糧囤多點(diǎn)溫度監(jiān)測器設(shè)計(jì)

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文） 題目：題目： 糧囤多點(diǎn)溫度監(jiān)測器設(shè)計(jì)糧囤多點(diǎn)溫度監(jiān)測器設(shè)計(jì) 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：起止時(shí)間： 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語 院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算 （論文） 題目 糧囤多點(diǎn)溫度監(jiān)測器設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)由單片機(jī)作為控制核心的糧囤多點(diǎn)

2、溫度監(jiān)測的儀器； 設(shè)計(jì)任務(wù)： 1以單片機(jī)為控制核心，對糧囤內(nèi)的多點(diǎn)溫度進(jìn)行監(jiān)測； 2測量糧囤內(nèi) 8 個(gè)測量點(diǎn)的溫度； 3應(yīng)用 8 個(gè)按鍵分別實(shí)時(shí)顯示 8 個(gè)測量點(diǎn)的溫度； 4設(shè)計(jì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路； 技術(shù)參數(shù)： 1采用合適的溫度傳感器； 2溫度測量的誤差不超過0.1 攝氏度； 3溫度顯示為格式為 cx xx.x, 其中 c 為顯示的字母 c，表示通道；x 為通道序號，xx.x 為相應(yīng)通道的溫度，顯示達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后一位。 進(jìn)度計(jì)劃 1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。（2 天，分散完成） 2、選擇溫度傳感器、單片機(jī)等元器件型號。（1 天，實(shí)驗(yàn)室完成） 3、繪制硬件電路圖。（1 天，實(shí)驗(yàn)室完

3、成） 4、按系統(tǒng)的控制要求，編寫軟件程序。（3 天，分散 2 天，實(shí)驗(yàn)室 1 天） 5、上機(jī)調(diào)試、修改程序、答辯。（2 天，實(shí)驗(yàn)室完成） 6、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1 天，分散完成） 指導(dǎo)教師評語及成績 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） i 摘 要 隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研等各 個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)。目前，在糧囤需要對糧食進(jìn)行多點(diǎn)溫度 監(jiān)控,以避免糧食的腐爛和變質(zhì)。在傳統(tǒng)的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)中大都采用模擬溫 度傳感器(例如 ad590）一般經(jīng)前端放大、a/d 變換和數(shù)據(jù)修正等過程。本文主

4、要設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 at89c51 單片機(jī)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用高精度溫度 電壓傳感器完成監(jiān)測溫度的過程，重點(diǎn)對系統(tǒng)的硬件連接，軟件編程，各模塊系 統(tǒng)流程以及各部分的電路進(jìn)行了分析介紹。本設(shè)計(jì)是以 at89s52 為核心，通過溫 度傳感器 tc1047 將溫度值轉(zhuǎn)換為電量輸出，經(jīng)過運(yùn)算放大電路放大后輸入 ad 轉(zhuǎn) 換電路進(jìn)行 ad 轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送給單片機(jī)進(jìn)行信息的分析和處理。 在顯示部分可以利用小鍵盤設(shè)定溫度的最大值和最小值，對于超過最大值或者最 小值的溫度數(shù)據(jù)通過發(fā)光二極管進(jìn)行報(bào)警，所以這個(gè)系統(tǒng)使用起來相當(dāng)方便，具 有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合我

5、們?nèi)粘Ｉ詈凸ぁ?農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，具有廣泛的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：溫度監(jiān)測；單片機(jī)；數(shù)碼管顯示；ad 轉(zhuǎn)換； 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） ii 目 錄 第 1 章 緒論.1 第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案.2 2.1 概述.2 2.2 總體設(shè)計(jì)思路 .2 2.2.1 方案比較和論證 .2 2.2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu).3 第 3 章 硬件設(shè)計(jì).4 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).4 3.1.1 電源電路的設(shè)計(jì) .4 3.1.2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) .4 3.1.3 晶振電路的設(shè)計(jì) .5 3.2 傳感器電路的設(shè)計(jì) .5 3.2.1 傳感器與多路模擬開關(guān)的連接設(shè)計(jì) .6 3.2.2 運(yùn)算放大電路設(shè)計(jì).7 3.

