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文檔簡介
1、課 程 設 計 課程名稱:微機原理與接口技術課程設計題目名稱:溫度采集顯示系統(tǒng)學生學院 專業(yè)班級學 號 學生姓名 指導教師 一、設計題目溫度采集系統(tǒng)二、 設計任務和要求 功能要求:(1) 溫度測量范圍 0 - 99。(2) 溫度分辨率±1。(3) 選擇合適的溫度傳感器。(4) 使用鍵盤輸入溫度的最高點和最低點,溫度超出范圍時候報警。(報警溫度不 需要保存)要求完成的內容:(1)系統(tǒng)硬件設計,并用電子CAD軟件繪制出原理圖,(2)給出流程圖,編寫并調試程序。(3)撰寫設計報告。三、原理電路圖和設計程序1、方案比較(1)、 系統(tǒng)總體方案設計總體框架圖如圖1示,軟件流程圖如圖示該溫度控制系
2、統(tǒng)的設計包括硬件設計和軟件設計兩大部分,結合實際情況,該系統(tǒng)應具備如下功能:A、實時采集溫度;B、顯示溫度;C、串行傳送數據;D、控制外設;E、溫度超限報警; 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)的硬件設計部分主要由以下幾部分組成:A、單片機最小系統(tǒng);B、溫度采集模塊;C、溫度顯示模塊;D、串行通信模塊;E、報警電路;圖2 軟件流程圖(2)、方案比較方案一 采用8031作為控制核心,以使用最為普遍的器件ADC0809作模數轉換,控制上使用對電阻絲加電使其升溫和開動風扇使其降溫。此方案簡易可行,器件的價格便宜,但8031內部沒有程序存儲器,需要擴展,增加了電路的復雜性,且ADC0809是8位的模數轉換,不能滿足本題
3、目的精度要求。方案二 采用比較流行的AT89S51作為電路的控制核心, AT89S52不但與8051,8052 指令,管腳完全兼容,而且其片內的程序存儲器采用FLASH 工藝,用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。AT89S52 單片機還支持在線編程,用戶通過簡單的電路連接就可以將電腦里的程序下載到單片機中,減少調試程序時不斷拆卸和插入給芯片帶來的損壞。此外AT89S52 單片機有8 KB的程序存儲器和256 B 的數據存儲器,不需外部擴展存儲芯片,可以降低硬件電路的復雜度。此方案電路簡單并且可以滿足題目中的各項要求的精度。綜上分析,我們采用方案二。仿真總體電路圖如圖3示 圖3 圖3(3)、單元電
4、路設計、單片機最小系統(tǒng)設計單片機是整個系統(tǒng)的核心處理器,其負責驅動溫度傳感器DS18B20 工作、溫度顯示、控制外圍設備的工作以及與上位機進行通信等工作。單片機最小系統(tǒng)主要由兩塊組成,其一為晶振起振電路,其二為復位電路,在此,采用按鍵手動復位,相對來講,這種復位方式更加方便,更加人性化,不必要切斷電源即可對系統(tǒng)進行復位。AT89S51簡介:AT89S52 是89 系列單片機的一種,它不但與8051,8052 指令,管腳完全兼容,而且其片內的程序存儲器采用FLASH 工藝,用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。AT89S52 單片機還支持在線編程,用戶通過簡單的電路連接就可以將電腦里的程序下載到單片
5、機中,減少調試程序時不斷拆卸和插入給芯片帶來的損壞。此外AT89S52 單片機有8 KB的程序存儲器和256 B 的數據存儲器,不需外部擴展存儲芯片,可以降低硬件電路的復雜度。、 溫度采集模塊設計溫度傳感器是該系統(tǒng)的關鍵器件,本系統(tǒng)選用的是美國Dallas 半導體公司生產的數字化溫度傳感器 DS18B20。本系統(tǒng)中DS18B20 的DQ 口與單片機的 P1.0 口連接,GND 接地,VDD 接電源,信號和5V 電源之間的接上一個上拉電阻R。DS18B20簡介:DS18B20 有三個主要數字部件組成:64 位激光ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報警觸發(fā)器TH 和TL 。DS18B20 支持“一
6、線總線”接口,測量溫度范圍為-55°C+125°C,被測溫度用符號擴展的16 位數字量方式串行輸出,在-10+85°C 范圍內,精度為±0.5°C。DS18B20 采集到的現(xiàn)場溫度直接以先進的單總線數據通信方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性,適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量,如:環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。DS18B20 可程序設定912 位的分辨率,精度可達±0.5°C。DS18B20具有內置的EEPROM,用戶設定的分辨率和報警溫度都可存儲在其中,且掉電后依然存在。CPU 只需一根端口線就能與DS18B2
