数字温度计毕业设计.docx
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数字温度计毕业设计
数字温度计毕业设计
华侨大学
厦门工学院
课题名称:
数字显示温度计
设计时间:
2012年12月
系部:
电子信息工程系
班级:
光电六班
姓名:
陈怡雅
指导老师:
蔡庆森
一、 设计任务目的
随着科技的不断进步,在工业生产中温度是常用的被控参数,而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。
本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。
本文采用单片机来实现对温度的控制。
它的主要组成部分有:
AT89S51单片机、温度传感器、键盘与显示电路、温度控制电路。
它可以实时的显示和设定温度,实现对温度的自动控制。
通过测试表明,本设计对温度的控制有方便、简单的特点,从而大幅提高了被控温度的技术指标。
二、 设计要求
正常工作温度范围:
5℃~60℃
温度误差:
<1℃
三、设计方案选取与论证
方案论证
方案比较,设计和论证
1温度传感器的选择
1.1采用模拟集成温度传感器
集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器,它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。
模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等,适合远距离测温、控温,不需要进行非线性校准,外围电路简单。
1.2采用数字单片智能温度传感器
智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。
智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器(MCU).可以脱离微控制器单独工作,自行构成一个温控仪。
测量温度范围为-55℃~+125℃,在-10℃~+85℃范围内,精度为0.5℃。
DS18B20的精度较差为±0.2℃。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。
适合于恶劣环境的现场温度测量。
由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一芯片,与单片机连接简单、方便,与AD590相比是更新一代的温度传感器,所以温度传感器采用DS18B20。
2显示器的选择
2.1LED显示器
采用传统的七段数码LED显示器。
LED虽然价格便宜,但在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被LCD所取代。
2.2LCD液晶屏
采用LCD液晶屏进行显示。
LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件,只要2~3伏就可以工作,工作电流仅为几微安,是任何显示器无法比拟的,同时可以显示大量信息,除数字外,还可以显示文字、曲线,比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。
在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。
虽然LCD显示器的价格比数码管要贵,但它的显示效果好,是当今显示器的主流,所以采用LCD作为显示器。
3单片机的选择
3.1采用凌阳单片机
利用凌阳单片机有一定的好处凌阳的优势是硬件性能,抗干扰能力强,但凌阳单片机我们没有系统的学习,这对于刚接触单片机的我们来说不是很容易上手,其价格也要比89S51昂贵一些,因此我们并没有将其作为首选。
3.2采用AT89S51单片机
51的优点是价钱便宜,I/O口多,程序空间大。
因此,测控系统中,使用51单片机是最理想的选择。
MCS51有极好兼容性所以用AT89S51。
原理框图
系统基本方框图
系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LED显示、温度传感器组成。
1.主控制器
单片机AT89C52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,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
2.显示电路
显示电路采用LED液晶显示数码管,从P3口RXD,TXD串口输出段码。
显示电路是使用的串口显示,这种显示最大的优点就是使用口资源比较少,只用p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收,四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动,显示比较清晰。
液晶显示接口电路
3.温度传感器
温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20温度传感器。
DS18B20输出信号全
数字化。
便于单片机处理及控制,在0—100摄氏度时,最大线形偏差小于1摄氏度,采用单总线的数据传输,可直接与计算机连接。
用AT89C52芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,能够实现快速测量环境温度,并可以根据需要设定上下限报警温度。
获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信,方便的采集和整理时间温度数据。
温度传感器接口
4、时钟振荡电路
本课题设计的时钟是采用时钟芯片DS1302,其接口原理图如下图9所示:
时钟接口电路
单片机的基本结构
89C52单片机的介绍