6、2.3 a/d 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) .7 3.3 鍵盤及顯示電路 .8 3.3.1 顯示電路的設(shè)計(jì) .8 3.3.2 鍵盤電路的設(shè)計(jì) .9 第 4 章 軟件設(shè)計(jì).11 4.1 主程序設(shè)計(jì) .11 4.2 子程序的設(shè)計(jì) .12 4.2.1 溫度采集子程序的設(shè)計(jì) .12 4.2.2 數(shù)碼管子程序的設(shè)計(jì).12 第 5 章 系統(tǒng)測試及誤差分析.14 5.1 系統(tǒng)測試 .14 5.2 誤差分析 .14 第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié).15 參考文獻(xiàn).16 附錄.17 附錄.18 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 0 第 1 章 緒論 在實(shí)際生產(chǎn)中，為了避免局部的溫度過高或過低，需要對某個(gè)空間內(nèi)多個(gè)點(diǎn) 的溫度進(jìn)行監(jiān)測，如溫室

7、大棚、糧倉等，以便采取相應(yīng)的措施為了改善監(jiān)測人 員的工作條件，監(jiān)測人員一般需要遠(yuǎn)離監(jiān)測對象因此，多點(diǎn)溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測在實(shí) 際生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值溫度測量的方法有多種，目前典型的溫度測量系 統(tǒng)是由模擬式溫度傳感器、ad 轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)組成但是，由于模擬式溫度 傳感器輸出的為模擬信號，必須經(jīng)過 ad 轉(zhuǎn)換才能與單片機(jī)等微處理器接口， 并且每個(gè)測溫點(diǎn)都要占甩單片機(jī)一個(gè) i0 口，這種系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離傳輸使得系統(tǒng) 非常復(fù)雜，成本較高此外，模擬傳感器的信號在傳輸中易受干擾，降低了系統(tǒng) 檢測的精度和穩(wěn)定性。 溫度監(jiān)測系統(tǒng)是工農(nóng)業(yè)應(yīng)用中一個(gè)典型且極其廣泛的系統(tǒng)，對不同控制對象 的溫度進(jìn)行監(jiān)測具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。

8、目前，智能溫室是在普通溫室的基礎(chǔ)上，應(yīng) 用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)等發(fā)展起來的。一個(gè)完整的智能溫室 控制系統(tǒng)由溫度控制、濕度控制、澆灌控制、數(shù)據(jù)采集與處理等四個(gè)子系統(tǒng)組成。 溫度控制在整個(gè)控制系統(tǒng)中具有非常重要的地位，溫室溫度過高或過低均對作物 的生長有重要影響。而數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)對系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)處理后通過控制器 來對其它控制環(huán)節(jié)作相應(yīng)的動(dòng)作，以達(dá)到作物生長的最佳環(huán)境。為了減少溫度的 變化帶來不良結(jié)果，不僅需要用更精確的溫度傳感器對溫度進(jìn)行測量，也要對溫 室進(jìn)行多點(diǎn)測量，做到精確測量和穩(wěn)定控制。本文結(jié)合模擬電子技術(shù)和單片機(jī)等 技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種多點(diǎn)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測中心通過 pc

9、機(jī)軟件發(fā)送控制指令使 數(shù)據(jù)終端相應(yīng)的傳感器測溫，并將所測得的溫度值顯示在數(shù)碼管顯示屏上，這樣 能有助于盡早的發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，為提高生產(chǎn)率、生產(chǎn)質(zhì)量做出一定的貢獻(xiàn)。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 1 第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案 2.1 概述 本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)糧囤多點(diǎn)溫度監(jiān)測器，并在實(shí)踐的 基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“單片機(jī)”課程中 所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。 應(yīng)用場合: 應(yīng)用于存放糧食的糧囤 ，糧囤的溫度變化對糧食的儲(chǔ)存影響很 大，需要實(shí)時(shí)的對糧囤的溫度進(jìn)行監(jiān)控，運(yùn)用傳統(tǒng)的人工測量記錄方法，就給工 作人員帶來了

