《单片机原理及应用》课程设计总结报告-八路温度巡回检测系统.doc
《《单片机原理及应用》课程设计总结报告-八路温度巡回检测系统.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《单片机原理及应用》课程设计总结报告-八路温度巡回检测系统.doc(35页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、单片机原理及应用单片机原理及应用 课程设计总结报告课程设计总结报告 题题 目目: : 八路温度巡回检测系统八路温度巡回检测系统 设计人姓名设计人姓名: : 院院 系系: : 电电 气气 工工 程程 学学 院院 专专 业业: : 生物医学工程生物医学工程 0707 级级 班班级级学学 号号 : : 2 20 00 07 74 43 32 20 01 10 01 1 指指导导教教 师师 : : 日期:日期:2011-1-72011-1-7 第 1 页 共 35 页 摘要摘要: :本文介绍一种采用 STC 公司的 STC89C52RC 单片机控制 DS18B20 数字温度 传感器采集温度,最后在共阴
2、极的 LED 灯上实时显示温度值的温度检测系统 (由于实验及成本原因本文只做一路传输系统) 。该系统从实际应用工程出发, 主要对硬件电路设计、电子元件选择、系统应用软件设计等方面进行具体探讨 和研究。系统具有性能稳定可靠、功耗低、成本低、测量准确、传输距离远、 维护简单等优点,系统设计在实际工作中具有一定的借鉴意义。 关键词:关键词: 温度检测; STC89C52RC; DS18B20 第 2 页 共 35 页 目目 录录 第一节第一节 引引 言言3 3 1.11.1 系统原理及基本框图系统原理及基本框图3 3 1.21.2 设计任务设计任务3 3 第二节第二节 硬件设计介绍硬件设计介绍4 4
3、 2.12.1 STC89C52RCSTC89C52RC4 4 2.22.2 DS18B20DS18B206 6 2.32.3 三极管三极管 90129012.8 8 2.42.4 共阴极数码管共阴极数码管.8 8 2.52.5 硬件部分电路图硬件部分电路图.9 9 第三节第三节 软件设计介绍软件设计介绍1414 3.13.1 程序流程图和实际图程序流程图和实际图.1414 3.23.2 调试调试.1818 第第四四节节 个个人人心心得得体体会会2121 参考文献参考文献2424 附录附录2525 附附 1 1:电路图:电路图 第 3 页 共 35 页 附附 2 2:元件清单:元件清单 附附
4、3 3:程序:程序 第第 1 1 节节 引言引言 随着计算机技术和传感器技术的飞速发展, 在科研、生产和日常活动中, 人们对温度、压力、流量等模拟物理量的测量要求越来越高。而这些物量中温 度的应用是最为广泛的。如何将温度通过传感器变成电信号, 再经过处理转换 成计算机能够识别的数字量, 输入到计算机中, 由计算机将采集到的数字量 进行不同的处理, 然后在显示器显示出来,并进行实时监控。这已经为当前计 算机测量与控制领域的一个重要研究方向。鉴于此, 本文提出一种基于89C52 和DS18B20的低成本、远距离传输的温度检测系统设计方案。 1.11.1 系统原理及基本框图系统原理及基本框图 如图
5、1.1 所示,为系统的基本框图。 该系统由六部分组成:STC89C52RC 核心单片机,温度采集电路,LED 显示 电路,报警警电路,复位电路,晶振等,其中温度采集主要由 DS18B20 组成, 在短时间内把热力学温度信号数字,送入单片机,由单片机控制显示电路显示, 并且判断是否达到设定温度,若达到设定温度,由单片机启动报警电路,报警。 1.21.2 设计任务设计任务 图 1.1 系统基本方框图 第 4 页 共 35 页 利用单片机与 AD 转换器设计一个八路温度巡回检测系统,对某粮库或冷 冻厂八点(八个冷冻室或八个粮仓)进行温度巡回检测。能够测量-30+50oC 的温度范围,检测精度要求不大
6、于1oC。采用数码管显示测量值; 单片机和 AD 转换器型号自选(如单片机可选 AT89S51 或 AT89C51 等;AD 转换器可选 ADC0809 或 ADC0804 等) 。 (本文均基于一路温度检测系统设计) 。 第二节第二节 硬件设计介绍硬件设计介绍 2.12.1 STC89C52RCSTC89C52RC 2.1.22.1.2 STC89C52RCSTC89C52RC 介绍介绍 单片机自问世以来,以其极高的性价比受到人们的重视和关注,应用 很广,发展很快。单片机的体积小,重量轻,抗干扰能力强,环境要求不高, 价格低,可靠性强,灵活性好,开发较为容易。基于以上的优点,单片机已经 广泛