7、0 進行通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與前一代產品(DS1820 溫度傳感器)不同,DS18B20 支持3.0V 5.5V的電壓范圍,使系統(tǒng)設計更靈活、方便,而且DS18B20 價格更便宜,體積更小。如圖J1所示,DS18B20 有三個管腳:3腳 GND 為電源地,2腳DQ 為數字信號輸入/輸出端,1腳VDD 為外接供電電源接入端(用寄生電源方式時接地)。在外部電源供電方式下,DS18B20 工作電源由VDD 引腳接入,此時I/O 線不需要強上拉,不存在電源電流不足的問題,可以保證轉換精度,同時理論上總線可以掛接任意多個DS18B20 傳感器,組成多點測溫系統(tǒng)。在外
8、部供電的方式下,DS18B20 的GND 引腳不能懸空,否則不能轉換溫度,讀取的溫度總是85。 溫度顯示模塊設計根據實際應用情況,該溫度顯示模塊采用七段數碼管顯示電路,數碼管選用共陽極數碼管,如圖U3示,以動態(tài)方式顯示,顯示數據由P1口送出,位控信號由P2口送出,經74LS244進行信號放大,以產生足夠大的電流驅動數碼管顯示。流程圖如圖示: 串行通信模塊設計AT89S52 單片機內部含有一個可編程全雙工串行通信接口,由TXD 引腳來傳送串行數據,而由RXD 引腳來接收數據。該接口具有UART(通用異步接收和發(fā)送器)的全部功能,它不僅能同時進行數據的發(fā)送和接收,也可作為一個同步移位寄存器使用,可
9、構成雙機或者多機通信系統(tǒng)。 報警電路設計本設計采用蜂鳴器報警電路,它由晶體管和蜂鳴器組成。當溫度的測量值超出給定的上下限時,由單片機的P3.7 口輸出信號控制晶體管導通,則蜂鳴器報警。 系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)采用 AT89S52 作為核心處理器件,把經過DS18B20 現(xiàn)場實時采集到的溫度數據,存入AT89S52 的內部數據存儲器,并送LED 數碼管顯示,并與溫度的設定值進行比較,然后由單片機輸出控制信號去控制外部設備。進行溫度控制程序的設計還應考慮越限報警,當采集到的溫度值與溫度的設置值進行比較后,若發(fā)現(xiàn)當前溫度值越限,則產生報警信號。與硬件電路相關聯(lián),本溫度控制系統(tǒng)的軟件設計主要分為以下幾個部
10、分:主程序,溫度上下限值設定子程序、溫度讀取子程序、溫度顯示子程序、串口通信子程序、輸出控制子程序和報警子程序等。其中溫度上下限值設定子程序完成對溫度范圍值的設定及數據保存;溫度讀取子程序完成對溫度傳感器數據的讀取,并通過溫度顯示子程序顯示溫度值;串口通信子程序將采集到的溫度數據傳送到PC 機,以實現(xiàn)遠程監(jiān)控;輸出控制子程序根據采集到的溫度數據完成對外部設備的控制;報警子程序則當采集到的溫度數據超過設定的溫度上下限值時報警。整個運行程序,見電子版下面是測溫程序段:sbit DQ = P33; / 定義DQ引腳為P3.3/* 延時函數 * 功能:在11.059MHz的晶振條件下調用本函數需要24
11、s ,然后每次計數需16s */void DS18_delay(int useconds) int s;for (s=0; s<useconds;s+);/* 復位函數 * 功能:完成單總線的復位操作。* 復位時間為480s,因此延時時間為(480-24)/16 = 28.5,取29s。* 經過70s之后檢測存在脈沖,因此延時時間為(70-24)/16 = 2.875,取3s。*/unsigned char ow_reset(void) unsigned char presence;DQ = 0; / 將 DQ 線拉低DS18_delay(29); / 保持 480sDQ = 1; /
12、DQ返回高電平DS18_delay(3); / 等待存在脈沖presence = DQ; / 獲得存在信號DS18_delay(25); / 等待時間隙結束return(presence); / 返回存在信號,0 = 器件存在, 1 = 無器件/* 位寫入函數 * 功能:向單總線寫入1位值:bitval*/void write_bit(char bitval) DQ = 0; / 將DQ 拉低開始寫時間隙if(bitval=1) DQ =1; / 如果寫1,DQ 返回高電平DS18_delay(5); / 在時間隙內保持電平值,DQ = 1; / DS18_delay函數每次循環(huán)延時16s,因
13、此DS18_delay(5) = 104s/* 字節(jié)寫入函數 * 功能:向單總線寫入一個字節(jié)值:val*/void ds18write_byte(char val) unsigned char i;unsigned char temp;for (i=0; i<8; i+) / 寫入字節(jié), 每次寫入一位 temp = val>>i; temp &= 0x01; write_bit(temp); DS18_delay(5);/* 位讀取函數 * 功能:從單總線上讀取一位信號,所需延時時間為15s,因此無法調用前面定義* 的DS18_delay()函數,而采用一個for()
