毕业设计(论文)基于AT89C51单片机的温度控制系统设计.doc
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1、 目录摘 要IAbstractII1绪论12系统方案设计12.1方案设计12.2方案论证13系统设计23.1单片机的选择23.2温度传感器的工作原理与单片机的连接33.3单片机与报警电路103.4电源电路113.5显示电路124系统软件设计144.1软件设计145元器件调试195.1调试产品19参考文献20致 谢21附录122附录227摘 要本课题主要介绍基于AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器的温度测量系统。该系统利用AT89C51单片机分别采集各个温度点的温度,实现温度显示、报警等功能。它以AT89C51单片机为主控制芯片,采用数字温度传感器DS18B20实现温度的检测,测量
2、精度可以达到0.5。该系统采用了1602显示模块,形象直观的显示测出的温度值。基于AT89C51单片机的单总线温度测控系统具有硬件组成简单、读数方便、精度高、测温范围广等特点,在实际工程中得到广泛应用。关键词:数字温度传感器;AT89C51单片机;温度测量ABSTRACTThis subject introduces the temperature measurement system based on AT89C51 single-chip and DS18B20 digital temperature sensor. Adopting the AT89C51 single-chip mic
3、rocomputer in the system to collected temperature from various temperature positions realizes the temperature display and alarm function. Applying AT89C51 single-chip microcomputer-based as main control chip, it realizes the multi-temperature testing by using of digital temperature sensor DS18B20, a
4、nd measurement accuracy reaches to 0.5 . At the time the system uses a 1602 display module to show the measured temperature values. Based on AT89C51 single-chip single-bus multi-point temperature measurement and control systems hardware assemble simply, reading data conveniently, high accuracy and w
5、idely temperature measuring, in the actual projects it is widely applied. Keywords:digital temperature sensor; AT89C51 microcontroller; temperature measure1绪论在信息高速发展的21世纪,科学技术的发展日新月异,科技的进步带动了测量技术的发展,现代控制设备的性能和结构发生了翻天覆地的变化。我们已经进入了高速发展的信息时代,测量技术也成为当今科技的一个主流,广泛地深入到研究和应用工程的各个领域。温度是一个永恒的话题和人们生活环境有着密切关系的物
6、理量,也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量,是国际单位制七个基本量之一。温度的变化会给我们的生活、工作、生产等带来重大影响,因此对温度的测量至关重要。其测量控制一般使用各式各样形态的温度传感器。随着现代计算机和自动化技术的发展,作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件,温度传感器的作用日显突出,已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具,其用途已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。2系统方案设计2.1方案设计该方案使用了AT89C51单片机作为控制核心,以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件,对各点温度进行检测,设置温度上下限,超过其温度
7、值就报警。显示电路采用1602液晶模块显示,使用二极管,电阻和蜂鸣器组成的报警电路。DS18B20温度传感器数据采集单片机 1602液晶显示电路报警电路图2-1温度测量系统方案框2.2方案论证基于DS18B20的温度测量系统是一种分布式的温度测量系统,它可以远程对温度实现测量和监控,广泛应用于电力工业、煤矿、森林、火灾、高层建筑等场合,按照DS18B20的通信协议,由主机向DS18B20发送命令,读取DS18B20转换的温度,从而实现对环境的温度的测量,当温度超过一定的值时,报警器开始报警。采用智能温度传感器DS18B20,它直接输出数字量,精度高,电路简单,只需要模拟DS18B20的读写时序
8、,根据DS18B20的协议读取转换的温度。此方案硬件电路非常简单,但程序设计复杂一些,但是在课外对DS18B20、字符型液晶显示有所了解,而且曾经在网上看到过此类程序程序设计,并且我已经使用过开发工具KEIL用C语言对系统进行了程序设计,用单片机开发板对系统进行了测试,达到了预期的结果。由此可见,该方案完成具有可行性,体现了技术的先进性,经济上也没有任何问题。3系统设计3.1单片机的选择AT89C51作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是INTEL公司生产的MCS-51系列单片机中的基础产品,采用了可靠的CMOS工艺制造技术,具有高性能的8位单片机,属于标准的MCS-51的CMOS产品。不仅
9、结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征,而且继承和扩展了MCS一48单片机的体系结构和指令系统。(1)中央处理器AT89C51简介AT89C51的特点AT89C51具有以下几个特点:AT89C51与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容;片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器;全静态工作,工作范围:0Hz24MHz;三级程序存储器加密;1288位内部RAM;32位双向输入输出线;两个十六位定时器/计数器五个中断源,两级中断优先级;一个全双工的异步串行口;间歇和掉电两种工作方式。AT89C51的功能描述AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器,
10、片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器,能重复写入/擦除1000次,数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容,不仅可完全代替MCS-51系列单片机,而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能1。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统,缩小系统体积,增加系统的可靠性,降低系统的成本。只要程序长度小于4K,四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒,仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与8751/87C51的12V电压擦写相比,不易损坏器件,没有两种电源的要求,改写时不拔下芯片,适合许多嵌入式
11、控制领域。工作电压范围宽(2.7V6V),全静态工作,工作频率宽在0Hz24MHz之间,比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密,提供了方便灵活而可靠的硬加密手段,能完全保证程序或系统不被仿制。P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。 AT89C51引脚功能AT89C51单片机P3口第二功能如表3-1所示2。表3-1 P3口的第二功能端口引脚各个功能P3.0RXD (串行口输入端)P3.1TXD (串行口输出端)P3.2INTO (外部中断0请求输入端,低电平有效)P3.
