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1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计2015 年 3 月 9 日 课 程 单片机原理及应用课程设计 题 目 温度采集显示系统 院 系 电子科学学院 专业班级 电信 112 班 学生姓名 魏孟德 学生学号 110901140212 指导教师 东北石油大学课程设计任务书课程 单片机原理及应用课程设计题目 温度采集显示系统 专业班级 电信 11-2 姓名 魏孟德 学号 110901140212一、设计目的：训练学生综合运用己学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术开发工作，掌握单片机程序设计、调试，应用电路设计、分析及调试检测。二、设计要求：1. 应用 MCS-51 单片机设计一个温度采集显示系统；
2、2. 以一定的时间间隔对 8 个温度通道进行巡回采集，温度检测范围为 0+64 摄氏度；并将检测的温度显示出来；3. 硬件设计根据设计的任务选定合适的单片机，根据控制对象设计接口电路。设计的单元电路必须有工作原理，器件的作用，分析和计算过程；4. 软件设计根据电路工作过程，画出软件流程图，根据流程图编写相应的程序，进行调试并打印程序清单；5. 原理图设计根据所确定的设计电路，利用 Protel 等有关工具软件绘制电路原理图、PCB 板图、提供元器件清单。三、参考资料：1 单片微型计算机与接口技术，李群芳、黄建编著，电子工业出版社；2 单片机原理及应用，张毅刚编著，高等教育出版社；3 51 系列
3、单片机及 C51 程序设计，王建校，杨建国等编著，科学出版社；4 单片机原理及接口技术，李朝青编著，北京航空航天大学出版社；完成期限 2012.3.232012.5.27 指导教师 专业负责人 2015 年 3 月 20 日单片机课程设计0第 1 章 概 述随着现代信息技术的飞速发展，温度测量显示系统在工业、农业及人们的日常生活扮演这一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集显示系统的设计与研究有十分重要的意义。在实际生产、生活等各个领域中，温度是环境因素的不可或缺的一部分，对温度进行及时精确的控制和检测显得尤为重要。单片机具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点。应用在
4、温度测量方面简单方便，测量范围广精度高，从而提高了生产效率。本次课程设计用 AT89C51单片机做内核，选用电位器代替热敏电阻作为输入原件，利用 ADC0809 转换信号，送到显示器循环显示数值。并根据需要，设定了一定的报警值。在本次设计结束后，我们将得到一款能够同时检测显示八路温度的多点智能测温系统，当某一路或某几路温度值超过设定的上限值或者下限值时，报警电路中的蜂鸣器鸣响且提示闪亮，使操作者能够及时发现问题并控制温度回到额定温度范围内。该系统运行稳定，操作简便，应用灵活，能够在当代农业、工业、医疗以及日常生活中得到良好的应用。第二章温度采集显示系统总体方案设计1.1 温度采集显示系统方案论
5、证1.1.1 单片机的选取采用 AT89C51 单片机为控制核心优点凸显，51 系列微处理器基于简化的嵌入式控制系统结构，被广泛应用于从军事到自动控制再到 PC 机上的键盘上的各种应用系统上，仅次于 Motorola 68HC11 在 8 位微控制器市场上的销量，很多制造商都可提供 51 系列单片机，像 Intel Philips Siemens 等，这些制造商给 51 系列单片机加入了大量的性能和外部功能，像 I2C 总线接口，模拟量到数字量的转换，看门狗，PWM 输出等，不少芯片的工作频率达到 40M，工作电压下降到 1.5V。综合考虑单片机的各部分资源，因此此次设计选用 AT89C51
6、单片机为核心处理单片机课程设计1器。1.1.2 温度传感器的选取传感器是信号输入通道的第一道环节，也是决定整个测试系统性能的关键环节之一。由于传感技术的发展非常迅速，各种各样的传感器应运而生，所以对传感器的正确选用显得尤为重要。而众多传感器对微机化测控系统有较大的影响。当今应用较多的传感器大致可以分为以下几种：1大信号输出传感器。为了与 A/D 输入要求相适应，传感器厂家设计制造一些专门与 A/D 相配套的大号输出传感器。通常是把放大电路与传感器做成一体，使传感器能直接输出 05V、010V 或 02.5V 要求的信号电压，把传感器与相应的变送器电路做成一体，构成能输出 420mA 直流标准信
7、号的变送器。对于大电流输出，只要经过简单 I/V 转换即可变为打信号电压输出。对于大信号电压可以经 A/D 转换，也可以经 V/F 转换送入微机，但后者响应速度较慢。2集成传感器。集成传感器是将传感器与信号调理电路做成一体。例如，将应变片、应变电桥、线性化处理、电桥放大等做成一体，构成集成压力传感器。采用集成传感器可以减轻输入通道的信号调理任务，简化通道结构。3光纤传感器。这种传感器其信号拾取、变换、传输都是通过光导纤维实现的，避免了电路系统的电磁干扰。在信号输入通道中采用光纤传感器可以从根本上解决由现场通过传感器引入的干扰。4数字式传感器。数字式传感器一般都采用频率敏感效应器件构成，也可以是
8、由敏感参数 RLC 构成的振荡器，或模拟电压输入经 V/F 转换等，因此，数字量传感器一般都是输出频率参量，具有测量精度高、抗干扰能力强，便于远距离传送等优点。此外，采用数字量传感器时，传感器输出如果满足 TTL 电平标准，则可直接接入计算机的 I/O 口或中断入口。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。显而易见，数字式温度传感器在本设计中的应用优点突出，综合考虑以上选取注意事项
