大工20春《單片機原理及應用》大作業(yè)計答案

大工20春《單片機原理及應用》大作業(yè)

計答案

網(wǎng)絡教育學院

《單片機原理及應用》大作業(yè)

題目：基于單片機的溫度采集系統(tǒng)設計學習中心：安

徽阜陽奧鵬學習中心

層次：專升本

專業(yè)：電氣工程及自動化

年級：2019年春季

學號：

學生姓名:

基于單片機的溫度采集系統(tǒng)設計

1、概述

考慮到性價比，開發(fā)工具等等，選擇凌陽SPCE061A作

為主控制器。根據(jù)系統(tǒng)測量溫度的關鍵是溫度傳感器，傳感器

屬于信息技術的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術，在我

國各領域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個

領域。

溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫

度傳感器、模擬集成溫度傳感器、智能集成溫度傳感器。目前

的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀90年代

中期問世的，它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術

(ATE)的結晶，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)。社會的發(fā)展使人們對傳感器的要求

也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機的基礎上從模

擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向飛速發(fā)展，

并朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開

發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方

向迅速發(fā)展。

本次設計的目的在于學習基于51單片機的多路溫度采集

控制系統(tǒng)設計的基本流程Q本設計采用單片機作為數(shù)據(jù)處理與

控制單元，為了進行數(shù)據(jù)處理，單片機控制數(shù)字溫度傳感器，

把溫度信號通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機上Q單

片機數(shù)據(jù)采集之后，通過進行溫度數(shù)據(jù)的運算處理，將當前溫

度信息發(fā)送到數(shù)碼管進行顯示。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)多路溫度信號

采集與顯示，可以使用按鍵來設置溫度限定值，通過進行溫度

數(shù)據(jù)的運算處理，將實際溫度值顯示到數(shù)碼管上Q

2、器件的選擇

AT89C51作為溫度測試系統(tǒng)設計的核心器件。該器件是

INTEL公司生產(chǎn)的MCS—51系列單片機中的基礎產(chǎn)品，采用

了可靠的CMOS工藝制造技術。具有高性能的8位單片機，

屬于標準的MCS-51的CMOS產(chǎn)品。片內含8Kbytes的可販毒

擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)

據(jù)存儲器（RAM）,器件兼容標準的MCS-51指令系統(tǒng)。片

內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。結合了

HMOS的高速和高密度技術及CHMOS的低功耗特征。其具

有如下性質：

（1）與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容

(2)4K字節(jié)可重擦寫Flash閃爍存儲器。

(2)壽命：1000寫/擦循環(huán)G

(4)數(shù)據(jù)保留時間：10年。(5)全靜態(tài)工作：0Hz-

24HzQ(6)三級

程序存儲器鎖定。(7)128*8位內部RAMo(8)32可

編程I/O線。

3、總體設計方案

3.1系統(tǒng)整體硬件電路

圖1仿真總體電路圖

3.2AT89S51簡介

Max232串口芯片

AT89s52是89系列單片機的一種,它不A與8051,8052

指令，管腳完全兼容，而且其片內的程序存儲器采用FLASH

工藝，用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。AT89s52單片

機還支持在線編程，用戶通過簡單的電路連接就可以將電腦里

的程序下載到單片機中，減少調試程序時不斷拆卸和插入給芯

片帶來的損壞。此外AT89S52單片機有8KB的程序存儲器和

256B的數(shù)據(jù)存儲器，不需外部擴展存儲芯片，可以降低硬件

電路的復雜度6

溫度傳感器是該系統(tǒng)的關鍵器件，本系統(tǒng)選用的是美國

Dallas半導體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。本系統(tǒng)

中DS18B20的DQ口與單片機的P1。口連接，GND接地，

VDD接電源，信號和5V電源之間的接上一個上拉電阻R。

DS18B20簡介：

DS18B20有三個主要數(shù)字部件組成：64位激光ROM、溫

度傳感器、非易失性的溫度報警觸發(fā)器TH和TL0DS18B20

支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55。0+125。0被測溫

度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出，在-10?+85。（2范

圍內,精度為±0.5。（2。DS18B20采集到的現(xiàn)場溫度直接以先

進的單總線數(shù)據(jù)通信方式傳輸，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。DS18B20可程序設定9~12位

的分辨率，精度可達±0.5。（2。DS18B20具有內置的EEPROM,

用戶設定的分辨率和報警溫度都可存儲在其中，且掉電后依然

存在。

CPU只需一根端口線就能與DS18B20進行通信，占用微

處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯弓路。與前一代

產(chǎn)品（DS1820溫度傳感器）不同，DS18B20支持3.0V?5.5V

的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便，而且DS18B20價格

更便宜，體積更小。

如圖J1所示，DS18B20有三個管腳；3腳GND為電源地,

2腳DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端，1腳VDD為外接供電電源

接入端（用寄生電源方式時接地）。在外部電源供電方式下，

DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時I/O線不需要強上

拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度，同時理

論上總線可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫

系統(tǒng)。在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空,

否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是85C。

根據(jù)實際應用情況，該溫度顯示模塊采用二段數(shù)碼管顯示

電路，

數(shù)碼管選用共陽極數(shù)碼管，如圖U3示，以動態(tài)方式顯示,

顯示數(shù)據(jù)

