基于单片机的温度采集系统设计课程设计Word文档格式.docx

1、它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可.用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！.它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区

2、别。 单片机的组成通常和普通计算机一样，通常具有以下几个部分：（1）、CPU。 CPU是中央处理器的简称，有时也称为“核”，它是进行运算和控制的重要单元，其性能决定单片机的主要性能。（2）、存储器。单片机的存储器通常由ROM和RAM组成，ROM常用于存放单片机的程序，而RAM用于存放数据。（3）、输入/输出接口。计算机的输入/输出接口用于连接外围设备，例如键盘、显示器、打印机、A/D或D/A转换器等，实现与外围设备的数据交换。在普通计算机上，这些功能是由主板上的若干芯片实现的；对于单片机，这些对应的功能单元集成在其内部。随着技术的发展，单片机的功能日益增多，有些单片机除了上述功能以外，还集成有

3、其他部件，如各种异步和同步串行接口、CAN通信控制器等。通常，称单片机内部除CPU外的功能单元为片内外设，也称为内部资源。单片机具有以下主要特点：（1）、价格便宜。单片机尽管集成了众多资源，但其结构简单，生产批量大，因此价格十分便宜，通常在几元到几十元人民币。（2）、体积小。目前最小的单片机只有6个引脚，十几到二十几个引脚的单片机也很多，还有表面贴片封装的，体积很小，便于设计成嵌入式系统安装在电子设备中，以实现智能控制。当然，功能强大的单片机引脚也相应较多，例如有40、52、68，甚至更多引脚的单片机，但在采用表面贴片封装后，其体积并不大。（3）、技术成熟、应用广泛。相对于大型计算机和PC机，

4、单片机的技术难度小，复杂度低，因此其技术相当成熟。单片机的稳定可靠，为在单片机的广泛应用创造了技术条件。在现代社会，电子产品在日常生活中不可或缺，而电子产品往往离不开单片机，可见单片机的应用之广。单片机在计算机家族中占据着重要地位，是电子工程师应该掌握的最基本工具之一。当然，就功能的完备性和强大性而言，单片机不能和高级计算机相比，但这不影响它的应用范围。实际工作中，并非所有场合都要求计算机有很高的性能，例如电冰箱温度控制并不需要使用主频达1.8GHz的奔腾机。应用单片机的关键是看其功能是否够用，性价比是否合适。单片机不会因其简单而被淘汰，例如MCS-51单片机退出来二十多年了，仍然是一款应用最

5、广的单片机，而且在不断发展。可以说，只有在单片机出现后，计算机才能真正地从科学的神圣殿堂走入了寻常百姓家，成为广大工程技术人员进行技术革命和技术革新的有力武器。单片机的应用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算

6、机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：1.在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据

7、采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。5.单片机在医

8、用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6.在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。7.单片机在汽车设备领域中的应用 单

9、片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，制动系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。单片机学习应用的六大重要部分 一、总线：我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中，连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但计算机电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处

10、理机中引入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据，一个为0，一个为1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是不允许的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收）。器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能使用，分配地址当然也是以电信号的形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，这些线被称为地址总线。二、数

11、据、地址、指令：之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一样的数字，或者说都是一串0和1组成的序列。换言之，地址、指令也都是数据。指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不可以由单片机的开发者更改。地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发者自行决定，但有一些地址单元是一定要有的（详见程序的执行过程）。数据：这是由微处理机处理的对象，在各种不同的应用电路中各不相同，一般而言，被处理的数据可能有这么几种情况：1.地址（如MOV DPTR，1000H），

12、即地址1000H送入DPTR。2.方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是控制字。3.常数（如MOV TH0，#10H）10H即定时常数。4.实际输出值（如P1口接彩灯，要灯全亮，则执行指令：MOV P1，#0FFH，要灯全暗，则执行指令：MOV P1，#00H）这里0FFH和00H都是实际输出值。又如用于LED的字形码，也是实际输出的值。理解了地址、指令的本质，就不难理解程序运行过程中为什么会跑飞，会把数据当成指令来执行了。三、P0口、P2口和P3的第二功能用法：初学时往往对P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，认为第二功能和原功能之间要有一个切换的过程，或者说要有一条指令

