参考基于单片机的温度检测系统设计毕业论文

参考基于单片机的温度检测系统设计毕业论文内容摘要：

能实现 ， 也要用到复杂的算法 ， 一定程度上也增加了软件实现的难度。 方案三 ： 该方案 采用单总线的温度传感器， 例 如 DS18B20。 该系列温度精度高 ，只需要一个 I/O口就能驱动， 不需要将温度传感器的输出信号接 到 A/D转换 器上，可以直接读出被测温度值， 这样可以 省去 很多传统的 外围电路。 另外 该芯片的物理 性质与 化学性 质 很 稳定 ， 元 件线 形 较好 ， 在 0～100℃ 时 ， 最 大线形偏差小于 1。 这样 ， 使用 DS18B20来进行温度的测量就大大简化了测温电路的难度并且 体积也不大 ， 总体电路 显得更加 简洁 ， 在 搭建电路和焊接电路 也更 快 ， 而且集成块的使用 ，能 有效地避免外界的干扰 ， 提高测量电路的精确度 ， 所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势 [3,4]。 综上所述， 本 系统 温度传感器 采用方案三。 显示器的选择 方案一：采用传统的七段 数码 LED显 示器。 LED具有价 格 便宜， 亮度高，显示大 ， 编程简易，易操作 等优点。 方案 二：采 用 LCD 液晶显示器 进行 显 示。 LCD 液晶显示 器是一种低压、 微功耗的显示器件。 它的显示效果相比数码管来讲就优越的多， 但是 液晶显示常用于精密仪器仪表，而且编程复杂， 价格 5 上也贵了许多。 本设计系统对显示效果要求 不是很高，刷新温度的频率 也 不需要太高，能够准确的显示出温度，并且 当温度变化时能够 准确的反应出温度的 变化就行了， 故 本 设计 显示器采用方案一。 单片机的选择 凌阳单片机 随着单片 机功能集成化的发展， 单片机的应用范围也逐渐地由传统简单功能的控制，扩展成过程控制 、 数字信号处 理（ DSP， Digital Signal Processing） 以及 数据 分析 等 领域。 凌阳单片机 在这种背景下而被开发出来的。 这一系列的单片机 有以下特点：体积小 ， 集成度高 ， 可靠性好易于扩展。 该类单片机 内部采用总线结构， 减少了各功能部件之间的连接， 从而 提高了 它的 可靠性和抗干扰 的 能力。 它的 中断 系统支持 10 个中断向量及 10 余个中断源 ， 片内 具有 静态RAM 和多 功 能的 I/O口，并且其 ROM 的 寻址能力较强 ，同时它 所具有的独特的 乘法运算指令和内积运算指令 为其应用添加 了不少色彩 ， 使得 该类型 单片机 在 一些 复杂的数字信号处理 中很有优势。 凌阳单片机其优势主 要体现在硬件方面，抗干扰能力强 ，但是凌阳单片机我没有接触过，这对于我来说不是很容易上手，其次它的 价格也 要比 AT89S52 昂 贵的多，因此我并没有选择凌阳单片机 [5]。 AT89S52 单片机 ATMEL公司 的 AT89系 列 8位 5单片机 ， 它广泛应用于工业测控系统之中。 其指令是采用的被称为 “ CISC ” 的复杂 指令集，共具有 111 条指令。 89S52 单片机本身的电源电 压是 5V， 有 两种低功 耗方式：待机 方式和掉电方式。 正常情况下消 耗的电流为 24mA，在掉 电状态下，其耗电电流仍 为3mA ；即使 在掉电方式下，电源电压 可以下降到 2V，但 是为了 保存内部 RAM中的数据 ，还需要 提供约 50uA的电 流。 AT 系列的 单片机 是最早进入中国的单片机，人们对它在熟悉不过了，再加上我国各方人士的努力，创造了不少适合我们使用的开发工具。 而 S52 单片机 不 仅完全兼 容 51 系 列的单片 机，而且 在 51的基 础上做 了 许多优化，功能更加全面，它的 价格低廉， 却 方便实用。 同时，以 MCS51 技术核心为主导的单片机已成为许多 厂家、 电气公司竞相选用的对象 ，并以 此为基准，推出许 多与 MCS51有极 好兼容性的 CHMOS单片机 ，同时增加了一些新的功能，而且 AT89S52单片机 有 其独特的特点，可以支持在线编程， 考虑到成本及自己熟悉程度的问题，本设 计采 用 AT89S52单 片机 [6]。 6 第 3 章 温度测量的 基本 原理 温度测量的几种方法 温度是表征物体冷热程度的物理量。 温度只能通过物体随温 度变化的某些特性来间接测量 ， 温度测量仪 表按测温方式可分为 非接触式 和 接触式。 