由P1口送出，位控信號由P2口送出，經(jīng)74LS244進行

信號放大，

以產(chǎn)生足夠大的電流驅動數(shù)碼管顯示。

流程圖如圖示：

AT89S52單片機內部含有一個可編程全雙工串行通信接

口，由TXD引腳來傳送串行數(shù)據(jù)，而由RXD引腳來接收數(shù)

據(jù)。該接口具有UART（通用異步接收和發(fā)送器）的全部功能，

它不僅能同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個同步移位

寄存器使用，可構成雙機或者多機通信系統(tǒng)。

本設計采用蜂鳴器報警電路，它由晶體管和蜂鳴器組成。

當溫度的測量值超出給定的上下限時，由單片機的P3.7口輸

出信號控制晶體管導通，則蜂鳴器報警。

本系統(tǒng)采用AT89s52作為核心處理器件，把經(jīng)過

DS18B20現(xiàn)場實時采集到的溫度數(shù)據(jù),存入AT89S52的內部

數(shù)據(jù)存儲器，并送LED數(shù)碼管顯示，并與溫度的設定值進行

比較，然后由單片機輸出控制信號去控制外部設備。進行溫度

控制程序的設計還應考慮越限報警，當采集到的溫度值與溫度

的設置值進行比較后，若發(fā)現(xiàn)當前溫度值越限，則產(chǎn)生報警信

號。

與硬件電路相關聯(lián)，本溫度控制系統(tǒng)的軟件設計主要分為

以下幾個部分：主程序，溫度上下限值設定子程序、溫度讀取

子程序、溫度顯示子程序、串口通信子程序、輸出控制子程序

和報警子程序等。其中溫度上下限值設定子程序完成對溫度范

圍值的設定及數(shù)據(jù)保存；溫度讀取子程序完成對溫度傳感器數(shù)

據(jù)的讀取，并通過溫度顯示子程序顯示溫度值；串口通信子程

序將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳送到PC機，以實現(xiàn)遠程監(jiān)控；輸出

控制子程序根據(jù)采集到的溫度數(shù)據(jù)完成對外部設備的控制；報

警子程序則當采集到的溫度數(shù)據(jù)超過設定的溫度上下限值時報

警。

3.3硬件電路設計及描述

硬件電路由：Dsl8b20,max232芯片，晶振，復位電路,

聲光報警電路，8051單片機等組成。DS18b20詳細引腳功能

描述：

外觀圖:

GND地信號。

DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，開漏單總線接口引腳。當被用著

在寄生電源下時，也可以向器件提供電源。

V

DD

外接供電電源輸入端。當工作于寄生電源時，此引腳必須

接地。

DS18B20讀出的溫度結果的數(shù)據(jù)為兩字節(jié)，用16位符號

擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供°因此在系統(tǒng)中要將得到的溫

度值數(shù)據(jù)進行格式轉換才能用于顯示°這兩個數(shù)據(jù)格式如圖所

示：

MSBLSB

SSSSS262524MSBLSB

23222122?12?22?32.4高8位中的高5位是符號位,表示是

零下還是零上Q

高8位中的低3位D6,D5,D4和低8位中的高4位D3,

D2,D1,D0構成溫度的整數(shù)部分。低8位中的D—1,

D—2,D—3,D—4位溫度的小數(shù)部分。

max232芯片,MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標準

串口設計的接口電路，使用+5v單電源供電。在制作電路前我

們先來看看要用的MAX232,這里我們不去具體討論它，只

要知道它是TTL和RS232電平相互轉換的芯片和基本的引腳

接線功能就行了。通常我會用兩個小功率晶體管加少量的電路

去替換MAX232,可以省一點，效果也不錯。下圖就是

MAX232的基本接線圖。

圖為MAX232

聲光報警電路，可實現(xiàn)簡易的發(fā)音功能，如圖所示，

復位電路：復位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處

于一個確定的初始狀態(tài)，復位后計算機就從這個狀態(tài)開始工作。

在復位期間，CPU并沒有開始執(zhí)行程序是在做準備工作。

無論是在在計算機剛上電時，斷電后，還是系統(tǒng)出現(xiàn)故障

時都需要復位。MCS-51單片機的復位靠外部電路來實現(xiàn)，為

了確保復位，RST引腳上的高電平一般要維持大約10秒以上。

MCS-51單片機的復位原理也可分成上電復位和按鍵手動

復位兩種，如圖：A

上電復位電路，

B按鍵復位電路。

上電復位電路是利