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1、电子与信息工程学院本 科 毕 业 论 文论文题目 基于单片机测温系统的设计 学生姓名 魏 凡 学 号 083521018 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气一班 指导教师 刘宏章 2012年5月摘 要摘 要温度是一个系统常需要测量，控制和保持的量。随着科学技术的发展，古老的测量仪器和控制仪器显然已经满足不了科学的精度和时间的要求，而单片机的应用已经渗透到了各个行业，但温度只是一个模拟量，不能直接与单片机交换信息。利用MCS-51单片机上多余的I/O口P1实现对温度的测量和采集，和对温度的显示报警等功能。关 键 词：温度 测量 控制 单片机 1ABSTRACTABSTRACT The te
2、mperature need to be surveyed ,controled and maintained by a system frequently .With the development of science and technology, ancient measuring instruments and control instruments have clearly not for scientific accuracy and time required, and single-chip microcomputer application hasinfiltrated a
3、ll sectors, but temperature is a analog, not directly exchange information with single-chip. MCS-51 excess I/O port P1 on the single-chip microcomputer realization for temperature measurement and collection,temperature display and alarm function. 目 录目 录1 绪论12 方案设计52.1 方案的提出52.2 方案的设计52,3 方案的论证 63 系统
4、设计63.1单片机的选择63.2 温度传感器的工作原理与单片机的连接63,3 单片机与报警电路3,4 电源电路3.5 显示电路 3.5.1 1620型液晶接口信号说明 3,5,2 液晶主要技术参数 3.5.3 基本操作时序4 软件系统的设计74.1 软件设计74.2 程序75 元器件的调试85.1 测试环境及工具85.2 温度检测部分测试85.3 电路主板测试6 结论和展望96.1 结论96.2 展望9致 谢11参考文献12附 录15在校期间取得的研究成果16即可）：Equation Chapter 1 Section 11 绪论1 绪论温度与人们生活是密切相关不可分开的，同时也是生产和科研中
5、需要测量和控制的物理量。在科技飞速发展的21世纪，在各个领域中，尤其是在冶金、化工、机械和食品生产中都需要对温度进行严格的控制，尤其是在炼钢过程中，炼钢更是一个十分重要的参数，它直接关系到钢铁练成的成功率及钢铁内部质量的好坏。正是因为如此，一种好的测量法和测温工具才被迫切的需求。温度作为一个重要的参数之一，随着工业的发展，随着工业的不断发展，人们对温度的测量的要求越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度检测技术和控制技术的要求也越来越高，因此，温度的测量和控制技术是一个重要的研究课题。本文主要讲述如何利用MCS-51单片机为控制核心，结合其他元器件对温度进行测量和控制，以及高温报警等系统的设
6、计。Equation Chapter (Next) Section 12 方案设计2.1方案的提出温度的检测有多种方法，考虑到实际应用的时候，需要把温度信号转变成电信号。本方案采用AT89C51单片机和DS18B20传感器，以及1602液晶显示模块。2.2方案的设计 该方案使用了AT89C51 单片机作为控制核心,以智能温度传感器DS18B20 为温度测量元件，对各点温度进行检测，设置温度上下限，超过其温度值就报警。显示电路采用1602 液晶模块显示，使用二极管，电阻和蜂鸣器组成的报警电路。2.3方案的论证 基于DS18B20 的温度测量系统是一种分布式的温度测量系统，它可以远程对温度实现测量
7、和监控，广泛应用于电力工业、煤矿、森林、火灾、高层建筑等场合，按照DS18B20 的通信协议，由主机向DS18B20 发送命令，读取DS18B20 转换的温度，从而实现对环境的温度的测量，当温度超过一定的值时，报警器开始报警。采用智能温度传感器DS18B20，它直接输出数字量，精度高，电路简单，只需要模拟DS18B20 的读写时序，根据DS18B20 的协议读取转换的温度。此方案硬件电路非常简单，但程序设计复杂一些，但是在课外对DS18B20、字符型液晶显示有所了解，而且曾经在网上看到过此类程序程序设计，并且我已经使用过开发工具KEIL 用C 语言对系统进行了程序设计，用单片机开发板对系统进行
8、了测试，达到了预期的结果。由此可见，该方案完成具有可行性，体现了技术的先进性，经济上也没有任何问题。Equation Chapter (Next) Section 13 系统设计3.1单片机的选择AT89C51作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是INTEL 公司生产的MCS-51 系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS 工艺制造技术，具有高性能的8 位单片机，属于标准的MCS-51 的CMOS 产品。不仅结合了HMOS 的高速和高密度技术及CHMOS 的低功耗特征，而且继承和扩展了MCS 一48 单片机的体系结构和指令系统。（1)中央处理器AT89C51 简介AT89C51 的特点A
