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单片机温度巡检系统单片机温度巡检系统.doc
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单片机温度巡检系统单片机温度巡检系统
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摘 要
I
摘 要
工程实践教学环节是为了学生能够更好地巩固和实践所学专业知识而设置的,在本次
工程实践中,我们以微机原理与接口技术课程中所学知识为基础,设计了温度巡检系统。
本系统以 MCS-51 系列中的 8031 单片机最小系统为核心,能够实现 8 路温度检测。该系
统通过热敏电阻检测被测温度,经 AD 转换器将采集到的温度数据转换为数字量,在单片
机的控制下存入外部的数据存储器中。
本系统的设计说明重点介绍了如下几方面的内容:
1)单片机温度巡检系统的基本功能,同时对测温的原理也进行了简要的阐述;
2)介绍了系统的总体设计、给出了系统的整体结构框图,并对其进行了功能模块划
分及所采用的元器件进行了详细说明;
3)对系统各功能模块的软、硬件实现进行了详细的设计说明。
关键词:MCS-51 8031 单片机;外围电路;温度检测
基于单片机的温度巡检装置设计
温度测量原理及温度传感器选型
温度巡检装置硬件设计
温度巡检装置软件设计
工程实践设计说明书
目录
第一章 绪论 ...............................................................................................................1
1.1 课题简介...............................................................................................................................1
1.2 设计目的...............................................................................................................................1
1.3 设计任务...............................................................................................................................1
1.4 章节安排说明 ......................................................................................................................2
第二章 温度巡检系统简介 .......................................................................................3
2.1 单片机发展现状 ..................................................................................................................3
2.2 温度巡检系统现状 ..............................................................................................................4
2.3 温度巡检系统简介 ..............................................................................................................4
第三章 系统总体设计及主要器件简介 ...................................................................6
3.1 温度巡检系统组成结构 ......................................................................................................6
3.2 MCS-51 系列单片机简介..................................................................................................7
外部引脚说明:.........................................................................................................................8
3.3 其它器件简介 ....................................................................................................................10
第四章 温度巡检系统硬件设计 .............................................................................14
4.1 8031 基本电路设计 ............................................................................................................14
4.2 8031 存储器扩展电路设计 ................................................................................................15
4.3 温度采集电路设计 ............................................................................................................17
4.4 温度巡检系统设计 ............................................................................................................19
参考文献 ...................................................................................................................20
第一章 绪论
1
第一章 绪论
1.1 课题简介
单片机由于其微小的体积和极低的成本,广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。
在工业生产中,电流、电压、温度、压力和流量也都是常用的被控参数。单片机温度巡检
系统,是利用单片机作为系统的主控制器,测量电路中的温度反馈信号经 A/D 变换后,送
入单片机中进行处理,再由单片机对温度数据进行存储或显示。本设计采用 8031 单片机,
该单片机具有集成度高,运算快速快,体积小、运行可靠,价值低廉的特点,适宜于温湿
度等过程控制。鉴于这样的重要性,我们打算设计一种基于单片机的多路温度巡检系统,实
现对不同场合温度时时变化的控制与监测。
我们所要设计的巡检系统可以对多达 8 路的通道进行实时的温度检测,采用 8031 单
片机进行数据的采集和温度的控制,并在巡回检测的过程中将采集到的数据存入外部的数
据存储器中。系统测温的本质其实是测量传感器的电阻,通常是将电阻的变化转换成电压
或电流等模拟信号,再将模拟信号转换成数字信号,再由处理器换算出相应温度。本文采
用恒流源做为信号获取电路的测温方案,恒流源通过热敏电阻,温度变化引起热敏电阻值
的变化,从引起电压的变化,放大后经 AD 采用后,送由单片机处理,换算出相应温度。
1.2 设计目的
通过本次工程实践,运用微机原理与接口技术所学知识及查阅相关资料,完成温度巡
检系统的设计,达到理论知识与实践更好结合、提高综合运用所学知识和设计能力的目的。
通过本次设计训练,可以使我们在基本思路和基本方法上对基于 MCS-51 单片机的嵌
入式系统设计有一个比较感性的认识,并具备一定程度的设计能力。
1.3 设计任务
在本次工程实践中,主要完成如下方面的设计任务:
1)简要综述单片机技术发展的国内外现状及在多路温度巡检或其它多路巡检系统的
应用情况;
2)掌握 MCS-51 系列某种产品(例如 8031)的最小电路及外围扩展电路的设计方法;
3)了解单片机温度巡检的功能及工作过程;
4)完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定;
计算机工程实践设计说明书
2
5)用一种计算机绘图软件完成原理电路的绘制;
6)完成系统设计说明书(要求 5000 汉字,含图页数不低于 15 页)。
1.4 章节安排说明
整个设计总共分为四个章节,第一章是前言部分,主要介绍了设计单片机温度巡检系
统的意义、目的及主要内容;第二章简要介绍了单片机发展的国内外现状、温度巡检系统
在工业上的几种具体应用,并对测温的原理进行了简要的说明。第三章是系统的总体设计
阶段,这一部分主要介绍了系统的整体功能,绘制出系统的整体结构框图。另外按照各部
分实现的功能不同,将整个系统分成了三个功能块,并对每一个功能块所采用的元器件进
行了详细介绍。第四章是系统详细设计阶段,对每一个功能块的芯片图进行了详细的说明,
对每一个引脚的接线都进行了详细的设计,此外还编写了主要功能模块的基本程序,详尽
阐述了各模块的工作过程。
第二章 温度巡检系统简介
3
第二章 温度巡检系统简介
2.1 单片机发展现状
单片机的发展趋势:低功耗 CMOS 化;微型单片化;主流与多品种共存;单片机从 8
位、16 位到 32 位,数不胜数,应有尽有,有与主流 C51 系列兼容的,也有不兼容的,但
它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。
纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有:
1)低功耗 CMOS 化
MCS-51 系列的 8031 推出时的功耗达 630mW,而现在的单片机普遍都在 100mW 左右,
随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了 CMOS(互补金属
氧化物半导体工艺)。象 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和
CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS 虽然功耗较低,但由于其物理特征决定
其工作速度不够高,而 CHMOS 则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于在要求
低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
2)微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序
存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的
芯片上,增强型的单片机集成了如 A/D 转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些
单片机将 LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,
功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的
单片机芯片。
此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,
还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中 SMD(表面封装)越来越
受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
3)主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多,各具特色,但仍以 80C51 为核心的单片机占主流,兼容
其结构和指令系统的有 PHILIPS 公司的产品,ATMEL 公司的产品和中国台湾的 Winbond 系
列单片机。所以 C8051 为核心的单片机占据了半壁江山。而 Microchip 公司的 PIC 精简指
令集(RISC)也有着强劲的发展势头,中国台湾的 HOLTEK 公司近年的单片机产量与日俱增,
与其低价质优的优势,占据一定的市场分额。此外还有 MOTOROLA 公司的产品,日本几大
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omyligaga
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