多路溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

電子信息工程專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)研究報(bào)告多路溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中國(guó)大慶 年 月信息技術(shù)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 一、課程設(shè)計(jì)課題：多路溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)工作日自 年 月 日至 年 月 日三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)： 四、 程設(shè)計(jì)任務(wù)要求： (詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)課程設(shè)計(jì)文檔)1.課題來(lái)源:教師下發(fā)2.目的意義:1、培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確思想，訓(xùn)練綜合應(yīng)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去綜合解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。2、學(xué)習(xí)較復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知識(shí)解決電子信息方面常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的能力，由有學(xué)生自行設(shè)計(jì)和調(diào)試。3、進(jìn)行基本技能和技術(shù)訓(xùn)練，如掌握設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)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(guò)相應(yīng)的氣體傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)的煤氣、天然氣信息，具有顯示功能；2、當(dāng)煤氣和天然氣濃度高于設(shè)定界限值時(shí)自動(dòng)報(bào)警（聲光報(bào)警），提醒用戶燃?xì)庑孤?、設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)報(bào)告。課程設(shè)計(jì)評(píng)審表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 簽字： 日期： II08電信2微機(jī)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 設(shè)計(jì)任務(wù)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(kāi)關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來(lái)越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問(wèn)題。目前應(yīng)用的溫度檢測(cè)系統(tǒng)大多采用由模擬溫度傳感器、多路模擬開(kāi)關(guān)、AD轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)等組成的傳輸系統(tǒng)。這種溫度采集系統(tǒng)需要大量的測(cè)溫電纜，才能把現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)送到采集卡上安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時(shí)線路上傳送的是模擬信號(hào)，易受干擾和損耗，測(cè)量誤差也比較大，不利于控制者根據(jù)溫度變化及時(shí)做出決定。針對(duì)這種情況，本文提出一種采用數(shù)字化單總線技術(shù)的溫度采集系統(tǒng)，并利用Proteus和medwin v3.0軟件對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行綜合虛擬仿真，實(shí)現(xiàn)了溫度實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示。1.2 本設(shè)計(jì)的主要要求采用單片機(jī)80C51實(shí)現(xiàn)八路溫度檢測(cè) 。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(dá)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(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。目前，已開(kāi)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(hào)處理器、存儲(chǔ)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(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。智能溫度傳感器的特點(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). 智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)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(jī)可通過(guò)專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)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(gòu)成智能化溫控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作,自行構(gòu)成一個(gè)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(cè)量范圍為55125,可編程為9位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(cè)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(chǎng)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(chǎng)溫度測(cè)量。如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)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(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DALLAS 半導(dǎo)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(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的“DS1820”體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使您可以充分發(fā)揮“一線總線”的長(zhǎng)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(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，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(jià)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(jìn)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(wú)法比擬的，同時(shí)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(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)為：1 顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器的每一個(gè)點(diǎn)收到信號(hào)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(huì)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(jī)的接口簡(jiǎn)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(dòng)IC上，因而耗電量比其他器件要小很多。雖然LCD顯示器的價(jià)格比數(shù)碼管要貴，但它的顯示效果好，是當(dāng)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(jī)由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)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(jī)，在單片機(jī)家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)分支。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運(yùn)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(guò)渡到32位、64位，并且不斷提高運(yùn)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(yùn)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(luò)通信中得到了廣泛應(yīng)用；單片機(jī)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(yīng)用于家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)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(jī)的出現(xiàn)大大促進(jìn)了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，成為近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上一個(gè)重要里程碑。由于MCS系列單片機(jī)集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強(qiáng)，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(jī)提供了極大的便利。