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1、山 东 科 技 大 学课程设计报告课程名称：单片机原理及应用 _题 目: 现场温度测控系统设计学 院 名称: 电气信息系专业 班级: 计算机科学与技术 2008 级 7 班学生 姓名: 巩珊珊学号: 200803224106 指 导 教 师 : 吕英俊填表时间 : 2011年 7 月 15 日指导教师评语单片机原理及应用课程设计指导书（三）设计题目：现场温度智能测控系统的设计课程设计报告书写说明及注意事项1本设计报告内容包括指导教师评语、目录（自动生成）、设计报告主要内容 （程序流程图包含在软件设计中） 、总结、致谢辞、附录等部分。2课程设计教学大纲由指导教师提供，放在附录中。3将设计过程中专
2、题部分的源程序、图表放在附录中。全部程序清单只提供电子文档，不要求打印4本报告打印用A4纸张，页面设置：上： 2.5 厘米，下： 2.5 厘米，左： 2.5 厘米，右： 2.5 厘米。5本报告除标题采用三号加粗宋体外，正文部分采用小四宋体，段落为1.5 倍行距。6相关的图表要增加编号。7学生应认真书写课程设计报告，设计报告主要内容字数不少于15 页，附录内容不计算在内。8每位学生要同时提供电子和纸质两种媒质报告，电子文档经指导教师审核允许后才能打印。电子文档要求要求提供两个文件：设计报告（学号姓名.RTF)和程序清单（专题名称 .c ） 。9评语和成绩由指导教师根据设计报告质量和学生设计过程中
3、的具体表现给出。10本报告应充分体现学生本人在实习过程中的亲身体会和心得，不允许出现抄袭和大面积内容类同现象，一旦发现抄袭者和被抄袭者均按不及格处理。现场温度智能测控系统的设计（三）一、课程设计目的通过该设计使学生熟练掌握单片机最小应用系统：模拟量数据采集、处理、控制和相关的人机接口（键盘、显示）单元的设计方法，并培养学生工程设计的一般方法和技巧。二、技术要求：1系统组成系统选用 AT89C51 单片机作为微处理器，外部扩展键盘和LED 显示器件，温度测量采用温度传感器进行采样，通过继电器控制外部加热装置，通过蜂鸣器报警。2实现功能：1) 基本要求：温度测量范围：-50 -110，测量精度误差
4、小于0.5 ，LED直读显示实时温度值和设定值。2) 按键功能：通过按键设置温度设定值和温度高、低限报警值。3) 通信功能：系统连续采集10个数据，然后把采集的数据经数字滤波、处理后保存、并在显示器上显示其温度值, 同时经串行接口传至上位机。4) 通信约定：系统发送采用查询方式，上位机接收采用中断方式，波特率为9600bps，帧格式位 8个数据位， 1个停止位，无校验位；传送数据格式为：实时值、设定值。5) 控制和报警功能：当现场温度低于设定值2时闭合继电器控制加热器加热，高于设定值 2时断开继电器停止加热；温度低于低限报警值或高于高限报警值时通过蜂鸣器发声报警。3整个系统建议分为以下模块：1
5、)AT89C51 单片机最小应用系统 ( 含键盘、显示人机接口 )；2)温度采集、控制模块；3)上位机和下位机通信模块。三、一周时间安排：星期一：布置设计任务，收集相关资料；星期二：确定设计方案，软、硬件的总体设计；星期三、四：上机调试；星期五：完成设计报告。摘 要单片机系统的应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的开发和使用。本论文介绍了“基于单片机的温度控制系统”的设计及其相关内容。设计的主要内容是温度检测与控制系统中控制算法及输出驱动电路的实现。系统的组成包括：温度检测与处理系统、A/D转换电路、单片机系统电路、键盘和显示电路以及输出驱动电路的实现。本
6、文重点对测控硬件、软件的组成进行了分项、模块化逐步分析设计。对各部分的电路逐个进行了介绍，实现了该系统的硬件电路。用AT89C51 单片机为主控芯片。此次设计的温度控制系统主要是由中央控制器、温度检测器、显示器等模块组成。温度检测部分采用DS1620 温度传感器，用LED 数码管做显示器。温度传感器DS1620 采集温度信号送给单片机，单片机对信号进行相应处理，并把温度数据送LED 显示，从而实现对温度控制的目的。温度采集与控制系统的设计对自动化专业的学生而言是经典的、涵盖知识面广的题目。是单片机系统应用、高精度检测以及控制算法的程序实现的集合。关键词 :AT89C51单片机 DS1620 L
7、ED 显示器目 录第 1 章绪论 11.1 课题的背景 . 11.2 课题的来源 . . 21.3 设计目的 . 21.4 课题内容及要求 . 3第 2 章基于单片机的温度系统设计 42.1 系统整体设计模型. 4第 3 章 硬件设计 . . 53.1 AT89C51 简介 . 53.2 8255A 简介 . 83.3 8255A 的控制字 . 93.4 8255A 的工作方式 10 3.5 DS1620 简介 . 11 3.6 4*4矩阵键盘简介 13 3.7 LED 工作原理 15 3.8 实验所用实验板电路图 16 第 4 章 软件设计 . 18 4.1 程序设计 18 4.2 部分代码
8、 19 第 5 章 设计总结 . 24 致谢 . 25 参考文献 . 26 - 1- 第1章绪论1.1 课题的背景单片机自 1976年由Intel 公司推出 MCS-48 开始，迄今已有三十多年了。 由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC 机外围以及网络通讯等广大领域，对各个行业的技术改造和产品更新换代起着重要的推动作用。单片机有两种基本结构形式：一种是在通用微型计算机中广泛
9、采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器。目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。本设计讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的51 系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。20 世纪 80 年代中期以后， Intel公司以专利转让的形式把8051 内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL 、PHILIPS、ANALOG
