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1、课程设计(论文)题 目 名 称 基于单片机的温度测量装置 课 程 名 称 单片机原理及应用 学 生 姓 名 学 号 11413040 系 、专 业 信息工程系、电子科学与技术 指 导 教 师 2013 年 6 月 30 日摘要随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它
2、的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。传统的测温元件有热电偶和二电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。我们用一种相对比较简单的方式来测量。本文介绍一种基于 AT89C51 单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20 作为温度监测元件，测量范围 0+120，使用数码管模块显示，能设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集成温度传感器 DS18B20 的原理，AT89C51 单片机功能和应用。该电路
3、设计新颖、功能强大、结构简单。关键字：温度测量；AT89C51；DS18B20目录1 概述.12 设计方案.12.1 设计目的.12.2 设计任务.23 系统硬件设计.23.1 温度测量电路.23.2 A/D 转换电路.33.3 单片机最小系统.43.4 数码管显示电路.43.5 报警器电路.54 系统软件设计4.1 主程序设计.54.2 A/D 转换子程序设计.64.3 显示子程序设计.85 性能分析与系统仿真.10总结.11参考文献.12致 谢.13附录: 程序清单.1411 概述随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的
4、应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：P
5、ID 控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在 4001000。静态控制精度为 2.43。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。2 设计方案2.1 设计目的课程设计是在校大学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。单片机课程设计，要求学生更多的完成软硬件结合的动手实践方案，解决
6、目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象。单片机课程设计是继 C 语言课程设计与数据结构课程设计后的一门实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程的基础知识，独立进行单片机应用技术的开发工作，掌握单片机程序设计、调试和应用电路的设计、分析及调试检测。并且巩固、加深和扩大大学生单片机应用方面的知识，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制问题的能力。2.2 设计任务2温度测量范围：0120；测量精度：1；用单片机和 A/D 转换芯片，将模拟电位 05V 用数码管对应显示成 0120，温度变化时能显示对应的温度。 温度测量方案如图所示，温度传感器 TC 输出信号经差动放大到 05
7、V，放大器输出送 ADC0831 进行 A/D 转换，A/D 转换结果送单片机进行处理，最后将所测的温度在 LED 数码管上显示。图 2.1 基于单片机的温度测量方案3 系统硬件设计3.1 温度测量电路温度测量电路要实现的目标是：将 0120温度通过温度传感器测量，运算放大器放大得到 05V 的电压信号。温度的测量是采用温度传感器，就是将温度变化转换为电信号变化。温度传感器选用 Pa-t 传感器，放大器采用 OP07E 放大器，温度信号输入采用差动放大形式，设计电路如图所示，放大器输出为：由 V0=(R3/R1)*Vi 得V0=（20000/200）Vi=100Vi 即图 3.1 中放大倍数为
8、 100 倍。A/D 转换单片机数码管显示温度测量报警器3图 3.1 温度测量电路在 Protues 中实测放大器输出数据如表 3.1 所示。表 3.1 放大器输出实测数据温度0102030405060708090100110120电压0.000.430.831.241.662.072.492.913.333.754.174.585.003.2 A/D 转换电路A/D 转换的目标是将模拟量转换成数字量，在本次课程设计中，选用 ADC0831串行 A/D 转换芯片作为温度测试系统的 A/D 转换器，如图所示。由于设计误差要求为 1，1对应的输入电压为（1/120）*5=0.04167V，8 位A/D 转换芯片的分辨率为 1/256*5V=0.019531V,从而说明选用 8 位的 A/D 转换器测量误差要小于 1。另外，之所以选用串行芯片，理由是串行的电路设计简单，并且在性能上满足要求。图 3.2 ADC0831 芯片43.3 单片机最小系统单片机最小系统就是支持主芯片正常工作的最小电路部分，包括主控芯片、复位电路和晶振电路。主控芯片选取 AT89C51 芯片，因其具有良好的性能及稳定性，价格便宜应用方便，可直接用 USB 线下载代码。晶振选取 12MHz，晶振
