毕业设计基于单片机的实时温度监控系统设计.doc
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1、 毕 业 设 计 (论 文)专 业 电气工程及其自动化 班 级 07电气(1) 课 题 基于单片机的实时温度监控系统设计 基于单片机的实时温度监控系统设计摘 要本文所介绍的是一种采用单总线数字式的温度传感器DS18B20与AT89S52单片机组成的新型温度测量系统,并使用LED数码管显示器将所测温度显示出来。该系统以 AT89S52单片机为控制核心,利用新型一线制温度传感器 DS18B20测量温度值,实现环境温度的检测和报警。系统测温范围为-40+85,测量精度为 0.5。用户可以自定义报警上、下限,一旦温度超过极限值,单片机便启动声光报警系统。该系统精度高、测温范围广、报警及时,可广泛应用于
2、基于单片机的温报警场合。 关键词:AT89S52单片机;温度测量;DS18B20;声光报警;数码管显示Design of Real-time Temperature Monitoring System Based on Single Chip MicrocomputerAbstractDescribed in this paper is a single-bus digital temperature sensor DS18B20 AT89S52 single chip with a new temperature measuring system,and use the LED digita
3、l display will display the measured temperature. The AT89S52 microcontroller for the control system to the core,Temperature sensor system using a new first-line temperature measurement DS18B20,achieve environmental temperature detection and alarm. Temperature measurement range is -40 - +85 , measure
4、ment accuracy of 0.5 . Users can customize the alarm, the lower limit,Once the temperature exceeds the limit, the microcontroller will start the sound and light alarm system. The system of high precision, wide temperature range, the alarm in time, can be widely used in microcontroller-based temperat
5、ure alarm occasions.Key words: AT89S52 microcontroller; temperature measurement; DS18B20; sound and light alarms; digital display显示对应的拉丁字符的拼音朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典朗读显示对应的拉丁字符的拼音朗读显示对应的拉丁字符的拼音朗读显示对应的拉丁字符的拼音朗读显示对应的拉丁字符的拼音朗读显示对应的拉丁字符的拼音目 录摘 要2Abstract3目 录4第一章 前言5第二章 监控系统主要元器件简介62.1 AT89S52单片机的组成结构及功能62.1 .1
6、AT89S52单片机的主要功能62.1.2 AT89S5单片机的封装及其引脚功能说明72.1.3外接晶振或外部振荡器引脚92.1.4 AT89S52复位92.2温度测量传感器DS18B20介绍102.2.1 DS18B20简介102.2.2 DS18B20的引脚、封装和结构102.2.3 寄生电源122.2.4 温度测量原理122.3四位连体数码管SM41056413第三章 系统硬件电路设计153.1 单片机最小系统153.2 温度检测模块173.3 温度显示模块电路173.4报警电路模块173.5 基于AT89S52单片机的温度测量系统总电路183.6 温度测量系统的实物图19第四章 控制系
7、统软件设计214.1 主程序214.2 子程序224.2.1读出温度子程序224.2.2温度转换命令子程序224.2.3计算温度子程序234.2.4显示数据刷新子程序24第五章 结论25参考文献26致 谢27附录一 英文文献28附录二 中文翻译37第一章 前言温度是一种最基本的环境参数,对于我们来说,不仅仅是一个量的反映,更能直接影响作用到我们的生活中,人民的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量。我们身边大自然中动植物的生存繁衍与周围环境的温度也息息相关。工农业生产、科学研究对温度也都有较高的要求,如石油、化工、冶金、纺织、机械制造等行业,
8、有些特殊的行业,比如航空航天类行业对温度就有一个更高的要求,我们常接触到的食品行业中,水果、蔬菜、肉类等的保存就需要保证一定的温度,食品加工中也需要保证相应的温度,如果空气温度不适应,极有可能产生不良反应,严重的可能直接影响到人们的生命健康。我们电子科技行业也同样离不开对温度的测量和控制,如制造大规模集成电路时就需要极精确的温度控制。工业温度的测量和控制在激光器、光纤光栅的使用及其他的工农业生产和科学研究中应用广泛。因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器。随着科技的发展,技术要求的重视,温度测量的精度也越来越被看重。所以高精度温度测量系统的研究就非常有意义。本课
9、题使用AT89S52单片机结合DS18B20温度控制系统设计方案。要求该系统能够合理有效的管理和控制外部硬件,达到实时检测、监测和控制温度的目的,形成一套智能化温度控制系统。此数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,测温准确,其输出温度采用数字显示,主要用于对测温比较准确的场所,或科研实验室使用,该设计控制器使用单片机AT89S52,测温传感器使用DS18B20,用4位共阳极LED数码管以并口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。 第二章 监控系统主要元器件简介2.1 AT89S52单片机的组成结构及功能2.1 .1 AT89S52单片机的主要功能(1)8位字长CPU;(
10、2)振荡器和时钟电路,全静态操作:033MHz;(3)8KB系统内可编程Flash存储器;(4)256B内部RAM;(5)4个I/O端口共32线;(6)3个16位定时/计数器;(7)全双工(UART)串行口通道;(8)ISP端口;(9)定时监视器(看门狗);AT89S系列单片机的基本组成:图1 AT89S系列单片机的基本组成框图2.1.2 AT89S5单片机的封装及其引脚功能说明图2 AT89S52引脚(1)VCC:电源电压+5V (2)GND:接地(3)P0口:P0口是8位漏极开路型双向I/O口,其既可作为地址/数据总线复用口,又可作为通用I/O口使用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,该
11、口分时转换低8位地址和数据总线,在访问期间激活内部上拉电阻。在作为通用I/O口使用时:作为输出口用时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路,在驱动NMOS电路时,需外接上拉电阻。作为输入端口用时,要先向锁存器写l,这时输出级2个FET均截止,可用作可作为高阻抗输入。(4)P1口:Pl是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口,Pl的输出缓冲级可驱动(接收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。(5)P2口:P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,该口的输出缓冲级
