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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的溫度采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2025-04-03 11:59 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溫度計(jì)相比,輸出溫度采用數(shù)字 LCD 顯示,具有讀數(shù)方便,測(cè)溫范圍廣,測(cè)溫準(zhǔn)確等重要特點(diǎn)。 AT89S52 單片機(jī)AT89S52 溫度傳感器 DS18B20 鍵盤(pán)控制 電源驅(qū)動(dòng) LCD 顯示電路 ( LCD5110) 報(bào)警電路 ( 蜂鳴 器 amp。LED)led1222 玉通藥業(yè)有限公司llLEDled) 13 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件總體思路和電 路原理圖 電路總體方案思路 本電路系統(tǒng)主要應(yīng)用的溫度范圍在 0℃ — 125℃ 之間。系統(tǒng)的輸入電壓為直流 +7V— +12V,經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成為 +5V 電壓給電路的各個(gè)子系統(tǒng)供電,總來(lái)說(shuō)電路是由如下幾個(gè)模塊組成: 電路原理圖 利用 Protel 2021 DXP 設(shè)計(jì) , 繪制 電路 原理圖 如 圖 所示 和 PCB 排版如 圖 所示 。 系統(tǒng)硬件原理圖: 穩(wěn)壓電源 7805 電路 傳感器 DS18B20 單片機(jī)系統(tǒng) MCU( AT89S52) 顯視模塊電路 警報(bào)電路 控制電路 (說(shuō)明) 電源供向: 控制方向: 14 圖 PCB 排版: 15 圖 電源電路設(shè)計(jì) 三端穩(wěn)壓管 7805 目前,電子設(shè)備中常使用輸出電壓固定的集成 穩(wěn)壓器,性能指標(biāo) 藥業(yè)公司 高而使用方便 ,并極大地簡(jiǎn)化了電源的設(shè)計(jì) ,促進(jìn)了電子設(shè)備中的穩(wěn)壓器向通用化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。由于它只有輸入端、輸出端和公共端三個(gè)引線端 16 子,故稱之為三端式穩(wěn)壓器。 7805 原理圖 符號(hào) 如 圖 所示 與實(shí)物圖 如 圖 所示 : 圖 圖 穩(wěn)壓管 7805 內(nèi)部原理 可以看出該芯片的接口相當(dāng)簡(jiǎn)單,而且在電路排板中也不會(huì)出現(xiàn)什么大困難。 三端穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路 等部分組成。內(nèi)部電路如下圖 如 圖 所示 : 7805 GND IN OUT 17 圖 三端穩(wěn)壓器 7805 的集成保護(hù)電路:包括兩個(gè)方面減流式保護(hù)電路和過(guò)熱保護(hù)電路。 (1)減流式保護(hù)電路是通過(guò)比較輸入和輸出電壓差值來(lái)調(diào)整管的 Vce 值,從而使調(diào)整管的功耗限制在允許范圍之內(nèi),故上述保護(hù)稱之為減流式保護(hù)。 (2)過(guò)熱保護(hù)電保護(hù)電路如圖 44 中 R15 的作用是給 Q15 管的 Iceo 和 Q16管的 Icbo 一條分流通路,以改善溫度的穩(wěn)定性。 值得指出的是:當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),上述兩種保護(hù)電路是互相關(guān)聯(lián),共同對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)作用的。為了提高穩(wěn)壓電源的 整體工作效率, 7805 的最小輸入電壓為 。 電源電路設(shè)計(jì) 7805 應(yīng)用電路如圖 所示。 圖 18 單片機(jī) AT89S52 簡(jiǎn)介 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造,與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash,使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能: 8k 字節(jié) Flash, 256 字節(jié) RAM, 32 位 I/O 口線,看門(mén)狗定時(shí)器, 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針,三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器,一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外, AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作,支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式??臻e模式下, CPU 止工作,允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下, RAM 內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機(jī)一 切工作停止,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 AT89S52 引腳及功能 : AT89S52 單片機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳集成電路芯片, 封裝如圖 , 引腳排列如圖 所示。 圖 圖 19 AT89S52 功能引腳使用 VCC : 電源 。 GND: 地 。 P0 口: P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。作為輸出口,每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫(xiě)“ 1”時(shí),引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí), P0 口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下, P0 具 有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí), P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié);在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí),需要外部上拉電阻。 P1 口: P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫(xiě)“ 1”時(shí),內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí),被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流( IIL) 。 此外, 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入( )和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入( ) ,具體如下表所示。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí), P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 P2 口: P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫(xiě)“ 1”時(shí),內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí),被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流( IIL) 。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (例如執(zhí)行 MOVX @DPTR)時(shí), P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中,P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址(如 MOVX @RI)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí), P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在flash 編程和校驗(yàn)時(shí), P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口: P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫(xiě)“ 1”時(shí),內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí),被外部拉低 20 的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流( IIL) 。 P3 口亦作為 AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如下表所示。 在 flash 編 程和校驗(yàn)時(shí), P3口也接收一些控制信號(hào)。 RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí), RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位??撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后, RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能無(wú)效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下,復(fù)位高電平有效。 ALE/PROG:地址鎖存控制信號(hào)( ALE)是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí),鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí),此引腳( PROG)也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下, ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖,可用 來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而,特別強(qiáng)調(diào),在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí), ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。 如果需要,通過(guò)將地址為8EH 的 SFR 的第 0 位置 “ 1”, ALE 操作將無(wú)效。 這一位置 “ 1”,ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。否則, ALE 將被微弱拉高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位 (地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位) 的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)( PSEN)是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí), PSEN 在每個(gè)機(jī)器周 期被激活兩次,而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí), PSEN 將不被激活。 EA/VPP:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令, EA必須接 GND。 為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令, EA 應(yīng)該接 VCC。 在 flash 編程期間, EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 21 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) Pin19:時(shí)鐘 XTAL1 腳,片內(nèi)振蕩電路 (單極反相器 )的輸入端。 Pin18:時(shí)鐘 XTAL2 腳,片內(nèi)振蕩電路 (單級(jí)反相器 )的輸出端。 AT89S52 的時(shí)鐘有兩種方式,一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式,但需在 18 和 19 腳外接石英晶體和振蕩電容,振蕩電容的值一般取 10pf—30pf。另外一種是外部時(shí)鐘方式,即將 XTAL1 接地,外部時(shí)鐘信號(hào)從 XTAL2 腳輸入如圖 。 圖 復(fù)位電路設(shè)計(jì) AT89S52 的復(fù)位引腳 (Rest)是第 9 引腳, 當(dāng)此引腳連接高電平超過(guò)2 個(gè)機(jī)器周期時(shí), 即可產(chǎn)生復(fù)位動(dòng)作。電源接上的瞬間,電容 C1 上沒(méi)有電荷,相當(dāng)于短路,所以第 9 腳直接連 接到 VCC,即 單片機(jī) 執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作。隨著時(shí)間的增加,電容上的電壓逐漸增加,而第 9 腳上的電壓逐漸下降,當(dāng)?shù)?9 腳上的電壓降至低電平時(shí), 單片機(jī) 恢復(fù)正常狀態(tài),稱之為“ POWER ON RESET”。在此 R10 使用 10k?電阻, 10μf 22 電容,其時(shí)間常數(shù)為 1ms,所以第 9 腳上的電壓可保持在 2μs 以上的高電平,足以使系統(tǒng)復(fù)位。約 1ms 的時(shí)間內(nèi),系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)。電路連接如圖 所示 圖 溫度傳感器 DS18B20 DS18B20 簡(jiǎn)介 溫度傳感器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵器件,本文選用的是美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公 司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20,它支持單總線接口,其內(nèi)部使用了在板( ONB0ARD)專(zhuān)利技術(shù) 全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 其測(cè)量溫度范圍為 55 +125 ,在 10 +85 范圍內(nèi),精度為 溫度傳感器 DS18B20 采集到的現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以單總線的數(shù)字方式傳輸 ,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性 ,適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量 如:環(huán)境控制 設(shè)備或過(guò)程控制 測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等 與前一代產(chǎn)品(世界上第一片支持單總線接口的 DS1820 溫度傳感器)不同 ,它支持 的電壓范圍,使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活 方便,而且 DS18B20 價(jià)格更便宜,體積更小 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有 4 部分: 64 位光刻 ROM 溫度傳感器 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL 配置寄存器 其溫度檢電路圖如圖 2 所示 DS18B20 管腳 GND 為電源地, DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸 23 出端, VDD 為外接供電電源接入端(用寄生電源方式時(shí)接地) 在本系統(tǒng)中用外接電源, DQ 接到 AT89B52 的 P2..0 端, R1 為信號(hào)和 5V 電源之間的上拉電阻 在實(shí) 際中,若需要多點(diǎn)檢測(cè)時(shí),可在單總線上掛多個(gè) DS18B20,但超過(guò) 8 個(gè)時(shí)要考慮驅(qū)動(dòng)問(wèn)題,軟件設(shè)計(jì)也變得復(fù)雜多了,同時(shí)要考慮掛 DS18B20 單總線的長(zhǎng)度問(wèn)題,一般不要超過(guò) 50m 為實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)程的控制,可以考慮把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成無(wú)線系統(tǒng),以突破 DS18B20 單總線的長(zhǎng)度的限制 ,其實(shí)物與封裝圖如圖 。 圖 DS18B20 主要特征 與應(yīng)用電路原理模塊 1 、 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。 2 、 先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。 最高 12 位分辨率,精度可達(dá)土 攝氏度。 4 、 12 位分辨率時(shí)的最大工作周期為 750 毫秒。 5 、 可選擇寄生工作方式。 6 、 檢測(cè)溫度范圍為 – 55176。C ~+125176。C (–67176。F ~+257176。F) 。 24 7 、 內(nèi)置 EEPROM,限溫報(bào)警功能。 8 、 64 位光刻 ROM,內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào),方便多機(jī)掛接。 9 、 多樣封裝形式,適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。 其電路原理應(yīng)用 如 圖 所示: 圖 LCD 顯示器 LCD 顯示器簡(jiǎn)介 LPH7366 是 NOKIA 公司生產(chǎn)的可用于 其 51 6150, 6100 等系列移動(dòng)電話的液晶顯示模塊,國(guó)內(nèi)廠家也生產(chǎn)有類(lèi)似的兼容產(chǎn)品。該產(chǎn)品除應(yīng)用于移動(dòng)電話外,也可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)便攜式設(shè)備的顯示系統(tǒng)。與其它類(lèi)型的產(chǎn)品相比,該模塊具有以下特點(diǎn): ● 84x48 的點(diǎn)陣 LCD,可以顯示 4 行漢字, ●采用串行接口與主處理器進(jìn)行通信,接口信號(hào)線數(shù)量大幅度減少,包括電源和地在內(nèi)的信號(hào)線僅有 9 條。支持多種串行通信協(xié)議(如 AVR 單片
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