13、，事实上，各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。如P3.6、P3.7分别是WR、RD信号，当微处理机外接RAM或有外部I/O口时，它们被用作第二功能，不能作为通用I/O口使用，只要-微处理机-执行到MOVX指令，就会有相应的信号从P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令说明。事实上不能作为通用I/O口使用也并不是不能而是（使用者）不会将其作为通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一条SETB P3.7的指令，并且当单片机执行到这条指令时，也会使P3.7变为高电平，但使用者不会这么去做，因为这通常会导致系统的崩溃。四、程序的执行过程：单片机在通电复位后8051内的程序计数器（PC）

14、中的值为0000，所以程序总是从0000单元开始执行，也就是说：在系统的ROM中一定要存在0000这个单元，并且在0000单元中存放的一定是一条指令。五、堆栈：堆栈是一个区域，是用来存放数据的，这个区域本身没有任何特殊之处，就是内部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用数据的方式，即所谓的先进后出，后进先出，并且堆栈有特殊的数据传输指令，即PUSH和POP，有一个特殊的专为其服务的单元，即堆栈指针SP，每当执一次PUSH指令时，SP就（在原来值的基础上）自动加1，每当执行一次POP指令，SP就（在原来值的基础上）自动减1。由于SP中的值可以用指令加以改变，所以只要在程序开始阶段更改了SP的值，就

15、可以把堆栈设置在规定的内存单元中，如在程序开始时，用一条MOV SP，#5FH指令，就是把堆栈设置在从内存单元60H开始的单元中。一般程序的开头总有这么一条设置堆栈指针的指令，因为开机时，SP的初始值为07H，这样就使堆栈从08H单元开始往后，而08H到1FH这个区域正是8031的第二、三、四工作寄存器区，经常要被使用，这会造成数据的混乱。不同作者编写程序时，初始化堆栈指令也不完全相同，这是作者的习惯问题。当设置好堆栈区后，并不意味着该区域成为一种专用内存，它还是可以象普通内存区域一样使用，只是一般情况下编程者不会把它当成普通内存用了。第二章 总体方案设计2.1 课题的意义课程设计是单片机课程

16、教学的最后一个环节，是对学生进行全面的系统的训练。进行课程设计可以让学生把学过的比较零碎的知识系统化，真正的能够把学过的知识落到实处，能够开发简单的系统，也进一步激发了学生再深一步学习的热情，因此课程设计是必不可少的，是非常必要的。在设计中我们可以消化与巩固单片机及接口技术课程所学知识；理论联系实际，学会用理论知识解决实际问题；培养设计能力，初步掌握设计的一般步骤与方法2.2 系统整体硬件电路2.2.1 芯片简介Max232串口芯片MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和

17、4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电

18、。15脚DNG、16脚VCC（+5v）。RS232 （DB9）引脚定义：1 ：DCD :载波检测。主要用于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到拨号音，处于在线状态。 2 ：RXD:此引脚用于接收外部设备送来的数据；在你使用Modem时，你会发现RXD指示灯在闪烁，说明RXD引脚上有数据进入。 3 ：TXD:此引脚将计算机的数据发送给外部设备；在你使用Modem时，你会发现TXD指示灯在闪烁，说明计算机正在通过TXD引脚发送数据。 4 ：DTR:数据终端就绪；当此引脚高电平时，通知Modem可以进行数据传输，计算机已经准备好。 5 ：GND:信号地；此位不做过多解释。 6 ：D

19、SR:数据设备就绪；此引脚高电平时，通知计算机Modem已经准备好，可以进行数据通讯了。 7 ：RTS:请求发送；此脚由计算机来控制，用以通知Modem马上传送数据至计算机；否则，Modem将收到的数据暂时放入缓冲区中。 8 ：CTS: 清除发送；此脚由Modem控制，用以通知计算机将欲传的数据送至Modem。 9 ：RI : Modem通知计算机有呼叫进来，是否接听呼叫由计算机决定DS18b20DS1820是Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器，是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而经济的特点，使用户可以轻松的组件传感器网络，为测量引入全新的概念。新一代的“D