一般来讲由于需要与被测物体进行接触， 接触式测温仪表 测得的温度 一般比较 可靠 且 测量 的 精度较高 ； 但因测温元件 需要与 被测 物体 进行充分的热交换 ， 这就 需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。 非接 触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测 物体 接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快 ； 但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。 目前在广泛采用的测温方法有以下几种： （ 1） 热电偶 温度检测 方法。 热电偶测温基本原理 是 将两种不同材料的导体或半导 体 A 和 B 焊接 起 来，构成一个闭合回 路， 当导 体 A和 B的两个执着点 1和 2之间存在 温差时，两者之间便产生电动势 ， 因而在回路中形成一个大小的电流 ， 这种现象称为热电效应。 热电偶就是利用这一效应来工作的。 （ 2） 热 电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。 热电阻测温 原理 是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行 温度测量的。 热电阻大都由纯金属材料制成。 热电阻测温系统一 般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。 （ 3） IC 集成温度传感器 ， 全数字化读取，必须配合单片机使用，可以连接成网络使用，三线即可读取温度，电源、地、数据 [7]。 数字温度传感器 DS18B20 的测温原理 DS18B20 测温 原理如图 31 所示。 图中 低温度系数晶振 用于产生脉冲信号送给计数器 1，它的振荡频率受温度 的影响很小，可以近似认为产生的是固定频率的脉冲。 而图中的 高温 度系数晶振 产生的振荡频率 随温度变化 而变化 则比较明显 ， 它 所产生的信号作为计数 器 2的 输 入 脉冲。 温度寄 存器 与 计 数器 1 被 预置 在 55℃所对 应的 一个基数值。 当温度传感器开始工作时， 计数 器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数 ，当 计数器 1中预先设定的基数值 减为 0时，温 度寄存器的值将 加 1，计数器 1 的基数值 将重新 被装入。 计数器 1 重 新开始对低温度 系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环 ， 直 到计数器 2计数为 0时， 停止温度寄存器值的累加，此时温度 寄存器中的 7 数值即为所测目标的 温度。 斜 斜 斜 斜 斜斜 斜 斜 1斜 斜 0斜 斜 斜 2斜 斜 0斜 斜 斜 斜 斜 斜 斜斜 斜 斜 斜 斜 斜 斜斜 斜 斜 斜斜 斜斜 斜 斜 斜 斜加 1停 止 图 31 DS18B20 测温原理框图 DS18B20的 核心 是一个数字化的传感器，可以 把 55℃ ～ +125℃的温 度值转换成数字量。 DS18B20上电 后默认的分辨 率是 12 位， 当 DS18B20 接收到总线上单片机 发来的温度转换 命令（ 44H）后 ，DS18B20就开 始进行温度的转换。 以 12位转化为例：用 16位符号扩 展 的二进制补码读数形式提供，以 ℃ /LSB形 式表达， 其中 S为符号位 [8]。 如下 图 32所 示。 M S bL S bL S bM S b( u n i t = 斜 )S S S SS262524232221202 12 22 32 4 图 32 12 位分辨率温度值存储格式 图 32 是转化 后得到的 数 据，存储 在 RAM 的两个 字节 中 ， 这 16位 中的前 面 5 位是 符号位， 如果测得 的温度 是正值 ， 则 这 5位为 0，此时 只要将 内存中的 数值乘于 得到实际温度； 如果温度为负 ， 那么 这 5位为 1，那么此时只 需要 将内存中的数值 取反加 1再乘于 8 际温度。 如 +85℃的数字输 出 0550H， +℃的 数字输出 为 00A2H， ℃的数字 输 出为 FF5EH。 最 后 CPU向 DS18B20读取温度 并进行分析处理。 表 31给出 了部分温度与数字输出对应关系 [9]。 