基于單片機(jī)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

基于單片機(jī)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)劉亞河北工業(yè)大學(xué)廊坊分校HYPERLINK”mailto：798476220@"798476220＠摘要：隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn),溫度檢測(cè)和顯示系統(tǒng)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。人們?cè)跍囟葯z測(cè)的準(zhǔn)確度、便捷、快速等方面有著越來(lái)越高的要求。而傳統(tǒng)的溫度傳感器已經(jīng)不能滿足人們的需求，其漸漸被新型的溫度傳感器所代替.本文從硬件和軟件兩方面介紹了基于單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)硬件原理圖和程序框圖作了簡(jiǎn)要的描述。關(guān)鍵詞:AT89C51；溫度；檢測(cè)系統(tǒng)DesigntemperaturedetectionsystembasedonsinglechipLiuyaLangfangbranchofHebeiUniversityofTechnologyHYPERLINK”mailto:798476220＠”798476220＠Abstract:withtherapiddevelopmentofmoderninformationtechnologyandtheprogressiverealizationofthetraditionalindustrialtransformation,temperaturedetectionanddisplaysystemiswidelyappliedinmanyfields.Peopleintemperaturedetectingaccuracy，convenient,fast,etchavehigherandhigherrequirements。Andthetraditionaltemperaturesensoralreadycan’tsatisfypeople’sneeds,itgraduallyreplacedbynewtypeoftemperaturesensor.Inthispaper，fromtwoaspectsofhardwareandsoftwareAT89C51temperaturedetectionsystemisintroduced,thehardwareprinciplediagramandtheprogramblockdiagramweredescribedbriefly。Keywords:AT89C51;Temperature；Detectionsystem1、緒論1。1自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的作用檢測(cè)是人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界、改造物質(zhì)世界的重要手段。遠(yuǎn)古時(shí)代，人類就知通用自身的指幅、臂長(zhǎng)為標(biāo)準(zhǔn)確定其他物體的長(zhǎng)度,后來(lái)又發(fā)明了觀察時(shí)間的“曰晷”和測(cè)定方向的指南針.檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展標(biāo)志著人類的進(jìn)步和人類社會(huì)的繁榮.在現(xiàn)代工業(yè)、釉扳嘲防、醫(yī)療、科研等各行業(yè)，檢測(cè)技術(shù)的作用越來(lái)越大,檢測(cè)設(shè)備就像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人們傳輸各種有用的信息.在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了及時(shí)了解工藝過(guò)程、生產(chǎn)過(guò)程的情況及它們的結(jié)果,需要對(duì)描述被控對(duì)象特征的某些參數(shù)進(jìn)行測(cè)量或檢測(cè)，其目的是為了準(zhǔn)確獲得表征他們的定量信息，為生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化及科研提供可靠的數(shù)據(jù)。至于檢測(cè)技術(shù)的意義就更廣泛了，它們包括根據(jù)被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)，選用合適的測(cè)量?jī)x器儀表及實(shí)驗(yàn)方法，通過(guò)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理和誤差分析，準(zhǔn)確得到被測(cè)量的數(shù)據(jù),并為提高測(cè)量精度、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法及測(cè)量但表，為生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化等提供可靠的依據(jù)。1。2單片機(jī)技術(shù)的作用單片機(jī)是一種集成在HYPERLINK”http：///view/134362.htm”\t”_blank"電路芯片,是采用http：///view/151093.htm”\t"_blank”隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、HYPERLINK”http：///view/188818.htm"只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/HYPERLINK”/view/928508。htm”\t”_blank"計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、_blank"脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、HYPERLINK”/view/990260.htm”\t”_blank”A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。表1為P1口第二功能。表表1P1口第二功能P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流I。在訪問(wèn)８位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口線上的內(nèi)（也即特殊功能寄存器,在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變）。

P3口:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口.P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1"時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流I。P3口除了作為一般的I/O口線外,更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如表2。P3口第二功能表23.1。2溫度采集模塊

由于DS18B20芯片將溫度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、接口全部集成于一芯片，與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單、方便且化學(xué)性很穩(wěn)定。它能用做工業(yè)測(cè)溫元件,且此元件線形較好。在0—100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。該芯片直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。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。

DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)（按9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片,溫度測(cè)量范圍－55～＋125℃,可編程為9～12位A/D轉(zhuǎn)換精度,測(cè)溫分辨率可達(dá)0。0625℃,被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出,其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到三根或者兩根線上,CPU只需一根端口線就能與多個(gè)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。從而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM,溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，高速暫存器.

