最新毕业设计基于单片机AT89C52温度采集器设计Word格式文档下载.docx
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monolithicintegratedcircuit;
temperature;
第一章概述……………………………………………………………………………………………4
1.1本课题的研究目的及意义………………………………………………………………………4
1.2已了解的本课题国内外研究现状………………………………………………………………4
第二章系统的总体设计思想……………………………………………………………………5
2.1系统总体方案……………………………………………………………………………………5
2.2硬件各模块的设计………………………………………………………………………………6
2.2.1主机………………………………………………………………………………………6
2.2.2温度检测…………………………………………………………………………………9
2.2.3温度显示…………………………………………………………………………………9
第三章硬件电路的实现…………………………………………………………………………9
3.1温度检测方法…………………………………………………………………………………10
3.2温度检测原理与实现…………………………………………………………………………10
3.2.1传感器的选择……………………………………………………………………………10
3.2.2校准电路…………………………………………………………………………………11
3.2.3计算公式…………………………………………………………………………………11
3.3温度采集与显示设计…………………………………………………………………………11
第四章控制系统的软件结构和程序框图…………………………………………………12
4.1主程序…………………………………………………………………………………………13
4.2数据读取………………………………………………………………………………………13
4.3显示……………………………………………………………………………………………14
第五章原理图和PCB图的绘制………………………………………………………………15
5.1Protel99设计原理图……………………………………………………………………………15
5.1.1设计原理图………………………………………………………………………………15
5.1.2用PCB系统设计PCB板的7个步骤………………………………………………………16
5.2硬件电路板的制作………………………………………………………………………………17
第六章软硬件调试…………………………………………………………………………………18
第七章设计总结……………………………………………………………………………………19
参考文献…………………………………………………………………………………………………21
附录一(软件程序)…………………………………………………………………………………22
附录二(硬件电路图)………………………………………………………………………………27
附录三(硬件实物图)………………………………………………………………………………28
第1章概述
1.1本课题的研究目的及意义
实际上,电子工程师就是将一堆器件搭在一起,注入思想(程序),完成原来的这些器件分离时无法完成的功能,做成一个成品。
所需要的技能越高、功能越复杂、成本越低、市场上对相应的东东的需求越大,就越成功。
这就是电子工程师的自身的价值。
从成本到产品售出,之间的差价就是企业的追求。
作为企业的老板,是在市场上去寻找这样的应用;
对电子工程师而言,是将老板提出的需求或者应用按照一定的构思原则(成本最低、可靠性最高、电路板最小、功能最强大等)在最短的时间内完成。
最短的时间,跟电子工程师的熟练程度、工作效率和工作时间直接有关。
这就是电子工程师的价值。
随着“信息时代”的到来,作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步,其应用领域越来越广泛,对其要求越来越高,需求越来越迫切。
传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。
因此,了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。
由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号,使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制,但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。
传感器主要用于测量和控制系统,它的性能好坏直接影响系统的性能。
因此,不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标,还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求,而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解,才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来,适应传感器的生产、研制、开发和应用。
另一方面,传感器的被测信号来自于各个应用领域,每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效,各自都在开发研制适合应用的传感器,于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。
温度传感器是其中重要的一类传感器。
其发展速度之快,以及其应用之广,并且还有很大潜力。
本课题涉及单片机硬件、软件的设计,印刷线路板的设计,字符编码技术,功率放大,单片机与上位机通讯技术等,通过本课题的研究,可使同学对四年的专业学习进行总结、实践和提高,为就业和今后从事专业工作打好基础。
1.2已了解的本课题国内外研究现状
电子仪器是对物质世界的信息进行测量与控制的基本手段。
发展中国家对精密仪器的需求正在逐年增加,智利、捷克、洪都拉斯、印度、中国、厄瓜多尔和埃及近几年精密仪器进口以年平均~的速度增长。
在东欧,引人注目的市场是捷克、波兰和罗马尼亚。
由于大型环保工程为计划性出口,捷克对仪器有很大需求。
波兰是东欧最大的仪表市场,国内生产有限,进口壁垒少,用于科学研究的设备免征关税。
乌克兰等其它东欧国家的主要需求部门是科学研究和教育机构。
俄罗斯和乌克兰精于生产各种测量仪,但在自动控制仪器、周边设备和软件等方面比西方国家差。
在非洲,埃及和摩洛哥是重要的仪器市场。
近年埃及政府拨款亿美元改造科学研究机构的装备,仪器几乎全部靠进口。
进口较多的产品包括化学分析仪器、光学仪器和检测仪器。
尼日利亚对精密仪器需求很少,但对药品和化妆品的标准要求非常严格,迫使生产企业大量购买检测仪表。
仪器仪表信息技术正在向高耗低产局面转变。
现代的测温技术主要分两方面,一是“遥测”,即温度传感器(也叫温度探头)与被测物有一定的距离,通过测量红外线或其它对温度敏感的不可见光线或射线的变化的物理量来作为判断被测物体的温度;
另一方面是直接测量,即温度传感器与被测物体直接接确,通过热的传导原理来直接测得被测物体的实际温度。
我国温度仪表的水平:
1.常规产品能满足国内的基本需求
