过温报警器的设计—课程设计论文.doc
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1、 电子技术课程课程设计 题 目: 过 温 报 警 器 院 别: 机电学院 专 业: 机电工程 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 二一三年十二月二十一日摘 要随着科技的不断进步,在工业生产中温度是常用的被控参数,而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本设计介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。本设计采用单片机来实现对温度的控制。它的主要组成部分有:AT89C52单片机、温度传感器、显示电路、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度,实现对温度的自动控制。通过测试表明,本设计对温度的控制有方便、简单的特点,从而大幅提高了被控温度的技术指标。本次课程设计采用单片机以及锁存器
2、、数码管、DS18B20温度传感器、蜂鸣器等组成简单的过温报警器,该过温报警器测温准确,使用方便,显示清晰。关键词过温报警器;锁存器;STC89C52RC;单片机;DS18B20温度传感器Over temperature alarmAbstractWith the constant progress of science and technology, temperature is a accused parameter commonly used in industrial production. At present, USESING the single chip microcomput
3、er to control these accused parameters has become the mainstream. This design introduces the measurement of digital temperature and the design of automatic control system. This design USES the single chip microcomputer to control the temperature, whose main components are: AT89C52 single chip comput
4、er, temperature sensor, temperature control circuit, display circuit. It can display in real time, set temperature and control the temperature automatically. The test shows that it is not only convenient but also simple in controlling the temperature, which will raise the technique index of accused
5、temperature.Key words:Over temperature alarm; Latch; STC89C52RC; MCU; DS18B20 temperature sensor目 录一、前言:11、设计目的:12、功能要求:1二、设计原理及其方案:11、方案:12、原理:2三、设计过程31、元件采购(购买地点:赛格尔电子城):32.电路设计及其制图33、焊接44、调试54.1硬件调试54.2 KeiL调试64.3开发板调试6四、设计作品介绍及其使用说明71、硬件设计71.1.1 STC89C5281.1.1.1简介:81.1.1.2参数:81.1.2触发器74HC57391.1
6、.3蜂鸣器101.1.4 LED111.1.5 DS18B20131.1.5.1 DS18B20性能131.1.5.2 DS18B20外形及引脚说明131.1.5.3 DS18B20接线原理图142、软件设计:143、仿真软件的介绍15五、 设计心得16六、参考文献17七、致谢17八、附录181、组分工安排明细以及进程安排表182、编码程序如下18一、前言:1、设计目的:(1)在学习了数字电子技术和单片机原理及应用这两门课程之后,为了加深对理论知识的理解,学习理论知识在实际中的应用,培养动手能力和解决问题的能力。(2)熟悉Keil及Ptoteus软件的调试和仿真。(3)通过实验提高对数字电路的
7、认识。(4)启发学生的思维,锻炼他们团结互助的精神。2、功能要求:(1)、实时显示当前温度数值(2)、具有过温报警功能(3)、能调整调整指定温度(4)、达到指定的温度蜂鸣器发出声音二、设计方案及其原理:1、方案:方案一:由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件,将随被测温度变化的电压或电流采样,进行A/D转换后就可以用单片机进行数据处理,实现温度显示。这种设计需要用到A/D转换电路,增大了电路的复杂性,而且要做到高精度也比较困难。方案二:考虑到在单片机属于数字系统,容易想到数字温度传感器,可选用DS18B20数字温度传感器,此传感器为单总线数字温度传感器,其体积小、构成的系统结构简单,
8、它可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理,即可实现温度显示。另外DS18B20具有3引脚的小体积封装,测温范围为-55+125摄氏度,测温分辨率可达0.0625摄氏度,其测量范围与精度都能符合设计要求。通过以上两种方案的比较,可以得出第二种方案的电路、软件设计更简单,此方案设计的系统在功耗、测量精度、范围等方面都能很好地达到相应的要求,故本设计采用方案二。2、原理:整个过温报警器电路的工作原理是:在正常的供电状态下,首先利用单片机从DS18B20(温度传感器)处理接收的相应数据,然后经其处理后并将相应的数据分别传送到相应的数码管和蜂鸣器接收口,从而使数码管和蜂鸣器做出相应的反应。数 码管S
9、T89C52基本系统DS18B20(温度传感器)电 源蜂鸣器图1.1 数字电子钟总设计框图三、设计过程1、元件采购(购买地点:赛格尔电子城):电子元件数量单价印刷电路板17数码管(4位共阴)12STC89C52RC1774HC573(锁存器)21.5蜂鸣器11自锁开关20.5按键20.1DS18B20(温度传感器)10.5排式电阻10.5电容20.5晶振11电阻112.2USB下载器16数据线12表1 电子时钟原件清单2.电路设计及其制图软件类型软件名称软件版本画图、仿真ProteusV7.8编程、调试KeilUV4烧录程序STC-ISPV4.8其他MCU小助手1.0表2 电路设计及其制图3、
10、焊接焊接电路的过程最困难的是对电路图的分析和元器件的正负极的熟悉,所以要焊好一块完好的电路板。首先要做的就是先对电路图进行细致的分析,然后再对各元器件的引脚的区别进行熟悉,再然后就是将各元器件进行排版再通过相应的工具进行焊接,最后就是检查焊接完成的电路板是否存在短路之类的问题。图1.2 各元器件引脚的识别图图1.3焊接电路板的实物工具图4、调试4.1硬件调试硬件调试的调试比较困难。因为单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的,许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后,再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础,如果硬件调试不通过,软件设计则是
