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1、.河南理工大学单片机应用与仿真训练设计报告多机温度检测系统设计姓 名： 袁晓铭 董新 学 号：310808030207 310808030202专业班级： 电信08-2班 指导老师： 胡治国 刘巍 所在学院： 电气工程与自动化学院 2011年11月18日.摘要本设计采用2片单片机，组成多机温度检测系统；下位单片机采集温度，通过串行通信传送至上位单片机；上位单片机用数码管显示温度大小。以 AT89S52单片机为控制核心，利用新型一线制温度传感器 DS18B20实现环境温度的检测和报警，DS18B20采用外部电源供电，传感器输出引脚直接和单片机相连。DS18B20温度传感器具有线性优良、性能稳定、
2、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。系统硬件电路包括传感器数据采集、温度显示、模式选择、上、下限报警主电路等。电路支持模式选择功能，可以选择设定报警极限值或显示当前温度值。当被测温度越限时，报警主电路产生声光报警。拨动开关可以对设定报警极限值进行写保护。系统测温基本范围0100；精度误差小于0.5；可以任意设定温度的上下限报警功能。该系统精度高、测温范围广、报警及时，可广泛应用于基于单片机的测温报警场合。系统抗干扰性强、设计灵活方便，适合在恶劣的环境下进行温度测量。关键字：AT89S52；DS18B20温度传感器；共阴极LED显示；
3、报警1.概述1.1设计目的 采用2片单片机，组成多机温度检测系统单片机。使用AT89S52和温度传感器DS18B20实现基本范围0-110的测量，显示精度误差小于0.5，用4位LED数码直接读出温度。可以任意设置温度的上下限，当所设置的温度高于所设置的上限或低于所设置的下限时可通过蜂鸣器和发光二极管报警。1.2设计要求1. 采用2片单片机，组成多机温度检测系统；2. 下位单片机采集温度，通过串行通信传送至上位单片机；3. 上位单片机用数码管显示温度大小。4. 基本范围01005. 精度误差小于0.56. 可以任意设定温度的上下限报警功能1.3 设计任务1.掌握单片机AT89S52的基本结构及工
4、作原理 2了解温度传感器DS18B220的工作原理3. 实现温度的测量，设置温度的上下限和报警功能4掌握单片机系统的分析和设计方法5掌握仿真软件与编译软件的使用方法2.系统总体方案及硬件设计2.1系统概述多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。本设计运用主从分布式思想，由上位机，下位机多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 RS-232串行通讯标准，通过上位机控制下位机进行现场温度采集。温度值由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。上位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用
5、单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。主控单元采用AT89S52八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机，下位机多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡
6、回检测系统,实现远程控制。另外AT89S52在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。2.2总体方案说明 该数字温度计由电源电路、晶振电路、复位电路、下载电路、单片机、数字显示电路、温度测量电路、报警电路和控制电路组成。 可以实现基本范围0-100的测量和任意设置温度的上下限，当所设置的温度高于所设置的上限或低于所设置的下限时可通过发光二极管报警。当开关处于开的状态时才可实现上述功能，否则不可实现。2.3 总体方框图 单片机控制系统LED显示电路复位电路报警显示电路时钟电路按键控制电路温度传感电路 图1 总体框图2.4 系统各部分硬件电路设计2.4.1 AT89S
7、52单片机及最小相系统AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内
8、晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 图2 AT89S52最小相系统2.4.2 复位电路设计 MCS-52单片机通常采用上电自动复位、按钮电平复位、外部脉冲复位、上电+按钮电平复位、程序运行监视复位等方式。AT89S52需要外加复位电路，本设计采用按键+上电复位，上电复位是利用电容充电来实现的，即上电瞬间RST/Vpd端的电位与Vcc相同，随着充电电流的减少，最后被
9、嵌位在0V,采用10uF的C3和10K的R2可以保证加在引脚上的高电平持续2个机器周期，即使单片机有效地复位。按键可以随时使电路复位，当键按下时1K的R1和10K的R2串联分压使RST为高电平，即复位。 图3 复位电路2.4.3 时钟晶振电路MCS-51内部有一个用于构成震荡器的高增益反向放大器，此放大器的输入端和输出端分别是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接晶振可构成时钟电路。时钟电路在单片机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢。本次设计采用内部方式的外部时钟接法。为达到振荡周期是12MHZ的要求，这里要采用12MH
10、Z的晶振，电容C1、C2对频率有微调作用，故外接晶振时，C1和C2在本设计中选择30pF，振荡频率取12MHz。晶振的两个引脚分别连到XTAL1和XTAL2振荡脉冲输入引脚。具体连接图如图3所示： 图4晶振电路2.4.4 显示电路 本次设计中采用共阴极数码管作为显示器。LED的驱动电路简单，使用方便，具有耗电少、成本低廉、配置简单灵活、安装方便、耐振动、使用寿命长等优点。LED显示器与单片机的接口一般有动态显示与静态显示接口两种电路。1、静态显示方式：是指当显示器显示某一字符时，发光二极管的位选始终被选中。在这种显示方式下，每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制，显示稳定，提高
11、了CPU的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。2、动态显示方式：动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器（称为扫描），即每个数码管的位选轮流选中，多个数码管公用一组段选，段选数据仅对位选选中的数码管有效。对于每一位显示器来说，每隔一段时间轮流点亮。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关, 由于扫描速度极快，显示效果与静态驱动相同。通过调整电流和时间参数，可以既保证亮度，又保证显示。本次设计中，由于单片机本身提供的I/O口有限，本次设计采用动态显示，数码管采用的是共阴极接法。用AT
12、89S52的P0口作段码输出时, 驱动能力相当大，但由于输出极为漏极开路电路，驱动拉电流负载，引脚上应外接上拉电阻。因此，在本次设计中我们将数码管各段加上拉电阻后接单片机P0口。我们把P2口的输出信号直接接到数码管的位选端作为位选信号，低电平有效。图5 显示电路2.4.5 数字温度传感器DS18B20本次设计的硬件电路简单，关键的地方在DS18B20,也是最复杂难懂的。由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。DS
13、18B20的性能特点： 采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位） 测温范围为-55-+125，测量分辨率最小为0.0625 内含64位经过激光修正的只读存储器ROM DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 适配各种单片机或系统机 测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线“串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力 用户可分别设定各路温度的上、下限 适应电压范围宽，3.05.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电DS1
14、8B20的管脚排列如图5所示。引脚功能如下表所示： 图6 DS18B20序号名称引脚功能描述1Vcc可选择的Vcc引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3GND地信号。表1 DS18B20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触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分内部，其内部结构框图如图6所示。C64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器THTTHTTH器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器Vdd 图7 DS18B20内部结构DS18B20有4个主要的数据部件： 64位激光ROM。64位激光ROM从高位到低位依次为8位C
