電子信息工程專業基礎課程設計研究報告多路溫度測量系統設計 中國大慶 年 月信息技術學院課 程 設 計 任 務 書 一、課程設計課題：多路溫度測量系統設計二、課程設計工作日自 年 月 日至 年 月 日三、課程設計進行地點： 四、 程設計任務要求： (詳細內容見課程設計文檔)1.課題來源:教師下發2.目的意義:1、培養理論聯系實際的正確思想，訓練綜合應用已經學過的理論知識和生產實際知識去綜合解決工程實際問題的能力。2、學習較復雜電子系統設計的一般方法，了解和掌握模擬、數字電路等知識解決電子信息方面常見實際問題的能力，由有學生自行設計和調試。3、進行基本技能和技術訓練，如掌握設計資料、手冊、標準和規范以及使用繪圖軟件和仿真軟件等。3.基本要求:1、能夠通過相應的氣體傳感器實時檢測室內的煤氣、天然氣信息，具有顯示功能；2、當煤氣和天然氣濃度高于設定界限值時自動報警（聲光報警），提醒用戶燃氣泄漏；3、設計鍵盤，能夠輸入界限濃度值；4、主要單元電路和元器件參數選擇；5、用繪圖軟件畫出總體電路圖；6、提交格式符合要求，內容完整的設計報告。課程設計評審表指導教師評語：成績： 簽字： 日期： II08電信2微機設計性實驗報告1 設計任務和要求1.1 課題研究的背景和意義在工業生產中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關量都是常用的主要被控參數。其中，溫度控制也越來越重要。在工業生產的很多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用單片機對溫度進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而大大提高產品的質量和數量。因此，單片機對溫度的控制問題是工業生產中經常會遇到的控制問題。目前應用的溫度檢測系統大多采用由模擬溫度傳感器、多路模擬開關、AD轉換器及單片機等組成的傳輸系統。這種溫度采集系統需要大量的測溫電纜，才能把現場傳感器的信號送到采集卡上安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗，測量誤差也比較大，不利于控制者根據溫度變化及時做出決定。針對這種情況，本文提出一種采用數字化單總線技術的溫度采集系統，并利用Proteus和medwin v3.0軟件對設計電路進行綜合虛擬仿真，實現了溫度實時測量和顯示。1.2 本設計的主要要求采用單片機80C51實現八路溫度檢測 。要求溫度范圍0100之間。溫度傳感器選用模擬和數字的都可以。 在LCD中顯示溫度。 精度達到1 。分辨率0.1根據精度自選A/D轉換芯片。 2 方案比較2.1 采用數字單片智能溫度傳感器智能溫度傳感器(亦稱數字溫度傳感器)是微電子技術、計算機技術和自動測試技術(ATE)的結晶。目前，已開發出多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU). 智能溫度傳感器的總線技術也實現了標準化、規范化，所采用的總線主要有單線(1-WIRE)總線、I2C總線、SMBUS總線和SPI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎上發展而成的。典型產品有DS18B20,智能溫度控制器適配各種微控制器,構成智能化溫控系統;它們還可以脫離微控制器單獨工作,自行構成一個溫控儀。DS18B20是DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器,具有3引腳TO92小體積封裝形式;溫度測量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉換精度,測溫分辨率可達0.0625,被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生;多個DS18B20可以并聯到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信,占用微處理器的端口較少,可節省大量的引線和邏輯電路。同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55+125，在-10+85范圍內,精度為0.5。DS18B20的精度較差為0.2 。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。適合于惡劣環境的現場溫度測量。如：環境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。與前一代產品不同，新的產品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統設計更靈活、方便。而且新一代產品更便宜，體積更小。DALLAS 半導體公司的數字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念。現在，新一代的“DS1820”體積更小、更經濟、更靈活。使您可以充分發揮“一線總線”的長處。 DS18B20、 DS1822 “一線總線”數字化溫度傳感器 。由于DS18B20將溫度傳感器、信號放大調理、A/D轉換、接口全部集成于一芯片，與單片機連接簡單、方便，與AD590相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用DS18B20。2.2 顯示器的選擇2.2.1 LED顯示器采用傳統的七段數碼LED顯示器。LED雖然價格便宜，但在現代的許多儀表、各種電子產品中逐漸被LCD所取代。2.2.2 LCD液晶屏采用LCD液晶屏進行顯示。LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要23伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無法比擬的，同時可以顯示大量信息，除數字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統的數碼LED顯示器顯示的界面有了質的提高。在儀表和低功耗應用系統中得到了廣泛的應用。優點為：1 顯示質量高，由于液晶顯示器的每一個點收到信號后就一直保持那種色彩和亮度恒定發光，因此液晶顯示器的畫質高而且不會閃爍。