7、的应用在工业自动化控制,自动检测,智能仪器仪表,机电一体化等各个 方面,所以本系统采用单片机做为控制器。单片机中 51/52 系列最具有代表性。 本设计核心采用了 STC89C52RC 单片机。STC89C51/52 单片机系列是在 MCS51/52 系列的基础上发展起来的,STC89C52RC 完全兼容 MCS-51 系列单片 机的所有功能,并且本身带有 2K 的内存储器,可以在编程器上实现闪烁式的 电擦写达几万次以上,比以往惯用的 8031CPU 外加 EPROM 为核心的单片机系统 在硬件上具有更加简单方便等优点,其外形如图 2.1 所示。 第 5 页 共 35 页 图 2.1 STC8
8、9C52RC 芯片 2.1.32.1.3 STC89C52STC89C52 引脚介绍引脚介绍 STC89C52RC 的引脚图如图 2.2 所示. 图2.2 STC89C52引脚图 单片机的引脚功能说明: 电源引脚 VCC(40 脚):电源端,工作电压为5V。 GND(20脚): 接地端。 第 6 页 共 35 页 时钟电路引脚XTAL1(19 脚)和XTAL2(18 脚) 复位 RST(9 脚) .输入输出(I/O)引脚 P0.0-P0.7(39脚-32脚):输入输出脚,称为P0 口,是一个8 位漏极开路 型双向I/O 口,内部不带上拉电阻。 P1.0-P1.7(1脚 - 8脚):输入输出脚,
9、称为P1 口,是一个带内部上拉电 阻 的8 位双向I/0 口。 P2.0-P2.7(21脚28脚): 输入输出脚,称为P2 口,是一个带内部上拉 电 阻的8 位双向I/O 口, P3.0-P3.7 (10脚17脚):输入输出脚,称为P3 口,是一个带内部上拉电 阻的8 位双向I/O 口。P3 端口具有复用功能。 表2.1 P3口端口引脚与复用功能表 P3 引脚 兼用功能 P3.0 串行通讯输入(RXD) P3.1 串行通讯输出(TXD) P3.2 外部中断0( INT0) P3.3 外部中断1(INT1) P3.4 定时器0 输入(T0) P3.5 定时器1 输入(T1) P3.6 外部数据存
10、储器写选通(WR) P3.7 外部数据存储器读选通(RD) 2.22.2 DS18B20DS18B20 2.2.12.2.1 DS18B20DS18B20性能性能 第 7 页 共 35 页 DS18B20 是 Dallas 公司推出的单线集成数字温度采集系统,与传统的热敏 电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单 的编程实现 912 位的数字值读数方式。其实物如图 2.3 所示。 图 2.3 DS18B20 DS18b20 内部主要有三个数字部件:64 位激光 ROM、温度传感器、非易 失性温度报警触发器 TH 和 TL。 DS18B20 的性能特点如下: 独特的单
11、线接口方式,DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微 处理器与 DS18B20 的双向通讯; 多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上,实现多点组网功能; 无需外部器件; 可通过数据线供电,电压范围:3.05.5V; 测温范围55125,在-10+85时精度为0.5 零待机功耗 温度以 9 或 12 位数字量读出; 用户可定义的非易失性温度报警设置; 具有非易失性上、下限报警设定的功能,用户可方便地通过编程修改上、 下限的数值; 负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常 工作; 适用于 DN1525, DN40DN250 各种介质工业管道和狭小空间设
12、备测温。 8PVC 电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制:9位精度的转换 时间为9375 ms:10位精度的转换时间187.5ms:12位精度的转换时间750ms。 第 8 页 共 35 页 2.2.22.2.2 DS18B20DS18B20引脚图引脚图 本文用的DS18B20的常用封装为3脚,如图2.4所示。: 图2.4 DS18B20引脚图 各脚功能描述如下: DQ:数字信号输入输出端。 GND:电源地端。 VDD:外接供电电源输入端(在寄生电源接线时此脚应接地)。 2.32.3 三极管三极管 90129012 三极管