10、很大的工作量，也不能很好的控制糧囤的溫度。而運(yùn)用現(xiàn)代監(jiān)測技 術(shù)就很好的解決了這一問題。這里使用 8 個(gè)高精度溫度傳感器 tc1047，將采集的 溫度信號送給單片機(jī)，然后通過 5 個(gè)數(shù)碼管顯示器顯示當(dāng)前某點(diǎn)的溫度。 系統(tǒng)功能介紹: tc1047 將各點(diǎn)溫度采集后經(jīng)過放大，ad 轉(zhuǎn)換后傳給單片機(jī)， 經(jīng)溫度采集函數(shù)后，單片機(jī)將指令送入數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片 74ls160，數(shù)碼管顯示某 點(diǎn)當(dāng)前的溫度值。 2.2 總體設(shè)計(jì)思路 2.2.1 方案比較和論證 方案一： 采用 dht11 溫濕度數(shù)字傳感器采集溫度，由于 dht11 是數(shù)字式溫度傳感器， 所以它采集到溫度信息，直接輸出的三數(shù)字信號，而單片機(jī)可以直接識(shí)

11、別數(shù)字信 號，所以可以將直接采集溫度的數(shù)字信號，交由單片機(jī)直接分析和處理，再由單 片機(jī)直接輸出指令，發(fā)送個(gè) 74ls164 芯片，然后經(jīng)過 74ls164 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。 方案二： 采用高精度溫度電壓傳感器 tc1047，采集各點(diǎn)的溫度信息后，經(jīng)過運(yùn)算放大 電路放大信號，由于 tc1047 是模擬傳感器，它輸出的是模擬信號，所以需要經(jīng) 過 ad0804 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行分析和處理，再輸出經(jīng)過數(shù)碼 管顯示，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測各點(diǎn)溫度的功能。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 2 經(jīng)過上述 2 個(gè)方案的對比，由于溫濕度傳感器 dht11 對于本設(shè)計(jì)來說，不需 要測量濕度，所以性價(jià)比就相對低于第

12、二種方案。根據(jù)合理性和經(jīng)濟(jì)性，我們采 用了第二種方案。 .2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)由 4 個(gè)模塊組成：主控制器（單片機(jī)）、溫度采集模塊、溫度顯 示模塊、控制電路模塊。主控制器由單片機(jī) at89s52 實(shí)現(xiàn)，測溫電路由 tc1047 溫度傳感器實(shí)現(xiàn)，顯示電路由 8 位數(shù)碼管直讀顯示，控制電路由按鍵構(gòu)成。 單片機(jī)選用 at89s52，溫度采集模塊選用高精度溫度電壓傳感器 tc1047 經(jīng)過 放大電路放大后，送入 ad0809 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行 ad 轉(zhuǎn)換，得到溫度信息的數(shù)字信號。 溫度顯示模塊采用 74ls164 驅(qū)動(dòng) 8 位數(shù)碼管，使用獨(dú)立式按鍵控制顯示，實(shí)

13、現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示各點(diǎn)溫度的功能。 控制電路有多路模擬開關(guān)和獨(dú)立式按鍵電路，經(jīng)按鍵掃描和程序來實(shí)現(xiàn)控制。 系統(tǒng)框圖如下： 單片機(jī) 溫度傳感器 電源 按鍵電路 多路 模擬 開關(guān) cd405 1 放大電路 a/d 轉(zhuǎn)換電 路 圖 2.1 總體框架圖 顯示電路 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 3 本設(shè)計(jì)由信號采集、信號分析和信號處理三個(gè)部分組成的。 （1）信號采集 由 tc1047 溫度傳感器經(jīng)多路模擬開關(guān) cd4051 輸出微小電 壓，然后經(jīng)過加法放大器放大一定倍數(shù)，再經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換電路輸入單片機(jī)這幾部分 組成； （2）信號分析 由單片機(jī)基本系統(tǒng)組成； （3）信號處理 由串行口 led 顯示器組成。 本科生課程