表 31 部分温度与数字输出对应关系 温度 数字输出（二进制） 数字输出（十六进制） +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H +℃ 0000 0001 1001 0001 0191H +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H ℃ 1111 1111 1111 1000 FF5EH ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6FH 9 第 4 章 主要芯片及技术 介绍 AT89S52 单片机介绍 AT89S52单片机是美国 ATMEL公司生产 的 一个低功耗，高性能 CMOS 8位 微控制器。 该 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 ,功能强大的 AT89S52 单片机可为 用户提供许多较复杂的应用控制 场合 解决方案。 主要功能特性 （ 1） 与 MCS51单 片机产品兼容 （ 2） 1000次擦 写周期 （ 3） 8K字节在系统可编程 Flash存 储器 （ 4） 全静态操作 ： 0Hz～ 33Hz （ 5） 三个 16位定时 /计数器 （ 6） 掉电标识符 （ 7） 三级加密程序存储器 （ 8） 8个中断 源 （ 9） 掉电话中断可唤醒 （ 10） 低功耗空闲和掉电模式 （ 11） 全双 工 UART串行 通道 （ 12） 看门狗定时器 （ 13） 双数据指针 （ 14） 32个可编程 I/O口线 各 引 脚 功能及管脚电压 AT89S52芯片有 40条引 脚，双列直插式封装引 脚图如 图 41所 示。 主要管脚有： VCC(40): 电源 GND(20)： 接地 XTAL1（ 19脚） 和 XTAL2（ 18脚 ） 为 振荡器输入输出端口，外接 12MHz晶 振。 RST/Vpd（ 9脚） 为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。 10 ( T 2 E X ) P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4( M O S I ) P 1 . 5( M I S O ) P 1 . 6( S C K ) P 1 . 7R S T( R X D ) P 3 . 0( T X D ) P 3 . 1( I N T 0 ) P 3 . 2( I N T 1 ) P 3 . 3( T 0 ) P 3 . 4( T 1 ) P 3 . 5( W R ) P 3 . 6( R D ) P 3 . 7X T A L 2X T A L 1G N D P 2 . 0 ( A 8 )P 2 . 1 ( A 9 )P 2 . 2 ( A 1 0 )P 2 . 3 ( A 1 1 )P 2 . 4 ( A 1 2 )P 2 . 5 ( A 1 3 )P 2 . 6 ( A 1 4 )P 2 . 7 ( A 1 5 )P S E NA L E / P R O GE A / V P PP 0 . 7 ( A D 8 )P 0 . 6 ( A D 7 )P 0 . 5 ( A D 5 )P 0 . 4 ( A D 4 )P 0 . 3 ( A D 3 )P 0 . 2 ( A D 2 )P 0 . 1 ( A D 1 )P 0 . 0 ( A D 0 )V C C( T 2 ) P 1 . 0P D I P 图 41 AT89S52 引脚图 P0口 ： P0口是一组 8位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址 /数据总线复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式 驱动 8个 TTL逻辑门电路，对端口 P0写 “1” 时，可作为高阻抗输入端用。 P0口具有内 部上拉 电 阻。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 Flash编程时， P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 口： P1 口 是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P1的输出 缓冲级可驱动 4个 TTL逻辑门电路。 对端口写 “ 1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时， 被外部拉低的引脚由于内部 电 阻 的原因 ， 将输出电流 (IIL)。 此外 ， 可分别作为定时 /计数 器 2的。