20、S18B20”体积更小、更经济、更灵活，使用户可以充分发挥一线总线的长处5。同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55+125，在-10+85范围内，精度为0.5。现场温度范围以“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，如设备控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20的特性（1） 独特的单接口仅需一个端口引脚进行通讯；（2） 简单的多点分布应用；（3） 无需外部器件；（4） 可通过数据线供电，无需外部电源；（5） 零待机功耗；（6） 测温范围为-55+125，以0.5递增；（7） 温度以9位数字量读出

21、；（8） 温度数字量转换时间200ms（典型值）；（9） 用户可定义的非易失性温度报警设置；（10） 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；（11） 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统。DS18B20的结构如图4.1所示：图4.1 DS18B20的结构图DS18B20有三个主要的数据部件：（1） 64位激光（lasered） ROM；（2） 温度灵敏元件；（3） 非易失性温度告警触发器TH和TL。器件从单线的通信线取得其电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量贮存在内部的电容器中；在单信号线为低电平的时间期内，断开此电源，直到信号线变为高电平重

22、新接上寄生（电容）电源为止。作为另一种可供选择的方法，DS18B20也可用外部+5V电源供电。max232芯片：Mcs-51芯片 80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（PUSH）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。采用40引脚双列直插式DIP（Dual In Line Package），内有128个RAM单元及4K的ROM。80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C

23、51内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心单片机的40个引脚大致可分为类：电源、时钟、控制和I/O引脚。1 电源:1 VCC - 芯片电源，接+5V；2 VSS - 接地端；2 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根， ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入

24、编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。2.2.2 硬件电路设计及描述硬件电路由：Ds18b20，max232芯片，晶振，复位电路，声光报警电路，80

25、51单片机等组成。DS18b20详细引脚功能描述：外观图：GND地信号。DQ数据输入/输出引脚，开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下时，也可以向器件提供电源。VDD外接供电电源输入端。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。DS18B20读出的温度结果的数据为两字节，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供。因此在系统中要将得到的温度值数据进行格式转换才能用于显示。这两个数据格式如图所示:MSB LSBS262524MSB LSB232221202-12-22-32-4高8位中的高5位是符号位，表示是零下还是零上。高8位中的低3位D6，D5，D4 和低8位中的高4位D，D，构成温度的整数部分。

26、低位中的，D，位温度的小数部分。max232芯片，MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。在制作电路前我们先来看看要用的MAX232，这里我们不去具体讨论它，只要知道它是TTL和RS232电平相互转换的芯片和基本的引脚接线功能就行了。通常我会用两个小功率晶体管加少量的电路去替换MAX232，可以省一点，效果也不错。下图就是MAX232的基本接线图。图为MAX232声光报警电路，可实现简易的发音功能，如图所示，复位电路：复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处于一个确定的初始状态，复位后计算机就从这个状态开始工作。在复位期间， CPU并没有开始执行

27、程序是在做准备工作。无论是在在计算机刚上电时，断电后，还是系统出现故障时都需要复位。 MCS-51单片机的复位靠外部电路来实现，为了确保复位，RST引脚上的高电平一般要维持大约10秒以上。 MCS-51单片机的复位原理也可分成上电复位和按键手动复位两种，如图：A上电复位电，路 B按键复位电路。上电复位电路是利用电容充电来实现的。在接通电源瞬间，RST端的电位与VCC相同，都是+5v。随着着RC电路的充电的点位逐渐下降，只要保证位高电平的时间大于秒就能正常恢复。按键复位电路，在单片机已经通电的情况下，只需要按下图所示的键也可以复位，此时电源经过电阻分压，在端产生一个复位高电平。如取欧姆，取欧姆左右，这样当按下键时，端的电压为.，满足高电平要求。 8051单片机：单片机的40个引脚大致可分为4类： 电源: VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相