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1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计2012 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 班学生姓名学生学号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 姓名 学号一、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. 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
2、；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
3、大学出版社；完成期限 2012.3.5 2012.3.9 指导教师专业负责人2012 年 3 月 2 日单片机课程设计I 目 录目 录 . I第 1 章 概 述 . 1第 2 章 温度采集显示系统总体方案设计 . 22.1 确定设计过程 . 22.2 温度采集显示系统方案论证 . 2第 3 章 硬件电路设计 . 43.1 电路总体框架 . 43.2 控制芯片 AT89C2051 简介 . 43.3 主程序流程图 . 53.4 主程序代码设计 . 6总 结 . 9参考文献 . 10附录 1 系统电路图 . 11附录 2 主要源代码 . 12单片机课程设计1第 1章 概 述在实际生产、生活等各个领
4、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。比如消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备的过热故障预知检测，空调系统的温度检测，在医院的监护中也用到温度的测量，化工、机械等设备温度过热检测，土壤各个层面上的温度将会影响植物的生长，以及热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能至关重要等等。总之，现代电子工业的飞速发展对温度检测的智能化精确度要求越来越高。目前，国内外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。本课题设计的系统符合当代科学发展的趋势，能够满足现代生产生活的需要，其测温效率高，具有较强的稳定性和灵活性。方便快捷的实现了多
5、路温度采集并显示，该系统用液晶显示器节省了空间且显示效果好，报警电路同时包含了蜂鸣器和提示灯，能更好的引起操作者的警觉，在实际生产中能够降低由于温度超过额定范围引发的事故，有良好的实用性，在国内外都具备良好的应用前景。单片机课程设计2第 2章 温度采集显示系统总体方案设计2.1 确定设计过程在熟悉课题，明确任务的基础上，查阅相关资料，理清设计思路，综合考虑总的设计时间和各部分设计所需时间，最终决定将本次设计分五大步进行。1熟悉课题，明确任务，查阅相关资料，确定总体设计方案；2根据各部分的功能划分功能模块，确定每一模块的硬件组成，合理选取具有相应功能的器件；3进行硬件设计，把各器件组成相应功能的
6、模块，并把各功能模块进行电气连接，形成总的功能系统；4.进行软件设计，编写程序，实现各模块功能，使整个系统能够良好的运行；5进行仿真调试，检查各模块功能能否完全实现，综合考虑系统的灵活性、稳定性、误差大小及测温效率调整各器件的各项参数。使系统的处在最佳性能状态。2.2 温度采集显示系统方案论证2.2.1 单片机的选取在温度采集和控制过程中，单片机是该系统的核心部件。它一方面要接收来自温度传感器的模拟信号，一方面要对这个信号进行处理、标度变换和显示，另一方面要响应串行通信中的呼叫请求。在单片机所实现的这些功能中，特别是数据采样和保持部分，需要单片机有比较快的运算速度，同时考虑选择机型的低价实用性
7、和低功耗、低电压等性能，本设计采用 Atmel 公司的 AT89C51 芯片。2.2.2 温度传感器的选取温度传感器是测控系统前向通道的关键部件，它也称换能器和变换器，一般是指非电物理量与电量的转换，即传感器是将被测的非电量（如压力、温度等）转换成与之对应的电量或电参量（如电流、电压、电阻等）输出的一种装置。社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机单片机课程设计3的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。如果测量目的是定
8、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，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。2.2.3 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
9、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，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
10、的大很多，镍氢电池的电压下降（负压）不是很明显。单片机课程设计4第 3章 硬件电路设计3.1 电路总体框架本设计的电路主要分为采集电路、单片机、显示电路。其主要组成部分如下图所示。图 3.1 硬件电路框图3.2 控制芯片 AT89C2051简介AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片，内含4Kbytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ EPROM）和 128 bytes的随机存取数据存储器（ RAM ） ，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 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash
11、存储单元，功能强大的 AT89C51 单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域，该芯片外形结构及引脚如图 3.1 所示。AT89C51 单片机主要性能参数为：与 MCS-51 产品指令系统完全兼容； 4K 字节可重擦写 Flash闪速存储器； 1000次擦写周期；全静态操作： 0Hz 24Hz；三级加密程序存储器； 128 8 字节内部RAM ； 32 个可编程 I/O 口线； 2 个 16 位定时 /计数器； 6 个中断源；可编程串行 UART 通道；低功耗空闲和掉电模式 8 。AT89C51 提供 4K 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM ， 32
12、 个 I/O 口线，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，片内振荡器及时钟电路。同时， AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 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。 掉电方式保存 RAM 中的内容， 但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。DS18B20 AT89C51 LED 单片机课程设计5图 3.2 AT89C51 引脚图3.3 主程序流程图图 3.3 主程序流程图调用显示子程序1s到初次上电读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令NYYNXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.
