【正文】 電子信息工程《專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)計》研究報告多路溫度測量系統(tǒng)設(shè)計 中國大慶 年 月信息技術(shù)學院課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書 一、課程設(shè)計課題：多路溫度測量采集系統(tǒng)二、課程設(shè)計工作日自 2013 年 12 月 1 日至 2013 年 12 月 20 日三、課程設(shè)計進行地點： 信息館320 四、 程設(shè)計任務(wù)要求： (詳細內(nèi)容見課程設(shè)計文檔):教師下發(fā):培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的正確思想，訓(xùn)練綜合應(yīng)用已經(jīng)學過的理論知識和生產(chǎn)實際知識去綜合解決工程實際問題的能力。學習較復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計的一般方法，了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知識解決電子信息方面常見實際問題的能力，由有學生自行設(shè)計和調(diào)試。進行基本技能和技術(shù)訓(xùn)練，如掌握設(shè)計資料、手冊、標準和規(guī)范以及使用繪圖軟件和仿真軟件等。:采用單片機80C51實現(xiàn)八路溫度檢測；要求溫度范圍0℃～100℃之間； 精度達到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)計報告。課程設(shè)計評審表指導(dǎo)教師評語：成績： 簽字： 日期： 目錄1. 設(shè)計任務(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 3. 最小系統(tǒng)電路 3 單片機及其管腳說明 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. 聲光報警模塊電路 154. 整體電路 165. 軟件設(shè)計 18 工作方案簡介 18 主程序流程圖 18 功能模塊 19 由DS18B20完成溫度檢測模塊 19 按鍵輸入模塊 23 聲光報警模塊 23總結(jié)與體會 24致謝 26參考文獻 27附錄一元器件清單 28附錄二軟件清單 281. 設(shè)計任務(wù)要求采用單片機80C51實現(xiàn)八路溫度檢測，要求測量溫度范圍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，要求精度達到177。1％ ；分辨率≤℃ ；直流穩(wěn)壓電源自行設(shè)計；輔助電路及元器件自選。2. 方案比較 課題分析對于多路溫度測量，溫度探頭的低功耗是十分重要的，同時還要滿足易于控制的條件，測溫范圍也必須達到或超過題目要求。因此選擇合適的溫度傳感器成為本次設(shè)計的重中之重 溫度傳感器的選擇根據(jù)題目要求，設(shè)計一溫度測量電路，能夠通過溫度傳感器測量并顯示被測量點的溫度，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)造簡單,適用溫度范圍廣,使用方便,承受熱機械沖擊能力強以及響應(yīng)速度快等特點,常用于高溫區(qū)域, 振動沖擊大等惡劣環(huán)境以及適合于微小結(jié)構(gòu)測溫場合。但其信號輸出靈敏度比較低,容易受到環(huán)境干擾和前置放大器溫度漂移的影響,因此不適合測量微小的溫度變化。方案二：電阻式電阻式可用來測量220~850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至272℃，高溫可測量至1000℃，互換性差，非線性嚴重，在腐蝕介質(zhì)中使用時，易氧化，因此，只能用于低溫及無腐蝕性的介質(zhì)中。雖然測量溫度范圍廣，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。其測量溫度范圍為 55℃~+125℃，在10℃~+85℃范圍內(nèi),精度為177?！妫惺环直媛?。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進行通訊?，F(xiàn)場溫度直接以“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)實現(xiàn)查看任何一個檢測點的編號、溫度值等數(shù)據(jù)指示，實現(xiàn)了多個檢測點數(shù)據(jù)的自動化監(jiān)管?？紤]題目測溫范圍要求以及測量數(shù)據(jù)的準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，能顯示漢字及各種符號，可以繪制曲線和簡單的圖像，分辨率高，抗干擾能力強和顯示形式靈活等優(yōu)點。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，編程簡單，占用資源較少。由于課程設(shè)計要求采用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，報警模塊。在綜合考慮對芯片的熟悉程度及功能的實現(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器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）, 32個I／O 口線完全能夠滿足對數(shù)據(jù)的處理要求。雖然市面上有著功能更為強大的單片機芯片，但都價格不菲。而本設(shè)計本著簡單實用，精簡節(jié)約的原則，我們選擇了AT89S52芯片。3. 單元電路設(shè)計. 最小系統(tǒng)電路在課程設(shè)計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，它負責對DS18B20所采集的溫度信息進行處理并向LED發(fā)送實習數(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) 單片機及其管腳說明AT89S52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（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。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。下面指出了各個管腳的用途。VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8個TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當P2口被寫“1”時，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，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當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（記時器0外部輸入） T1（記時器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址地位字節(jié)。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(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)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來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)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。圖32所示的RC復(fù)位電路可以實現(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稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，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頻率的距離相當?shù)慕咏谶@個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路，如圖33晶體震蕩電路所示。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負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，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。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,形成多點測溫, 本設(shè)計研究八片DS18B20與單片機構(gòu)成的測溫系統(tǒng)。DS1