9、T89C51 具有以下几个特点：AT89C51 与MCS-51 系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；片内有4k 字节在线可重复编程快擦写程序存储器；全静态工作,工作范围：0Hz24MHz；三级程序存储器加密；1288 位内部RAM；32 位双向输入输出线；两个十六位定时器/计数器五个中断源,两级中断优先级；一个全双工的异步串行口；间歇和掉电两种工作方式。AT89C51 的功能描述AT89C51 是一种低损耗、高性能、CMOS 八位微处理器，片内有4k 字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000 次，数据保存时间为十年。它与MCS-51 系列单片机在指令系统
10、和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51 系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51 系列产品没有的功能。AT89C51 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O 口全部提供给用户。可用5V 电压编程,而且擦写时间仅需10 毫秒，仅为8751/87C51 的擦除时间的百分之一,与8751/87C51 的12V 电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽（2.7V6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz24MHz 之间，比8751/87C51 等51 系列的6
11、MHz12MHz 更具有灵活性,系统能快能慢。AT89C51 芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0 口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。 AT89C51 引脚功能AT89C51 单片机P3 口第二功能如表3-1 所示。3.2温度传感器的工作原理与单片机的连接 温度传感器的单总线(1-Wire)与单片机的P27 连接，P27 是单片机的高位地址线。P2 端口是一个带内部上拉电阻的8 位双向IO，其输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个TTL 逻辑门电路。对该端口写“1”，可通过内部上拉电阻将
12、其端口拉至高电平，此时可作为输入口使用，这是因为内部存在上拉电阻，某一引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。如图3-1 所示：DS18B20 与单片机的接口电路非常简单。DS18B20 只有三个引脚，一个接地，一个接电源，一个数字输入输出引脚接单片机I/O 口，电源与数字输入输出脚间需要接一个4.7K 的电阻。(3)DS18B20 的工作原理 DS18B20 数字温度传感器概述DS18B20 数字温度传感器是DALLAS 公司生产的1Wire，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，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20 产
13、品的特点：只要求一个端口即可实现通信。在DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。测量温度范围在55.C 到125.C 之间。数字温度计的分辨率用户可以从9 位到12 位选择。内部有温度上、下限告警设置。DS18B20 引脚功能描述见表3-2DS18B20 的内部结构DS18B20 的内部框图如图3-2 所示。64 位ROM 存储器件独一无二的序列号。暂存器包含两字节（0 和1 字节）的温度寄存器，用于存储温度传感器的数字输出。暂存器还提供一字节的上线警报触发（TH）和下线警报触发（TL）寄存器（2 和3 字节），和一字节的配置寄存器（4
14、字节），使用者可以通过配置寄存器来设置温度转换的精度。暂存器的5、6 和7 字节器件内部保留使用。第八字节含有循环冗余码（CRC ）。使用寄生电源时，DS18B20 不需额外的供电电源；当总线为高电平时，功率由单总线上的上拉电阻通过DQ 引脚提供；高电平总线信号同时也向内部电容CPP 充电，CPP 在总线低电平时为器件供电。（注：INTERNAL VDD-内部VDD 64-BIT ROM AND 1-wirePROT-64 位ROM 和单线端MEMORY CONTROL LOGIC- 存储器控制逻辑SCRATCHPAD 暂存器TEMPERATURE SENSOR 温度传感器ALARM HIGHTRIGGER( TH）REGISTER 上限温度触发ALARM LOW TRIGGER( TL）REGISTER 下限温度触发8-BIT CRC GENERTOR 8 位CRC 产生器POWER SUPPLLY SENSE 电源探测PARASITE P
