大工20春《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)計(jì)答案

大工20春《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)

計(jì)答案

網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)

題目：基于單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中心：安

徽阜陽奧鵬學(xué)習(xí)中心

層次：專升本

專業(yè)：電氣工程及自動(dòng)化

年級(jí)：2019年春季

學(xué)號(hào)：

學(xué)生姓名:

基于單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、概述

考慮到性價(jià)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(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，傳感器

屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我

國各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會(huì)的每一個(gè)

領(lǐng)域。

溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)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(jì)90年代

中期問世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)

(ATE)的結(jié)晶，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，

適配各種微控制器(MCU)。社會(huì)的發(fā)展使人們對(duì)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(jī)的基礎(chǔ)上從模

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

并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開

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

向迅速發(fā)展。

本次設(shè)計(jì)的目的在于學(xué)習(xí)基于51單片機(jī)的多路溫度采集

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程Q本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與

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

把溫度信號(hào)通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī)上Q單

片機(jī)數(shù)據(jù)采集之后，通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，將當(dāng)前溫

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

采集與顯示，可以使用按鍵來設(shè)置溫度限定值，通過進(jìn)行溫度

數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，將實(shí)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(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件。該器件是

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

了可靠的CMOS工藝制造技術(shù)。具有高性能的8位單片機(jī)，

屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的CMOS產(chǎn)品。片內(nèi)含8Kbytes的可販毒

擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)

據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）,器件兼容標(biāo)準(zhǔn)的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(chǔ)單元。結(jié)合了

HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征。其具

有如下性質(zhì)：

（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(chǔ)器。

(2)壽命：1000寫/擦循環(huán)G

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

24HzQ(6)三級(jí)

程序存儲(chǔ)器鎖定。(7)128*8位內(nèi)部RAMo(8)32可

編程I/O線。

3、總體設(shè)計(jì)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(jī)的一種,它不A與8051,8052

指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的程序存儲(chǔ)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(jī)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(jī)中，減少調(diào)試程序時(shí)不斷拆卸和插入給芯

片帶來的損壞。此外AT89S52單片機(jī)有8KB的程序存儲(chǔ)器和

256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，不需外部擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片，可以降低硬件

電路的復(fù)雜度6

溫度傳感器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，本系統(tǒng)選用的是美國

Dallas半導(dǎo)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(jī)的P1?？谶B接，GND接地，

VDD接電源，信號(hào)和5V電源之間的接上一個(gè)上拉電阻R。

DS18B20簡介：

DS18B20有三個(gè)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(bào)警觸發(fā)器TH和TL0DS18B20

支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為-55。0+125。0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，在-10?+85。（2范

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

進(jìn)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(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程

控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。DS18B20可程序設(shè)定9~12位

的分辨率，精度可達(dá)±0.5。（2。DS18B20具有內(nèi)置的EEPROM,

用戶設(shè)定的分辨率和報(bào)警溫度都可存儲(chǔ)在其中，且掉電后依然

存在。

CPU只需一根端口線就能與DS18B20進(jìn)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(shè)計(jì)更靈活、方便，而且DS18B20價(jià)格

更便宜，體積更小。

如圖J1所示，DS18B20有三個(gè)管腳；3腳GND為電源地,

2腳DQ為數(shù)字信號(hào)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(shí)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(shí)I/O線不需要強(qiáng)上

拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)理

論上總線可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)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(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85C。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)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(dòng)態(tài)方式顯示,

顯示數(shù)據(jù)

由P1口送出，位控信號(hào)由P2口送出，經(jīng)74LS244進(jìn)行

信號(hào)放大，

以產(chǎn)生足夠大的電流驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。

流程圖如圖示：

AT89S52單片機(jī)內(nèi)部含有一個(gè)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(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個(gè)同步移位

寄存器使用，可構(gòu)成雙機(jī)或者多機(jī)通信系統(tǒng)。

本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器報(bào)警電路，它由晶體管和蜂鳴器組成。

當(dāng)溫度的測(cè)量值超出給定的上下限時(shí)，由單片機(jī)的P3.7口輸

出信號(hào)控制晶體管導(dǎo)通，則蜂鳴器報(bào)警。

本系統(tǒng)采用AT89s52作為核心處理器件，把經(jīng)過

DS18B20現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集到的溫度數(shù)據(jù),存入AT89S52的內(nèi)部

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并送LED數(shù)碼管顯示，并與溫度的設(shè)定值進(jìn)行

比較，然后由單片機(jī)輸出控制信號(hào)去控制外部設(shè)備。進(jìn)行溫度

控制程序的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮越限報(bào)警，當(dāng)采集到的溫度值與溫度

的設(shè)置值進(jìn)行比較后，若發(fā)現(xiàn)當(dāng)前溫度值越限，則產(chǎn)生報(bào)警信

號(hào)。

與硬件電路相關(guān)聯(lián)，本溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為

以下幾個(gè)部分：主程序，溫度上下限值設(shè)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(bào)警子程序等。其中溫度上下限值設(shè)定子程序完成對(duì)溫度范

圍值的設(shè)定及數(shù)據(jù)保存；溫度讀取子程序完成對(duì)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?qū)⒉杉降臏囟葦?shù)據(jù)傳送到PC機(jī)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(duì)外部設(shè)備的控制；報(bào)

警子程序則當(dāng)采集到的溫度數(shù)據(jù)超過設(shè)定的溫度上下限值時(shí)報(bào)

警。

3.3硬件電路設(shè)計(jì)及描述

硬件電路由：Dsl8b20,max232芯片，晶振，復(fù)位電路,

聲光報(bào)警電路，8051單片機(jī)等組成。DS18b20詳細(xì)引腳功能

描述：

外觀圖:

GND地信號(hào)。

DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著

在寄生電源下時(shí)，也可以向器件提供電源。

V

DD

外接供電電源輸入端。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須

接地。

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

擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)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(jìn)行格式轉(zhuǎn)換才能用于顯示°這兩個(gè)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(hào)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(gòu)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(biāo)準(zhǔn)

串口設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換的芯片和基本的引腳

接線功能就行了。通常我會(huì)用兩個(gè)小功率晶體管加少量的電路

去替換MAX232,可以省一點(diǎn)，效果也不錯(cuò)。下圖就是

MAX232的基本接線圖。

圖為MAX232

聲光報(bào)警電路，可實(shí)現(xiàn)簡易的發(fā)音功能，如圖所示，

復(fù)位電路：復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處

于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，復(fù)位后計(jì)算機(jī)就從這個(gè)狀態(tài)開始工作。

在復(fù)位期間，CPU并沒有開始執(zhí)行程序是在做準(zhǔn)備工作。

無論是在在計(jì)算機(jī)剛上電時(shí)，斷電后，還是系統(tǒng)出現(xiàn)故障

時(shí)都需要復(fù)位。MCS-51單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路來實(shí)現(xiàn)，為

了確保復(fù)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(jī)的復(fù)位原理也可分成上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)

復(fù)位兩種，如圖：A

上電復(fù)位電路，

B按鍵復(fù)位電路。

上電復(fù)位電路是利