單片機(jī)把微型計(jì)算機(jī)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(yùn)行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強(qiáng)。由于屬于芯片化的微型計(jì)算機(jī)，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)化，工作也相對(duì)穩(wěn)定。51的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜,I/O口多,程序空間大。因此，測(cè)控系統(tǒng)中，使用51單片機(jī)是最理想的選擇。單片機(jī)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(jī)的開(kāi)發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開(kāi)發(fā)工具和語(yǔ)言也大大簡(jiǎn)化。單片機(jī)的典型代表是Intel公司在20世紀(jì)80年代初研制出來(lái)的MCS51系列單片機(jī)。MCS51單片機(jī)很快在我國(guó)得到廣泛的推廣應(yīng)用，成為電子系統(tǒng)中最普遍的應(yīng)用手段，并在工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域取得了大量應(yīng)用成果。以MCS-51技術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機(jī)已成為許多廠家、電氣公司競(jìng)相選用的對(duì)象，并以此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機(jī)，同時(shí)增加了一些新的功能,所以用AT89S51。3 單元電路設(shè)計(jì)3.1 DS18B20 DSl820數(shù)字溫度計(jì)是美國(guó)Dallas公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度計(jì)，它提供9位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出，因此從主機(jī)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?yàn)槊恳粋€(gè)DSl820在出廠時(shí)已經(jīng)給定了唯一的序號(hào)，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(cè)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(gè)DSl820包括一個(gè)唯一的64位長(zhǎng)的序號(hào)，該序號(hào)值存放在DSl820內(nèi)部的ROM(只讀存貯器)中。開(kāi)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(gè)器件唯一的序號(hào)，最后8位是前面56位的CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))碼。圖2為DS18B20的實(shí)物圖。 圖2 溫度/數(shù)據(jù)關(guān)系（表1） 3.2 AT89C51 AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)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，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。ATC9C51實(shí)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(chǔ)器1000次擦寫周全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程IO口線2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器6個(gè)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(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)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(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)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(duì)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(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。LCD1602的實(shí)物圖如圖4，主要參數(shù)如下：顯示容量:162個(gè)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(jī)的P0.0、P0.1、P0.7分別與三極管的基極連接來(lái)控制控制溫度(圖4.1)和報(bào)警（圖5.2）。利用面包板搭了一個(gè)PNP9012的偏置電路電路如圖4-4?；鶚O輸入為“0”時(shí)，這時(shí)三極管導(dǎo)通推動(dòng)報(bào)警器和控制電路工作，當(dāng)基極輸入為“1”時(shí)，三極管不導(dǎo)通，報(bào)警器和控制電路都不工作。只要控制單片機(jī)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(gòu)成，當(dāng)接收到系統(tǒng)發(fā)出的溫度轉(zhuǎn)換命令后， DS18B20開(kāi)始進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換操作并把轉(zhuǎn)化后的結(jié)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信， 系統(tǒng)將溫度讀出并驅(qū)動(dòng)LED 數(shù)碼管顯示。如果溫度值低于設(shè)定下限值或高于設(shè)定上限值， 則自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警裝置。由于DS18B20 單總線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖17 困難及解決措施在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了很多以前沒(méi)有在意的細(xì)節(jié)問(wèn)題，在遇到困難后先是去圖書館查資料和請(qǐng)教同學(xué)和指導(dǎo)老師。8 軟件設(shè)計(jì)8.1 功能概述本系統(tǒng)的軟件由C語(yǔ)言編寫，程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值。8.2 系統(tǒng)軟件流程圖 開(kāi)始執(zhí)行初始化時(shí)序發(fā)出跳過(guò)ROM匹配命令啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換延時(shí)750mS等待溫度轉(zhuǎn)換完成執(zhí)行初始化時(shí)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(jié)束讀 取 便 箋 存 儲(chǔ) 器 內(nèi)容 并 進(jìn) 行 CRC 校 練發(fā) 出 讀 便 箋存 儲(chǔ) 器 命 令發(fā)出64位序列號(hào)1NY 9 總結(jié)與體會(huì) 經(jīng)過(guò)一周多的設(shè)計(jì)以及調(diào)試，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的部分設(shè)計(jì)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(bào)警，能通過(guò)對(duì)按鍵的處理來(lái)調(diào)節(jié)高低溫報(bào)警溫度，使得1條總線上可以同時(shí)讀取到2個(gè)溫度傳感器的溫度值并將其同時(shí)顯示在液晶屏幕上，液晶屏幕可以清楚地區(qū)分2個(gè)溫度傳感器的溫度值。我在這為期一周多的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。我希望自己能在今后的深入學(xué)習(xí)中設(shè)計(jì)出更好的，力求創(chuàng)新，努力地提升自己，尋求更大的進(jìn)步！最后用一句話來(lái)結(jié)束吧?！皩?shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。10 致謝在本次課程設(shè)計(jì)中，不僅自己付出了很多心血，也得到了很多老師和同學(xué)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(dǎo)師席桂清老師，在課程設(shè)計(jì)的開(kāi)始，席老師給了我很多幫助，指導(dǎo)我了解了很多單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)，并在當(dāng)我設(shè)計(jì)遇到困難時(shí)，及時(shí)的給予幫助和鼓勵(lì)，同時(shí)，對(duì)我其他學(xué)科的鼓勵(lì)也滲透在課程設(shè)計(jì)的同時(shí)，給了我莫大的信心，為我順利完成課程設(shè)計(jì)起到了非常重要的作用。同時(shí)。我還要感謝實(shí)習(xí)組及實(shí)驗(yàn)室的所有老師，為我的課程設(shè)計(jì)提供了非常便利的條件。11 參考文獻(xiàn)1、馬建國(guó)、孟憲元.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版 ,2004 2、姜威.實(shí)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ),2008 3、姜威.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真 ,2007 4、張毅坤、陳善久.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué) 出版社,20035、李華.MCS51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版 社,20016、潭浩強(qiáng).C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì).清華大學(xué)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- 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