14、設(shè)計(jì)（論文） 4 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)由 3 部分組成：電源電路,復(fù)位電路和晶振電路。 3.1.1 電源電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)單片機(jī)電源需求的大小，使用 cw7805 三端固定正集成穩(wěn)壓器，使電源 參輸出電壓穩(wěn)定在+5v，輸出電流在 1.5a。該器件內(nèi)部設(shè)置有過熱保護(hù)和調(diào)整管 安全工作區(qū)保護(hù)電路。內(nèi)部電路采用噪聲低，溫度漂移小的帶隙基準(zhǔn)源結(jié)構(gòu)，可 確保使用安全。下圖是該三端溫雅電源的電路圖，圖中的 c2，c3 主要用來消除 可能產(chǎn)生的高頻寄生振蕩。在穩(wěn)壓輸出方面效果極佳。 電路圖如下： 123456 a b c d 654321 d c b a t itl

15、e n um berr evisionsize b d ate:22-jun- 2012shee t of file:c :pr o g r a m f il e sd e sig n e x pl o r e r 99 s e e x a m pl e sm yd e sign.ddbd raw n b y: 1 2 3 4 t c 1 3300u c 2 0.33u c 3 0.01u c w 7805 220v 2 3 +v 01 圖 3.1 電源電路 3.12 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 由于單片機(jī)在某些意外情況下，會(huì)出現(xiàn)死機(jī)的情況，因此我們在使用單片 機(jī)時(shí)，必不可少的是復(fù)位操作。 復(fù)位操作可以使

16、單片機(jī)初始化，可以使死機(jī)狀態(tài)的單片機(jī)重新啟動(dòng)，在本設(shè) 計(jì)中我們采用的是按鍵復(fù)位電路，按鍵按下后經(jīng)過rc電路將單片機(jī)電源斷開電路 圖如圖3.2： cw7805 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 5 s sw-pb 22uf c 200 r1 1k r2 gnd vcc vcc reset 圖 3.2 復(fù)位電路 3.1.3 晶振電路的設(shè)計(jì)計(jì) 單片機(jī)需要的時(shí)鐘信號可由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 外部時(shí)鐘方式是采用外部振蕩器，外部振蕩脈沖信號由89s52的xtal1端接入 后直接送至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，電路圖如下: 123456 a b c d 654321 d c b a t i tle n um

17、 berr evi sio nsi ze b d ate:22 -ju n- 20 12sh ee t of fi le:c :pr o g r a m f il e s d e sig n e x pl o r e r 99 s e e x a m pl e s m y d e sig n.d dbd raw n b y: c 1 c 2 y x t a l 1 x t a l 2 圖 3.3 晶振電路 3.2 傳感器電路的設(shè)計(jì) 在傳統(tǒng)的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)中大都采用模擬溫度傳感器(例如ad590）一般經(jīng) 前端放大、a/d 變換和數(shù)據(jù)修正等過程。在這里，采用tc1047高精度溫度/電壓 轉(zhuǎn)換傳感

18、器，經(jīng)多路模擬開關(guān)cd4051后輸出，放大后經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換電路后輸出數(shù)字 信息送入單片機(jī)，得到各點(diǎn)的溫度信息。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 6 因?yàn)樾枰獙?shí)時(shí)監(jiān)測各點(diǎn)的溫度，所以才需要多路模擬開關(guān)來控制各路的溫度 檢測信號。多路模擬開關(guān)a、b、c三端接入單片機(jī)的i/o口，用程序來實(shí)現(xiàn)具體的 信號選擇，才能按要求采集到各點(diǎn)的溫度信息。 321 傳感器與多路模擬開關(guān)的連接設(shè)計(jì) tc1047高精度溫度傳感器，按順序排列8個(gè)和多路模擬開關(guān)cd4051連接，具 體電路連接圖如圖3.4： vout 1 vcc 3 gnd 2 0 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 2 tc1047 vout 1

19、vcc 3 gnd 2 4 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 6 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 1 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 3 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 5 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 7 tc1047 gnd vcc i/o0 0 i/o1 1 i/o2 2 i/o3 3 i/o4 4 i/o5 5 i/o6 6 i/o7 7 x 8 a 9 b 10 c 11 gnd 12 vee 13 vcc 14 * cd4051 gnd vcc x1 x2 x3 x4 a0 a1 a

