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正文內(nèi)容

課程設(shè)計-單片機上下限溫度報警器課程設(shè)計(已修改)

2025-01-25 18:54 本頁面
 

【正文】 《溫度控制器的設(shè)計》課程設(shè)計報告系 別: 信息科學(xué)與技術(shù)系 專業(yè)班級: 通信技術(shù)0802班 學(xué)生姓名: 張 叢 振 指導(dǎo)教師: 陳 青 (課程設(shè)計時間:2010 年 6 月 26 日——2010 年 7 月 9 日)華中科技大學(xué)武昌分校 目 錄1.課程設(shè)計目的…………………………………………………………………32.課程設(shè)計題目描述和要求……………………………………………………33.課程設(shè)計報告內(nèi)容……………………………………………………………6……………………………………………………………6………………………………………………8………………………………………………… 12………………………………………………………… 124.總結(jié)……………………………………………………………………………13參考文獻 …………………………………………………………………………15附:…………………………………………………………………16前言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一,它所給人帶來的方便也是不可否定的,其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子,但人們對它的要求越來越高,要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機技術(shù)入手,一切向著數(shù)字化控制,智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比,具有讀數(shù)方便,測溫范圍廣,測溫準(zhǔn)確,其輸出溫度采用數(shù)字顯示,主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場合。該設(shè)計控制器使用單片機AT89C2051,測溫傳感器使用DS18B20,用四位共陰極LED數(shù)碼管實現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達到以上要求。一、 課程設(shè)計目的這次課程設(shè)計實踐是本學(xué)期的一項必修課程,它的意義在于除了完成規(guī)定的內(nèi)容之外,還要能有所創(chuàng)新。將這一學(xué)期學(xué)到的單片計算機原理的內(nèi)容運用到實際生活中,從而進一步鞏固學(xué)到的理論知識。學(xué)會焊接電路板,這是硬件部分的;其次還要能夠編寫程序讓單片機工作起來。二、 課程設(shè)計題目描述與要求課程設(shè)計題目:溫度控制器的設(shè)計在單片機電路設(shè)計中,大多都是使用傳感器,所以這是非常容易想到的,所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20,此傳感器,可以很容易直接讀取被測溫度值,進行轉(zhuǎn)換,就可以滿足設(shè)計要求。溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖1所示,控制器采用單片機AT89C2051,溫度傳感器采用DS18B20,用2位LED數(shù)碼管以并口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。圖1 總體設(shè)計方框圖設(shè)計要求:1. 用89c2051單片機和數(shù)字溫度傳感器ISD18B20構(gòu)成溫度采樣報警小系統(tǒng) 2. 給電路板上的兩個按鍵設(shè)定相應(yīng)的功能:通過兩個按鍵設(shè)定最高和最低限定溫度使得當(dāng)室內(nèi)溫度上升到溫度上限或下降到溫度下限的時候能夠讓蜂鳴器發(fā)出報警 3. 設(shè)定的溫度能夠自行調(diào)整?!≌w方案設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu):如下圖   三、 課程設(shè)計報告內(nèi)容本實驗運用的主控制器是ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C2051 單片機AT89C2051具有低電壓供電和體積小等特點,四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要,很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。(一)硬件系統(tǒng)1.單片機顯示部分 是在單片機控制下,由MC4511產(chǎn)生BCD譯碼,ULN2003完成驅(qū)動顯示的簡單方法,同時可以有兩路按鍵響應(yīng)裝置。還可以外擴串口I2CROM,完成掉電數(shù)據(jù)保護功能。電路中還包含復(fù)位電路和時鐘電路。2.報警控制部分 報警部分由三極管T2蜂鳴器BEEL構(gòu)成. 控制部分由光電隔離器(光電耦合)U7/U8,繼電器JDQ1/2組成。3.溫度探測存儲部分由DS18B20采集溫度,和24C16保存掉電數(shù)據(jù)。 89c1051/2051簡述AT89C1051/2051只有20只引腳,壓縮了I/O端口與存儲器容量,其余配置與功能不減,可方便地應(yīng)用于家電產(chǎn)品及小型儀器儀表,是性能價格比極優(yōu)的單片機。 AT89C1051和 AT89C2051的結(jié)構(gòu)框圖與引腳配置分別見附圖 7-7和附圖 7-8。圖 11 AT89C1051/2051 引腳圖圖 12 AT89C1051/2051 結(jié)構(gòu)框圖 由附圖7-7和附圖7-8可見,AT89C1051/AT89C2051把原地址與數(shù)據(jù)總線有關(guān)的引腳全部壓縮掉,使為20腳封裝。但I/O端口線還有15條,其中8條.仍具有第二功能。除P3口的6個引腳(P3.0~P3.5)的第二功能與MCS—5l系列完全一致外,P1.0和P1.l還具有模擬比較器的功能。當(dāng)需要使用模擬比較器時,P1.0(AINO)作為同相輸人端,P1.1(AINI)作為反相輸入端。比較的結(jié)果由P3.6位的狀態(tài)確定。若P3.6為 1,說明AINO電位高于AINI;若P3.6為0則反之。注意,P3.6沒有引出片外,其狀態(tài)可直接在片內(nèi)特殊功能寄存器中通過位尋址讀出。