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单片机课程设计-多路数字温度测量系统设计.doc
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单片机课程设计-多路数字温度测量系统设计.doc
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1
多路数字温度测量系统设计
一、摘要
基于单片机的多路数字温度测量系统在实际中广泛应用。本课题以 AT89S51 单片
机系统为核心,设计了一种利用单片机来实现的实时温度控制系统,包括硬件设计和
软件设计。系统采用 AT89S51 单片机作为主芯片,DS18B20 数字温度传感器作为温度
采集器件,可以监测八路环境温度信号,对八路模拟信号进行循环采集,该系统测量
范围-55℃~+125℃,显示精度为±0.5℃,运用蜂鸣器作为报警器,通过串口实现单
片机与 PC 机的通信,利用键盘控制随时查看指定通道温度,运用 MC14543 驱动 4 位
LED 数码管来实现温度的实时读取。系统能实时监控环境温度,并具有报警功能,若采
集的平均值超过设定范围,则对应通道的指示灯闪烁 10 次后一直亮,指示灯闪烁时
喇叭发声,具有一定的实用性。
[1]
多点的温度进行实时巡检。由于其具有单总线的独特优点,本文结合实际使用经
验,介绍了 DS18B20 数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程,并给出了软
件流程图。
关键词:温度传感器 DS18B20 AT89S51 单片机 MC14543 驱动器 LED 数码管显示
二 总体设计方案
2
目录
一、 摘要 ……………………………………………………………1
二、总体方案设计 …………………………………………………3
2.1、方案的阐述与特点 …………………………………………3
2.2、本方案系统框图 ………………………………………………………3
2.3、该设计系统所具有如下特点 ………………………………………3
三、系统硬件设计 …………………………………………………4
3.1、单片机引脚功能图的介绍 ……………………………………………4
3.2、温度传感器 DS18B20 的连线图 ………………………………………7
3.3、显示电路设计 …………………………………………………………7
3.4、键盘电路设计 …………………………………………………………8
3.5、电源电路设计 …………………………………………………………8
3.6、报警电路设计 …………………………………………………………9
3.7、晶振复位电路如下 ……………………………………………………10
四、系统软件设计 …………………………………………………10
4.1、系统主程序流程图 ……………………………………………………11
4.2、温度测量子程序流图 …………………………………………………12
4.3、键盘程序流程图 ………………………………………………………14
4.5、显示子程序流程图 ……………………………………………………14
五、结论 ……………………………………………………………14
5.1、课题总结 ………………………………………………………………15
5.2、感悟 ……………………………………………………………………15
六、参考文献 ………………………………………………………16
七、附录 ……………………………………………………………16
7.1 系统程序 …………………………………………………………………16
7.2 系统总体电路图 …………………………………………………………26
3
二、总体方案设计
1、方案的阐述与特点:
本设计方案以 DS18B20 为传感器、AT89C51 单片机为控制核心组成多点温度测试
系统,该系统包括传感器电路、独立式键盘与 MC14543 驱动 LED 数码显示电路、八路
报警电路和串口通信电路组成。
采用美国 Dallas 半导体公司推出的数字温度传感器 DS18B20,属于新一代适配微
处理器的智能温度传感器。它具有独特的单总线接口,仅需要占用一个通用 I/O 端口
即可完成与微处理器的通信。LED 采用 MC14543 驱动芯片来驱动。外部全部传感元件
及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
本方案系统框图为:
图 2-1 多路数字温度测量系统总体设计图
该系统的核心是集成温度传感器DS18B20,其核心技术就是可以直接输出数字信号。
由于温度传感器DS18B20是单线通信,所以软件设计部分必须考虑它的时序问题,以
便更好地读数据和写数据。
2、该设计系统所具有如下特点:
(1)独特的单线接口,既可通过串行口线,也可通过其它 I/O 口线与微机接口,
单片机复位
键盘设置温度上下
限
时钟振荡
DS18B20 温度传感器
8 路报警
MC14543 驱 动 LED
显示
AT89S51
单
片
机
4
无需变换其他电路,直接输出被测温度值
[1]
;
(2)多点能力使分布式温度检测应用得以简化;
(3)不需要外部元件;
(4)既可用数据线供电,也可采用外部电源供电;
(5)不需备份电源;
(6)测量范围为-55~125,固有测温分辨率为 0.5;
(7)通过编程可实现 9~12 位的数字读数方式;
(8)用户可定义非易失性的温度告警设置;
(9)警告搜索命令能识别和寻址温度在编定的极限之外的器件(温度警告情
况);
(10)应用范围包括恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热敏系统。
以上特性使得 DS18B20 非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。
根据 DS18B20 以上特点,此方案实现本课题较好。
三、硬件设计
本课题的整个系统是由单片机、显示电路、键盘电路、驱动电路、报警电路、电
源电路、复位电路、振荡电路等构成。
1、单片机引脚功能图的介绍:
P0 .0
39
P0 .7
32
P0 .6
33
P0 .5
34
P0 .4
35
P0 .3
36
P0 .2
37
P0 .1
38
P2 .6
27
P3 .6 /W R
16
P3 .7 /RD
17
P2 .7
28
P2 .5
26
P2 .4
25
P2 .3
24
P2 .2
23
P2 .1
22
P3 .5 /T1
15
VSS
20
P2 .0
21
P1 .0
1
P1 .1
2
P1 .2
3
P1 .3
4
P1 .4
5
P1 .5
6
P1 .6
7
P1 .7
8
RST
9
XTAAL1
18
XTAL2
19
P3 .4 /T0
14
P3 .3 /INT1
13
P3 .2 /INT0
12
P3 .1 /TXD
11
P3 .0 /RXD
10
EA/VPP
31
PSEN
29
ALE
30
VCC
40
AT89S51
5
图 3-1 单片机引脚
[2]
表 3-1 单片机引脚功能表
[2]
VCC:电源电压输入端。
GND:电源地。
P0 口:P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口,每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1
口的管脚第一次写 1 时,被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器,它
可以被定义为数据/地址的低八位。
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。
P2 口:P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 口缓冲器可接收,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 口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘
故。
P3 口:P3 口是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口,可接收输出 4 个 TTL 门电流。
P3 口 除 了 作 为 普 通 I/O 口 , 还 有 第 二 功 能 : P3.0 RXD ( 串 行 输 入 口 )
P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断 0) P3.3 /INT1(外部中
断 1) P3.4 T0(T0 定时器的外部计数输入) P3.5 T1(T1 定时器的外部计
数输入) P3.6 /WR(外部数据存储器的写选通) P3.7 /RD(外部数据存储
器的读选通)
RST:复位输入端,高电平有效。当振荡器复位器件时,要保持 RST 脚两个机器
周期的高电平时间。
ALE/PROG:地址锁存允许/编程脉冲信号端。
PSEN:外部程序存储器的选通信号,低电平有效。
EA/VPP:外部程序存储器访问允许。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 端保持高电平时,此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间,
此引脚也用于施加 12V 编程电源(VPP)。
XTAL1:片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。
XTAL2:片内振荡器反相放大器的输出端
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