13、的工作原理三极管的工作原理 三极管是一种控制元件,主要用来控制电流的大小,以共发射极接法为例 (信号从基极输入,从集电极输出,发射极接地) ,当基极电压 UB 有一个微小 的变化时,基极电流 IB 也会随之有一小的变化,受基极电流 IB 的控制,集电 极电流 IC 会有一个很大的变化,基极电流 IB 越大,集电极电流 IC 也越大,反 之,基极电流越小,集电极电流也越小,即基极电流控制集电极电流的变化。 但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多,这就是三极管的放大作用。 IC 的变化量与 IB 变化量之比叫做三极管的放大倍数 (=IC/IB, 表 示变化量。 ) ,三极管的放大倍数 一般在几
14、十到几百倍。 三极管在放大信号时,首先要进入导通状态,即要先建立合适的静态工作点, 也叫建立偏置,否则会放大失真。 9012 是一种最常用的普通三极管。它是一种低电压,大电流,小信号的 PNP 型硅三极管: 第 9 页 共 35 页 集电极电流 Ic:Max -500mA 集电极-基极电压 Vcbo: -40V 工作温度:-55 to +150 和 9013(NPN)相对 主要用途: o开关应用 o射频放大 2.42.4 共阴极数码管共阴极数码管 数码管由 8 个发光二极管(以下简称字段)构成,通过不同的组合可用来 显示数字 0 9、字符 A F、H、L、P、R、 U、Y、符号“”及小数点“”
15、。 数码管的外形结构如下图 2.5 所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。 图 2.5 共阴极四位一体数码管 共阴极数码管的 8 个发光二极管的阴极(二极管负端)连接在一起。通常, 公共阴极接低电平(一般接地),其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动 电路的输出端为高电平时,则该端所连接的字段导通并点亮,根据发光字段的 不同组合可显示出各种数字或字符。此时,要求段驱动电路能提供额定的段导 第 10 页 共 35 页 通电流,还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。 使用时,既可以用半导体三极管驱动,也可以直接用 TTL 与非门驱动。需 要加限流电阻。数码管的工作电压一般为 1
16、.5 至 3 伏,工作电流只需几到十几 毫安。且寿命长,响应速度快。 2.52.5 硬件部分电路图硬件部分电路图 2.5.12.5.1 复位电路复位电路 在振荡器运行时,有两个机器周期(24 个振荡周期)以上的高电平出现在 此引脚时,将使单片机复位,只要这个脚保持高电平,52 芯片便循环复位。复 位后P0P3 口均置1 引脚表现为高电平,程序计数器和特殊功能寄存器SFR 全 部清零。当复位脚由高电平变为低电平时,芯片为ROM 的0000H 处开始运行程 序。该芯片的复位脚为9脚,所以复位电路接STC89C52RC的9脚,具体电路如下 图2.6所示。当采用的晶体频率是6 MHZ时,可取C=22U
17、F,R=1K;当采用的晶体 频率为12MHZ时,可取C=10UF,R=8.2K。不过这都是最佳的组合,也可以有其它 大小的电容电阻,只要符合电路要求就可以,如本文就采用22UF的电容和10K的 电阻,经试验也满足要求。 图 2.6 复位电路 2.5.22.5.2 晶振晶振 为了产生时钟信号,在 8052 内部设置了一个反相放大器,XTAL1 是片内 振荡器反相放大器的输入端,XTAL2 是片内振荡器反相放大器的输出端,也是 内部时钟发生器的输入端。当使用自激振荡方式时,XTAL1 和 XTAL2 外接石英 第 11 页 共 35 页 晶振,使内部振荡器按照石英晶振的频率振荡,就产生时钟信号。晶
18、振一般使用 石英晶体,其频率由系统需要和器件决定,在频率稳定度要求不高时也可以使用陶瓷滤波 器。使用石英晶体时 C1、C2 为 C1=C2=30(10)pF,使用陶瓷滤波器时, C1=C2=40(10)pF。本系统用 12MHZ 的石英晶振,接 STC89C52RC 的 18 和 19 脚, 具体电路如图 2.7 所示。 图 2.7 时钟信号电路(晶振) 2.5.32.5.3 一路传输电路一路传输电路 在传统的模拟信号远距离温度测量系统中,需要很好的解决引线误差补偿 问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题,才能 够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣
19、,各种干扰 信号较强,模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差,影响测量精度。因此, 在温度测量系统中,本文采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些 问题的最有效方案,新型数字温度传感器 DS18B20 具有体积更小、精度更高、 适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点,在实际应用中取得了良好的测 温效果。 DS18B20 有三个引脚。VDD 管脚接 5V 电压给传感器供电。DQ 管脚为数据线 ,与 STC89C51RC 的 P1.0 连接的同时,还要接一个 47K 的上拉电阻,并接到 5V 的电源上,使数据线在空闲状态下能自动上拉为高电平。GND 管脚接地。具 体电路如图 2.8 所示。
20、之所以接 P1 口,是因为 P1 口的驱动力最强,完全可以 驱 DS18B20 的正常运行。 第 12 页 共 35 页 图 2.8 一路传输电路 2.5.42.5.4 LEDLED 显示电路显示电路 显示电路采用静态显示,4 位 LED 数码管。所谓静态显示,就是每一个显 示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于比划段字形代码。这样单片 机只要把显示的字形代码发送到接口电路,就不用管它了,直到要显示显示新 的数据时,再发送心的字形码,因此,使用这种方法,单片机中的 CPU 的开销 小。本文的显示电路如图 2.9 所示。其中 P0 口作为 7 断码和小数点的选择,P2 口作为位码的选
21、择,在断码和 P0 口之间还需加上 1K 的上拉电阻,以保证 LED 灯的正常显示。 . 图 2.9 LED 显示电路 2.5.52.5.5 报警电路报警电路 本文中当某一通道的温度测量值超出预先设定的上、下限报警值或系统运 第 13 页 共 35 页 行出现故障时, 系统发出声光报警以提醒用户注意。报警电路中光报警采用发 光二极管, 声报警采用蜂鸣器来设计,蜂鸣器电路中, 9012晶体管起开关作 用, P2.6输出低电平时, 管脚输出电压经过lK限流电阻分压后, 到达9012基 极的电压为使得晶体管发射结正偏,集电结反偏, 晶体管导通, 蜂鸣器上电 而产生声响。发光二极管电路中, 主要是限流
22、电阻的设计,由于发光二极管工 作电流是3 mA-30 mA, 导通压降为1.8 V; 而单片机工作在5 V电压时, I/O 口输出低电平的最大灌入电流是16 mA, 输出的低电平是Vss+0.6 V 这样在限 流电阻上的压降就是5-1.8-0.6=2.6 V, 而电流要限定在8 mA左右, 所以电阻 阻值为2.6 V/8 mA=325欧姆, 在实际电路中选用330欧姆的电阻即能满足要求。 具体电路如图2.10所示。 图 2.10 报警电路 2.5.62.5.6 下载程序电路下载程序电路 本文中将 PC 机上的程序拷贝到单片机中是通过如图 2.11 所示的,连接单 片机的 10 和 11 脚串行
23、接口到插件上,再和 PC 机之间进行通讯。 第 14 页 共 35 页 . . 图 2.11 下载程序电路 2.5.72.5.7 完整电路完整电路 图 2.12 完整电路 第三节第三节 软件设计介绍软件设计介绍 3.13.1 程序流程图和实物程序流程图和实物图图 第 15 页 共 35 页 系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,温度转换命了子程序,计算 温度子程序,显示刷新温度子程序等。 3.1.13.1.1 主程序主程序 主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理 DS18B20 的测量的 当前温度值。温度测量每 1S 进行一次,这样可以在 1S 之内测量一次被测温度, 其程序流程见
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单片机原理及应用 单片机 原理 应用 课程设计 总结报告 八路 温度 巡回 检测 系统
链接地址:https://www.31doc.com/p-3259450.html