【正文】 電子信息工程《專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》研究報(bào)告多路溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中國(guó)大慶 年 月信息技術(shù)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 一、課程設(shè)計(jì)課題：多路溫度測(cè)量采集系統(tǒng)二、課程設(shè)計(jì)工作日自 2013 年 12 月 1 日至 2013 年 12 月 20 日三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)： 信息館320 四、 程設(shè)計(jì)任務(wù)要求： (詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)課程設(shè)計(jì)文檔):教師下發(fā):培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確思想，訓(xùn)練綜合應(yīng)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去綜合解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。學(xué)習(xí)較復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知識(shí)解決電子信息方面常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的能力，由有學(xué)生自行設(shè)計(jì)和調(diào)試。進(jìn)行基本技能和技術(shù)訓(xùn)練，如掌握設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用繪圖軟件和仿真軟件等。:采用單片機(jī)80C51實(shí)現(xiàn)八路溫度檢測(cè)；要求溫度范圍0℃～100℃之間； 精度達(dá)到177。1％，分辨率≤℃；在LED中顯示溫度；用繪圖軟件畫出總體電路圖；提交格式符合要求，內(nèi)容完整的設(shè)計(jì)報(bào)告。課程設(shè)計(jì)評(píng)審表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 簽字： 日期： 目錄1. 設(shè)計(jì)任務(wù)要求 22. 方案比較 2 課題分析 2 溫度傳感器的選擇 2 顯示部分 3 主控芯片的選擇 33. 單元電路設(shè)計(jì) 3. 最小系統(tǒng)電路 3 單片機(jī)及其管腳說(shuō)明 4. 復(fù)位電路 6. 晶振電路 6. 溫度采集電路 7 DS18B20的讀寫程序和單總線協(xié)議的實(shí)現(xiàn) 8. 電源電路 12. 按鍵輸入電路 12. 數(shù)目管顯示電路 13. 聲光報(bào)警模塊電路 154. 整體電路 165. 軟件設(shè)計(jì) 18 工作方案簡(jiǎn)介 18 主程序流程圖 18 功能模塊 19 由DS18B20完成溫度檢測(cè)模塊 19 按鍵輸入模塊 23 聲光報(bào)警模塊 23總結(jié)與體會(huì) 24致謝 26參考文獻(xiàn) 27附錄一元器件清單 28附錄二軟件清單 281. 設(shè)計(jì)任務(wù)要求采用單片機(jī)80C51實(shí)現(xiàn)八路溫度檢測(cè)，要求測(cè)量溫度范圍0℃～100℃之間；并在LED中顯示溫度；溫度傳感器選用模擬和數(shù)字的都可以，要求精度達(dá)到177。1％ ；分辨率≤℃ ；直流穩(wěn)壓電源自行設(shè)計(jì)；輔助電路及元器件自選。2. 方案比較 課題分析對(duì)于多路溫度測(cè)量，溫度探頭的低功耗是十分重要的，同時(shí)還要滿足易于控制的條件，測(cè)溫范圍也必須達(dá)到或超過(guò)題目要求。因此選擇合適的溫度傳感器成為本次設(shè)計(jì)的重中之重 溫度傳感器的選擇根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)一溫度測(cè)量電路，能夠通過(guò)溫度傳感器測(cè)量并顯示被測(cè)量點(diǎn)的溫度，常用的溫度傳感器可分為3大類：方案一：熱電偶式熱電偶具有構(gòu)造簡(jiǎn)單,適用溫度范圍廣,使用方便,承受熱機(jī)械沖擊能力強(qiáng)以及響應(yīng)速度快等特點(diǎn),常用于高溫區(qū)域, 振動(dòng)沖擊大等惡劣環(huán)境以及適合于微小結(jié)構(gòu)測(cè)溫場(chǎng)合。但其信號(hào)輸出靈敏度比較低,容易受到環(huán)境干擾和前置放大器溫度漂移的影響,因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。方案二：電阻式電阻式可用來(lái)測(cè)量220~850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至272℃，高溫可測(cè)量至1000℃，互換性差，非線性嚴(yán)重，在腐蝕介質(zhì)中使用時(shí)，易氧化，因此，只能用于低溫及無(wú)腐蝕性的介質(zhì)中。雖然測(cè)量溫度范圍廣，但熱穩(wěn)定性差。方案三：數(shù)字式DS18B20溫度傳感器。DS18B20溫度傳感器為“一線式器件”，體積更小、適用電壓更寬、更方便。其測(cè)量溫度范圍為 55℃~+125℃，在10℃~+85℃范圍內(nèi),精度為177。℃，有十二位分辨率。其內(nèi)部有A/D、D/A轉(zhuǎn)換裝置，用戶可以設(shè)置溫度的上下限，并具可以直接與單片機(jī)進(jìn)行通訊?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。采用1Wire公眾域（PD）軟件應(yīng)用程序接口，采用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)查看任何一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的編號(hào)、溫度值等數(shù)據(jù)指示，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化監(jiān)管?？紤]題目測(cè)溫范圍要求以及測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求選擇方案三。 顯示部分方案一：使用液晶顯示屏顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小，平面顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，能顯示漢字及各種符號(hào)，可以繪制曲線和簡(jiǎn)單的圖像，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)和顯示形式靈活等優(yōu)點(diǎn)。方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼顯示管。數(shù)碼管（LED）受外界環(huán)境影響小，顯示明亮，編程簡(jiǎn)單，占用資源較少。由于課程設(shè)計(jì)要求采用LED顯示，所以只能采用方案二。 主控芯片的選擇本系統(tǒng)主要有采集溫度模塊，顯示模塊，報(bào)警模塊。在綜合考慮對(duì)芯片的熟悉程度及功能的實(shí)現(xiàn)程度上。決定在主板上采用AT89S52芯片，AT89S52片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦鞋的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）, 32個(gè)I／O 口線完全能夠滿足對(duì)數(shù)據(jù)的處理要求。雖然市面上有著功能更為強(qiáng)大的單片機(jī)芯片，但都價(jià)格不菲。而本設(shè)計(jì)本著簡(jiǎn)單實(shí)用，精簡(jiǎn)節(jié)約的原則，我們選擇了AT89S52芯片。3. 單元電路設(shè)計(jì). 最小系統(tǒng)電路在課程設(shè)計(jì)所研究的多路溫度采集系統(tǒng)中的的MCU控制模塊是由AT89S52單片機(jī)構(gòu)成的最小系統(tǒng)，如圖31。該模塊是硬件系統(tǒng)的核心部分，它負(fù)責(zé)對(duì)DS18B20所采集的溫度信息進(jìn)行處理并向LED發(fā)送實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)顯示采集到的溫度信息，完成多路溫度采集系統(tǒng)的要求。圖31：AT89S52最小系統(tǒng) 單片機(jī)及其管腳說(shuō)明AT89S52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。下面指出了各個(gè)管腳的用途。VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8個(gè)TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口， P3口管腳 備選功如下： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址地位字節(jié)。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出. 復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。圖32所示的RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。圖32：RC復(fù)位電路. 晶振電路晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏谶@個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路，如圖33晶體震蕩電路所示。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。圖33：晶體電路. 溫度采集電路本系統(tǒng)利用DS18B20完成溫度采集及轉(zhuǎn)換工作,形成多點(diǎn)測(cè)溫, 本設(shè)計(jì)研究八片DS18B20與單片機(jī)構(gòu)成的測(cè)溫系統(tǒng)。DS1