智能仪器课程设计报告Word格式文档下载.docx

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1.2系统设计的基本要求-1-

1.3系统概述-2-

二、系统总体设计-2-

整体设计方案的确定-2-

三、硬件电路设计及工作原理-2-

3.1参数采集模块设计-2-

3.2显示温度模块和显示时钟介绍-3-

3.3具体硬件电路原理分析-4-

四、软件设计-6-

4.1主程序流程图-6-

4.2DS18B20温度读取程序（如图9）-7-

4.3DS18B20温度传感器初始化-7-

4.4读出温度子程序-8-

4.5DS18B20的读写时序-9-

4.6按键流程图-10-

五、主要技术指标的测量-11-

六、结论-11-

结束语-12-

附录:

硬件原理图-14-

引言：

温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量，也是工业控制中主要的被控参数之一。

对温度的测量在现代工业中也是运用的越来越广泛。

而传感器主要用于测量，它的性能好坏直接影响系统的性能。

因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信与信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。

另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。

它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。

温度传感器是其中重要的一类传器。

其发展速度之快，以及其应用之广。

并且还有很大潜力为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。

DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。

与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求，因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。

他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。

DS18B20与STC89C52结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。

一、系统设计任务及要求

1.1系统设计任务

设计具有温度显示及时间显示的系统。

1.2系统设计的基本要求

2）显示温度：

4位数码管显示，含有一位小数点。

3）显示时钟：

4位数码管显示，显示时和分。

1.3系统概述

本设计是基于DS18B20的温度测量系统，以STC89C52为控制系统核心，通过单片机系统设计实现对温度的显示和时钟显示。

由温度传感器对外界温度进行，从而实现对温度的显示。

本文主要介绍了温度的测量工作原理和设计方法，主要由三部分构成：

系统整体方案设计。

硬件设计，主要包括温度检测电路、显示电路、按键设计。

系统软件设计，软件的设计采用模块化设计，主要包括显示模块和按键模块等。

二、系统总体设计

整体设计方案的确定

综合考虑，本设计采用基于STC89C52单片机与DS18B20温度传感器，其整体框架图如下图1。

图1系统整体框图

三、硬件电路设计及工作原理

3.1参数采集模块设计

温度传感器DS18B20芯片介绍与运用

DS18B20是美国DALLAS公司生产的数字温度传感器芯片，具有结构简单、体积小、功耗小、抗干扰能力强、使用方便等优点。

由于18B20芯片送出的温度信号是数字信号，因此简化了A/D转换的设计，提高了测量效率和精度。

3.1.1DS18B20的性能特点:

1．适用电压范围：

3.0—5.5V；

2．测温范围：

-55—+125℃,精度为±

0.5℃；

3．无须外部器件，独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；

4．可编程的分辨率为9—12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃；

5．负压特性：

电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

图2 

DS18B20引脚分布图

引脚

DQ

连接数字信号输入/输出端

GND

电源接地

VCC

接供电电源输入端

3.2显示温度模块和显示时钟介绍

图5数码管显示温度示及时钟显示意框图

3.2.1按键调节时钟

按键共有4个：

P3.7时钟（时分）设置切换及确定设置，P3.6设置时钟加时、加分，P3.5设置时钟减时、减分，P3.4取消时钟设置。

3.3具体硬件电路原理分析

3.3.1单片机模块

说明:

该部分硬件是单片机模块（如图6）

图6

3.3.2温度采集模块：

用DS18B20作为测温元件，DS18B20采用电源供电方式（如图），此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线P3.2，3脚接+5V电源。

DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。

（如图7）

图7

3.3.3按键模块

该硬件电路是按键的部分，主要是用来调节时钟（分、时）。

（如图8）

图8

3.3.4数码管显示模块：

1个四位共阳数码管，有4个公共端（位选），公共端用PNP型三极管驱动。

（如图9）

图9

四、软件设计

4.1主程序流程图

DS18B20是可编程器件，在是使用时必须经过以下三个步骤：

初始化、写操作、读操作。

每一次读写操作之前都要先将DS18B20初始化复位，复位成功后才能对DS18B20进行预定的操作，三个步骤缺一不可。

在编写相应的应用程序时，必须先掌握DS18B20的通信协议和时序控制要求。

由于DS18B20是利用一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求各位数据传输的正确性和完整性。

