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1、电子信息工程专业基础课程设计研究报告多路温度测量系统设计 中国大庆 年 月信息技术学院课 程 设 计 任 务 书 一、课程设计课题：多路温度测量采集系统二、课程设计工作日自 2013 年 12 月 1 日至 2013 年 12 月 20 日三、课程设计进行地点： 信息馆320 四、 程设计任务要求： (详细内容见课程设计文档)1.课题来源:教师下发2.目的意义:1、培养理论联系实际的正确思想，训练综合应用已经学过的理论知识和生产实际知识去综合解决工程实际问题的能力。2、学习较复杂电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由有学生自行设计和调试。3
2、、进行基本技能和技术训练，如掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用绘图软件和仿真软件等。3.基本要求:1、采用单片机80C51实现八路温度检测；2、要求温度范围0100之间； 3、精度达到1，分辨率0.1；4、在LED中显示温度；5、用绘图软件画出总体电路图；6、提交格式符合要求，内容完整的设计报告。课程设计评审表指导教师评语：成绩： 签字： 日期： 目录1.设计任务要求22.方案比较22.1 课题分析22.1.1 温度传感器的选择22.1.2 显示部分32.1.3 主控芯片的选择33.单元电路设计33.1.最小系统电路33.1.1 单片机及其管脚说明43.2.复位电路63.3.晶振电路63.
3、4.温度采集电路73.4.1 DS18B20的读写程序和单总线协议的实现83.5.电源电路123.6.按键输入电路123.7.数目管显示电路133.8.声光报警模块电路154.整体电路165.软件设计185.1 工作方案简介185.2 主程序流程图185.3 功能模块195.4 由DS18B20完成温度检测模块195.5 按键输入模块235.6 声光报警模块23总结与体会24致谢26参考文献27附录一元器件清单28附录二软件清单281. 设计任务要求采用单片机80C51实现八路温度检测，要求测量温度范围0100之间；并在LED中显示温度；温度传感器选用模拟和数字的都可以，要求精度达到1 ；分辨
4、率0.1 ；直流稳压电源自行设计；辅助电路及元器件自选。2. 方案比较2.1 课题分析对于多路温度测量，温度探头的低功耗是十分重要的，同时还要满足易于控制的条件，测温范围也必须达到或超过题目要求。因此选择合适的温度传感器成为本次设计的重中之重2.1.1 温度传感器的选择根据题目要求，设计一温度测量电路，能够通过温度传感器测量并显示被测量点的温度，常用的温度传感器可分为3大类：方案一：热电偶式热电偶具有构造简单,适用温度范围广,使用方便,承受热机械冲击能力强以及响应速度快等特点,常用于高温区域, 振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合;但其信号输出灵敏度比较低,容易受到环境干扰和前置放大
5、器温度漂移的影响,因此不适合测量微小的温度变化。方案二：电阻式电阻式可用来测量-220850范围内的温度，少数情况下，低温可测量至-272，高温可测量至1000，互换性差，非线性严重，在腐蚀介质中使用时，易氧化，因此，只能用于低温及无腐蚀性的介质中。虽然测量温度范围广，但热稳定性差。方案三：数字式DS18B20温度传感器。DS18B20温度传感器为“一线式器件”，体积更小、适用电压更宽、更方便。其测量温度范围为 -55+125，在-10+85范围内,精度为0.5，有十二位分辨率。其内部有A/D、D/A转换装置，用户可以设置温度的上下限，并具可以直接与单片机进行通讯。现场温度直接以“一线总线”的
6、数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。采用1-Wire公众域（PD）软件应用程序接口，采用循环程序结构实现查看任何一个检测点的编号、温度值等数据指示，实现了多个检测点数据的自动化监管。考虑题目测温范围要求以及测量数据的准确性要求选择方案三。2.1.2 显示部分方案一：使用液晶显示屏显示转换结果。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小，平面显示以及影像稳定不闪烁等优势，能显示汉字及各种符号，可以绘制曲线和简单的图像，分辨率高，抗干扰能力强和显示形式灵活等优点。方案二：使用传统的数码显示管。数码管（LED）受外界环境影响小，显示明亮，编程简单，占用资源较少。由于课程设计要求采用LED显示，所以只能采用
7、方案二。2.1.3 主控芯片的选择本系统主要有采集温度模块，显示模块，报警模块。在综合考虑对芯片的熟悉程度及功能的实现程度上。决定在主板上采用AT89S52芯片，AT89S52片内含4k bytes的可反复擦鞋的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）, 32个IO 口线完全能够满足对数据的处理要求。虽然市面上有着功能更为强大的单片机芯片，但都价格不菲。而本设计本着简单实用，精简节约的原则，我们选择了AT89S52芯片。3. 单元电路设计3.1. 最小系统电路在课程设计所研究的多路温度采集系统中的的MCU控制模块是由AT89S52单片机构成的最小系统，如图
8、3-1。该模块是硬件系统的核心部分，它负责对DS18B20所采集的温度信息进行处理并向LED发送实习数据显示采集到的温度信息，完成多路温度采集系统的要求。图3-1：AT89S52最小系统 单片机及其管脚说明AT89S52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。下面指
9、出了各个管脚的用途。VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收
10、。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，
11、并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口， P3口管脚 备选功如下：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器，
12、地址锁存允许的输出电平用于锁存地址地位字节。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出3.2. 复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图3-2所示的RC
13、复位电路可以实现上述基本功能。图3-2：RC复位电路3.3. 晶振电路晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路，如图3-3晶体震荡电路所示。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶
14、振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。图3-3：晶体电路3.4. 温度采集电路本系统利用DS18B20完成温度采集及转换工作,而单片机89S52起实时控制及发送数据给LED显示作用.可以将多个DS18B20与单片机一位总线相连,形成多点测温, 本设计研究八片DS18B20与单片机构成的测温系统。DS18B20与单片机接口电路如图3-4八路温度采集电路所示.图3-4八路温度采集电路3.4.1 DS18B20的读写程序和单总线协议的实现DS18B20的读写程序和测温程序相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和
