毕业设计精品]单片机控制的多点测温系统

毕业设计精品]单片机控制的多点测温系统内容摘要：

间的通信、数据的传输也是靠单片机实现的。 从机系统的主要功能就是将外界的模拟信号变为可以传输的数字信号。 而温度传感器DS18B20 本身包括寄生电源、温度传感器， 64 位激光 ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器 (内含便笺式 RAM)、存储与控制逻辑、用于存储用户设定的温度上下限值的TH 和 TL触发器、结构寄存器， 8 位循环冗余校验码 (CRC)发生器等八部分。 它通过程序语言可实现 9 位至 12 位的数字值读数方式，并在环境为 和 750ms 之间内，将温度值转化 9 位和 12 位的数字量。 而且 DS18B20 与单片机之间的通信是利用 ONE WIRE方式，只要在编程方面多注意这个传感器的时序问题，能大大简化这个系统的硬件规模，并且能准确地读取温度信号，进而进行后续处理。 所以 DS18B2O 就作为一个从机系统完成其重要的功能，其可使系统结构更趋简单，同时，可靠性更高。 第四章 系统硬件电路的设计 12 第四章 系统硬件电路的设计 系统硬件电路的构成及测量原理 系统硬件电路设计 图 理想 型的系统硬件结构 系统的硬件部分的原理图由上下两级计算机组成，分别称之为上位机和下位机。 系统硬件结构如图所示。 其中上位机是普通的 PC 机，主要完成数据管理及对下位机的控制，而下位机是以 AT89C51 单片机为核心的单片机控制系统。 下位机主要由五个部分组成， 第一部分为单片机控制系统，它是以 AT89C51 单片机为核心的微型计算机系统，是整个测量系统的核心部分它控制各个部分按一定的要求进行工作。 第二部分为键盘与显示接口电路部分，完成各种命令、参数的输人以及各种状态、数据的显示输出 ,构成人机对话通道。 第三部分是 多通道测量电路部分 ,在单片机的控制下完成对多路通道的定时检测。 第四部分为通信接口电路部分主要用于信号变换。 由于单片机的通信规范与机的通信规范不一致 ,所以需要进行信号变换 ,使上位机与下位机之间能进行正常通信。 第五部分为电源部分，它为整个单片机测量系统提供几种电压的直流能源同时也为温度传感器提供恒流电源。 本科生毕业设计（论文） 13 51 单片机实验板及相关信息 单片机控制电路 单片机 (Microcontroller，又称微处理器 )是在一块硅片上集成了各种部件的 微型机，这些部件包括中央处理器 CPu、数据存储器 RAM、程序存储器 ROM、 定时器 /计数器和多种 UO 接口电路。 图 AT89C51 基本结构 AT89C51 的中央处理器由运算器和控制逻辑构成，其中包括若干特殊功能寄存器(SFR)。 算 .术逻辑单元 ALu 能对数据进行加、减、乘、除等算术运算。 “与’、“或”、“异或”等逻辑运算以及位操作运算。 控制逻辑主要包括定时和控制逻辑、指令寄存器、译码器以及地址指针 DP 双和程序寄存器 PC 等。 AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除 只读存储器 （ FPEROM— Flash Program mable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。 其 片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程 序存储器（ EPROM）和 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM）， 四个 8 位并行 I/O 口，一个全双工串行口，两个 16 位定时 /计数器， 5 个中断源，提供两个中断优先级， 21 个特殊功能寄存器，可寻址各 64KB的外部程序存储器和数据存储器，有位寻址功能和较强的布尔数据处理能力，有两种软件可选的低功耗运行方式（空闲和掉电方式）。 器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产， 兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C51 单片机可为您提 供许多高性价比的应用场合，第四章 系统硬件电路的设计 14 可灵活应用于各种控制领域。 AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C51 具有 PDIP(双列直插式 )、 TQFP（薄四方扁平式）、 PLCC（特殊引脚式）三种封装形式，由于在实验开发中使用 PDIP 较多故选取此类封装的单片机作说明。 图 AT89C51 的 PDIP 封装引脚图 AT89C51 的引脚除了 VCC 和 GND 之外，按其功能可分为以下三类： 1） 时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2： XTAL1 和 XTAL2 分别为反向 放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶 振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。 由于输入至内部 时钟信号 要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 2） I/O 端口引脚： ① 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 P0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 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码， 此时 P0 外部必须被拉高。 ② 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 口被外部下拉本科生毕业设计（论文） 15 为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为低八位地址接收。 ③ 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。 P2口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 ④ P3 口： P3 口管脚是 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。 当 P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 引 脚 特殊功能（第二功能） RXD 串行数据输入口 TXD 串行数据输出口 INT0 外部中断 0 输入 INT1 外部中断 1 输入 T0 记时器 0 外部计数脉冲输入 T1 记时器 1 外部计数脉冲输入 WR 外部数据存储器写选通 RD 外部数据存储器读选通 表 P3 口的第二功能 3）控制类引脚： ① RST：复位输入。 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。 第四章 系统硬件电路的设计 16 图 复位电路 ② ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被 略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 ③ _________PSEN ：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 _________PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 _________PSEN 信号将不出现。 ④ EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），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）。 图 51 单片机实验板 本科生毕业设计（论文） 17 温度采集模块 DS18B20 介绍 温度由 DALLAS 公司所生产的一线式数字温度传感器 DS18B20 采集。 DS18B20 的测温范围位 55176。 ~125176。 C,测试的分辨率能够达到 176。 C,测试的温度用符号扩展位16 位形式串行输出。 CPU 只需一根端口线就可以与多个 DS18b20 进行通信，占用的微处理器的端口较少，进而可以节省大量的引线与逻辑电路。 DS18B20 的内部是一个 9 字节的高速存储器，存储器用来存储所设定的温度值。 其中它的前两个字节是将要测得的温度数据，第一字节所存储的是温度的低八位，第二字节会是温度的高八位，第三和第四字节将是温度的上限 Th 与温度的下限 TL 的易失性拷贝，第五字节会是结构存 储器的易失性拷贝，此三字节的内容在每一次的上电复位时均会被刷新，第六、七、八三个字节是用于内部的计算，而第九字节为冗余校验字节，用于保证通信的准确性。 当温度转换命令发出转换命令后，经过转换的温度值将会以二字节补码的形式存放在此存储器的第一和第二字节中。 单片机能够通过单线接口读到数据，读数据时低位在前，高位在后，其中的高五位是符号位，中间的七位是整数位，最低四位将会是小数位。 图 DS18B20 实物图和仿真图 DS18B20 现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。 初始化时序、读时序、写时序，每一条命令和数据的传输都是从单片机写时序开始的，如要求 DS18B20 回送数据，那么在进行写命令后，单片机需要启动读时序才能够完成数据的接收。 命令和数据的传输都是低位在先。 其 与单片机接口时仅需占用一个 I/O 端口。 其特性如下： （ 1）只要求一个端口即可实现通信。 第四章 系统硬件电路的设计 18 （ 2）在 DS18B20 中的每个器件上都会有独一无二的序列号。 （ 3）测量的温度范围是－ 55℃到＋ 125℃ 之间。 （ 4）在实际 的应用中不需要任何外部元器件即可实现测温。 （ 5）内部有温度上限和下限的报警设置。 （ 6）用户可以从 9 位到 12 位来选择数字温度计的分辨率。 （ 7）支持多点测温的功能，若干个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网思维多点测温。 （ 8）电源极性接反时，芯片不会因为发热而烧毁，但不能正常的工作。 如果需要控制多个 DS18B20 进行温度采集时，只需将 DS18B20 的 I/O 口都连到一起。 如下图所示。 D S 18B 20 D S 18B 20 D S 18B 20 KGN D GN D GN DVC CVC C单 片机.... 图 多个 DS18B20 与单片机连接 表 DS18B20 引脚说明 DS18B20 的引脚功能为： DQ 为数字信号的输入 /输出端； GND 为电源接地标志；VCC 为外接供电电源的输入端。 本设计使用单片机 AT89C51 的 口与 DS18B20 的单总线端口 DQ 相连。 本科生毕业设计（论文） 19 DS18B20 内部结构和工作原理 图 DS18B20 内部结构图 表 DS18B20 的温度数据表 DS18B20内部结构主要是由四部分组成： 64位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH和 TL以及配置寄存器。 DS18B20在出厂时的默认设 置为 12位，最高位为符号位，温度值共 11位。 单片机在读取数据时可以一次读取 2个字节共 16位，前 5位为符号位，当前 5位为 1时，当读取的温度为负值时，读到的数值要取反加 1再乘以。 而当前 5位为 0时，读取的温度为正值，读到的数值直接乘以。 根据 DS18B20 的通讯协。