【高精度微型溫度計(jì)設(shè)計(jì)3300字（論文）】

高精度微型溫度計(jì)設(shè)計(jì)目錄第1章緒論 第1章緒論1.1總體框架設(shè)計(jì)主控機(jī)模塊主控機(jī)模塊AT89C51顯示模塊按鍵模塊復(fù)位電路模塊電源模塊溫度采集模塊TX圖1.1溫度計(jì)系統(tǒng)功能方塊圖通過溫度采集電路，采集當(dāng)前溫度信號(hào)，將采集到的模擬信號(hào)通過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)變?yōu)锳T89C51可控的數(shù)字信號(hào)，AT89C51芯片根據(jù)輸入的當(dāng)前實(shí)際溫度，控制輸出合理的數(shù)字信號(hào)，再由DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，輸入到后向加熱執(zhí)行電路，以此來完成對(duì)整個(gè)溫度監(jiān)測控制。節(jié)省了人力資源，并且能夠根據(jù)用戶設(shè)定的溫度與檢測來的溫度的比較結(jié)果來迅速的對(duì)溫度進(jìn)行控制。1.2設(shè)計(jì)需要解決的問題將AT89C51和DAC0832結(jié)合，利用AT89C51控制器實(shí)現(xiàn)DAC0832溫度傳感器的溫度采集和控制處理的工作再結(jié)合PID智能控制，不但可以提高溫度控制的速度、精度、而且還可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第2章溫度計(jì)測溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)小系統(tǒng)微處理器AT89C51單片機(jī)作為主要控制器，是ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高績效CMOS8有4k字節(jié)flash單片機(jī)可擦只讀程序存儲(chǔ)器和獲取數(shù)據(jù)128字節(jié)的隨機(jī)存取內(nèi)存(RAM)，設(shè)備采用ATMEL公司的高密度非易失存儲(chǔ)器技術(shù)，生產(chǎn)，和標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令，通用單片機(jī)的中央處理單元(CPU)和閃存細(xì)胞相容性[1]。如果RST持續(xù)高水平，單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)在循環(huán)。在此系統(tǒng)中，AT89C51單片機(jī)為主要設(shè)備，DS1302的設(shè)備和從設(shè)備接收數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)。每次復(fù)位后，單片機(jī)程序?qū)牡谝粋€(gè)新的執(zhí)行。由設(shè)計(jì)的要求，只要做小型集成最小系統(tǒng)應(yīng)用在小型控制單元。單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)仿真只能單片機(jī)，并沒有為用戶提供一般的最小系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路原理圖如圖2.1所示。圖2.1AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2溫控模塊電路設(shè)計(jì)2.2.1溫度傳感電路設(shè)計(jì)本文采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為測溫元件。采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位）測溫范圍為-55℃-+125℃，測量分辨率為0.0625℃。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。DS18B20的管腳排列如圖2.2所示。圖2.2DS18B20管腳圖在硬件上，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。I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻，采用的是第一種連接方法，如圖2.3所示：把DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的13管腳連接，再加上拉電阻。圖2.3溫度傳感電路圖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)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(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。2.2.2溫度控制電路的設(shè)計(jì)圖2.4溫度控制原理電路實(shí)際電路如圖2.4所示，通過鍵盤設(shè)定溫度的上下限。把實(shí)際測量的溫度和設(shè)定的上下限進(jìn)行比較，來控制P0.0、P0.1、P0.7端口的高低電平。把P0.0、P0.1、P0.7端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報(bào)警。當(dāng)測量的溫度超過了設(shè)定的最高溫度，P2.2由高電平變成低電平，就相當(dāng)于基極輸入為“0”，這時(shí)三極管導(dǎo)通推動(dòng)小風(fēng)扇和控制電路工作，反之，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。2.3系統(tǒng)外圍電路設(shè)計(jì)2.3.1顯示電路設(shè)計(jì)液晶顯示采用LCD12864，這樣就算是在不使用計(jì)算機(jī)的情況下，控制系統(tǒng)系統(tǒng)也能正常運(yùn)行，并且能具有直觀的可視性。使用該模塊模式靈活的界面和簡單和方便的操作指令，可以在中文構(gòu)成了人機(jī)交互式圖形界面。主要是通過鍵盤顯示電路，實(shí)現(xiàn)剎車片溫度設(shè)置，速度和當(dāng)前參數(shù)設(shè)置。圖2.5液晶顯示LCD12864電子圖組成的液晶顯示器（LCD）的模塊方案并與類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，無論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序更簡潔，和這個(gè)模塊的價(jià)格略低于相同的點(diǎn)陣圖形液晶模塊。下圖是顯示原理圖2.6：圖2.16LCD顯示原理圖本系統(tǒng)可以通過鍵盤來設(shè)置溫度計(jì)溫度報(bào)警信息，具有良好的人機(jī)交互功能。2.3.2鍵盤電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制器處理，按鍵是采用行列式鍵盤。