路設計3.1 DS18B20 DSl820數(shù)字溫度計是美國Dallas公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度計，它提供9位(二進制)溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出，因此從主機CPU到DSl8B20僅需一條線。DSl820的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。因為每一個DSl820在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多DSl820可以存放在同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件。DSl820的測量范圍從-55到+125，增量值為0.5，可在l s(典型值)內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。每一個DSl820包括一個唯一的64位長的序號，該序號值存放在DSl820內(nèi)部的ROM(只讀存貯器)中。開始8位是產(chǎn)品類型編碼(DSl820編碼均為10H)。接著的48位是每個器件唯一的序號，最后8位是前面56位的CRC(循環(huán)冗余校驗)碼。圖2為DS18B20的實物圖。 圖2 溫度/數(shù)據(jù)關系（表1） 3.2 AT89C51 AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。ATC9C51實物圖如圖3。主要參數(shù)如下：與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器1000次擦寫周全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級加密程序存儲器1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程IO口線2個16位定時計數(shù)器6個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式 圖33.3 LCD1602由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。LCD1602的實物圖如圖4，主要參數(shù)如下：顯示容量:162個字符芯片工作電壓:4.55.5V 圖4工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)m4 元器件選擇單片機的P0.0、P0.1、P0.7分別與三極管的基極連接來控制控制溫度(圖4.1)和報警（圖5.2）。利用面包板搭了一個PNP9012的偏置電路電路如圖4-4?；鶚O輸入為“0”時，這時三極管導通推動報警器和控制電路工作，當基極輸入為“1”時，三極管不導通，報警器和控制電路都不工作。只要控制單片機的P0.0、P0.1、P0.7口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。5 整體電路6 電路工作原理系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分構成，當接收到系統(tǒng)發(fā)出的溫度轉(zhuǎn)換命令后， DS18B20開始進行溫度轉(zhuǎn)換操作并把轉(zhuǎn)化后的結果放到16 位暫存寄存器中的溫度寄存器內(nèi)， 然后與系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信， 系統(tǒng)將溫度讀出并驅(qū)動LED 數(shù)碼管顯示。如果溫度值低于設定下限值或高于設定上限值， 則自動啟動報警裝置。由于DS18B20 單總線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。該系統(tǒng)結構圖 圖17 困難及解決措施在做課程設計的過程中遇到了很多以前沒有在意的細節(jié)問題，在遇到困難后先是去圖書館查資料和請教同學和指導老師。8 軟件設計8.1 功能概述本系統(tǒng)的軟件由C語言編寫，程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值。8.2 系統(tǒng)軟件流程圖 開始執(zhí)行初始化時序發(fā)出跳過ROM匹配命令啟動溫度轉(zhuǎn)換延時750mS等待溫度轉(zhuǎn)換完成執(zhí)行初始化時序發(fā) 出 匹 配ROM命令1CRC 校 練正 確？溫度數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換結束讀 取 便 箋 存 儲 器 內(nèi)容 并 進 行 CRC 校 練發(fā) 出 讀 便 箋存 儲 器 命 令發(fā)出64位序列號1NY 9 總結與體會 經(jīng)過一周多的設計以及調(diào)試，實現(xiàn)實驗的部分設計要求，能讀出并顯示DS18B20采集的溫度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高低溫報警，能通過對按鍵的處理來調(diào)節(jié)高低溫報警溫度，使得1條總線上可以同時讀取到2個溫度傳感器的溫度值并將其同時顯示在液晶屏幕上，液晶屏幕可以清楚地區(qū)分2個溫度傳感器的溫度值。我在這為期一周多的設計性實驗中，我們在老師的指導下，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。我希望自己能在今后的深入學習中設計出更好的，力求創(chuàng)新，努力地提升自己，尋求更大的進步！最后用一句話來結束吧?！皩嵺`是檢驗真理的唯一標準”。10 致謝在本次課程設計中，不僅自己付出了很多心血，也得到了很多老師和同學的支持，為我創(chuàng)造了很多有利條件，在這里，我要特別感謝我的導師席桂清老師，在課程設計的開始，席老師給了我很多幫助，指導我了解了很多單片機的相關知識，并在當我設計遇到困難時，及時的給予幫助和鼓勵，同時，對我其他學科的鼓勵也滲透在課程設計的同時，給了我莫大的信心，為我順利完成課程設計起到了非常重要的作用。同時。我還要感謝實習組及實驗室的所有老師，為我的課程設計提供了非常便利的條件。11 參考文獻1、馬建國、孟憲元.電子設計自動化技術基礎.清華大學出版 ,2004 2、姜威.實用電子系統(tǒng)設計基礎,2008 3、姜威.單片機系統(tǒng)的PROTEUS設計與仿真 ,2007 4、張毅坤、陳善久.單片微型計算機原理及應用.西安電子科技大學 出版社,20035、李華.MCS51系列單片機實用接口技術.北京航空航天大學出版 社,20016、潭浩強.C語言程序設計.清華大學出版社,200122附錄：程序#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define data 1000sbit LEDCLK=P34;sbit LEDDIN=P23;sbit lcd_en=P22;sbit lcd_rw=P23;sbit lcd_rs=P24;sbit key0=P10;sbit key1=P11;sbit led=P17;#define lcd_date P0uchar code lcdtable=0123456789- ;uchar code error12=no facility;ucharrom_id38=0x28,0x56,0x04,0x00,0x00,0x00,0x0,0x9d,0x28,0x30,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x8e;uchar dispbuf8;uchar dispbuf18;uint data1=50000;uchar tem1,tem2,temt1,temt2;uint temper1;/溫度寄存器uint temper11;uint temper22;uint temper2;uint tempert1;/溫度閥值R-minuint tempert2;/溫度閥值R-maxuint tempert11;uint tempert22;#define NOP3() _nop_();_nop_();_nop_()sbit DQ=P32;bit flag_init;/DS18B20是否存在標志/*延時函數(shù)*功能: 可隨意設置延時時間,延時時間為（tt*9+16）us.晶振為12MHz*/void delay_us(unsigned int tt) while(tt-) ;/*延時函數(shù)*功能: 可隨意設置延時時間,延時時間為tt ms.晶振為12MHz*/void delay_ms(unsigned int tms)unsigned char i;while(tms-) for(i=123;i0;i-);void close_led()uchar i;for(i=8;i0;i-)LEDCLK=0;LEDDIN=1;_nop_();LEDCLK=1;_nop_();void Write_com(uchar com)lcd_rs=0;lcd_date=com;delay_ms(2);lcd_en=1;delay_ms(2);lcd_en=0;void Write_dat(uchar dat)lcd_rs=1;lcd_date=dat;delay_ms(2);lcd_en=1;delay_ms(2);lcd_en=0;void lcd_init()lcd_rw=0;lcd_en=0;delay_ms(15);Write_com(0x38);delay_ms(5);Write_com(0x38);delay_ms(5);Write_com(0x38);/顯示模式設置Write_com(0x08);/顯示關閉Write_com(0X01);/清屏Write_com(0x06);/顯示光標移動設置Write_com(0X0c);/顯示開及光標設置/*DS18B20初始化*/void reset()flag_init=1;EA=0;DQ=1;NOP3();DQ=0;delay_us(60);/480960us 556DQ=1;delay_us(5);/60usflag_init=DQ;delay_us(25);/241usEA=1;/*寫一個字節(jié)函數(shù)*/void Wri