基于单片机实现的水温测量仪报告Word格式.docx
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本次设计使用单片机,液晶显示器件和温度传感器为主要器件,由温度采集电路,报警电路和单片机最小系统电路构成,温度传感器采集温度信号经过放大电路的处理送进单片机,然后通过单片机输出信号到液晶显示器显示温度。
当温度超过设定范围时,报警电路发出警报。
设计包括总体方案设计,单元模块设计,硬件电路的设计,软件设计,系统的调试。
电路结构简单,功能实现完整,电路的拓展空间大,在有需要的时候可以拓展到很多地方的温度测量,有着很宽广的应用前景。
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2.总体方案设计
2.1方案比较
2.1.1方案一
采用数字电路知识和温度传感器进行电路设计,温度传感器采集温度,经过放大电路的处理,将温度信号放大,再通过数码管显示具体温度值。
传
感
放
大
电
路
管
显
器采
处
理
示
温
集
度
温度
信
数
值
号
字
码
图2.1数字电路处理方案图
2.1.2方案二
利用单片机和温度传感器为主要器件,设计智能测温系统。
具体方案如下:
复位电路
单
液晶显示电路
片
机
时钟电路
AT89S52
报警电路
温度传感器
按键设置温度上下限
图2.2单片机电路方案图
2.2方案论证
2.2.1单片机温度测量系统的功能设计
系统要完成的设计功能如下:
◆实现对温度参数的实时采集,由单片机对各路数据进行循环检测、数据处理、存储,实现温度的智能测量。
◆实现超限数据的及时报警。
◆现场监测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力并具有存储、远程通信功能。
◆通信系统具有较高的可靠性、较好的实时性和较强的抗干扰能力。
◆长时间测量数据记录功能:
可以根据需要设置数据记录时间间隔,数据存入数据存储器。
◆监控计算机软件设计管理软件既要具有完成数据采集、处理的功能,其软件编程应具有功能强大、界面友好、便于操作和执行速度快等特点。
要求达到的技术指标:
测温范围:
-20℃—100℃测温精度:
正负0.5℃测温范围:
0—100%RH测温精度:
正负2.5%RH
2.2.2单片机温度测量系统的设计的原则
可靠性,高可靠性是单片机系统应用的前提,在系统设计的每一个环节,都应该将可靠性作为首要的设计准则。
提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑:
使用可靠性高的元器件;
设计电路板时布线和接地要合理;
对供电电源采用抗干扰措施;
输入输出通道抗干扰措施;
进行软硬件滤波:
系统自诊断功能等。
操作维护方便,在系统的软硬件设计时,应从操作者的角度考虑操作和维护方便,尽量减少对操作人员专用知识的要求,以利于系统的推广。
因此在设计时,要尽可能减少人机交互接口,多采用操作内置或简化的方法。
同时系统应配有现场故障诊断程序,一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位,以便进行维修。
性价比,单片机除体积小、功耗低等特点外,最大的优势在于高性能价格比。
一个单片机应用系统能否被广泛使用,性价比是其中一个关键因素。
因此,在设计时,除了保持高性能外,尽可能降低成本,如简化外围硬件电路,在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能等。
2.3方案选择
通过比较,采用单片机来设计温度测量电路比用数字电路设计更加方便,成本更小,操作维护更加方便。
单片机的性价比更高,功耗更小,测量的误差受温度变化的影响小。
此外,采用软件编程的方法,对环境温度改变时参数的改变更加方便,只需要修改程序中的相关参数就行,应用环境更加广泛。
因此,此次设计采用的是用单片机编程的方法来设计温度测量电路。
3单元模块的设计
3.1单片机电路
3.1.1AT89C52单片机管脚介绍
VCC :
供电电压
GND :
接地
P0 口:
P0口为一个8位漏极开路双向I/O口,没脚可吸收8TTL门电路,当
P1口的电路第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部数据存储器,它被定义数据/地址的第八位在flash编程时,P0口作为原码输入口,当flash进行校验时,
P0口输出原码,此时P0口外部必须拉高。
P1 口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出
4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故,在flash在编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2 口:
P2口为一个内不上拉的8双向I/O口,P2缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上啦的缘故。
P2口当用于外部程序存储或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3 口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接受输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口作为AT89c52的一些特殊功能口:
管脚 备选功能
P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2/INT0(外部中断0)P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(计时器0外部输入)
P3.5T1(计时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写通道)
P3.7/RD(外部数据存储器读通道)
REST :
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持REST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平哟公寓锁存地址的低位字节。
在flash编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE断以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为震荡频率的1/6.因此他可以用作外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
没到那个用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如果想禁制ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时,
ALE只有执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用,另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效,但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,EA将内部锁定为RESET;
当/Ea保持高电平时,此间内部程序存储器。
在flash编程区间,此引脚也用于施加12V变成电源(VPP)。
XTAL1:
反向震荡放大器的输入及内部始终工作电路输入。
XTAL2:
来自反向振荡器。
3.1.2单片机最小系统设计
单片机与液晶显示器的连接采用的是P1口,如果采用P0口就必须加入上拉电阻,采用P1口就不需要加入上拉电阻,可以使电路更加简单明了。
如图3.1所示:
图3.1单片机电路
3.1.3时钟电路
时钟电路由12MHz的晶振和两个电容组成,用于产生单片机工作时所需的时钟控制信号。
石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器,被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中,以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。
国际电工委员会(IEC)将石英晶体振荡器分为4类:
普通晶体振荡(SPXO),电压控制式晶体振荡器(VCXO),温度补偿式晶体振荡(TCXO),恒温控制式晶体振荡(OCXO)。
目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡(DCXO)微机补偿晶体振荡器(MCXO)等等。
石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本构成大致是:
从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振;
而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。
其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
石英晶体振荡器的应用如下:
(1)通用晶体振荡器,用于各种电路中,产生振荡频率。
(2)时钟脉冲用石英晶体谐振器,与其它元件配合产生标准脉冲信号,广泛用于数字电路中。
(3)微处理器用石英晶体谐振器。
(4)CTVVTR用石英晶体谐振器。
(5)钟表用石英晶体振荡器。
石英晶体振荡器工作原理如下:
计算机都有个计时电路,尽管一般使用“时钟”这个词来表示这些设备,但它们实际上并不是通常意义的时钟,把它们称为计时器(timer)可能更恰当一点。