12、3INT1 (外部中断1请求输入端,低电平有效)P3.4T0 (定时器/计数器0计数脉冲输入端)P3.5T1 (定时器/计数器1计数脉冲输入端)P3.6WR (外部数据存储器写选择通信输出端,低电平有效)P3.7RD (外部数据存储器读选择通信输出端,低电平有效)3.2温度传感器的工作原理与单片机的连接温度传感器的单总线(1-Wire)与单片机的P27连接,P27是单片机的高位地址线。P2端口是一个带内部上拉电阻的8位双向IO,其输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对该端口写“1”,可通过内部上拉电阻将其端口拉至高电平,此时可作为输入口使用,这是因为内部存在上拉电阻,某一引
13、脚被外部信号拉低时会输出一个电流3。如图3-1所示:DS18B20与单片机的接口电路非常简单。DS18B20只有三个引脚,一个接地,一个接电源,一个数字输入输出引脚接单片机I/O口,电源与数字输入输出脚间需要接一个4.7K的电阻4。图3-1温度传感器与单片机的连接图(3)DS18B20的工作原理 DS18B20数字温度传感器概述DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1Wire,即单总线器件,具有线路简单,体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统,具有线路简单,在一根通信线,可以挂很多这样的数字温度计,十分方便。DS18B20产品的特点只要求一个端口即可实现通信。在DS18B20中
14、的每个器件上都有独一无二的序列号。实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。测量温度范围在55.C到125.C之间。数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。内部有温度上、下限告警设置。DS18B20引脚功能描述见表3-2表3-2 DS18B20详细引脚功能描述序号名称 引脚功能描述1GND地信号2DQ数字输入输出引脚,开漏单总线接口引脚,当使用寄生电源时,可向电源提供电源3VDD可选择的VDD引脚,当工作于寄生电源时,该引脚必须接地DS18B20的内部结构DS18B20的内部框图如图3-2所示。64位ROM存储器件独一无二的序列号。暂存器包含两字节(0和1字节)的温度寄存器,用于存储温
15、度传感器的数字输出。暂存器还提供一字节的上线警报触发(TH)和下线警报触发(TL)寄存器(2和3字节),和一字节的配置寄存器(4字节),使用者可以通过配置寄存器来设置温度转换的精度。暂存器的5、6和7字节器件内部保留使用。第八字节含有循环冗余码(CRC )。使用寄生电源时,DS18B20不需额外的供电电源;当总线为高电平时,功率由单总线上的上拉电阻通过DQ引脚提供;高电平总线信号同时也向内部电容CPP充电,CPP在总线低电平时为器件供电。(注:INTERNAL VDD-内部VDD 64-BIT ROM AND 1-wire PROT-64位ROM和单线端 MEMORY CONTROL LOGI
16、C-存储器控制逻辑 SCRATCHPAD 暂存器 TEMPERATURE SENSOR 温度传感器 ALARM HIGH TRIGGER( TH)REGISTER 上限温度触发ALARM LOW TRIGGER( TL)REGISTER 下限温度触发 8-BIT CRC GENERTOR 8位CRC产生器 POWER SUPPLLY SENSE 电源探测 PARASITE POWER CIRCUIT 寄生电源电路)图3-2 DS18B20的内部框图(4)DS18B20的4个主要数据部件:光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排
17、列是:开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以0.0625/LSB形式表达,其中S为符号位。这是12位转化后得到的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0,这5位为1,测
18、到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为07D0H,+25.0625的数字输出为0191H,-25.0625的数字输出为FF6FH,-55的数字输出为FC90H,如表3-3所示。(注:TEMPERATURE-温度,DIGITAL OUTPUT-数字输出)表3-3 DS18B20温度数据表TEMPERATUREDIGITAL OUTPUTDIGITAL OUTPUT+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.125000
19、0 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90HDS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。配置寄存器表3-4 配置寄存器T
20、MR1R011111低五位一直都是1,TM是测试模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0,用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率,如表3-5所示:(DS18B20出厂时被设置为12位)表3-5 R1与R0确定传感器分辨率设置表R1R0传感器精度/bit转换时间/ms00993.750110187.510113751112750(5)DS18B20的工作过程初始化ROM命令跟随着需要交换的数据;功能命令跟随着需要交换的数据。访问DS18B20必须严格遵守这一命令序列,如果丢失任何一步或序列混乱,DS18B20都不会响应主机。a初始化:DS18
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