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1、课程设计说明书唐 山 学 院 Protel DXP 课 程 设 计 题 目 基于单片机的温度监测电路 系 (部) 信息工程系 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2013年12月 16日 至 2013年 12月 27日 共 2 周2013年 12 月 30 日 Protel DXP 课程设计任务书一、设计题目、内容及要求设计题目：1、双声道音频功率放大电路（要求具备电源、音频输入、音频输出、放大等模块）2、基于单片机的温度监测电路（要求具备电源、DS18B20测温、单片机控制、键盘预设、温度显示等模块）设计内容：1、原理图设计；2、原理图元件库的制作； 3、印制电路板设计；4、印制电路板元件封装
2、的制作。设计要求：1、熟练掌握PROTEL DXP基本操作； 2、按题目要求设计电路，要求电路设计合理，器件选择准确，布局符合电气规范。 说明：单号同学做题目1，双号同学做题目2。二、设计原始资料Protel DXP软件三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）1、课程设计说明书2、完整的protel设计工程四、进程安排2013-12-162013-12-18 根据设计要求设计电路，选择器件；2013-12-192013-12-20 进行电子线路设计；2013-12-232013-12-24答辩；2013-12-252013-12-27 撰写课程设计说明书。五、主要参考资料1 李与
3、核.Protel DXP 2004 sp2 实用教程，清华大学出版社，2012.12 王冬.Protel DXP 2004应用100例，电子工业出版社，2011.13 薛楠.Protel DXP 2004原理图与PCB设计实用教程，机械工业出版社，2012.3指导教师（签名）：教研室主任（签名）：课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数 缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（30分）说明书（20分）设计成果（30分）总成绩（100分）提问（答辩）问题情况综合评定 指导教师签名： 年 月 日课程设计说明书目 录1引言12 设计任务22.1设计内容22.2设计要求23原理图设计33.
4、1电路的总体工作原理33.2 单片机最小系统的设计43.3 电源电路53.4 温度传感电路设计53.5 键盘电路的设计73.6 显示电路的设计83.7 温度控制电路的设计104 系统的软件设计114.1 系统的主程序设计114.2 中断程序的设计116 设计总结13致谢14参考文献15附录161引言在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过
5、热检测。温度检测系统应用十分广阔。本设计运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用RS-232串行通讯标准，通过上位机（PC）控制下位机（单片机）进行现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器显示。也可以由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系
6、统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。 12 设计任务2.1设计内容1、原理图设计；2、原理图元件库的制作；3、印制电路板设计；4、印制电路板元件封装的制作。2.2设计要求1、熟练掌握PROTEL DXP基本操作； 2、按题目要求设计电路，要求电路设计合理，器件选择准确，布局符合电气规范。 3原理图设计3.1电路的总体工作原理温度控制系统采用AT89C51八位机作为微处理单元进行控制。采用4X4键盘把设定温度的最高值和最低值存入单片机的数据存储器，还可以通过键盘完成温度检
7、测功能的转换。温度传感器把采集的信号与单片机里的数据相比较来控制温度控制器。图3.1系统框图根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温度传感器DS18B20，省却了采样保持电路、运放、数模转换电路以及进行长距离传输时的串并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器为点阵字符LCD，1602液晶模块。检测范围5摄氏
8、度到60摄氏度。本系统除了显示温度以外还可以设置一个温度值，对所测温度进行监控，当温度高于或低于设定温度时，开始报警并启动相应程序。3.2 单片机最小系统的设计目前的单片机开发系统只能够仿真单片机，却没有给用户提供一个通用的最小系统。由设计的要求，只要做很小集成度的最小系统应用在一些小的控制单元。其应用特点是:（1）全部I/O口线均可供用户使用。 （2）内部存储器容量有限（只有4KB地址空间）。 （3）应用系统开发具有特殊性。图3.2 最小系统图单片机最小系统如图3.2所示，其中有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统
9、提供一些控制信号。时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的微调电容通常选择为30pF左右，该电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的振荡频率为12MHz。把EA脚接高电平，单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH（4Kbyte地址范围）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。MCS
10、-51的复位是由外部的复位电路来实现。采用最简单的外部按键复位电路。按键自动复位是通过外部复位电路的来实现的。我们选用C1取47f。3.3 电源电路 因为单片机工作电源为+5V，且底层电路功耗很小。采用7805三端稳压片即可满足要求。具体电路图如下：图3.3 电源电路图3.4 温度传感电路设计DS18B20的性能特点：采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位）。测温范围为-55-+125，测量分辨率为0.0625。内含64位经过激光修正的只读存储器ROM。适配各种单片机或系统机。用户可分别设定各路温
11、度的上、下限。内含寄生电源。DS18B20的内部结构如下图所示：图3.4 DS18B20内部结构图在硬件上，DS18B20与单片机的连接是VCC接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5K左右的上拉电阻,如图3.5所示：图3.5 温度传感电路图把DS18B20的数据线与单片机的13管脚连接,再加上上拉电阻。DS18B20有六条控制命令，如表3-1所示：表3-1 DS18B20控制命令指 令 约定代码 操 作 说 明 温度转换 44H 启动DS18B20进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器9个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂
12、存器的TH、TL字节 复制暂存器 48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中 重新调E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节 读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU CPU对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，
13、这样才能对DS18B20进行预定的操作。3.5 键盘电路的设计如图3.7所示，用AT89S51的并行口P1接44矩阵键盘，以P1.0P1.3作输入线，以P1.4P1.7作输出线；液晶显示器上显示每个按键的“0F”序号。键盘中阿拉伯数字09是数据输入键，A键是写上限的功能键，B键是写下限的功能键，C键是取消键，其他的键置空。对应的按键的序号排列如图3.6所示： 图3.6 按键的序号排列图图3.7中微处理单元是AT89S51单片机，X1和X2接12M的两脚晶振，接两个30PF的起振电容，J1是上拉电阻.单片机的P1口8位引脚与行列式键盘输出脚相连，控制和检测行列式键盘的输入。行线通过上拉电阻接到+
14、5V上，无按键按下时，行线处于高电平状态，有键按下时，行线的电平状态将由与此行线相连接的列线的电平决定。键盘输入的信息主要进程是：1 CPU判断是否有键按下。2 确定是按下的是哪个键。3 把此键所代表的信息翻译成计算机可以识别的代码或者其他的特征符号。 图3.7 键盘硬件电路图3.6 显示电路的设计液晶显示器是一种将液晶显示器件，连接器件，集成电路,PCB线路板，背光源，结构器件装配在一起的组件。根据显示内容和方式的不同可以分为，数显LCD，点阵字符LCD，点阵图形LCD在此设计中我们采用点阵字符LCD，这里采用常用的2行16个字的1602液晶模块。1602采用标准的14脚接口，其中:第1脚：VSS为地
