温度显示与控制

《温度显示与控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温度显示与控制（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、獗州孝it机械与电子工程学院课程设计报告课程名称单片机应用技术设计题目 温度显示与控制所学专业名称 自动化班级一班学号 2009210349学生姓名 刘浩指导教师彭靳2012 年 6 月 2 日机电学院单片机应用技术课程设计任务书设计名称：温度显示与控制学生姓名：刘浩指导教师：彭靳起止时间：自 2012年丄月 12 日起 至 2012年 6月_2 日止一、课程设计目的 设计一种基于单片机技术的能对温度显示与控制的简单控制系 统。二、课程设计任务和基本要求设计任务：1. 运用单片机技术的理论、技术和器件；2. 能用单片机内部定时器实现对实时温度进行显示；3. 当温度超过预设温度时，可以进行控制；

2、基本要求：1. 能够实现设计任务的基本功能；2. 要求 Proteus 仿真或制作实物来温度显示与控制。机电学院单片机课程设计指导老师评价表院（部）机电学院年级专业09自动化学生姓名刘浩学生学号2009210349题目温度显示与控制一、指导老师评语指导老师签名：年月日二、成绩评定指导老师签名：年月日目录摘要与关键字11 设计任务和性能指标21.1 设计目的21.2 设计原理21.3 设计难点22 设计方案22.1 数字温度计设计方案论证22.2 总体设计框图22.2.1 主控制器32.2.2 显示电路32.2.3 温度传感器32.3 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路 63 系统整体

3、硬件电路设计73.1 电路设计73.1.1 主板电路73.1.2 显示电路83.1.3 控制调节电路83.2 主程序93.2.1 读出温度子程序103.2.2 温度转换命令字程序103.2.3 计算温度子程序104 系统软件设计114.2 读出温度子程序124.3 读、写时序子程序135 仿真调试及性能分析155.1 调试分析155.1.1 软件调试155.1.2 系统功能调试166 总结17附录 1 系统原理图20附录 2 程序清单21摘要与关键字摘要：本次设计是采用MSC-51系列单片机中的AT89C51和DS18B20的低成本的温度的检测 系统。本设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设

4、计。硬件电路主要包括单片机、温度 传感器、显示模块以及键盘等4部分，由DS18B20温度传感器及1602字符型液晶模块构成 系统显示模块，该系统电路简单、工作稳定、集成度高，调试方便，测试精度高，具有一定 的实用价值。其中测温湿度控制电路由温度传感器和预设温度值比较报警电路组成，用户根 据需要预先输入预设值，当实际测量的温度大于预设的温湿度数值时，发出报警信号（蜂鸣 器蜂鸣）。软件部分包括了主程序、显示子程序、测温度子程序。本次设计采用的 DS18B20 温度传感器是一款含有已校准数字输出的温度复合传感器，传感器包括一个NTC测温元件， 并与一个高性能的 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质

5、卓越、超快响应、抗干扰能力强、 性价比极高等优点。单片机AT89C51是一款低消耗、高性能的CMOS8位单片机，由于它强大 的功能和低价位，因此在很多领域都是用它。关键字：湿度测量 AT89C51 DS18B201 设计任务和性能指标1.1 设计目的随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来 的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高， 要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切 向着数字化控制，智能化控制方向发展。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，测温范围广，

6、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，可广泛用 于食品库、冷库、粮库、温室大棚等需要控制温度的地方。目前,该产品已在温控系统中得 到广泛的应用。1.2 设计原理本系统是一个基于单片机AT89C51的数字温度计的设计，用来测量环境温度，测量范围 为-50C110C度。整个设计系统分为4部分：单片机控制、温度传感器、数码显示以及键 盘控制电路。整个设计是以AT89C51为核心，通过数字温度传感器DS18B20来实现环境温度 的采集和A/D转换，同时因其输出为数字形式，且为串行输出，这就方便了单片机进行数据 处理，但同时也对编程提出了更高的要求。单片机把

7、采集到的温度进行相应的转换后，使之 能够方便地在液晶屏上输出。LED采用四位128*64的液晶屏。1.3 设计难点此设计的重点在于编程，程序要实现温度的采集、转换、显示和上下限温度报警，其外 围电路所用器件较少，相对简单，实现容易。2 设计方案2.1 数字温度计设计方案论证由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温 度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示 电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容

8、易 想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度 值，进行转换，就可以满足设计要求。2.2 总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图2.1所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感 器采用DS18B20，用128*64LED液晶屏以串口传送数据实现温度显示。按键复位电路预设温度电路自动控制温度电路128*64LED液晶屏显示电路温度检测电路IS18B20图 2-1 温度计电路设计总体设计方框图2.2.1 主控制器单片机AT80C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路 系统的设计需要，适合便携手持式产品的设计使用。AT

9、80C51 单片机芯片具有以下特性：1）指令集合芯片引脚与Intel公司的8052兼容；2）4KB片内在系统可编程FLASH程序存储器；3）时钟频率为 033MHZ；4）128字节片内随机读写存储器（RAM）；5）6个中断源， 2级优先级；6）2 个 16 位定时/记数器；7）全双工串行通信接口；8）监视定时器；9）两个数据指针；2.2.2 显示电路显示电路采用128*64LED数码管，从P0 口输出段码，P2.0P2.3作片选端。但在焊电 路板的时候发现数码管亮度不够，所以在P2.0P2.3端口接四个10K的电阻和四个NPN的 三极管，以使数码管高亮显示。2.2.3 温度传感器DS18B20

10、 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，与 传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的 编程实现9-12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下： 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信，无须经过其它变换电路；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；内含 64 位经过激光修正的只读存储器 ROM；可通过数据线供电，内含寄生电源，电压范围为3.05.5V；零待机功耗；温度以9或12位数字；用户可定义报警设置； 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接

11、反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；测温范围 为-55C-+125C，测量分辨率为0.0625C采用单总线专用技术，DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2-2所示。图 2-2 DS18B20 内部结构64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48 位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原 因。温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入用户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除 的EERAM。高速暂存RAM的结构为

12、8字节的存储器，结构如图3所示。头2个字节包含测得 的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5 个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率DS18B20工作时寄存 器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图2-3所示。低5位一直为 1,TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该 位被设置为0,用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。温度LSB温度 MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRCTMR1R011111图 2-3DS18B20

13、字节定义由下面表2-1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度 数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8 字节的 CRC 码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号 扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读 出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625C/LSB形式表示。当符号位S = 0时，表示测得的温度值为正值，

14、可以直接将二进制位转换为十进制；当符号 位S=1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2 是一部分温度值对应的二进制温度数据。RT-0-0TT分辨率/位9 - TO- n 12表 2-1 DS18B20 温度转换时间表温度最大转向时间/ms93 75187.537575DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。若 TTH或TVTL,则将该器件内的报警标志位置位,并对主机发出的报警搜索命令作出响应。 因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机RO

15、M的前56位来计算CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比较，以判断主机收到的 ROM 数据是否正确。DS18B20 的测温原理是这这样的 ,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很 小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频 率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数 门打开时， DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计 数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将一55C所对应的一个基数 分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在一55C所对应的一 个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数