鍵盤是最常見的人機(jī)接口設(shè)備，微機(jī)控制器通過鍵盤可以輸入各種操作指令和數(shù)據(jù)，單片機(jī)控制器捕捉關(guān)鍵信息，與單片機(jī)控制器進(jìn)行相應(yīng)的處理。本設(shè)計(jì)中，我們采用4*4鍵盤進(jìn)行對(duì)電路的設(shè)定。4*4鍵盤的結(jié)構(gòu)如圖2.7所示：圖2.7鍵盤示意圖第3章溫度計(jì)測溫控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1匯編語言以及主程序圖3.1.1匯編語言匯編C語言是單片機(jī)編程語言的一種重要形式，也是最常用的在今天的單片機(jī)開發(fā)人員程序開發(fā)的語言形式。匯編語言是一種替代機(jī)器語言的編程語言。匯編語言的特點(diǎn)是每個(gè)指令助記符。并進(jìn)行目標(biāo)程序、檢查修改程序中的錯(cuò)誤，對(duì)程序運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析，直到正確為止。3.1.2程序圖設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和電路原理，根據(jù)硬件連接和每個(gè)模塊的特點(diǎn)和功能芯片實(shí)現(xiàn)，初始化，主程序的流程是通過溫度感應(yīng)模塊接收溫度信息，然后傳送到單片機(jī)進(jìn)行分析和監(jiān)控。整體方案方框圖如圖3.1所示。整個(gè)溫度采集系統(tǒng)的流程如圖3.1所示：調(diào)用顯示子程序1s到?調(diào)用顯示子程序1s到?初次上電?讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換開始命令NYYN初始化發(fā)出報(bào)警YN溫度超過報(bào)警值?調(diào)用鍵盤掃描子程序圖3.1電子溫度計(jì)主程序流程圖3.2子程序設(shè)計(jì)分析3.2.1系統(tǒng)顯示子程序因?yàn)橥ㄟ^模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，使單片機(jī)的數(shù)據(jù)以16進(jìn)制儲(chǔ)存于寄存器當(dāng)中，為了讓LED顯示需要轉(zhuǎn)換為BCD碼。本次采用軟件消抖，通過調(diào)用子程序延時(shí)來解決，可以很好地解決單片機(jī)的抖動(dòng)問題。驅(qū)動(dòng)HD7279驅(qū)動(dòng)HD7279選擇段、位碼LED顯示數(shù)據(jù)傳輸YLED閃爍LED閃爍≤2m≥15m圖3.3LED顯示子程序流程圖3.2.2溫度DS18B20讀取子程序DS18B20程序流程圖如圖3.4所示：開始開始調(diào)初始化子程序設(shè)置跳過ROM命令CCH，調(diào)寫命令子程序設(shè)置啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令44H，調(diào)寫命令子程序調(diào)延時(shí)子程序調(diào)初始化子程序設(shè)置匹配命令BEH，調(diào)寫命令子程序設(shè)置溫度數(shù)據(jù)存放位置，調(diào)寫命令子程序讀出數(shù)據(jù)結(jié)束圖3.4DS18B20程序流程圖由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送。因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。系統(tǒng)還有一個(gè)循環(huán)顯示LCD程序編輯及小部分元器件控制程序。發(fā)DS18B20復(fù)位命令命令發(fā)匹配ROM、64位地址發(fā)DS18B20復(fù)位命令命令發(fā)匹配ROM、64位地址移入溫度暫存區(qū)發(fā)讀取溫度命令讀取RAM中的9個(gè)字節(jié)9字節(jié)完？返回YNYNCRC校驗(yàn)正確？開始置“+”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值溫度值取補(bǔ)碼置“－”標(biāo)志溫度零下？返回結(jié)束YN開始圖3.5讀出溫度子程序流程圖圖3.6計(jì)算溫度子程序流程圖顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖區(qū)中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。其程序流程圖如圖3.7所示。3.2.3中斷服務(wù)子程序溫度采集及儀表與上位機(jī)數(shù)據(jù)通訊主要通過定時(shí)器以及計(jì)數(shù)器，串行I/O口和中斷服務(wù)來實(shí)現(xiàn)。中斷服務(wù)程序如圖3.7。圖3.7中斷服務(wù)子程序結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)中的溫度傳感器采用的是Dallas公司的DS18B20，通過實(shí)踐設(shè)計(jì)應(yīng)用，進(jìn)一步加深了對(duì)DS18B20獨(dú)特的單總線技術(shù)的理解和應(yīng)用。顯示電路采用LCD實(shí)現(xiàn)，LCD獨(dú)具的低壓、微功耗特性使它在單片機(jī)系統(tǒng)中特得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)作為控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫度傳感器和LCD的邏輯交互，進(jìn)而達(dá)到本設(shè)計(jì)的最終目的。通過本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)DS18B20單總線技術(shù)和LCD編程技術(shù)有了更加深刻的認(rèn)識(shí)和理解。本次課程設(shè)計(jì)不僅提高了我們的實(shí)踐技術(shù)，還培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，使我們認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，在實(shí)踐中擴(kuò)展了知識(shí)面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識(shí)，而且對(duì)其他專業(yè)的知識(shí)也有所了解，從各方面提高了自身的綜合素質(zhì)，這對(duì)我們今后的學(xué)習(xí)和工作大有裨益。參考文獻(xiàn)[1]楊寧.基于STC89C52RC單片機(jī)的GPS與電子溫度計(jì)的系統(tǒng)開發(fā)[J].硅谷.2017(13)[2]楊海波，易小林.一種基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的多功能電子