2 、AT89C2051內(nèi)有兩個閃爍存儲器程序加密位,可以被編程或不被編程器件內(nèi)有一閃爍存儲器地址計數(shù)器,計數(shù)器在RST上升沿復(fù)位為000H,在XTAL1引腳上加高電平脈沖則自動加 l。宜采用以下步驟對AT89C2051編程:加上電源后,RST及P3.2加高電平;P3.3~P3.5,P3.7加上寫人數(shù)據(jù)代碼模式的邏輯電平;在P1.0~P1.7上加上地址000H的數(shù)據(jù)代碼;RST引腳電平升高到12V;P3.2加人一低電平脈沖,則一字節(jié)數(shù)據(jù)被編程寫人。以此類推,直到最后一個字節(jié)編程完畢。 編程完畢后,應(yīng)使XTAL1降到低電平,RST也降至低電平,然后懸浮所有相關(guān)I/O引腳,關(guān)掉電源。AT89C2051有三個特征字可讀出,以識別該器件。這種讀特征字操作與讀000H,00lH,002H地址單元內(nèi)容操作相同,只是有關(guān)信號的邏輯電平有所不同。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)與測溫原理DS18B20溫度傳感器由64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器及高速緩存器這4個部分組成。DS18B20可編程溫度傳感器有3個管腳:GND為接地線,DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口,通過一個較弱的上拉電阻與單片機相連。VDD為電源接口,既可由數(shù)據(jù)線提供電源,又可由外部提供電源,范圍3.0~5.5 V。 本文使用外部電源供電[9]。如圖24所示。 圖15 DS18B20的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)首先來介紹一下DS18B20這塊傳感器的特性及其功能:⑴ 用戶可自設(shè)定報警上下限溫度值。⑵ 不需要外部組件,能測量-55~+125℃ 范圍內(nèi)的溫度。⑶ -10℃ ~ +85℃ 范圍內(nèi)的測溫準(zhǔn)確度為177。0.5℃ 。⑷ 通過編程可實現(xiàn)9~l2位的數(shù)字讀數(shù)方式,可在至多750 ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12 位的數(shù)字,測溫分辨率可達0.0625℃ 。⑸ 獨特的單總線接口方式,與微處理器連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)與處理器雙向通訊。再來看看DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu):DS18B20內(nèi)部功能模塊主要由4部分組成:64位光刻R0M、溫度傳感器、非易失性的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。R0M 中的64位序列號是出廠前被光刻好的,他可以看作是該DSISB20的地址序列碼,每個DSI8B20的64位序列號均不相同。高低溫報警觸發(fā)器TH 和TL,配置寄存器均由一個字節(jié)E2PROM組成,使用一個存儲器功能命令可對 TH,TL或配置寄存器寫入。配置寄存器中R1,R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù):R1R0=’00’,9位精度, ms;R1R0 = ‘01’,10位精度, ms;R1R0 = ‘10’,11位精度,最大轉(zhuǎn)換時間為375 ms;R1R0 =’11’,12位精度,最大轉(zhuǎn)換時間為750 ms;未編程時默認為12位精度。本系統(tǒng)采用的也是12位的精度。其中64位光刻ROM如下圖25所示。 圖16 DS18B20的64位光刻ROM接著再來了解一下DS18B20的內(nèi)存結(jié)構(gòu)與溫度測試的功能:DSI8B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM (便箋式的內(nèi)部存儲器)和一個非易失性的可電擦除的EEPROM,后者存放高溫和低溫觸發(fā)器TH,TL和結(jié)構(gòu)寄存器。便箋存儲器包含了9個連續(xù)字節(jié)(0~8),前兩個字節(jié)是測得溫度信息如圖17所示,字節(jié)0的內(nèi)容是溫度的低8位,字節(jié)1是溫度的高8位,字節(jié)2是TH(溫度上限報警),字節(jié)3是TL(溫度下限報警),字節(jié)4是配置寄存器如圖27所示,用于確定輸出分辨率9到12位。第7個字節(jié)是預(yù)留寄存器,用于內(nèi)部計算。字節(jié)8是冗余檢驗字節(jié),校驗前面所有8個字節(jié)的CRC碼,可用來保證通信正確。 雙字節(jié)12位溫度格式與十進制溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系圖17 分辨率設(shè)置表當(dāng)DSI8B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后,開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的0,1字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù),讀取時低位在前,高位在后,數(shù)據(jù)格式以0.062 5℃/LSB形式表示。溫度值格式如圖2—6所示,其中“S”為標(biāo)志位,對應(yīng)的溫度計算:當(dāng)符號位S=0時,直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制;當(dāng)S=1時,先將補碼變換為原碼,再計算十進制值。圖4下面的表是對應(yīng)的一部分溫度值。DSI8B20完成溫度轉(zhuǎn)換后,就把測得的溫度值與 TH做比較,若TTH或TTL,則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位,并對主機發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)[12]。最后再來介紹一下DSl820工作過程中的協(xié)議:初始化 RoM操作命令 存儲器操作命令 處理數(shù)據(jù)⑴ 初始化 單總線上的所有處理均從初始化開始; ⑵ ROM操作品令 總線主機檢測到DSl820的存在便可以發(fā)出ROM操作命令之一,這些命令如:指令160
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