9、，本设计采用 DS18B20 单总线数字式温度传感器对温度信号进行采集。单片机课程设计21.1.3 显示器的选取显示系统是单片机控制系统的重要组成部分，主要用于显示各种参数的值，以便使现场工作人员能够及时掌握生产过程。工业控制系统中常用的显示器件有 CRT、LED、LCD 等，CRT 不仅可以进行字符显示，而且可以进行画面显示，和计算机配合使用，可十分方便地实现生产过程的管理和监视，但由于 CRT 体积大，价格昂贵，所以只适用于大型微机控制系统。在中小型的控制过程中，为了使工作人员能够在现场直接看到生产情况和报警信号，经常选用 LED 和 LCD 作为显示器件。LED 和 LCD 都具有体积小
10、，功耗低，响应速度快，易于匹配，可靠性高和寿命高等优点。LCD 是一种功耗极低的显示元件，在仪表和低功耗应用系统中的使用较多，而 LED 成本低廉，也用于单片机控制系统中。设计要求巡回采集温度，所以采用 LED 作为显示系统。从曲线中还可以看出，电池充满后，镍镉电池的电压下降幅度要比镍氢电池的大很多，镍氢电池的电压下降（负压）不是很明显。第二章 硬件电路设计2.1 电路总体框架本设计的电路主要分为复位电路，采集电路、单片机、显示电路，温度传感电路组成，其功能模块连接如下图所示。单片机复位电路采集电路数码管显示温度传感器图 3.1 功能模块连接图单片机课程设计32.2 控制芯片 AT89C205
11、1 简介本设计中，AT89C2051 单片机是核心器件，它控制着电路各部分的工作，内部的精密比较器和定时器同时还是 A/D 转换电路的组成部分。电压数字量的运算比较、电路工作状态的判断与指示、快速充电放电与涓流充电的选择以及负压的检测等等都是在单片机控制下实现的。AT89C2051 单片机的基本特点如下：AT89C2051 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，内含 2k 字节的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 128 字节的随机存取数据存储器（RAM），其擦写周期约 1000 次。器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 M
12、CS-51 指令系统，内置通用 8 位中央处理器和Flash 存储单元，功能强大。AT89C2051 单片机的工作电压范围较宽，可在2.7V6V 电压范围内工作。它的工作频率为 0Hz24MHz，支持降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式（低功耗空闲和掉电模式），空闲方式下停止 CPU 的工作，但允许 RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式下保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C2051 还具有两级加密程序存储器，使用者可以根据需要对程序进行加密，实现版权保护的目的。考虑到在单片机的很多应用中，需要
13、使用发光二极管（LED）进行指示，AT89C2051 的输出端口被设计成可直接驱动 LED，可以省去外加的驱动电路，节省资源6。AT89C2051 内部资源主要有：2k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部RAM，15 个 I/O 口线（其中 P1 是一个完整的 8 位双向 I/O 口），两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口（可编程串行 UART通道），精密模拟比较器，片内振荡器以及时钟电路。AT89C2051 引脚如图 3.2 所示。单片机课程设计4(RXD)P3.0(TXD)P3.1XTAL2RST/VPPXTAL1(INT0)P3.2(I
14、NT1)P3.3(T0)P3.4(T1)P3.5GNDVCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1(AIN1)P1.0(AIN0)P3.712345678910 11121314151617181920图 3.2 AT89C2051 引脚图AT89C2051I/O 口功能说明：1P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电
15、阻。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。2P1 口：P1 口是一组 8 位双向 I/0 口，P1.2 P1.7 提供内部上拉电阻，由于 P1.0 和 P1.1 是内部精密比较器的同相输入端（AIN0）和反相输入端（AIN1），所以内部无上拉电阻，如果需要作为通用 I/O 口，应在外部接上拉电阻。Pl 口输出缓冲器可灌入 20mA 电流并可直接驱动 LED。当 P1 口引脚写入“1”时可作输入端，当引脚 P1.2P1.7 用作输入并被外部拉低时，它们因内部上拉电阻的作用而输出电流（IIL）。3P3 口：P3 口的 P3.0P3.5、P3.7 是带有内部上拉电阻的 7 个双向 I/O 口。P3.6 没有引出管脚，它作为一个通用 I/O 口但不可访问，可作为片内比较器的输出信号，P3 口缓冲器可吸收 20mA 电流。当 P3 口写入 “1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 P3 口由于上拉电阻的存在而输出电流（IIL）。P3 口还可以用于特殊的功能，如下表所示。表 3-1 P3
