光技术综合设计报告-基于stc89c52单片机的温度检测系统(编辑修改稿)

光技术综合设计报告-基于stc89c52单片机的温度检测系统(编辑修改稿)内容摘要：

计研究这一课题能够更好的利用单片机去实现一些有用的东西，更好的学习编程语言，更加了解电路的组成。 同时也更好让自己学会独立自主的学习方法，以及学会怎么样去很好的做好一件事。 研究课题特色 此次的多功能数字温度计不同于以往的传统数字温度计，它明显改善了数字温度计的性能，包括温度采集的速度和测量精度大幅度提高，测量温度的范围也得到了明显的提高。 如果继续提高测量精度 ,可以直接作为工业测温仪器使用， 由美国 DALLAS半导体 公司新研制的 DS18B20 型高分辨力智能温度传感器，能输出 12 位二进制数据，其分辨力高达 ℃ ，测温精度为 177。 0. 1℃。 随着单片机、温度传感器和数码管显示驱动等技术的不断发展，要实现更加高的精度、显示速率快的数字温度计将很快能够实现。 江苏 师范大学物理与电子工程学院课程设计报告 3 3 详细设计 该系统主要由温度测量和温度设置及系统状态显示三部分电路组成，下面介绍实现此系统功能的方案。 主控制器模块 采用 STC89C52 单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。 充分分析我们的系统，其关键 在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势 —— 控制简单、方便、快捷。 这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。 STC89C52 单片机具有功能强大的位操作指令， I/O 口均可按位寻址，程序空间多达 8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是 STC89C52 单片机价格非常低廉。 温度测量 采用数字温度芯片 DS18B20 测量实际温度，输出信号全数字化。 便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。 且该芯片的物理化学性 很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。 在 55— 125 摄氏度时，最大线形偏差小于 1 摄氏度。 DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计 DS18B20 和微控制器STC89C52 构成的温度测量装置 ,它直接输出温度的数字信号 ,可直接与计算机连接。 这样 ,测温系统的结构就比较简单 ,体积也不大。 采用 51 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。 既可以单独对多 DS18B20 控制工作，还可以与 PC 机通信上传数据，另外 STC89C52在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。 图 1 热电偶电路图 设置温度 采用键盘输入设置温度，键盘则可以用 4 个按键，一个复位键，一个功能设定键，一个加减一个减键。 四个键比较常用，而且用到的接口得到了极好的利用，仅需要 4 个接口。 江苏 师范大学物理与电子工程学院课程设计报告 4 显示模块 用数码管进行显示。 数码管由于显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了而得到了广泛应用。 电源选取 采用 USB 电源 5V 做电源供电，经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。 4 系统器件选择 由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。 这里采用 DALLAS 公司的数字温度传感器 DS18B20 作为测温元件。 图 2 外部封装形式 图 3 传感器电路图 5 硬件实现及单元电路设计 主控制模块 江苏 师范大学物理与电子工程学院课程设计报告 5 主控制最系统电路如图 4 所示。 图 4 单片主控电路 显示模块电路 实验采用 数码管进行显示。 数码管由于显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了而得到了广泛应用。 例如 宿舍浴室打卡器上显示数字用的就是数码管，街头的红绿灯，楼体墙面的广告招牌等。 1. 数码管显示原理 LED 数码管由多个发光二极管封装在一起组成“ 8” 字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划（“每一段”），公共电极。 图 1 为单位数码管，图 2 为双位数码管，图 3 为四位数码管。 图 4 是一位数码管的引脚图，可以看出其的引脚是 10 个，显示一个“ 8”字 ，需要 7个“小段”，另外还有右下角的一个小数点，所以其内部共有 8 个发光二极管，这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示，最后引出一个公共端。 生产商为了封装统一，将第 3 和第 8 脚连在一起，所以一位数码管共有 10 脚， 其公共端又可分为共阴极和共阳极。 以共阳极数码管为例，其 8 个发光二极管的阳极全部连在一起，所以称为“共阳”，而它们的阴极却是独立的，设计电路时把阳极接高电平，当我们给数码管的任一个阴极加一个低电平时，对应的这个发光二极管就亮了。 如果想显示一个“ 0”字，只要给“ g,dp”这两段送高电平，其余 6 段送低电平即可。 想让它显示几，就给对应的发光二极管送低江苏 师范大学物理与电子工程学院课程设计报告 6 电平，因此我们在显示数字时要先给 0～ 9 十个数字编码，要它亮什么数字，直接把这个编码送到它的阴极就行了。 图 图 4. 当数码管有多个位时，它们 的公共端是独立的，而负责显示数字的“段线”全部是对应连在一起的，独立的公共端可控制多位中的哪一位数字点亮，而连在一起的段线可以控制这位点亮的数码管具体显示什么数字，通常我们把公共端称作“位选线”，连在一起的段线称作“段选线”右图分别是 4 位共阳极，共阴极数码管的内部电路图 江苏 师范大学物理与电子工程学院课程设计报告 7 本实验中 显示采用四位数码管显示， 当位选打开时，送入相应的段码，则相应的数码管打开，关掉位选，打开另一个位选，送入相应的段码，则数码管打开，而每次打开关掉相应的位选时，时间间隔低于 20ms，从人类视觉的角度上看，就仿佛是全部数码管同时显示 的一样。 显示电路如图 5。 图 5 数码管显示 江苏 师范大学物理与电子工程学院课程设计报告 8 数码管显示驱动电路 三极管 9012 来驱动 4 位数码管，不仅简单，而且价格便宜。 图 6 驱动电路 温度传感器 (DS18B20)电路 DS18B20 基本介绍 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司推出的第一片支持 “ 一线总线 ” 接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号处理器处理。 DS18B20 进行精确的温度转换， I/O 线必须保证在温度转换期间提 供足够的能量，由于每个 DS18B20在温度转换期间工作电流达到 1mA，当几个温度传感器挂在同一根 I/O线上进行多点测温时，只靠 上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。 因此，下图电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜采用电池供电系统中。 并且工作电源 VCC 必须保证在 5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。 江苏 师范大学物理与电子工程学院课程设计报告 9 图 7 温度传感器电路引脚图 DS18B20 控制方法 DS18B20 有六条控制命令： 温度转换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器 9 个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的 TH、 TL 字节 复制暂存器 48H 把暂存器的 TH、 TL 字节写到 E2RAM 中 重新调 E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、 TL 字节写到暂存器 TH、 TL 字节 读电源供电方式 B4H 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU DS18B20 供电方式 DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时 DS18B20 的 1 脚接地， 2 脚作为信号线， 3 脚接电源。 另一种 是寄生电源供电方式，如图 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个三极管来完成对总线的上拉。 本设计采用电源供电方式， 口接单线总线为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个上拉电阻和 STC89C52 的 来完成对总线的上拉。 当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A/D 变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10 μ s。 采用寄生电源供电方式是 VDD 和 GND 端均接地。 由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三状态的。 主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过 3 个步骤： 江苏 师范大学物理与电子工程学院课程设计报告 10  初始化。  ROM 操作指令。  存储器操作指令。 6 系统软件设计 程序结构分析 主程序调用了 3 个子程序，分别是数码管显示程序、温度信号处理程序。 温度信号处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示。 数码管显示程序：向数码管的显示送数，控制系统的显示部分。 按键设定程序：可以精确到。