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1、 单片机原理及应用 课程设计 八路温温度巡回检测检测系统统 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 系统设计在实际工作中具有一定的借鉴意义 关关键词键词 温度检测 STC89C52RC DS18B20 下载可编辑 专业 整理 下载可编辑 专业 整
2、理 目 录录 第一节节 引 言 3 1 1 系统统原理及基本框图图 3 1 2 设计设计任务务 3 第二节节 硬件设计设计介绍绍 4 2 1 STC89C52RC 4 2 2 DS18B20 6 2 3 三极极管 9012 8 2 4 共阴极数阴极数码码管 8 2 5 硬件部分电电路图图 9 第三节节 软软件设计设计介绍绍 14 3 1 程序流程图图和实际图实际图 14 3 2 调试调试 18 下载可编辑 专业 整理 第四节节 个个人心得体 会会 21 参参考文献献 24 附录录 25 附 1 电电路图图 附 2 元件清清单单 附 3 程序 第 1 节 引言 随着计算机技术和传感器技术的飞速发
3、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 1 系统统原理及基本框图图 如图 1 1 所示 为系统的基本框图 下载可编辑 专业 整理 该系统由六部分组成 STC89C52RC 核心单片机 温度采集电
4、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 2 设计设计任务务 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 ADC0
5、804 等 本文均基于一路温度检测系统 设计 图 1 1 系统基本方框图 下载可编辑 专业 整理 第二节节 硬件设计设计介绍绍 2 1 STC89C52RC 2 1 2 STC89C52RC 介绍绍 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 ST
6、C89C51 52 单片机系列是在 MCS 51 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 下载可编辑 专业 整理 图 2 1 STC89C52RC 芯片 2 1 3 STC89C52 引脚介绍绍 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
7、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 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 下载可编辑 专业 整理 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
8、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外部数据存储器写选通 WR P3 7外部数据存储器读选通 RD 2 2 DS18B20 下载可编辑 专业 整理 2 2 1 DS18B20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
9、实现 9 12 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 0 5 5V 测温范围 55 125 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
10、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 下载可编辑 专业 整理 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 DN15 25 DN40 DN250 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93 75 ms 10位精度的转换时间187 5ms 12位精度的转换时间 750ms 2 2 2 DS18B20引脚图图 本文用的DS18B20的常用封装为3脚 如图2 4所示 图2
11、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 下载可编辑 专业 整理 2 3 三极极管 9012 三极极管的工作原理 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
12、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 和 9013 NPN 相对 主要用途 o开关应用 o射频放大 下载可编辑 专业 整理 2 4 共阴极数阴极数码码管 数码管由 8
13、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 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 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
14、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 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 下载可编辑 专业 整理 2 5 硬件部分电电路图图 2 5 1 复复位电电路 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P0 P3 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
15、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 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 图 2 6 复位电路 2 5 2 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 下载可编辑 专业 整理 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
16、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 2 7 所示 图 2 7 时钟信号电路 晶振 2 5 3 一路传输电传输电路 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 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