10、、DEVICES 、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051 的系统结构 ( 主要是指令系统 ) 相同，采用CMOS 工艺，因而，常用 80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机， 它们对 8051 单片机一般都作了一些扩充，使其更有特点。其功能和市场竞争力更强，其实不该把它们直接称呼为MCS-51 系列单片机，因为MCS 只是 Intel公司专用的单片机系列型号。 MCS-51系列及 80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列
11、单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8 位型、片内闪烁存储器型。其中ATMEL 公司的标准型 AT89单片机因其与MCS-51的完全兼容性、优良的工作性能、使用的灵活性以及较高的性能价格比，成为AT89系列单片机的主流机型，在嵌入式控制系统中获得广泛应用。- 1- 1.2 课题的来源众所周知，环境温度一直是生物能否较适宜生存的一个重要因素，而人们对环境温度的感知也从单纯的身体感官的感受发展到用各种温度计来对环境温度进行准确的测量。但是受限于技术等原因，温度计通常都有体积较大，精度不高等各种缺陷。而数字温度测量芯片的出现则解决了这些问题，其中的一款芯片 DS1
12、620是 DALLAS 公司生产的 1-Wire ，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此，用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线上可以挂载很多这样的数字温度芯片，十分方便。美国 Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS16202是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板(ON-B0ARD) 专利技术。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。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的 DS1620体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。同 DS1
13、620一样， DS1620也支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55+125C ，在 0+70C 范围内，精度为 0. 5C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同， 新的产品支持 2.7V5.0V 的电压范围， 使系统设计更灵活、 方便。而且新一代产品更便宜，体积更小，这就为用最低的成本制作出用途更广，精度更高的便携带的数字温度计提供了可能。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。1.3 设计目的本次设计的主要思路
14、是利用51 系列单片机，数字温度传感器DS1620和 LED数码显示器，构成实现温度检测与显示的单片机控制系统，即数字温度计。通过对单片机编写相应的程序，达到能够实时检测周围温度的目的。- 1- 1.4 课题内容及要求本次设计的主要思路是利用51 系列单片机，数字温度传感器DS1620和 LED数码显示器，构成实现温度检测与显示的单片机控制系统，即数字温度计。通过对单片机编写相应的程序，达到能够实时检测周围温度的目的。通过对本课题的设计能够熟悉数字温度计的工作原理及过程，了解各功能器件( 单片机、 DS1620 、LED)的基本原理与应用，掌握各部分电路的硬件连线与程序编写，最终完成对数字温度
15、计的总体设计。其具体的要求如下：1系统组成系统选用 AT89C51 单片机作为微处理器，外部扩展键盘和LED 显示器件，温度测量采用温度传感器进行采样，通过继电器控制外部加热装置，通过蜂鸣器报警。2实现功能：1)基本要求：温度测量范围： -50-110，测量精度误差小于0.5 ，LED直读显示实时温度值和设定值。2)按键功能：通过按键设置温度设定值和温度高、低限报警值。(未实现 ) 3)通信功能： 系统连续采集 10个数据，然后把采集的数据经数字滤波、处理后保存、并在显示器上显示其温度值, 同时经串行接口传至上位机。4)通信约定：系统发送采用查询方式，上位机接收采用中断方式，波特率为9600b
16、ps，帧格式位 8个数据位， 1个停止位，无校验位；传送数据格式为：实时值、设定值。5)控制和报警功能： 当现场温度低于设定值 2时闭合继电器控制加热器加热，高于设定值 2时断开继电器停止加热；温度低于低限报警值或高于高限报警值时通过蜂鸣器发声报警。第2章基于单片机的温度系统设计2.1 系统整体设计模型2.1.1 系统方案利用 DS1620集成温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号，经由模数转换器转 换成单片 机能够处 理的数字信 号，然后 送到单片机AT89C51 中进行处理变换， 最后将温度值显示在D4 、D3 、D2 、D1共 4 位七段码 LED显示器上。系统以 AT89C51 单片机为控制核心， 加上DS1620 测温电路、8255A 扩展LED 电路、模数转换电路、 4位温度数据显示电路以及外围电源、时钟电路等组成。系统组成框图如图 2.1
