單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告---溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題目： 溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)院：通信與信息工程學(xué)院</p><p>　　專業(yè)： 電子信息工程專業(yè) </p><p>　　班級(jí)： 電信****班 </p><p>　　成員：

2、 </p><p>　　二〇一一年七月十二日</p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。對(duì)于不同場(chǎng)所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同，則采用的測(cè)溫元件、測(cè)方法以及對(duì)溫度的控制方法也將不

3、同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時(shí)效不同，則對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，對(duì)溫度的測(cè)控方法多種多樣。</p><p>　　隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用微機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來(lái)越顯示出其優(yōu)越性。</p><p>　　作為獲取信息的手段——傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其

4、應(yīng)用領(lǐng)域較廣泛。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。</p><p>　　為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用傳感器與單片機(jī)相結(jié)合，應(yīng)用性比較強(qiáng)，本系統(tǒng)可以作為倉(cāng)庫(kù)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室溫度監(jiān)控系統(tǒng)

5、，以及構(gòu)成智能電飯煲等等。課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)并通過(guò)報(bào)警信號(hào)提示溫度異常。本設(shè)計(jì)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括單片機(jī)，溫度采集模塊，顯示模塊，按鍵控制模塊，報(bào)警和指示模塊五個(gè)部分。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。整個(gè)系統(tǒng)的核心是進(jìn)行溫度監(jiān)控，完成了課題所有要求。</p><p><b>　　二、實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

6、的和要求</b></p><p>　　2.1學(xué)習(xí)DS18B20溫度傳感芯片的結(jié)構(gòu)和工作原理。</p><p>　　2.2掌握LED數(shù)碼管顯示的原理及編程方法。</p><p>　　2.3掌握獨(dú)立式鍵盤(pán)的原理及使用方法。</p><p>　　2.4掌握51系列單片機(jī)數(shù)據(jù)采集及處理的方法。</p><p>&l

7、t;b>　　三、方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　總體設(shè)計(jì)方案采用AT89C52單片機(jī)作控制器，溫度傳感器選用DS18B20來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)，系統(tǒng)由5個(gè)模塊組成：主控制器、測(cè)溫電路、顯示電路、控制電路、報(bào)警及指示電路。主控制器由單片機(jī)AT89C52實(shí)現(xiàn)，測(cè)溫電路由DS18B20溫度傳感器實(shí)現(xiàn)，顯示電路由4位LED數(shù)碼管直讀顯示,，報(bào)警指示電路由蜂鳴器和發(fā)光二級(jí)管構(gòu)成，控制電路由按鍵構(gòu)成。本設(shè)

8、計(jì)所使用的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確等特點(diǎn)，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)溫度的精度要求較高的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，并且加有報(bào)警裝置，超過(guò)限制溫度可發(fā)出報(bào)警信號(hào)，還可以調(diào)整報(bào)警上下限溫度。該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)AT89C52，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，用4位共陽(yáng)極LED數(shù)碼管以I/O口傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示，能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。</p><p><b>　

9、　四、實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　利用溫度傳感器芯片監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)內(nèi)部，單片機(jī)通過(guò)對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用四位八段數(shù)碼管顯示環(huán)境溫度，并利用蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出超限警報(bào)信號(hào)。通過(guò)按鍵操作可以改變報(bào)警溫度的上下限。</p><p><b>　　五、材料清單</b></p><p>　　六

10、、基本芯片及其原理</p><p><b>　　6.1單片機(jī)</b></p><p>　　89C52是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，

11、屬于80C51增強(qiáng)型單片機(jī)版本，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達(dá)控制等應(yīng)用場(chǎng)合。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、8k片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM）32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過(guò)兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系

12、統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)所使用的單片機(jī)為STC89C52單片機(jī)，是深圳宏晶科技生產(chǎn)的完全兼容INTEL公司MCS-51系列的單片機(jī)。</p><p>　　6.2溫度傳感器及其原理</p><p>　　傳感器

