1、 网络教育学院单片机原理及应用大作业 题 目： 基于单片机的温度采集系统设计 学习中心： 安徽阜阳奥鹏学习中心 层 次： 专升本 专 业： 电气工程及自动化 年 级： 2019年春季 学 号： 学生姓名： 基于单片机的温度采集系统设计1、概述考虑到性价比，开发工具等等，选择凌阳SPCE061A作为主控制器。根据系统测量温度的关键是温度传感器，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域。温度传感器的发展经历了三个发展阶段：传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。目前的智能温度传感器(亦称数字温度传
2、感器)是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线
3、从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据采集之后，通过进行温度数据的运算处理，将当前温度信息发送到数码管进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，将实际温度值显示到数码管上。2、器件的选择AT89C51作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是INTEL公司生产的MCS5l系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS工艺制造技术。具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS-51的CMOS产品。片内含8Kbytes的可贩毒擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件兼容标准的MCS-51指令
4、系统。片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征。其具有如下性质：（1） 与MCS-51产品指令系统完全兼容（2）4K字节可重擦写Flash闪烁存储器。（2） 寿命：1000写/擦循环。（4）数据保留时间：10年。（5）全静态工作：0Hz-24Hz。（6）三级程序存储器锁定。（7）128*8位内部RAM。（8）32可编程I/O线。3、总体设计方案3.1系统整体硬件电路图 1仿真总体电路图3.2 AT89S51简介Max232串口芯片AT89S52 是89 系列单片机的一种，它不但与8051，8052 指令，管脚完全兼容，而且
5、其片内的程序存储器采用FLASH 工艺，用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。AT89S52 单片机还支持在线编程，用户通过简单的电路连接就可以将电脑里的程序下载到单片机中，减少调试程序时不断拆卸和插入给芯片带来的损坏。此外AT89S52 单片机有8 KB的程序存储器和256 B 的数据存储器，不需外部扩展存储芯片，可以降低硬件电路的复杂度。温度传感器是该系统的关键器件，本系统选用的是美国Dallas 半导体公司生产的数字化温度传感器 DS18B20。本系统中DS18B20 的DQ 口与单片机的 P1.0 口连接，GND 接地，VDD 接电源，信号和5V 电源之间的接上一个上拉电阻R。DS18B2
6、0简介：DS18B20 有三个主要数字部件组成：64 位激光ROM、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH 和TL 。DS18B20 支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55C+125C，被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出，在-10+85C 范围内，精度为0.5C。DS18B20 采集到的现场温度直接以先进的单总线数据通信方式传输，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，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20 可程序设定912 位的分辨率，精度可达0.5C。DS18B20具有内置的EEPROM，用户设定的分辨率和报警温度都可存储在其中
7、，且掉电后依然存在。CPU 只需一根端口线就能与DS18B20 进行通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。与前一代产品（DS1820 温度传感器）不同，DS18B20 支持3.0V 5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便，而且DS18B20 价格更便宜，体积更小。如图J1所示，DS18B20 有三个管脚：3脚 GND 为电源地，2脚DQ 为数字信号输入/输出端，1脚VDD 为外接供电电源接入端（用寄生电源方式时接地）。在外部电源供电方式下，DS18B20 工作电源由VDD 引脚接入，此时I/O 线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时理论上总线可
8、以挂接任意多个DS18B20 传感器，组成多点测温系统。在外部供电的方式下，DS18B20 的GND 引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85。根据实际应用情况，该温度显示模块采用七段数码管显示电路，数码管选用共阳极数码管，如图U3示，以动态方式显示，显示数据由P1口送出，位控信号由P2口送出，经74LS244进行信号放大，以产生足够大的电流驱动数码管显示。流程图如图示：AT89S52 单片机内部含有一个可编程全双工串行通信接口，由TXD 引脚来传送串行数据，而由RXD 引脚来接收数据。该接口具有UART(通用异步接收和发送器)的全部功能，它不仅能同时进行数据的发送和接收，也可作为一
9、个同步移位寄存器使用，可构成双机或者多机通信系统。本设计采用蜂鸣器报警电路，它由晶体管和蜂鸣器组成。当温度的测量值超出给定的上下限时，由单片机的P3.7 口输出信号控制晶体管导通，则蜂鸣器报警。本系统采用 AT89S52 作为核心处理器件，把经过DS18B20 现场实时采集到的温度数据，存入AT89S52 的内部数据存储器，并送LED 数码管显示，并与温度的设定值进行比较，然后由单片机输出控制信号去控制外部设备。进行温度控制程序的设计还应考虑越限报警，当采集到的温度值与温度的设置值进行比较后，若发现当前温度值越限，则产生报警信号。与硬件电路相关联，本温度控制系统的软件设计主要分为以下几个部分：
10、主程序，温度上下限值设定子程序、温度读取子程序、温度显示子程序、串口通信子程序、输出控制子程序和报警子程序等。其中温度上下限值设定子程序完成对温度范围值的设定及数据保存；温度读取子程序完成对温度传感器数据的读取，并通过温度显示子程序显示温度值；串口通信子程序将采集到的温度数据传送到PC 机，以实现远程监控；输出控制子程序根据采集到的温度数据完成对外部设备的控制；报警子程序则当采集到的温度数据超过设定的温度上下限值时报警。3.3硬件电路设计及描述硬件电路由：Ds18b20，max232芯片，晶振，复位电路，声光报警电路，8051单片机等组成。DS18b20详细引脚功能描述：外观图：GND地信号。
11、DQ数据输入/输出引脚，开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下时，也可以向器件提供电源。VDD外接供电电源输入端。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 DS18B20读出的温度结果的数据为两字节，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供。因此在系统中要将得到的温度值数据进行格式转换才能用于显示。这两个数据格式如图所示:MSB LSBSSSSS262524MSB LSB232221202-12-22-32-4高8位中的高5位是符号位，表示是零下还是零上。高8位中的低3位D6，D5，D4 和低8位中的高4位D，D，构成温度的整数部分。低位中的，D，位温度的小数部分。max232芯片，MAX232
12、芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。在制作电路前我们先来看看要用的MAX232，这里我们不去具体讨论它，只要知道它是TTL和RS232电平相互转换的芯片和基本的引脚接线功能就行了。通常我会用两个小功率晶体管加少量的电路去替换MAX232，可以省一点，效果也不错。下图就是MAX232的基本接线图。图为MAX232声光报警电路，可实现简易的发音功能，如图所示，复位电路：复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处于一个确定的初始状态，复位后计算机就从这个状态开始工作。在复位期间， CPU并没有开始执行程序是在做准备工作。无论是在在计算机刚上电时，断电后，还是系统出现故障时都需要复位。 MCS-51单片机的复位靠外部电路来实现，为了确保复位，RST引脚上的高电平一般要维持大约10秒以上。 MCS-51单片机的复位原理也可分成上电复位和按键手动复位两种，如图：A上电复位电路， B按键复位电路。上电复位电路是利用电容充电来实现的。在接通电源瞬间，RST端的电位与VCC相同，都是+5v。随着着RC电路的充电的点位逐渐下降，只要保证位高电平的时间大于秒就能正常恢复。按键复位电路，在单片机已经通电的情况下，只需要按下图所示的键也可以复位，此时电源经过电阻分压，在端产生一个复位高电平。如取欧姆，取欧姆左右，这样当按下键时，端的电压为