在硬件上,DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地,I/O接單片機(jī)I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。3。1.3顯示模塊本設(shè)計(jì)顯示電路采用LM016L來(lái)顯示測(cè)量得到的溫度值。

LM016L液晶模塊采用HD44780控制器,hd44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等功能，LM016L與單片機(jī)MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式,hd44780控制器由兩個(gè)8位寄存器，指令寄存器(IR)和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標(biāo)志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM(CGRAM）,地址計(jì)數(shù)器RAM（AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫(xiě)入不能讀出.DR用于寄存數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫(xiě)入DDRAM和CGRAM，或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)。BF為1時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來(lái)存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ)80個(gè)字符碼。CGROM由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160種和5＊10點(diǎn)陣字符32種。CGRAM是為用戶編寫(xiě)特殊字符留用的，它的容量?jī)H64字節(jié)，可以自定義8個(gè)5*7點(diǎn)陣字符或者4個(gè)5*10點(diǎn)陣字符，AC可以存儲(chǔ)DDRAM和CGRAM的地址,如果地址碼隨指令寫(xiě)入IR，則IR自動(dòng)把地址碼裝入AC,同時(shí)選擇DDRAM或CGRAM。LM016L液晶模塊的引腳功能如表3所示：LM016L引腳功能表表33.2軟件設(shè)計(jì)3。2.1溫度采集CPU對(duì)DS18B20的訪問(wèn)流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作,數(shù)據(jù)操作.DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過(guò)程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作.流程圖如圖5所示。開(kāi)始開(kāi)始返回圖6返回圖53。2.2鍵盤輸入3＊4的鍵盤與單片機(jī)I/O口相連。采用列掃描的方式掃描鍵盤,按下鍵盤，則該按鍵出行列接通，I/O口輸入為低電平，則此時(shí)便可將所按鍵的值輸入單片機(jī)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后便可輸出顯示在LCD上。因?yàn)殒I盤的制造工藝不同，在按下鍵盤過(guò)程中，若手一晃,結(jié)果按鍵就會(huì)抬起極小的一段時(shí)間，此時(shí)單片機(jī)檢測(cè)到的就是有一個(gè)抬手后又按了一個(gè)鍵子,這是我們所不希望的，所以在鍵盤輸入時(shí)加個(gè)按鍵延時(shí)以消除抖動(dòng)。即按鍵后，過(guò)一段時(shí)發(fā)現(xiàn)還是按鍵的就認(rèn)為一直是按鍵的，此時(shí)單片機(jī)可以寫(xiě)程序此為一次按鍵。所以要加除抖是用來(lái)防止失誤或手抖造成的錯(cuò)誤按鍵.3.2.3LED顯示LM016L的寄存器選擇控制表如表4所示。LM016L選擇控制表表4注：關(guān)于E=H脈沖——開(kāi)始時(shí)初始化E為0，然后置E為1，再清0。

LM016L顯示的流程圖如圖7所示。延時(shí)延時(shí)圖73.3調(diào)試本次課程設(shè)計(jì)完成了基于單片機(jī)AT89C51的溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與軟硬件實(shí)現(xiàn).系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊，單片機(jī)控制模塊，顯示模塊和溫度設(shè)置模塊，報(bào)警模塊和LED顯示模塊六個(gè)部分。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。完成了課題既定的任務(wù),基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。能夠進(jìn)行兩位數(shù)溫度的測(cè)定與控制。

該系統(tǒng)在輸入了預(yù)設(shè)溫度后將預(yù)設(shè)溫度與測(cè)定溫度進(jìn)行比較，當(dāng)測(cè)定溫度高于預(yù)設(shè)溫度是蜂鳴器啟動(dòng)一段時(shí)間進(jìn)行報(bào)警，如仿真圖8;當(dāng)測(cè)定溫度等于預(yù)設(shè)溫度時(shí)LED燈閃爍提醒，如仿真圖9；當(dāng)測(cè)定溫度低于傳感器溫度是繼電器啟動(dòng)2S,如仿真圖10.圖8

測(cè)定溫度高于預(yù)設(shè)溫度圖9

測(cè)定溫度等于預(yù)設(shè)溫度圖10測(cè)定溫度低于預(yù)設(shè)溫度結(jié)論本次課設(shè)軟件和硬件相結(jié)合,有相當(dāng)大的難度，同時(shí)也有很大的實(shí)用性.在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我的理論和實(shí)踐水平都有了較大的提高。并且我熟練掌握了單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)和接口技術(shù)，同時(shí)對(duì)溫度傳感器的原理及應(yīng)用有了一定的了解，掌握了各種控制電路及其相關(guān)元器件的使用。通過(guò)此次對(duì)溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們學(xué)會(huì)了怎樣把所學(xué)的書(shū)本知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中去，并學(xué)會(huì)了如何去思考整個(gè)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。實(shí)踐過(guò)程中我們遇到了一些困難,但在解決問(wèn)題的過(guò)程中,我們學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)合作精神和怎樣發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題，進(jìn)而解決問(wèn)題。此次課程設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了我們學(xué)習(xí)專業(yè)課的興趣，而且給了我們勇氣和信心，更重要的是它為我們以后的學(xué)習(xí)指明了方向.參考文獻(xiàn)[1]雄壯.陳策.程序設(shè)計(jì)技術(shù)（第三版）［M］。重慶：重慶大學(xué)出版社。2008。02

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