20、2 a3 a4 a5 a6 a7 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 圖 3.4 傳感器連接電路 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 7 3.22 運(yùn)算放大電路設(shè)計(jì) 溫度傳感器采集溫度后經(jīng)過8路模擬開關(guān)接入運(yùn)算放大電路，第一個(gè)運(yùn) 放采用lm158ad型號的形成加法器，電壓經(jīng)第一個(gè)加法器，然后正相放大得到 05v的電壓。輸入單片機(jī)，進(jìn)行信息的分析和處理。 5.1k r1 100k r3 100k r5 100k r4 res2 100k r6 30k r7 res2 120k r8 res2 lm158ad lm158ad vcc gnd gnd vcc vcc 1k r2 gnd gnd x1

21、 + - -x5 圖 3.5 運(yùn)算放大電路 32.3 a/d 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 由于tc1047是模擬傳感器，它采集的溫度信息是以模擬信號傳輸?shù)?，而單?機(jī)只能識(shí)別數(shù)字信號，所以必須經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換之后才能得到傳感器的溫度信息，單 片機(jī)才能根據(jù)這些數(shù)字信號對溫度信號進(jìn)行處理和分析。 本次設(shè)計(jì)的ad轉(zhuǎn)換電路由ad轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)，adc0804是8 位逐次逼近 型a/d轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)a/d 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存 器組成。a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量。 rd 外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號。 rd 為低電平時(shí)，db0db7 處理高阻 抗：rd

22、為高電平時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會(huì)輸出。 wr：用來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 adc 的轉(zhuǎn)換開始（cs 非=0 時(shí)），當(dāng) wr 由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，轉(zhuǎn)換器被清除；當(dāng) wr 回到低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開始。 agnd,dgnd:模擬信號以及數(shù)字信號的接地。 vref:輔助參考電壓 。 vcc: 電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 8 用于a/d轉(zhuǎn)換的ad0804芯片電路圖如圖3.6： db0 0 db1 1 db2 2 db3 3 db4 4 db5 5 db6 6 db7 7 cs_1 8 rd_1 9 wr_1 10 v+ 11 vref/2 12 vin+ 14 clk r 1

23、5 clk in 16 vin- 17 agnd 18 dgnd 19 adc0804 x5 p3.5 p3.6 p3.7 p2.0 p2.1 p2.2 p2.3 p2.4 p2.5 p2.6 p2.7 10k r1 150pf c1 gnd +5 avss 圖 3.6 adc0804 外圍電路圖 3.3 鍵盤及顯示電路 3.3.1 顯示電路的設(shè)計(jì) 在單片機(jī)接收到經(jīng)由傳感器電路傳送來的各點(diǎn)溫度的信息后，單片機(jī)根據(jù)自 身的程序進(jìn)行信息處理，然后經(jīng)由顯示電路顯示在數(shù)碼管顯示器上。 74ls164 是高速硅門 cmos 器件，與低功耗肖特基型 ttl (lsttl) 器件的 引腳兼容。74ls164

24、 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行 輸出。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（dsa 或 dsb）之一串行輸入；任一輸入端可以用作 高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者 把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 本次顯示電路的設(shè)計(jì)，使用74ls164驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管，然后根據(jù)按鍵 來控制某個(gè)點(diǎn)的溫度的顯示，不按鍵時(shí)默認(rèn)為第0組的溫度顯示。數(shù)碼管從上到 下編號04，顯示數(shù)字形式為cx xx.x。達(dá)到顯示精確度0.1攝氏度。 將8個(gè)溫度傳感器按順序連接到8路模擬開關(guān)上，傳感器采集到當(dāng)前點(diǎn)的溫度 信息后，將模擬信號電量輸出，8路模擬開關(guān)的abc三個(gè)端口接在

25、單片機(jī)的三個(gè) i/o口，在單片機(jī)輸出指令后確定哪路開關(guān)通路，來確定8路開關(guān)輸出那個(gè)溫度傳 感器的溫度信息。 具體電路圖如圖3.7： 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 9 vcc 0 a 1 b 2 clk 3 q0 4 q1 5 q2 6 q3 7 q4 8 q5 9 q6 10 q7 11 gnd 12 74ls160 4 vcc 0 a 1 b 2 clk 3 q0 4 q1 5 q2 6 q3 7 q4 8 q5 9 q6 10 q7 11 gnd 12 74ls160 0 vcc 0 a 1 b 2 clk 3 q0 4 q1 5 q2 6 q3 7 q4 8 q5 9 q6 10 q7 11

