数字温度计的设计说明

《数字温度计的设计说明》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字温度计的设计说明（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2008届毕业设计说明书题目：数字温度计的设计班级：08高职机电二班学号：0122435522741235指导5546420XX4 月数字温度计的设计学生：4学 号：4专 业：机电一体化技术班 级：4指导4完成日期：4摘要在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的 信号调理电路，转换成A/D转换器能接收的模拟量，再经过采样/保持电路进行 A/D转 换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现 复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机结合DS18B20a度控制系统设计，因此，本系统用一种新型的可编程温度传感器DS18

2、B20 ,不需复杂的信号调理电路 和A/ D转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同 需要用于各种场合。关键词：单片机,AT89S51,MAX232传感器DS18B20目 录摘要I第一章绪论11.1 单片机概述11.2 选题背景及设计意义21.3 设计方案论证31.4 硬件设计42.1 硬件电路的设计52.2 各元器件介绍12第三章系统软件设计173.1 设计流程图173.2 汇编语言程序21第四章调试344.1终合调试34致36参考文献37附录38第一章绪论1.1单片机概述单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，构成一台功能独特的单片微型计

3、算机。一台典型的单片机的基本组成结构包括中央处理器 CPU , 存储器ROMn RAM ,并行I/O 口 ,串行I/O 口 ,定时器/计数器,定时电路及元件。由此 可见，单片机在结构上突破了常规的按逻辑功能划分芯片。由多片构成了微型计算机的 设计思想，将构成计算机的许多功能集成在一块晶体芯片上。单片机的特点：1. 单片机中的存储器RO防口 RAha严格分工的。ROW程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。而RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。这样的结构主 要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序 固化在ROW,而把少量的随机数据存放在 RAM ,这样，小容

4、量数据存储器能以 高速RAM式集成在单片机，以加快单片机的执行速度。但单片机上 RAM是作为 数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器Cache用。可靠性良好：单片 机是按照工业控制要求设计的，具抗工业噪声干扰优于一般的 CPU,程序指令及 常数数据都烧在ROM其许多信号通道均在同一芯片，因此可靠性较高。2. 采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的CPU持别是单片机具有很强的位处理能力。单片机的运行速度也较高。3. 单片机的I/O引脚通常是多功能的。由于单片机芯片上引脚数有限 ，了解决实际引脚数和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何

5、种功 能，可由指令来设置或由机器状态来区分。4. 系列齐全，功能扩展性强。单片机有部掩膜 ROM部EPROM3外接ROW形式,并可方便地扩展外部的ROM RAMS I/O接口，与许多通用的微机接口芯片兼容，对 应用系统的设计和生产带来极大的方便。5. 单片机的功能是通用的。单片机虽然主要作控制器用，但是功能上还是通用的，可以象一般微处理器那样广泛应用在各个方面。单片机的应用领域如下：1. .家用电器领域：目前国各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路做成单片机控制系统。2. 办公自动化领域：现代办公室所使用的大量通信，信息产品多数采用了单片机。3. 在商业营销系统已广泛使用的电子秤，

6、收款机，条形码阅读器，仓库安全监控系统商场保安系统，空气调节系统等，目前已纷纷采用单片机构成专用系统。4. 工业自动化：如工业过程控制，过程监测，工业控制器及机电一体化系统等，这些系统除一些小型工控机之外，许多都是以单片机为核心的单机或多机网络系统。5. 智能仪表与集成智能传感器传统的控制电路：目前各种变送器 ，电气测量仪表普遍采用单片机应用系统替代传统的测量系统，使测量系统具有各种智能化功能。 将单片机和传感器相结合可以构成新一代的智能传感器。他将传感器初级变换后的电量做进一步的变换，处理，输出能满足远距离传送，能与微机接口的数字信 号。6. 汽车电子与航空航天电子系统：通常在这些电子系统中

7、的集中显示系统，动力监测控制系统，自动驾驭系统，通信系统，以及运行监视器黑匣子等，都要都成冗 余的网络系统。1.2 选题背景及设计意义一、选题背景最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略发明的。他的第一只温度计是一 根一端敞口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃 管插入水中。随着温度的变化，玻璃管中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可以判 定温度的变化和温度的高低。这种温度计，受外界大气压强等环境因素的影响较大，所以 测量误差大。荷兰人华伦海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水银作为测量物质， 制造了更精确的温度计。把一定浓度的盐水凝固时的温度定

8、为 0下，把纯水凝固时的温度 定为32 F，把标准大气压下水沸腾的温度定为 212 F ,用下代表华氏温度，这就是华氏温 度计。二、设计意义本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。它 具有结构简单，不需外接元件，采用一根I/ O数据线既可供电又可传输数据、并可由用 户设置温度报警界限等特点，可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。该设计控制器使用单片机AT 89S51,测温传感器使用DS18B20,实现温度显示，能准确达 到以下要求：测温围-55 C125c精度误差小于0.5