14、循環(huán)來實現(xiàn)延時。* */unsigned char read_bit(void) unsigned char i;DQ = 0; /將DQ 拉低開始讀時間隙DQ = 1; / then return highfor (i=0; i<3; i+); / 延時15sreturn(DQ); / 返回 DQ 線上的電平值/* 字節(jié)讀取函數 * 功能:從單總線讀取一個字節(jié)的值*/unsigned char DSread_byte(void) unsigned char i;unsigned char value = 0;for (i=0;i<8;i+) / 讀取字節(jié),每次讀取一個字節(jié)if(r
15、ead_bit() value|=0x01<<i; / 然后將其左移DS18_delay(6); return(value);/* 讀取溫度函數 * 功能:如果單總線節(jié)點上只有一個器件則可以直接掉用本函數。如果節(jié)點上有多個器* 件,為了避免數據沖突,應使用Match ROM函數來選中特定器件。* 注: 本函數是根據DS1820的溫度數據格式編寫的,若用于DS18B20,必須根據* DS18B20的溫度數據格式作適當修改。*/unsigned int ReadTemperature(void) unsigned char get10;unsigned char temp_lsb,te
16、mp_msb;unsigned int t;unsigned char k;ow_reset();ds18write_byte(0xCC); / 跳過 ROMds18write_byte(0x44); / 啟動溫度轉換DS18_delay(5);ow_reset();ds18write_byte(0xCC); / 跳過 ROMds18write_byte(0xBE); / 讀暫存器for (k=0;k<2;k+)getk=DSread_byte();temp_msb = get1; / Sign byte + lsbittemp_lsb = get0; / Temp data plus
17、lsbt=temp_msb*256+temp_lsb;t=t&0x0ff0;if(t<0xff&&t>0xf0)t=(-1)*t;return t>>4;/temp_f = (int)temp_c)* 9)/5 + 32; / 輸出華氏溫度值、軟件清單四、 電路仿真使用protel 99se 仿真軟件仿真,優(yōu)點在于此軟件為這學期剛剛學的一款電子電路軟件,使用起來比較熟悉和順手,且不用花過多的時間在軟件學習,缺點在于,此仿真軟件對于單片機類實例進行不了仿真,也就相當于沒有仿真數據,這樣會容易出錯,但是AT89S52剛剛好能夠彌補這個缺陷,所以還是選
18、擇用protel 99se來做仿真實驗。電路原理圖如下圖示:電路版的預覽圖如下圖示: PCB打印預覽圖該設計的pcb圖見附圖:完整的PCB圖五、 總結通過此次課程設計,我學到了很多很多新的知識,同時,也加深了對舊知識的了解和認知。不管是從動手能力還是理論學習上講,這次課程設計都讓我有了一定的提高。首先是對單片機芯片AT89S52的學習,之前我們學的89C51系列的,前者對于后者來講,比較先進和高級,而且更加貼近于我們的生活。鑒于自己對AT89S52的一點認識也沒有,所以一切只能從頭開始學起,從到圖書館找資料到網上查找,從一個人奮戰(zhàn)到找同學幫助,一點一滴地,從無到有,在不斷的努力之下,我終于也了
19、解到一點點AT89S52單片機芯片的工作原理和功能了接著便是DS18B20溫度傳感器的學習,AT89S52單片機芯片還可以從89C53系列找相似之處,但DS18B20就完全沒有了,不過,還好,現(xiàn)代DS18B20的應用技術也比較普遍和熟練,所以能找得到比較多的資料區(qū)了解和學習。一門比較成熟的技術要掌握起來是比較容易的,只要你有耐心和恒心去學習。有了初步的構思之后,就要開始著手仿真實驗了,雖然protel 99se軟件進行不了單片機芯片的仿真實驗,拿不到確切的仿真數據,但是使用protel 99se軟件卻也是這次課程設計中必不可少的步驟,因為使用protel 99se軟件可以設計此次課程設計的pcb電路圖,這樣就可以制作pcb感光板。使用感光板來做此次實驗,能大大地減少花費的時間和精力。但是制作感光板的過程也是一個挑戰(zhàn),它講究的是耐心和技術,一不小心,之前所做的功夫就很有可能被白白的浪費掉。而且,通過此次制作感光板,我也大大地感受到高新技術的作用,
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