毕业设计论文基于单片机和1602液晶的数字温度计设计.doc
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1、 届别 2012届 学号 200814110210 毕业论文数字温度计的设计姓 名 系 别、 专 业 物电系 电子信息科学与技术导 师 姓 名、职 称 完 成 时 间 2012年3月 I目 录摘要- -1. 绪论- 1 -1.1课题背景及研究意义- 1 -1.2国内外现状- 1 -1.3课题的设计目的- 2 -1.4课题的主要工作- 2 -1.5本文研究内容- 3 -2 系统总体方案及硬件设计- 3 -2.1数字温度计设计方案论证- 3 -2.2总体设计框图 - 3 -2.3 系统整体硬件电路设计- 12 -3.系统软件设计- 14 -3.1主程序设计- 14 -3.2 DS18B20初始化-
2、 15 -3.3数据测试- 16 -3.4仿真结果- 17 -参考文献- 19-致 谢- 20 -附录:程序清单- 21- 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。本文介绍了数字温度测量及报警系统的设计。本文采用单片机作为主要部分。它的主要组成部分有:AT89C52单片机、ds18b20温度传感器、lcd1602显示模块。它可以实时的温度显示和温度门限报警。通过测试表明,本设计简单、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点,广泛应用于养殖业及冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量。关键词: 数字温度 测量 报
3、警 AT89C52单片机 ds18b20温度传感器lcd1602显示模块 ABSTRACT With the progress of science and technology industrial production in the temperature is charged with common parameters, and MCU to use these parameter control has become the main. This paper introduces a digital temperature measurement and alarm system d
4、esign. This paper uses single-chip microcomputer as the main part. Its main components are: AT89C52, DS18B20 single-chip temperature sensor, LCD1602 display module. It can real-time temperature display and alarm temperature threshold. The test results show that, the design is simple, stable performa
5、nce, high sensitivity, strong anti-interference capability, easy to use, widely used in aquaculture and refrigerator, air conditioner barn and other daily temperature measurement. Key words: digital temperature;measurement;alarm;Single Chip Microcomputer; DS18B20temperature sensor ;LCD1602 display m
6、odule III1. 绪论1.1课题背景及研究意义随着新技术的不断开发与应用,近年来单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同;产品的工艺不同,控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度,高速度的控制要求,如温度控制表温度接触器,其主要缺点是温度波动范围大,由
7、于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的,受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制,通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式,如:PID控制,模糊控制,神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度,不但使控制变得简便,而且使产品的质量更好,降低了产品的成本,提高了生产效率。本系统所使用的加热器件是电炉丝,功率为三千瓦,要求温度在4001000。静态控制精度为2.43。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高,通用性好,功能强,特别是体积小,重量轻,耗能低,可靠性高,抗干扰能力强和使用方便等独特优点,在数字、智能化方面有广泛的用途。1.2国
8、内外现状温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比,仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主,它们只能适应一般温度系统控制,而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表,国内技术还不十分成熟,形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入WTO,我国政府及企业对此都非常重视,对相关企业资源进行了重组,相继建立了一些国家、企业的研发中心,开展创新性研究,使我国仪表工业得到了迅速的发展。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一
9、块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器(Microcontroller),是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发
10、展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机主频已
11、经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 1.3课题的设计目的1. 巩固、加深和扩大单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。2. 培养针对课题需要,选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力,提高组成系统、编程、调试的动手能力。3. 通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、
12、研制的过程,软硬件设计的方法、内容及步骤。1.4课题的主要工作本课题的器DS18B20,此传感器课读取被测量温度值,进行转换。主要工作研究重点是设计一种基于单片机的数字温度测量及报警系统。利用数字温度传感如下:1. 测温范围 55+125,固有测温分辨率0.5。2. 精度误差小于1。3. LCD1602液晶显示。4. 两路温度测量及报警功能。5. 实现报警提示蜂鸣器及led发光二极管。1.5本文研究内容数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器(如铂电阻,热电偶,半导体,热敏电阻等),将温度的变化转换成电信号的变化,如电压和电流的变化,温度变化和电信号的变化有一定的关系,如线性关系,一定的曲线
13、关系等,这个电信号可以使用模数转换的电路即A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号,数字信号再送给处理单元,如单片机或者PC机等,处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来,成为可以显示出来的温度数值,如25.0摄氏度,然后通过显示单元,如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温功能。 本文是基于AT89S51单片机,采用数字温度传感器DS18B20,利用DS18B20不需要A/D转换,课直接进行温度采集显示,报警的数字温度计设计。包括传感器数据采集电路,温度显示电路,上下限报警调整电路,单片机主板电路等组成。2 系统总体方案及硬件设计2.1数字
14、温度计设计方案论证 由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。2.2总体设计框图 温度计电路设计总体设计方框图如图1所示,控制器采用单片机AT89C52,温度传感器采用DS18B20,lcd1602实
15、现温度显示。 Lcd1602显示模块AT89C52 单片机 时钟震荡电路 温度检测电路 温度门限报警电路 图1 总体设计框图2.2.1 主控制器 单片机AT89C52具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,适合便携手持式产品的设计使用。AT89C52单片机芯片具有以下特性:1)指令集合芯片引脚与Intel公司的8052兼容;2)4KB片内在系统可编程FLASH程序存储器;3)时钟频率为033MHZ;4)128字节片内随机读写存储器(RAM);5)6个中断源,2级优先级;6)2个16位定时/记数器;7)全双工串行通信接口;8)监视定时器;9)两个数据指针;2
16、.2.2 1602显示模块显示电路采用lcd1602液晶,接P0口,1602LCD主要技术参数: 显示容量:162个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm2.2.2.1引脚功能说明: 1602LCD采用标准的14脚(无背光)或16脚(带背光)接口,各引脚接口说明如表2-1所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光
17、源正极8D1数据16BLK背光源负极 表2-1:引脚接口说明表第1脚:VSS为地电源。第2脚:VDD接5V正电源。第3脚:VL为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚:RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚:R/W为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚:E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,
18、液晶模块执行命令。第714脚:D0D7为8位双向数据线。第15脚:背光源正极。第16脚:背光源负极。 2.2.2.2 1602LCD的指令说明及时序 1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,如表2-2所示:序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到C
19、GRAM或DDRAM)10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容 表2-2:控制命令表 1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。(说明:1为高电平、0为低电平)指令1:清显示,指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2:光标复位,光标返回到地址00H。指令3:光标和显示模式设置 I/D:光标移动方向,高电平右移,低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效,低电平则无效。指令4:显示开关控制。 D:控制整体显示的开与关,高电平表示开显示,低电平表示关显示 C:控制光标的开与关,高电平表示有光标,低电平表示无光标 B:
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