26、gnd 12 74ls160 1 vcc 0 a 1 b 2 clk 3 q0 4 q1 5 q2 6 q3 7 q4 8 q5 9 q6 10 q7 11 gnd 12 74ls160 2 vcc 0 a 1 b 2 clk 3 q0 4 q1 5 q2 6 q3 7 q4 8 q5 9 q6 10 q7 11 gnd 12 74ls160 3 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 1k r0 res pack4 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 1k r1 res pack4 1 2 3 4 5 6 7 8

27、 16 15 14 13 12 11 10 9 1k r2 res pack4 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 1k r3 res pack4 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 1k r4 res pack4 a 1 f 2 g 3 e 4 d 5 a 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 ds0 dpy yellow-ca a 1 f 2 g 3 e 4 d 5 a 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 ds1 dpy yellow-ca a 1 f 2 g 3 e 4 d 5 a 6 c 8 dp

28、 7 b 9 a 10 ds2 dpy yellow-ca a 1 f 2 g 3 e 4 d 5 a 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 ds3 dpy yellow-ca a 1 f 2 g 3 e 4 d 5 a 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 ds4 dpy yellow-ca gnd +5 p1.0 p1.1 圖 3.7 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)電路圖 3.3.2 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 鍵盤電路分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵，通常矩陣式按鍵用于按鍵數(shù)目較多 的場合，本次按鍵數(shù)目不多，所以使用獨(dú)立式按鍵。 單片機(jī)根據(jù)按鍵掃描來確定輸出指令控制數(shù)碼管，達(dá)到實(shí)時(shí)顯示某個(gè)傳感器 點(diǎn)的溫度的目的

29、。獨(dú)立式按鍵是指用i0口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，每個(gè)獨(dú)立式 按鍵單獨(dú)占有一根i0口線，每根i0口線上按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他io 口線的工作狀態(tài)，即一個(gè)按鍵對應(yīng)著個(gè)端口輸入，每一個(gè)按鍵都有一個(gè)按鍵電 路來判斷其是否按下。 上拉電阻確保按鍵松開時(shí)，io口線有確定的高電平。當(dāng)io口線內(nèi)部有上 接電阻時(shí)，外電路可以不配置上拉電阻，可以采用查詢方式或中斷方式讀取按鍵。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 10 按鍵電路圖如圖3.8： gnd 89 r0h 116 r1a 215 r1b 314 r1c 413 r1d 512 r1e 611 r1f 710 r1g k0 k1 k2 k3 k4 k5 k6 k7

30、+5 p2.0 p2.1 p2.2 p2.3 p2.4 p2.5 p2.6 p2.7 圖 3.8 鍵盤電路 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 11 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 4.1 主程序設(shè)計(jì) 主程序模塊要做的主要工作是上電后對系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件 框架，其中初始化包括對單片機(jī)的初始化、ad芯片初始化和串口初始化等。然 后等待溫度設(shè)定，若溫度已經(jīng)設(shè)定好了，判斷系統(tǒng)運(yùn)行鍵是否按下，若系統(tǒng)運(yùn)行， 則依次調(diào)用各個(gè)相關(guān)模塊，循環(huán)控制直到系統(tǒng)停止運(yùn)行。主程序模塊的程序流程 圖如圖： 圖 4.1 主程序流程圖 開始 讀取傳感器序列 啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換 初始化 a/d 轉(zhuǎn)換是否完 成 發(fā)送溫度數(shù)據(jù)指令 按鍵掃描、