9、 C。LE四码管直读显示可以任意设置温度的上下限报警功能。1.3 设计方案论证万案一：本电路是温度计的设计，在测温电路中利用热敏电阻器件的感温效应 ，将随被测温变 化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，用单片机进行数据处理，经显示电路就可以 显示出来。万案一：在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。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，需要比较多 的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高 方案二:基于单片机的温度传感器设计的数字温度计已经很成熟，各种精度很高的温度计不 断推出。数字温度计要求检测的精度必须高于控制的

10、精确度，否则无从实现控制的精度要求。所以精度已经成为数字温度计的一项重要的性能参数。因此追求高精度是数字温 度计的一个目标。不仅如此，检测还涉及国计民生各个部门，可以说在所以科学技术领域 无时不在进行检测。科学技术的发展和检测技术的发展是密切相关的。现代化的检测手 段能达到的精度、灵敏度及测量围等，在很大程度上决定了科学技术的发展水平。同时， 科学技术的发展达到的水平越高，又为检测技术、传感器技术提供了新的前提手段。目 前市场上出现了很多传感器，很多精度高的传感器已经出现，而且精度越来越高。数字温 度计未来将会更精确、更人性化，为我们做出更多贡献。为此我们选择方案三的设计，框图如下:图1-1时

11、钟结构图温度计电路设计总体设计方框图如图所示,控制器采用单片机AT89S51温度传感器 采用DS18B20用四位LE国码管以用行口传送数据实现温度显示。第二章硬件设计2.1 硬件电路的设计图2-1硬件电路设计图本设计系统共由四部分组成：AT89S51为控制装置,负责各部分的控制和数据采集。TTL/RS232电平转换DB9和MAX232&成了通讯系统,负责和上位机通讯的DS18B20为温度测量装置,负责对温度进行采集并转换为数字信号送 AT89S51进行处 理。共阳极数码管为显示装置，负责显示工作状态和DS18B20采集到的数据。注：LED数码管驱动电路中采用 P0 口加上拉电阻的形式，为方便焊

12、接，本设计中电阻使 用了排阻的方式，三极管使用的是S9012.1、时钟电路时钟电路可以简单定义如下：1 .就是产生象时钟一样准确的振荡电路。2 .任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相 互关系。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电 路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。在AT89S51单片机部带有时钟电 路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件 晶体振荡器和电容, 即可构成一个稳定的自激振荡器。在 AT89s51芯片部有一个高增益反

13、相放大器，而在芯 片的外部,XTAL1和XTAL2问跨接晶体振荡器和微调电容。在单片机的XTAL1脚和XTAL2脚之间并接一个晶体振荡器就构成了部振荡方式。 AT89S51单片机部有一个高增益的反相放大器,XTAL1为部反相放大器的输入端，XTAL2 为部反相放大器的输出端，在其两端接上晶振后，就构成了自激振荡电路，并产生振荡脉 冲，振荡电路输出的脉冲信号的频率就是晶振的固有频率。在实际应用常还需要在晶振 的两端和地之间各并上一个小电容。AT89S51的时钟电路如图2.2所示：图中，电容器C1、C2常称为微调电容，其作用有三个：P? 4(TUXTAL1XT AL 2快速起振、稳定振荡频率、微调

14、振荡频率。AT89S51单片机允许外接033MHz勺晶 振，电容器C1、C2可取5pF33pF。一般情况下，使用频率较低的晶振时，C1、C2的容量 可选大一点。为了更好地保证振荡器稳定可靠地工作，在实际装配电路时，晶振X和电容 C1、C2应尽可能地安装在XTALl XTAL2引脚附近。部振荡方式所得到时钟信号比较稳 定,在实际电路中，一般是选用部振荡方式。用晶振和电容构成谐振电路。电容大小与晶振频率和工作电压有关。但电容的大小 影响振荡器的稳定性和起振的快速性，为了提高精度，本实验板采用30pF的电容作为微 调电容。在设计电路板时，晶振、电容等均应尽可能靠近芯片，以减小分布电容，保证振 荡器振

15、荡的稳定性。2、复位电路复位的功能：复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPlf口系统中各部分处于一个确定的状态， 并从这一状态开始工作。系统上电路或死机后都要进行复位操作。单片机复位时，将程序计数器PC0始化为0000H,表明复位后程序从0000H地址单元开始 执行，同时复位时输出控制信号 ALE,PSENt匀为高电平。复位后，P0P3 口输出高电平, 且使准双向口均处于输入状态。复位不改变片RAMI元的容，但使各特殊功能寄存器SFR 回复到初始状态，复位后各特殊功能寄存器值如表 26所示：表2-6主要特殊功能寄存器复位初始值ACC00HTCON00HB00HTMOD00HPSW00HTL000HSP07HTH000HDPTR0000HTL100HP0P3FFHTH100HPCON0XXX 0000BT2CON00HAUXRXXX00XX0BT2MODXXXX XX00BAUXR1XXXX XXX0BRCAP2L00HIE0X00 0000BRCAP2H00HIPXX0