12、可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(如执行MOVX DPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX Ri指令)时,P2口线上的内容在整个访问期间不改变。 (6)P3口:P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端口时,被外
13、部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。P3口除了作为一般的I0口线外,更重要的用途是它的第二功能,如下表所示:端口引脚第二功能P3.0 RXD 串行输入口P3.1 TXD 串行输出口P3.2 INT0 外部中断0P3.3 INT1 外部中断1P3.4 T0 定时计数器0外部输入P3.5 T1 定时计数器1外部输入P3.6 WR 写选通P3.6 RD 读选通(7)EA/VPP:外部访问允许端。EA端保持低电平时,CPU访问外部程序存储器;EA端保持高电平时,CPU则执行内部程序存储器中的指令。F1ash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程电压Vpp。(8)RST:复位输入。当振荡器工作
14、时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。(9)ALEPROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器,ALE仍以时钟振荡频率的16输出固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。(10)XTAL1:振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 (11) XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2没有十分严格的要求,如果使用石英晶体,推荐电容值为30pF10pF2
15、.1.3外接晶振或外部振荡器引脚XTALl:当外接晶振时,接外部晶体的一个引脚。片内振荡器由一个单级反相器组成,XTALl 为反相器的输入。当外部振荡器提供时钟信号时,则由XTALl 段输入。XTAL2:接外部晶体的另一个引脚。片内为单级反相器的输出。当由外部时钟源提供时钟信号时,则本引脚浮空。图 3 时钟电路2.1.4 AT89S52复位复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把 PC初始化为0000H,使CPU从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需按复位键重新启动。 MCS-5l系列单片机的复位引脚RST
16、(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。复位操作的两种基本形式为上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后,自动实现复位操作;上电或开关复位要求电源接通后,单片机自动复位,并且在单片机运行期间,用开关操作也能使单片机复位。上电后,由于电容C的充电和反相门的作用,使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时,按下复位键K后松开,也能使RST为一段时间的高电平,从而实现上电或开关复位的操作图4 复位电路2.2温度测量传感器DS18B20介绍 2.2.1 DS18B20简介本文所采用的温度传感器是美国DA
17、LLAS公司生产的单线数字温度传感器DS18B20,具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点,特别适合于构成多点温度测控系统,可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理,而且每片DS18B20都有唯一的产品号并可存入其ROM中,以使在构成大型温度测控系统时在单线上挂任意多个DS18B20芯片。从DS18B20读出或写入DS18B20信息仅需要一根口线,共读写及温度变换功率来源于数据总线,该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。DS18B20能提供九到十二位温度读数,它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统2.2.2 DS18B20的引脚、封装和结构D
18、S18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,管脚排列如图5。图中GND为地;I/O为数据输入/输出端(即单线总线),该脚为漏极开路输出,常态下呈高电平;VDD是外部+5V电源端,不用时应接地;NC为空脚。DS18B20主要性能如下:(1)零待机功耗;(2)无须外部器件;(3)温度以9到12位数字量读出;(4)独特的单线接口仅需要一个端口进行通信;(5)用户可定义的非易失性温度报警设置;(6)多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现多点组网;(7)可通过数据线供电,电压范围为3.05.5V;(8)报警搜索命令识别标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;(9)负电压特性,电源极
19、性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。图 5 DS18B20引脚排列图6所示为DS18B20的内部框图,它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM),用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL解发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码(CRC)发生器等七部分。图 6 DS18B20方框图2.2.3 寄生电源寄生电源由二极管VD1、VD2和寄生电容C组成。电源检测电路用于判定供电方式。寄生电源供电时,VDD端接地,器件从单线总线上获取电源。在I/O线呈低电平时,改由C上的电压Vc继续向器件供电。该寄生电源有两个优点:第一,检测远
20、程温度时无需本地电源;第二,缺少正常电源时也能读ROM。若采用外部电源VDD,则通过VD2向器件供电。2.2.4 温度测量原理DS18B20通过使用在板(on-board)温度测量专利技术来测量温度。测量电路的方框图如图7所示。图 7 温度测量电路DS18B20内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0,高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号f。当计数门打开时,DS18B20对f0计数,计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器,可对频率的非线性予以被偿。测量结果存入温度寄存器中。一般情况下的温度值应为9位(符号点1位),可精确0.5,但因符号位扩展成高8位,故以16
21、位被码形式读出,表1给出了温度和数字量的关系。表 1 DS18B20温度数字对应关系温度数据输出(二进制)数据输出(十六进制)+12500000000 1111101000FA+2500000000 001100100032+1/200000000 000000010001000000000 000000000000-1/211111111 11111111FFFF-2511111111 11001110FFCE-5511111111 10010010FF922.3 四位连体数码管SM410564数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显
22、示);按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管; 按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上,当某一字段发光二极管的阳极为高电平时,相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时,相应字段就不亮。其引脚如图8所示;SM410564内
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