2 數字式接口，液晶顯示器都是數字式的，和單片機的接口簡單操作也很方便。3 功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內部電極和驅動IC上，因而耗電量比其他器件要小很多。雖然LCD顯示器的價格比數碼管要貴，但它的顯示效果好，是當今顯示器的主流，所以采用LCD 作為顯示器。2.3 采用AT89S51單片機由于單片機技術在各個領域正得到越來越廣泛的應用，世界上許多集成電路生產廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機以其優越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性能價格比，迅速占領了工業測控和自動化工程應用的主要市場，成為國內單片機應用領域中的主流。單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統和嵌入式計算機系統兩個分支。通用計算機系統主要用于海量高速數值運算，不必兼顧控制功能，其數據總線的寬度不斷更新，從8位、16位迅速過渡到32位、64位，并且不斷提高運算速度和完善通用操作系統，以突出其高速海量數值運算的能力，在數據處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網絡通信中得到了廣泛應用；單片機作為最典型的嵌入式系統，由于其微小的體積和極低的成本，廣泛應用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業控制單元、辦公自動化設備以及通信產品中，成為現代電子系統中最重要的智能化工具。因此，單片機的出現大大促進了現代計算機技術的飛速發展，成為近代計算機技術發展史上一個重要里程碑。由于MCS系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數據傳送距離大大縮短，運行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結構達到最優化，工作也相對穩定。51的優點是價錢便宜,I/O口多,程序空間大。因此，測控系統中，使用51單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統，所以它是低端控制系統最佳器件。單片機的開發環境要求較低，軟件資源十分豐富，開發工具和語言也大大簡化。單片機的典型代表是Intel公司在20世紀80年代初研制出來的MCS51系列單片機。MCS51單片機很快在我國得到廣泛的推廣應用，成為電子系統中最普遍的應用手段，并在工業控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領域取得了大量應用成果。以MCS-51技術核心為主導的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機，同時增加了一些新的功能,所以用AT89S51。3 單元電路設計3.1 DS18B20 DSl820數字溫度計是美國Dallas公司生產的數字溫度計，它提供9位(二進制)溫度讀數，指示器件的溫度。信息經過單線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出，因此從主機CPU到DSl8B20僅需一條線。DSl820的電源可以由數據線本身提供而不需要外部電源。因為每一個DSl820在出廠時已經給定了唯一的序號，因此任意多DSl820可以存放在同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件。DSl820的測量范圍從-55到+125，增量值為0.5，可在l s(典型值)內把溫度變換成數字。每一個DSl820包括一個唯一的64位長的序號，該序號值存放在DSl820內部的ROM(只讀存貯器)中。開始8位是產品類型編碼(DSl820編碼均為10H)。接著的48位是每個器件唯一的序號，最后8位是前面56位的CRC(循環冗余校驗)碼。圖2為DS18B20的實物圖。 圖2 溫度/數據關系（表1） 3.2 AT89C51 AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。ATC9C51實物圖如圖3。主要參數如下：與MCS-51產品指令系統完全兼容4k字節可重擦寫Flash閃速存儲器1000次擦寫周全靜態操作：0Hz24MHz三級加密程序存儲器1288字節內部RAM32個可編程IO口線2個16位定時計數器6個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式 圖33.3 LCD1602由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。數字式接口液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統的接口更加簡單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統顯示器要輕得多。功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。LCD1602的實物圖如圖4，主要參數如下：顯示容量:162個字符芯片工作電壓:4.55.5V 圖4工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)m4 元器件選擇單片機的P0.0、P0.1、P0.7分別與三極管的基極連接來控制控制溫度(圖4.1)和報警（圖5.2）。利用面包板搭了一個PNP9012的偏置電路電路如圖4-4。基極輸入為“0”時，這時三極管導通推動報警器和控制電路工作，當基極輸入為“1”時，三極管不導通，報警器和控制電路都不工作。只要控制單片機的P0.0、P0.1、P0.7口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。5 整體電路6 電路工作原理系統主要由硬件和軟件兩大部分構成，當接收到系統發出的溫度轉換命令后， DS18B20開始進行溫度轉換操作并把轉化后的結果放到16 位暫存寄存器中的溫度寄存器內， 然后與系統進行數據通信， 系統將溫度讀出并驅動LED 數碼管顯示。