计算机控制课程设计-温度检测系统设计.doc
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1、 课程设计 - 0 - 计算机控制技术计算机控制技术 课课 程程 设设 计计 成绩评定表成绩评定表 设计课题设计课题 : 温度检测系统设计温度检测系统设计 学院名称学院名称 : 专业班级专业班级 : 学生姓名学生姓名 : 学学 号号 : 指导教师指导教师 : 设计地点设计地点 : 设计时间设计时间 : 指导教师意见: 成绩: 签名: 年 月 日 课程设计 计算机控制技术计算机控制技术 课课 程程 设设 计计 设计课题设计课题 : 温度检测系统设计温度检测系统设计 学院名称学院名称 : 专业班级专业班级 : 学生姓名学生姓名 : 学学 号号 : 指导教师指导教师 : 设计地点设计地点 : 设计时
2、间设计时间 : 课程设计 计算机控制技术计算机控制技术 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名学生姓名专业班级专业班级学号学号 题题 目目温度检测系统设计 课题性质课题性质工程设计课题来源课题来源自拟课题 指导教师指导教师 主要内容主要内容 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。 任务要求任务要求 第 1 天:熟悉课程设计任务及要求,针对课题查阅技术资料。 第 2 天:确定设计方案。要求对设计方案进行分析、比较
3、、论 证,画出方框图,并简述工作原理。 第 3-4 天:按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图, 元件及元件参数选择要有依据,各单元电路的设计要有详细论述。 第 5 天:撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理 流畅、格式规范、方案合理、设计正确,篇幅不少于 5000 字。 主要参主要参 考资料考资料 1 高艳萍. 8051 单片机在汽包锅炉水位控制J. 应用能源技术, 2001 2 徐士良.计算机软件技术基础M北京:清华大学出版社,2007 3 张晋格计算机控制原理与应用北京:电子工业出版社,1995 4 王威嵌入式微控制器 S08AW 原理与实践M北京:北京航 空航天大学出版
4、社,2008 5 张俊谟单片机的发展与应用J电子制作,2007,(8):2324 审查意见审查意见 系(教研室)主任签字:系(教研室)主任签字: 年年 月月 日日 课程设计 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
5、工作中具有一定的借鉴意义。 关键词:关键词: 温度检测; STC89C52RC; DS18B20 课程设计 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 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1
6、414 3.13.1 程序流程图和实际图程序流程图和实际图.1414 3.2 调试.18 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 附附 2 2:元件清单:元件清单 附附 3 3:程序:程序 课程设计 1 1 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,
7、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。 2 2 总体方案设计总体方案设计 2.12.1 系统原理及基本框图系统原理及基本框图 如图 2.1 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
8、机启动报警电路,报警。 2.22.2 设计任务设计任务 图 2.1 系统基本方框图 课程设计 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) 。 3 3 硬件电路设计硬件电路设计 3.13.1 STC89C52RCSTC89C52RC 2.1.12.1.
9、1 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
10、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 3.1 所示。 课程设计 图 3.1 STC89C52RC 芯片 3.1.23.1.2 STC89C52STC89C52 引脚介绍引脚介绍 STC89C52RC 的引脚图如图 3.2 所示. 图3.2 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。 时钟电路引脚XTAL1(19 脚)和XTAL2(18 脚) 复位
11、 RST(9 脚) 课程设计 .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,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3.1 P3口端口引脚与复用功能表 P3 引脚 兼用功
12、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 外部数据存储器写选通(WR) P3.7 外部数据存储器读选通(RD) 3.23.2 DS18B20DS18B20 2.2.12.2.1 DS18B20DS18B20 性能性能 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
13、 3.3 所示。 课程设计 图 3.3 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
14、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。 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3.4所示。: 课程设计 图3.4
15、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)。 3.33.3 三极管三极管90129012 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
16、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: 集电极电流 Ic:Max -500mA 集电极-基极电压 Vcbo: -40V 工作温度:-55 to +150 课程设计 和 9013(NPN)相对 主要用途: 1、开关应用 2、射频放大 3.43.4 共
17、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“”。 数码管的外形结构如下图 3.5 所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。 图 3.5 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 通电流,还需根据外接电源及额定段
18、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 课程设计 要加限流电阻。数码管的工作电压一般为 1.5 至 3 伏,工作电流只需几到十几 毫安。且寿命长,响应速度快。 3.53.5 硬件部分电路图硬件部分电路图 3.5.13.5.1 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 000
19、0H 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 3.6 所示。当采用的晶体频率是 6 MHZ 时,可取 C=22UF,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。 课程设计 图 3.6 复位电路 3.5.23.5.2 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
20、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 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 3.7 所示。 课程设计 图 3.7 时钟信号电路(晶振) 3.5.33.5.3 一路传输电路一路传输电路 在传统
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