11、无从做起。而调试的整体过程是,先对硬件进行静态调试,再是对硬件进行系统和软件调试。硬件的静态调试:1. 排除逻辑故障这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图,看两者是否一致。应特别注意电源系统检查,以防止电源短路和极性错误,并重点检查系统总线(地址总线、数据总线和控制总线)是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能,可以缩短排错时间。2. 排除元器件失效造成这类错误的原因有两个:一个是元器件买来时就已坏了;另一个是由于安装错误,造成器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号
12、、规格和安装是否一致。在保证安装无误后,用替换方法排除错误。3. 排除电源故障在通电前,一定要检查电源电压的幅值和极性,否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位,一般先检查VCC 与GND 之间电位,若在4.8V5V 之间属正常。若有高压,联机仿真器调试时,将会损坏仿真器等,有时会使应用系统中的集成块发热损坏。硬件的系统、软件调试:1.电路的调试主要看接口以及连线是否正确。依次检查,直到正常工作。2.本系统的软件系统较大,全部采用C语言编写,除语法与逻辑差错外,当确认程序没问题时,直接下载到单片机仿真调试。采取自下到上的方法,单独调好每一个模块,最后完成一个完整的系统调试。4.2
13、 KeiL调试启动Keil软件,选择“Project”菜单下的“New Project”命令,输入项目的文件名,选择存储路径,点击“保存”按钮。在“Select Device”窗口中选择“Atmel”下的“AT89C51” 芯片,单击“确定”按钮。展开“Project Workspace”窗口中的“Target 1”, 右击 “Target 1”,选择“Options for Target Target 1”,选择“Target”选项在Keil (MHZ)右边输入“12m”。选择“Debug”选项,选择“Use Keil Monitor-51 Driver”。单击“Settings”按钮,串口
14、选择“COM1”,波特率选择“38400”,单击“OK”按钮。右击“Source Group 1”,选择“Add files to Group Source Group 1,在文件类型中选择“Asm Source file”,找到将要编译的程序,单击 “ADD”按钮,然后再单击“CLOSE”按钮。单击“Rebuild all target files”,在“Build”窗口中观察编译结果,根据提示修改程序,直到没有错误出现。4.3开发板调试根据程序的设计在开发板上分别连接好各个端口的连接线,用串口线把计算机和试验箱的仿真头连接好。单击Keil软件上的“Start/Stop Debug Sess
15、ion”按钮,再单击“RUN”按钮,运行程序。观察开发板上出现的效果,分析程序的对错,直到调试出正确的结果。图1.4开发板实物图四、设计作品介绍及其使用说明1、硬件设计本课程设计中硬件电路主要由STC89C52、外部数码管、触发器74HC573、蜂鸣器、晶振管、DS18B20(数字温度传感器)等构成。(如图1.5) 图1.5 电路板元器件标注图根据要求我所制作的电路原理图用仿真软件画得如下图1.6图1.6 Protues仿真电路图1.1.1 STC89C521.1.1.1 简介 STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上,拥
16、有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能: 8k字节Flash,512字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,2个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作
17、频率35MHz,6T/12T可选。 图1.7 引脚说明以及实物图1.1.1.2参数:1. 工作电压:5.5V3.3V(5V 单片机)/3.8V2.0V(3V 单片机) 2. 工作频率范围:040MHz,相当于普通8051 的080MHz,实际工作 频率可达48MHz 3. 用户应用程序空间为8K 字节 4. 片上集成512 字节RAM 5. 通用I/O 口(32 个),复位后为:P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉, P0 口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为 I/O 口用时,需加上拉电阻。 6. ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无 需
18、专用仿真器,可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程 序,数秒即可完成一片 7. 具有EEPROM 功能 8. 具有看门狗功能 9. 共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2 10. 外部中断4 路,下降沿中断或低电平触发电路,Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒 11. 通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART 12. 工作温度范围:-40+85(工业级)/075(商业级) 13. PDIP 封装1.1.2触发器74HC573图1.8触发器的引脚标注图1.9 74HC573内部原理图1.1.3蜂鸣器蜂鸣器是一
19、种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”(旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等)表示。蜂鸣器驱动电路一般都包含以下几个部分:一个三极管、一个蜂鸣器、一个续流二极管和一个电源滤波电容。 1蜂鸣器 发声元件,在其两端施加直流电压(有源蜂鸣器)或者方波(无源蜂鸣器)就可以发声,其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式(直流/方波)等。这些都可以根据需要来选择。 2续流二极管 蜂
20、鸣器本质上是一个感性元件,其电流不能瞬变,因此必须有一个续流二极管提供续流。否则,在蜂鸣器两端会产生几十伏的尖峰电压,可能损坏驱动三极管,并干扰整个电路系统的其它部分。 3滤波电容 滤波电容C1的作用是滤波,滤除蜂鸣器电流对其它部分的影响,也可改善电源的交流阻抗,如果可能,最好是再并联一个220uF的电解电容。 4三极管 三极管Q1起开关作用,其基极的高电平使三极管饱和导通,使蜂鸣器发声;而基极低电平则使三极管关闭,蜂鸣器停止发声。图2.0 蜂鸣器的电路原理结构图1.1.4 LED1.1.4.1简介:LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类,了解LED的这些特性,对编程是很重要的,因
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