如果溫度值低于設定下限值或高于設定上限值， 則自動啟動報警裝置。由于DS18B20 單總線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。該系統結構圖 圖17 困難及解決措施在做課程設計的過程中遇到了很多以前沒有在意的細節問題，在遇到困難后先是去圖書館查資料和請教同學和指導老師。8 軟件設計8.1 功能概述本系統的軟件由C語言編寫，程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值。8.2 系統軟件流程圖 開始執行初始化時序發出跳過ROM匹配命令啟動溫度轉換延時750mS等待溫度轉換完成執行初始化時序發 出 匹 配ROM命令1CRC 校 練正 確？溫度數據格式轉換結束讀 取 便 箋 存 儲 器 內容 并 進 行 CRC 校 練發 出 讀 便 箋存 儲 器 命 令發出64位序列號1NY 9 總結與體會 經過一周多的設計以及調試，實現實驗的部分設計要求，能讀出并顯示DS18B20采集的溫度，并且能夠實現高低溫報警，能通過對按鍵的處理來調節高低溫報警溫度，使得1條總線上可以同時讀取到2個溫度傳感器的溫度值并將其同時顯示在液晶屏幕上，液晶屏幕可以清楚地區分2個溫度傳感器的溫度值。我在這為期一周多的設計性實驗中，我們在老師的指導下，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。我希望自己能在今后的深入學習中設計出更好的，力求創新，努力地提升自己，尋求更大的進步！最后用一句話來結束吧。“實踐是檢驗真理的唯一標準”。10 致謝在本次課程設計中，不僅自己付出了很多心血，也得到了很多老師和同學的支持，為我創造了很多有利條件，在這里，我要特別感謝我的導師席桂清老師，在課程設計的開始，席老師給了我很多幫助，指導我了解了很多單片機的相關知識，并在當我設計遇到困難時，及時的給予幫助和鼓勵，同時，對我其他學科的鼓勵也滲透在課程設計的同時，給了我莫大的信心，為我順利完成課程設計起到了非常重要的作用。同時。我還要感謝實習組及實驗室的所有老師，為我的課程設計提供了非常便利的條件。11 參考文獻1、馬建國、孟憲元.電子設計自動化技術基礎.清華大學出版 ,2004 2、姜威.實用電子系統設計基礎,2008 3、姜威.單片機系統的PROTEUS設計與仿真 ,2007 4、張毅坤、陳善久.單片微型計算機原理及應用.西安電子科技大學 出版社,20035、李華.MCS51系列單片機實用接口技術.北京航空航天大學出版 社,20016、潭浩強.C語言程序設計.清華大學出版社,200122附錄：程序#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define data 1000sbit LEDCLK=P34;sbit LEDDIN=P23;sbit lcd_en=P22;sbit lcd_rw=P23;sbit lcd_rs=P24;sbit key0=P10;sbit key1=P11;sbit led=P17;#define lcd_date P0uchar code lcdtable=0123456789- ;uchar code error12=no facility;ucharrom_id38=0x28,0x56,0x04,0x00,0x00,0x00,0x0,0x9d,0x28,0x30,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x8e;uchar dispbuf8;uchar dispbuf18;uint data1=50000;uchar tem1,tem2,temt1,temt2;uint temper1;/溫度寄存器uint temper11;uint temper22;uint temper2;uint tempert1;/溫度閥值R-minuint tempert2;/溫度閥值R-maxuint tempert11;uint tempert22;#define NOP3() _nop_();_nop_();_nop_()sbit DQ=P32;bit flag_init;/DS18B20是否存在標志/*延時函數*功能: 可隨意設置延時時間,延時時間為（tt*9+16）us.晶振為12MHz*/void delay_us(unsigned int tt) while(tt-) ;/*延時函數*功能: 可隨意設置延時時間,延時時間為tt ms.晶振為12MHz*/void delay_ms(unsigned int tms)unsigned char i;while(tms-) for(i=123;i0;i-);void close_led()uchar i;for(i=8;i0;i-)LEDCLK=0;LEDDIN=1;_nop_();LEDCLK=1;_nop_();void Write_com(uchar com)lcd_rs=0;lcd_date=com;delay_ms(2);lcd_en=1;delay_ms(2);lcd_en=0;void Write_dat(uchar dat)lcd_rs=1;lcd_date=dat;delay_ms(2);lcd_en=1;delay_ms(2);lcd_en=0;void lcd_init()lcd_rw=0;lcd_en=0;delay_ms(15);Write_com(0x38);delay_ms(5);Write_com(0x38);delay_ms(5);Write_com(0x38);/顯示模式設置Write_com(0x08);/顯示關閉Write_com(0X01);/清屏Write_com(0x06);/顯示光標移動設置Write_com(0X0c);/顯示開及光標設置/*DS18B20初始化*/void reset()flag_init=1;EA=0;DQ=1;NOP3();DQ=0;delay_us(60);/480960us 556DQ=1;delay_us(5);/60usflag_init=DQ;delay_us(25);/241usEA=1;/*寫一個字節函數*/void Wri