主程序流程图如图10所示：

图10主程序流程图

4.2DS18B20温度读取程序（如图9）

图11

4.3DS18B20温度传感器初始化

主机总线t0时刻应先向DS18B20送出（TX）发送一复位脉冲（最短为480us的低电平信号即由主机将数据线拉低并保持480us~960us），接着在tl时刻释放总线并进入接收状态（RX），DSl820在检测到总线的上升沿之后等待15~60us，接着DS1820在t2时刻发出存在脉冲（低电平，持续60~240us）如图12中虚线所示。

图12DS18B20初始化DQ状态时序图

图13DS18B20的初始化子程序流程图

4.4读出温度子程序

读出温度子程序的主要功能读出RAM中的9个字节移入温度暂存器，启动温度转换。

其程序流程图如图14所示。

图14读温度子程序

4.5DS18B20的读写时序

图15读写时隙时序图

写时序：

对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。

当主机总线t0时刻从高拉至低电平时，就产生写时间隙，从t0时刻开始15us之内应将所需写的位送到总线上。

DSl820在t0后15~60us间对总线采样。

若低电平写入的位是0；

若高电平写入的位是1（如图15）。

连续写2位间的间隙应大于1us。

DS18B20写出子程序流程图如图16所示。

读时序：

主机总线t0时刻从高拉至低电平时，总线只需保持低电平1us，之后在t1时刻将总线拉高，产生读时间隙，读时间隙在t1时刻后t2时刻前有效。

t2距t0为15us，也就是说，t2时刻前主机必须完成读位，并在DS18B20读出子程序流程图如图17所示。

图16DS18B20写入子程序流程图图17DS18B20读出子程序流程图

4.6按键流程图

图18

五、主要技术指标的测量

温度测试2012-11-26

DS18B20电路板读数/°

C

响应时间/s

室温下

23.3

125

用手握住DS18B20

29.8

220

六、结论

本设计本着方便、实用性、易于扩展的指导思想，采用STC89C52中央处理器加上各种外围电路构成了整个单片机控制系统。

在设计中运用温度传感器采集温度实现了温度显示和时间显示。

出现问题和解决方法：

数码管显示温度会抖，显示程序用中断来写。

数码管显示温度出现乱码，温度显示时间过短。

按键按下没有反应，主程序中没有按键函数，把按键函数添到主程序。

整个设计从系统测试的结果来看，本设计基本上达到了系统设计的主要目标。

从功能测试来看，该系统实现了系统设计的基本要求。

DS18B20上拉电阻作用

提高电流和驱动能力，ds18b20的数据线是开漏保持高电平，抗电磁干扰。

DS18B20是单线通信，即接收和发送都是这个通信脚进行的。

其接收时为高电阻输入，其发送时是开漏输出，即输出0时通过三极管下拉为低电平，而输出1时，则为高阻，需要外接上拉电阻将其拉为高电平。

因此，需要外接上拉电阻，否则无法输出1。

结束语

在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。

在论文中简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。

本系统的测温范围为25℃～80℃，温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。

通过这次基于DS18B20传感器测量温度的设计，我学到了不少新的知识。

首先，这次设计让我把书本上学到的理论知识转化成为现实生活中有价值的实物。

如果没有这次设计为我搭建的平台，我就不能对书本上的知识进行很好的理解，也不能熟练的把它们应用到现实生活中。

还有，我们学会不能手高眼低，要踏踏实实，从基础学起、做起。

但是，具体到设计时，我遇到了很多麻烦，比如如何将传感器得到的温度转换成为对应的电信号，如何将电信号输送到单片机进行控制，如何把测得的温度用数字显示出来等等。

这就要求我们学习要一步一个脚印，掌握扎实的理论基础了。

最重要的一点是，我们在这次设计中培养了自己的学习能力。

由于好多知识超出了我们的课本范围，这就要求我们自己通过资料来增加我们的知识，解决遇到的一些问题。

在短时间内从书本资料中筛选出我们所需要的知识，对我们的自主学习能力有很大的帮助。

就拿DS18B20来说，我们书本上没有介绍到这种温度传感器，所以我们就通过学习DS18B20的说明书，了解它工作的原理以及特性，清楚在实际应用时要注意的事项，对DS18B20进行初始化、编程的要求和规定等。

培养了自主学习的能力，无论以后我要做什么样的设计，我们都能够通过查阅资料来实现。

硬件原理图