【正文】 2020 年 6 月 27 日 論文答辯日期： 2020 年 6 月 28 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 電氣工程及其自動化專業(yè) 電氣 0703 班 學(xué)生：王麗偉 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于單片機 的 溫度測試系統(tǒng)硬 件設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容： 了解單片機基本和溫度傳感器的基本原理，熟練使用單片機的溫度傳感器進行單片機溫度測試系統(tǒng)硬件設(shè)計。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 通過運用單片機和溫度傳感器對溫度進行測量；設(shè)計單片機的溫度測試系統(tǒng)硬件原理圖和進行模擬實驗。 論文 主要介紹了一個基于 51 單片機的溫度信號采集顯示系統(tǒng)的設(shè)計，主要敘述了單片機溫度采集控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、調(diào)試過程。系統(tǒng)實現(xiàn)的功能是溫度檢測、數(shù)值顯示。單片機數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時將當前溫度信息發(fā)送到LED進行顯示，發(fā)出控制信號達到控制蜂鳴器和發(fā)光二級管的目的。 采用適當?shù)募夹g(shù)將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量在原理上雖然不困難但成本較高 ,還會遇到其它方面的問題。 關(guān)鍵詞 ： 單片機 ； 溫度采樣 ； AT89C51； 顯示 Abstract In recent years, Should be based on the specific hardware along with the continuous improvement of people39。 溫度的測量是日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的問題，而日常生活中常用的普通的溫度計不能和計算機接口，也就不能實現(xiàn)現(xiàn)代的工業(yè)控制。要求綜合運用所學(xué)主要課程的知識，并要求查詢有關(guān)技術(shù)資料和書籍，得到本設(shè)計所要的技術(shù)數(shù)據(jù)和相關(guān)知識。如：玻璃溫度計，雙金屬溫度計，壓力式溫度計 (2)利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測元件。 (3)利用熱阻效應(yīng)技術(shù)制成的溫度計① 熱電阻測溫元件② 半導(dǎo)體測溫元件 ③ 陶瓷熱敏元件 (4)利用熱輻射原理制成的高溫計 熱輻射高溫計通常分為兩種：一種是單色輻射高溫計，一 般稱光學(xué)高溫計；一種是全輻射高溫計，它的原理是物體受熱輻射后，物體本身的性質(zhì)，能將它吸收，透過或反射。熱輻射式高溫計就是根據(jù)這種熱輻射原理制成的 正在研究的檢測技術(shù) 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 序言 2 (1)晶體管溫度檢測元件半導(dǎo)體溫度檢測元件是具有代表性的新集成電路溫度檢測元件利用硅晶體管基極一發(fā)射極間電壓與溫度關(guān)系 (即半導(dǎo)體 PN 結(jié)的溫度特性 )進行測溫，并把測溫、激勵、信號處理電路和放大電路集成一體，封裝于小型管殼內(nèi)，即就構(gòu)成了集成電路溫度檢測元件 目前，國內(nèi)外也進行了生產(chǎn)。利用共振吸收頻率隨溫度上升而減小的原理研制成的溫度測器，稱為核磁共振溫度檢測器。在常溫下，可作理想的標準溫度計之用。 (2)擴大測溫對象溫度檢測技術(shù)將會由點測量發(fā)展到線、面、甚至立的測量。 (3)發(fā)展新型產(chǎn)品利用老的檢測技術(shù)生產(chǎn)出適應(yīng)于不同場合、不同工況要求的新型產(chǎn)品，以滿足于用戶需要。 (5)顯示數(shù)字化 溫度儀表向數(shù)字化方向發(fā)展。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 序言 3 (6)標定自動化應(yīng)用計算機技術(shù)，快速、準確、自動地標定溫度檢測器。① 繼續(xù)生產(chǎn)量大面廣的傳統(tǒng)的溫度檢測元件，如：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等。如近年來已開發(fā)的碳化硅薄膜熱敏電阻溫度檢測器、厚膜、薄膜鉑電阻溫度檢測器，③ 向智能化、集成化、實用化方 向發(fā)展。是集計算機技術(shù)、電子技術(shù)、自動測試技術(shù)于一體的自動化檢定系統(tǒng)。整個檢定 過程除 接線以外全部自動完成，對于檢定工業(yè)熱電阻、工業(yè)熱電偶實現(xiàn)了控制溫度、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù) 顯示 全自動完成 。 溫度自動檢測系統(tǒng) 的核心 單片機，是把中央處理器 CPU、存儲器、定時器、 I/O 接口電路等一些計算機的主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機，是人們在通用計算機無法滿足廣泛的電氣智能化要求的情況下，按照嵌入式應(yīng)用要求，設(shè)計出最底層要求的芯片級嵌入式計算機系統(tǒng)；即微小型化。 溫度自動檢測系統(tǒng) 發(fā)展 該 設(shè)計介紹了溫度計的測量和控制之間的關(guān)系：檢測是控制的基礎(chǔ)和前提，沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 序言 4 而檢測的精度必須高于控制的精確度，否則無從實現(xiàn)控制的精度要求?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展和檢測技術(shù)的發(fā)展是密切相關(guān)的。同時，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展達到的 水平越高，又為檢測技術(shù)、傳感器技術(shù)提供了新的前提手段。