31、顯示 n y 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 12 4.2 子程序的設(shè)計(jì) 4.2.1 溫度采集子程序的設(shè)計(jì) 溫度采集子程序，首先將傳感器初始化，由于傳感器是模擬傳感器，所以需 要發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令將采集到的溫度信號經(jīng)過 ad 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然 后傳給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。因?yàn)槭怯脭?shù)碼管顯示，所以需要獨(dú)處溫度值 的高位和低位，然后將高低位合并，來讀取溫度的數(shù)值。 溫度采集程序流程圖 圖 4.2 溫度采集程序流程圖 4.2.2 數(shù)碼管子程序的設(shè)計(jì) 對于 8 位數(shù)碼管的顯示程序，首先進(jìn)行初始化，然后經(jīng)過掃描函數(shù)對按鍵進(jìn)行 掃描，確定導(dǎo)通的那一路來進(jìn)行數(shù)碼管的溫度顯示。這里要進(jìn)行仿真，對程序的 反

32、復(fù)修改，多次實(shí)驗(yàn)后才能確定準(zhǔn)確的相關(guān)參數(shù)。按鍵按下后，單片機(jī)的 i/o 口 開始 傳感器初始化 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換指令 讀溫度值低字節(jié) 讀溫度值高字節(jié) 高低字節(jié)合并 讀取溫度值 返回 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 13 有輸入時(shí)，表示開關(guān)被按下，則在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)點(diǎn)的溫度值。按鍵未按時(shí)， 默認(rèn)顯示第 0 組溫度傳感器的溫度值。 數(shù)碼管顯示程序流程圖 圖 4.3 數(shù)碼管顯示程序流程圖 開始 初始化 按鍵掃描 溫度顯示 返回 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 14 第 5 章 系統(tǒng)測試及誤差分析 5.1 系統(tǒng)測試 將整體電路連接，從溫度采集到運(yùn)算放大，運(yùn)算放大電路到ad轉(zhuǎn)換電路，ad 轉(zhuǎn)換電路到單片機(jī)，前向通道連接完成

33、。后向通道由獨(dú)立式按鍵和8位數(shù)碼管構(gòu) 成。連接完畢后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測。 實(shí)驗(yàn)過程中，傳感器的工作狀況良好，運(yùn)算放大電路由于環(huán)境的影響有時(shí)候 出現(xiàn)失真，不能夠精確的實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)。ad轉(zhuǎn)換電路在轉(zhuǎn)換過程中時(shí)長出現(xiàn)無法 及時(shí)轉(zhuǎn)換的問題，數(shù)碼管顯示正常。 實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚧緦?shí)現(xiàn)各點(diǎn)溫度的顯示，但是存在延時(shí)，失真等問題。有時(shí)候不 能很精確的顯示某點(diǎn)的溫度，存在很多方面的誤差。 5.2 誤差分析 本次設(shè)計(jì)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，存在很多方面的誤差。有人為因素，有環(huán)境因素等 隨即誤差，還有器件由于老化等產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。 在實(shí)驗(yàn)過程中，運(yùn)算放大電路的抗干擾能力有限，受環(huán)境影響很大，ad轉(zhuǎn)換 電路未能及時(shí)轉(zhuǎn)換完成給顯示帶來很大的延

34、時(shí)。 由于器件的老化，操作的不熟練，也產(chǎn)生了很多隨機(jī)誤差，但是總體來看， 本設(shè)計(jì)基本能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測這一功能。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 15 第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 此次實(shí)習(xí)我用單片機(jī)做一個(gè)完整的系統(tǒng)，在完成的過程中走了很多彎路，比 如由于對硬件方面的東西尚不熟，查閱資料以及準(zhǔn)備材料時(shí)都沒有考慮到實(shí)踐的 可行性，在這里要特別感謝實(shí)驗(yàn)室的老師給予了我們耐心的指導(dǎo)，并給我們提出 了建設(shè)性的意見，特別是在傳感器部分和顯示部分的電路，老師給了很大的幫助， 指出了很多我平時(shí)學(xué)習(xí)上的漏洞。在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖 然以前還做過這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長進(jìn)了很多，雖然以前寫過

35、幾次 程序，但我覺的寫好一個(gè)程序并不簡單。正是通過這些彎路我們才真正學(xué)到了不 少東西。在做系統(tǒng)的同時(shí)，和同學(xué)們之間的相互探討也使我獲益匪淺。我們必須 學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，用自己的能力去完成一件作品。有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍?做了，才能真正的掌握。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 16 參考文獻(xiàn) 1 倪云峰.單片機(jī)原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009 2 劉娟.單片機(jī) c 語言與 protues. 北京:中國電力出版社，2010.7 3 張文中.論石油價(jià)格與石油工業(yè)發(fā)展.世界石油經(jīng)濟(jì)，1990 4 張道德.單片機(jī)接口技術(shù)（c51 版）.北京：水利水電出版社，1995 5 彭為. 單片機(jī)典型系