13、DS18B20具有體積小、精度高、適用電壓寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。</p><p>　　美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)?！耙痪€總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)

14、建引入全新概念。</p><p>　　現(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使用戶可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。 同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為-55°C～+125°C，在-10～+85°C范圍內(nèi)，精度為±0.5°C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，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(chǎng)

15、溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V～5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。</p><p>　　6.2.1 DS18B20的特性</p><p>　?。?）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。</p><p>　?。?）獨(dú)特

16、的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。</p><p>　?。?）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。</p><p>　?。?）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。</p><p>

17、;　?。?）溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃。</p><p>　?。?）可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。</p><p>　?。?）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。</p

18、><p>　?。?）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。</p><p>　　（9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。</p><p>　　6.2.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)及DS18B20的管腳排列</p><p>　　64位光刻ROM

19、是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號(hào)。不同的器件地址序列號(hào)不同。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，高速暫存器。 </p><p>　　DS18B20的引腳定義：</p><p>　　圖一 DS18B20引腳定義</p><p>　　(1)DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端。<

20、;/p><p>　　(2)GND為電源地。</p><p>　　(3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。</p><p>　　6.2.3 DS18B20的編程</p><p>　　（1）DS18B20的初始化：</p><p>　?、傧葘?shù)據(jù)線置高電平“1”。 　　</p><p

21、>　?、谘訒r(shí)（該時(shí)間要求的不是很?chē)?yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)） 　　</p><p>　?、蹟?shù)據(jù)線拉到低電平“0”。 　　</p><p>　?、苎訒r(shí)750us（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480us到960us）。 　　</p><p>　　⑤數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。 　　</p><p>　　⑥延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時(shí)間之

22、內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來(lái)確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無(wú)限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。 　　</p><p>　?、呷鬋PU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時(shí)間算起）最少要480微秒。 　　</p><p>　?、鄬?shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。</p>

23、;<p>　　初始化程序代碼如下：</p><p>　　void ds_reset(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　char presence=1;</p><p>　　while(presence)</p><p><b>　　{&

24、lt;/b></p><p>　　while(presence)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DQ=1; </b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　

25、_nop_();</b></p><p><b>　　DQ=0; </b></p><p>　　delay(50); </p><p><b>　　DQ=1; </b></p><p>　　delay(6); </p><p>　　presence=DQ; &l

26、t;/p><p><b>　　} </b></p><p>　　delay(45); </p><p>　　presence=~DQ; </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　DQ=1; </b></p><

27、p><b>　　} </b></p><p>　?。?）DS18B20的寫(xiě)操作：</p><p>　?、贁?shù)據(jù)線先置低電平“0”。</p><p>　?、谘訒r(shí)確定的時(shí)間為15us。 　　</p><p>　　③按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。 　　</p><p>　　④延時(shí)時(shí)

28、間為45us。 　　</p><p>　?、輰?shù)據(jù)線拉到高電平。 　　</p><p>　　⑥重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 　　</p><p>　?、咦詈髮?shù)據(jù)線拉高。 </p><p>　　寫(xiě)操作程序代碼如下：</p><p>　　void ds_write(uchar ds_wrdat

29、a)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(i=8;i>0;i--)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DQ=1;&l

30、t;/b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　_nop_(); </p><p><b>　　DQ=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><

31、p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p>　　DQ=ds_wrdata&0x01; //最低位移出</p><p><

32、b>　　delay(6);</b></p><p>　　ds_wrdata=ds_wrdata/2; //右移1位</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p><b>　　delay(1);</b&g

33、t;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　（3）DS18B20的讀操作：</p><p>　?、賹?shù)據(jù)線拉高“1”。</p><p>　?、谘訒r(shí)2us。 　　</p><p>　　③將數(shù)據(jù)線拉低“0”。</p><p>　　④延時(shí)15us。 　　&l

34、t;/p><p>　　⑤將數(shù)據(jù)線拉高“1”。</p><p><b>　　⑥延時(shí)15us。</b></p><p>　?、咦x數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。</p><p><b>　?、嘌訒r(shí)30us。</b></p><p>　　讀操作程序代碼如下：</p&g