目前的溫度計中傳感器是它的重要組成部分，它的精度靈敏度基本決定了溫度計的精度、測量范圍、控制范圍和用途等。但是，作為應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計人員需要根據(jù)系統(tǒng)要求選用適宜的傳感器 ，并與自己設(shè)計的系統(tǒng)連接起來，從而構(gòu)成性能優(yōu)良的監(jiān)控系統(tǒng)。沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計 5 第二章 硬件的設(shè)計 系統(tǒng) 方案 的總體 設(shè)計 方案一 該案由單片機、模擬溫度傳感器 AD590、運算放大器、 AD 轉(zhuǎn)換器、 4 4 鍵盤、LCD 顯示電路、集成功率放大器、報警器組成。見 圖 21所示 : 圖 21 方案一溫度測量系統(tǒng)方案框圖 方 案二 該方案使用了 AT89S51 單片機作為控制核心 ,以智能溫度傳感器 DS18B20 為溫度測量元件，采用一 個溫度傳 感器對 溫度進行檢測，通過鍵盤模塊對溫度進行自動、手動設(shè)置，上、下限設(shè)置，超過其溫度值就報警。見 圖 22 所示 單片機L CD顯示模塊集成功放 報警器鍵盤模塊AD 轉(zhuǎn)換運算放大器 模擬溫度傳感器沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計 6 圖 22 方案二溫度測量系統(tǒng)方案框 圖 溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計：控制器采用單片機 AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20，用 4位 LED數(shù)碼管以 串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示 [1]。 按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動復(fù)位，使用比較方便，在程序跑 時，可 以手動復(fù)位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現(xiàn)復(fù)位 [4][5]。產(chǎn)品的主要技術(shù) 指標 ： （ 1） 采用單總線技術(shù)，與單片機通信只需要一根 I/O 線，在一根線上可以掛接多個DS18B20。 （ 3） 低壓供電，電源范圍從 3～ 5V，可以本地供電，也可以直接數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生電源方式）。 ℃。 溫度檢測系統(tǒng) 工作原理 利用 AT89C51 組成的數(shù)字溫度計的工作原理：溫度傳感器 DS18B20 將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)），傳感器可置于離裝置 150 米以內(nèi)的任何地方，輸出腳 I/O 直接與單片機的 相連， AT89C51 內(nèi)帶FlashROM，用戶程序存放在這里。系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器空控制程序是按照 DS18B20的通信協(xié)議編制。 主控制器 單片機 AT89C51 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)可用三節(jié)電池（ ）供電。該系列產(chǎn)品功能強，運行速度高，可靠性強，其為低電壓；高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4位的 EEPROM和 128位的 RAM，兼容 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)通用 8位CPU 和 Flash 存儲單元，可靈活運用于性價比高的應(yīng)用場合，所以設(shè)計中單 片機選取的型號為 AT89C51！ 圖 24 單片機管腳圖 （ 1） 主要性能參數(shù)： 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計 9 ①與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容 4K 字節(jié) EEPROM ② 1000 次擦寫周期 ③全靜態(tài)操作： 0HZ~24MHZ ④三級加密程序存儲器 ⑤ 23*8 字節(jié)的內(nèi)部 RAM ⑥ 32 個可編程 I/O 口線 ⑦ 2個 16位定時 /計數(shù)器 ⑧ 6 個中斷源 ⑨可編程串行 UART 通道 ⑩低功耗空閑和掉電模式述： （ 2）功能特性描述： AT89C51 提供以下標準功能： 4K 字節(jié) FLASH 閃速存儲器， 128 字節(jié)的內(nèi)部 RAM。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /記數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 VCC —— 電源端，接＋５Ｖ ～ —— P0口 當 P0 口作為普通輸入接口時，應(yīng)先向口鎖存器寫“ 1”。分時復(fù)用作為低 8位地址線和8位雙向數(shù)據(jù)總線使用。 當 P1 口用作輸入 接 口 時，應(yīng)先沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計 11 向口鎖存器寫“ 1”。作為普通 I/O口使用時，它是自帶上拉電阻的 8位準雙向 I/O，每 一 位可以能驅(qū)動４個ＬＳＴＴＬ負載 。 在訪問片外存儲器（擴展 RAM 或 ROM）時，作為高 8 位地址線使用。 可用作輸入口 ，應(yīng)先向口鎖存器寫“ 1”。當 振蕩器 在運行中只要復(fù)位管腳出現(xiàn) 2 個機器周期高電平，即可復(fù)位內(nèi)部。 ALE —— 地址鎖存使能。 PSEN —— 程序存儲使能。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 無效。 EA/VPP —— 外部尋址使能 /編程電壓。該引腳在對 FLASH 編程時 ，接 5V/12V 編程電壓 (Vpp)，如果保密位 1已編程， EA在復(fù)位時由內(nèi)部鎖存。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文