89C52单片机最初是由Intel公司开发设计的,但后来Intel公司把51核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商,譬如SST、Philip、Atmel等大公司。
如是市面上出现了各式各样的但均以51为内核的单片机,倒是Intel公司自己的单片机却显得逊色了。
这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51指令、并在51的基础上扩展一些功能而内部结构是与51一致的。
89C52有40个引脚,4个8位并行I/O口,1个全双工异步串行口,同时内含5个中断源,2个优先级,2个16位定时/计数器。
89C52的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM),和128B的数据存储器(RAM)组成。
89C52单片机的基本组成框图见下图。
89C52单片机结构
由图4-1可见,8051单片机主要由以下几部分组成:
1.cpu系统
8位cpu,含布尔处理器;
时钟电路;
总线控制逻辑。
2.存储器系统
4K字节的程序存储器(ROM/EPROM/Flash,可外扩至64KB);
128字节的数据存储器(RAM,可再外扩64KB);
特殊功能寄存器SFR。
3.I/O口和其他功能单元
4个并行I/O口;
2个16位定时计数器;
1个全双工异步串行口;
中断系统(5个中断源,2个优先级)。
4.1.189C52单片机主要特性
1.一个8位的微处理器(CPU)。
2.片内数据存储器RAM(128B),用以存放可以读/写的数据,如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等,SST89系列单片机最多提供1K的RAM。
3.片内程序存储器ROM(4KB),用以存放程序、一些原始数据和表格。
但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM,如8031,8032,80C31等。
目前单片机的发展趋势是将RAM和ROM都集成在单片机里面,这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。
SST公司推出的89系列单片机分别集成了16K、32K、64KFlash存储器,可供用户根据需要选用。
4.四个8位并行I/O接口P0~P3,每个口既可以用作输入,也可以用作输出。
5.两个定时器/计数器,每个定时器/计数器都可以设置成计数方式,用
以对外部事件进行计数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。
为方便设计串行通信,目前的52系列单片机都会提供3个16位定时器/计数器。
6.五个中断源的中断控制系统。
现在新推出的单片机都不只5个中断源,例如SST89E58RD就有9个中断源。
7.一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O口,用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。
8.片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。
最高允许振荡频率为12MHz。
SST89V58RD最高允许振荡频率达40MHz,因而大大的提高了指令的执行速度。
4.1.289C52单片机管脚图
89C52单片机管脚图
部分引脚说明:
1.时钟电路引脚XTAL1和XTAL2:
XTAL2(18脚):
接外部晶体和微调电容的一端;在8051片内它是振荡电路反相放大器的输出端,振荡电路的频率就是晶体固有频率。
若需采用外部时钟电路时,该引脚输入外部时钟脉冲。
要检查8051/8031的振荡电路是否正常工作,可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出。
XTAL1(19脚):
接外部晶体和微调电容的另一端;在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。
在采用外部时钟时,该引脚必须接地。
1.控制信号引脚RST,ALE,PSEN和EA:
RST/VPD(9脚):
RST是复位信号输入端,高电平有效。
当此输入端保持备用电源的输入端。
当主电源Vcc发生故障,降低到低电平规定值时,将+5V电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时,就可以完成复位操作。
RST引脚的第二功能是VPD,即接入RST端,为RAM提供备用电源,以保证存储在RAM中的信息不丢失,从而合复位后能继续正常运行。
ALE/PROG(30脚):
地址锁存允许信号端。
当8051上电正常工作后,ALE引脚不断向外输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率fOSC的1/6。
CPU访问片外存储器时,ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。
平时不访问片外存储器时,ALE端也以振荡频率的1/6固定输出正脉冲,因而ALE信号可以用作对外输出时钟或定时信号。
如果想确定8051/8031芯片的好坏,可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。
如有脉冲信号输出,则8051/8031基本上是好的。
ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。
此引脚的第二功能PROG在对片内带有4KBEPROM的8751编程写入(固化程序)时,作为编程脉冲输入端。
PSEN(29脚):
程序存储允许输出信号端。