35、t;<p>　　uchar ds_read(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　uchar value=0;</p><p>　　for(i=8;i>0;i--)</p>&l

36、t;p><b>　　{</b></p><p>　　DQ=1;_nop_();</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　value>>=1;</p><p><b>　　DQ=0;</b></p><p&g

37、t;<b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　DQ=1;&

38、lt;/b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p>

39、<p>　　if(DQ)value|=0x80;</p><p>　　delay(6); </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p>　　return(value);</p><p><b>

40、;　　}</b></p><p>　　6.2.4 DS18B20傳感器的溫度數(shù)據(jù)關(guān)系：</p><p>　　圖二 溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)關(guān)系</p><p>　　6.2.5 DS18B20的外部電源供電方式：</p><p>　　在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在

41、電源電流不足的問(wèn)題，可以保證 轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。</p><p>　　圖三 外部電源供電連接圖</p><p><b>　　七、系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)由5個(gè)模塊組成：主控制器（單片機(jī)）、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、控制電路模塊、報(bào)警及指示模塊。主控制器由

42、單片機(jī)AT89C52實(shí)現(xiàn)，測(cè)溫電路由DS18B20溫度傳感器實(shí)現(xiàn)，顯示電路由4位LED數(shù)碼管直讀顯示，報(bào)警指示電路由蜂鳴器和發(fā)光二級(jí)管構(gòu)成，控制電路由按鍵構(gòu)成。</p><p><b>　　系統(tǒng)框圖如下：</b></p><p><b>　　圖四 系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　八、工作流程圖&

43、lt;/b></p><p><b>　　8.1主程序流程圖</b></p><p>　　圖五 主要功能流程圖</p><p>　　圖六 指示、報(bào)警模塊流程圖</p><p>　　圖七 讀取溫度值模塊流程圖</p><p><b>　　九、硬件電路圖</b>&

44、lt;/p><p><b>　　圖八 顯示模塊</b></p><p>　　圖九 按鍵控制模塊</p><p>　　圖十 報(bào)警、指示電路</p><p>　　圖十一 溫度傳感器連接圖</p><p><b>　　十、總結(jié)</b></p><p>

45、;　　通過(guò)做本課題，使我們了解傳感器的基本理論知識(shí)，更深入的了解單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用和PC編程控制。為以后從事單片機(jī)軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、PC軟件開(kāi)發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)，樹(shù)立獨(dú)立從事產(chǎn)品研發(fā)的信心。同時(shí)也培養(yǎng)了我們認(rèn)真的做事態(tài)度。</p><p>　　從得到題目到查找資料，從對(duì)題目的研究設(shè)定到電路圖的設(shè)計(jì)，電路圖的設(shè)計(jì)到程序設(shè)計(jì)……在這一個(gè)充滿挑戰(zhàn)伴隨挫折，充滿熱情伴隨打擊的過(guò)程中，我們感觸頗深，它是對(duì)我們的鉆研精神，

46、創(chuàng)新精神，面對(duì)困難的心態(tài)，做事的毅力和耐心的考驗(yàn)。我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程中深刻的感受到了做設(shè)計(jì)的意義所在，和我們一樣真正投入了身心去做的人也一定會(huì)有同樣的感觸。</p><p>　　本課題的重點(diǎn)、難點(diǎn)是：</p><p>　　初步接觸溫度傳感器，要對(duì)傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等各方面從頭開(kāi)始琢磨。</p><p>　　考究調(diào)整電路的實(shí)現(xiàn)過(guò)程以及怎么樣通過(guò)單片機(jī)來(lái)間接的控制。&

47、lt;/p><p>　　從仿真電路到實(shí)際電路的調(diào)試。</p><p><b>　　十一、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 倪云峰.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.</p><p>　　[2] 劉娟.單片機(jī)C語(yǔ)言與protues. 北京:中國(guó)電力出版社，2010.7</p&