36、統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講及其應(yīng)用系統(tǒng). 北京：電子工業(yè)出版社， 2006 6 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 高等教育出版社 1998 7 劉文濤.單片機(jī)語言 c51 典型應(yīng)用設(shè)計(jì). 北京：人民郵電出版社,1998 8 劉復(fù)華. 單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng). 北京：清華大學(xué)出版社，1992 9 劉瑞星,胡健等.protel dxp 實(shí)用教程機(jī)械工業(yè)出版社，2003 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 17 附錄 vout 1 vcc 3 gnd 2 0 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 2 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 4 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 6 t

37、c1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 1 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 3 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 5 tc1047 vout 1 vcc 3 gnd 2 7 tc1047 gnd vcc i/o0 0 i/o1 1 i/o2 2 i/o3 3 i/o4 4 i/o5 5 i/o6 6 i/o7 7 x 8 a 9 b 10 c 11 gnd 12 vee 13 vcc 14 * cd4051 gnd vcc x1 x2 x3 x4 5.1k r1 100k r3 100k r5 100k r4 res2 100k r6 30k r

38、7 res2 120k r8 res2 lm158ad lm158ad vcc gnd gnd vcc vcc 1k r2 gnd gnd x1 + - -x5 vcc 0 a 1 b 2 clk 3 q0 4 q1 5 q2 6 q3 7 q4 8 q5 9 q6 10 q7 11 gnd 12 74ls160 4 vcc 0 a 1 b 2 clk 3 q0 4 q1 5 q2 6 q3 7 q4 8 q5 9 q6 10 q7 11 gnd 12 74ls160 0 vcc 0 a 1 b 2 clk 3 q0 4 q1 5 q2 6 q3 7 q4 8 q5 9 q6 10 q7 11

39、 gnd 12 74ls160 1 vcc 0 a 1 b 2 clk 3 q0 4 q1 5 q2 6 q3 7 q4 8 q5 9 q6 10 q7 11 gnd 12 74ls160 2 vcc 0 a 1 b 2 clk 3 q0 4 q1 5 q2 6 q3 7 q4 8 q5 9 q6 10 q7 11 gnd 12 74ls160 3 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 1k r0 res pack4 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 1k r1 res pack4 1 2 3 4 5 6 7

40、8 16 15 14 13 12 11 10 9 1k r2 res pack4 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 1k r3 res pack4 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 1k r4 res pack4 a 1 f 2 g 3 e 4 d 5 a 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 ds0 dpy yellow-ca a 1 f 2 g 3 e 4 d 5 a 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 ds1 dpy yellow-ca a 1 f 2 g 3 e 4 d 5 a 6 c 8 d

41、p 7 b 9 a 10 ds2 dpy yellow-ca a 1 f 2 g 3 e 4 d 5 a 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 ds3 dpy yellow-ca a 1 f 2 g 3 e 4 d 5 a 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 ds4 dpy yellow-ca gnd +5 p1.0 p1.1 gnd 89 r0h 116 r1a 215 r1b 314 r1c 413 r1d 512 r1e 611 r1f 710 r1g k0 k1 k2 k3 k4 k5 k6 k7 +5 p2.0 p2.1 p2.2 p2.3 p2.4 p2.5 p2.6 p2.

42、7 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 18 附錄 源程序： #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit ds = p20 ; sbit dula = p26 ; sbit wela = p27 ; sbit beep = p21 ; int temp ; float f_temp ; int warn_l1 = 50 ; int warn_l2 = 0 ; int warn_h1 = 300 ; int warn_h2 = 1000 ; /*顯示 */ uchar code table = 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f, 0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07, 0 x7f,0 x6f, 0 xbf,0 x86,0 xdb,0 xcf, 0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87, 0 xff,0 xef, 0 x40 ; void delay(int z) int a,b ; for(a = 0;a z ;a+) for(