在访问片外程序存储器时,此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。
此引肢接EPROM的OE端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。
PSEN端有效,即允许读出EPROM/ROM中的指
令码。
PSEN端同样可驱动8个LS型TTL负载。
要检查一个8051/8031小系统上电后CPU能否正常到EPROM/ROM中读取指令码,也可用示波器看PSEN端有无脉冲输出。
如有则说明基本上工作正常。
EA/Vpp(31脚):
外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。
当EA引脚接高电平时,CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令,但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051为4K)时,将自动转去执行片外程序存储器内的程序。
当输入信号EA引脚接低电平(接地)时,CPU只访问外部EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的指令,而不管是否有片内程序存储器。
对于无片内ROM的8031或8032,需外扩EPROM,此时必须将EA引脚接地。
此引脚的第二功能是Vpp是对8751片内EPROM固化编程时,作为施加较高编程电压(一般12V~21V)的输入端。
3.输入/输出端口P0/P1/P2/P3:
P0口(P0.0~P0.7,39~32脚):
P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O口。
作为漏极开路的输出端口,每位能驱动8个LS型TTL负载。
当P0口作为输入口使用时,应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0口的全部引脚浮空,可作为高阻抗输入。
作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。
在CPU访问片外存储器时,P0口分时提供低8位地址和8位数据的复用总线。
在此期间,P0口内部上拉电阻有效。
P1口(P1.0~P1.7,1~8脚):
P1口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O口。
P1口每位能驱动4个LS型TTL负载。
在P1口作为输入口使用时,应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。
P2口(P2.0~P2.7,21~28脚):
P2口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O口。
P口每位能驱动4个LS型TTL负载。
在访问片外EPROM/RAM时,它输出高8位地址。
P3口(P3.0~P3.7,10~17脚):
P3口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O口。
P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。
P3口与其它I/O端口有很大的区别,它的每个引脚都有第二功能,如下:
P3.0:
(RXD)串行数据接收。
P3.1:
(RXD)串行数据发送。
P3.2:
(INT0#)外部中断0输入。
P3.3:
(INT1#)外部中断1输入。
P3.4:
(T0)定时/计数器0的外部计数输入。
P3.5:
(T1)定时/计数器1的外部计数输入。
P3.6:
(WR#)外部数据存储器写选通。
P3.7:
(RD#)外部数据存储器读选通。
四、制作及调试过程
将温度传感器与冰水混合物接触,经过充分搅拌达到热平衡后调节系统,使显示读数为0.00(标定0℃);利用气压计读出当时当地的大气压强,并根据大气压强和当地重力加速度计算出当时的实际压强;根据沸点与压强的关系查出沸点温度。
把温度传感器放入沸水中,待显示读数稳定后重新调节,使显示器显示读数等于当地当时沸点温度后工作结束。
该温度计的量程为-50℃~150℃,读数精度为0.1℃,实际使用一般在0℃~100℃。
采用0℃~50℃和50℃~100℃的精密水银温度计作检验标准,对设计的温度计进行测试,其结果表明能达到该精度要求。
五、结论
作为一名电子信息工程的大四学生,我觉得做单片机课程设计是很有意义的,而且也是必要的。
在做这次课程设计的过程中,我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。
为了让自己的设计更加完善,查阅这方面的实际资料是十分必要的,也是必不可少的。
其次,在这次课程设计中,我们运用了所学的专业课知识,如:
汇编语言、模拟和数字电路知识等,自学了porters仿真。
学了虽然过去我从未独立应用过他们,但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高,这是我做这次课程设计的又一收获。
最后,要做好一个课程设计,就必须做到:
在设计程序之前,对所用单片机的内部结构有一个系统的了解,知道该单片机有哪些资源;要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图;在设计程序时,不能妄想一次将整个程序设计好,反复修改、不断改进是程序设计的必经之路;要养成注释程序的好习惯,这样为资料的保留和交流提供了方便;在设计中遇到的问题要记录,以免下次遇到同样的问题。
在这次的课程设计中,我真正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实际,把我们所学的理论知识用到实际当中,学习单片机更是如此,程序只有在经常写与读的过程中才能提高,这就是这次课程设计的最大收获。