无论是接触式温度仪表中的热电偶、热电阻和其他测温仪表,或是辐射式温度仪表中的各种红外温度计,国产温度仪表都基本上能满足国内工业自动化行业的需求。
实际上,其他行业引进国外技术过程中附带进入国内的温度仪表,大部分也可用国产温度仪表替代。
当然,很多现场还需要仪表工作者去做细致工作。
总体上,这类温度仪表我们与国外产品的差距不是很大。
2.高、精、稀、贵产品与国际先进水平差距明显
这类产品的用量不大且价格昂贵,但它是科研工作和少数企业需要的。
如Mikron公司的高温黑体辐射源,温度上限可达3500~4000℃,我们国内产品只能达3200℃。
第2章系统的总体设计思想
2.1系统总体方案设计
该系统主要由四大部分组成:
前向信号采集、放大滤波电路,A/D变换电路、温度显示。
该系统是以AT89C52单片机为核心进行设计的,这里充分利用了单片机的数据处理及实时检测能力、对温度信号进行实时检测。
温度信号是由灵敏度高、测量准确、性能可靠的热温度传感器AD590提供的,通过放大将电流信号转换为电压信号,由AD对模拟电压信号转换成数字信号,然后由单片机对数字信号进行采集、处理,将温度信号送LED显示。
2.2硬件各模块的设计
系统的硬件电路包括主机(AT89C52)、温度检测、温度显示等三大主要部分。
图2.1为系统的结构图。
图2.1系统的结构模块图
2.2.1主机
由于单片机是按工业测控环境要求设计的,抗干扰能力强,环境要求不高,灵活性好,体积轻,可以降低系统的成本获得较好的性能。
单片机基本系统以89C52为核心,单片机选用AT89C52,AT89C52是一种低功耗、高性能的CMOS型8位微型计算机,它有具有8K在系统可编程Flash存储器,256字节RAM,32线I/O口,3个16位定时/计数器,6向量两极中断,一个双工串行口,具有片内自激振荡器和时钟电路等标准功能。
此外,AT89C52设有静态逻辑,用于运行到零频率,并支持软件选择的节电运行方式和空闲方式使CPU停止工作,而允许RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。
在掉电方式下,片内振荡器停止工作,由于时钟被冻结,一切功能都停止,只有片内RAM的内容被保存,直到硬件复位才恢复正常工作。
芯片上的EEPROM允许在线(+5V)电擦除、电写入或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。
一般专为ATMELAT89Cx做的编程器均带有这些功能,单片机对开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短。
写入单片机内的程序还可以进行加密。
这些都是其他机种不能比拟的,所以我们选用AT89C52。
引脚结构如图2.2:
图2.2AT89C52引脚结构图
VCC:
电源
GND:
地
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;
在程序校验时,输出指令字节。
程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如表2.1所示。
在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。
引脚号
第二功能
P1.0
T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出
P1.1
T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)
P1.5
MOSI(在系统编程用)
P1.6
MISO(在系统编程用)
P1.7
SCK(在系统编程用)
表2.1
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR)时,P2口送出高八位地址。
在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址(如MOVX@RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如表2.2所示。
在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。
P3.0
RXD(串行输入)
P3.1
TXD(串行输出)
P3.2
INT0(外部中断0)
P3.3
P3.4
T0(定时器0外部输入)
P3.5
T1(定时器1外部输入)
P3.6
WR(外部数据存储器写选通)
P3.7
RD(外部数据存储器写选通)
表2.2
RST:
复位输入。
晶振工作时,RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
看门狗计时完成后,RST脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下,复位高电平有效。
ALE/PROG:
地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低8位地址的输出脉冲。
在flash编程时,此引脚(PROG)也用作编程输入脉冲。
在一般情况下,ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE脉冲将会跳过。
如果需要,通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”,ALE操作将无效。
这一位置“1”,ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
否则,ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位(地址为8EH的SFR的第0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
PSEN:
外部程序存储器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号。
当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,PSEN将不被激活。
EA/VPP:
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令,EA必须接GND。
为了执行内部程序指令,EA应该接VCC。
在flash编程期间,EA也接收12伏VPP电压。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
主要性能
●与MCS-51单片机产品兼容
●8K字节在系统可编程Flash存储器
●1000次擦写周期
●全静态操作:
0Hz~33Hz
●三级加密程序存储器
●32个可编程I/O口线
●三个16位定时器/计数器
●八个中断源
●全双工UART串行通道
●低功耗空闲和掉电模式
●掉电后中断可唤醒
●看门狗定时器
●双数据指针
●掉电标识符
2.2.2温度检测
这部分包括温度传感器、变送器和A/D转换器三部分。
传感器可采用电流型传感器,其随着温度的变化输出相应的线形变化的电流,该电流通过一定的电阻转换成响应的电压送入变送器。
变送器可采用一定放大倍数的放大器,放大倍数以能输出适合单片机处理的信号为宜。
然后变送器输出信号进入A/D转换器,因为系统控制精度在0.5℃,所以采用双积分型A/D转换器。
2.2.3温度显示
本系统设有3位LED数码显示器,可直接用单片机的I/O口,采用并行口进行数据传送,采用软件进行动态扫描。
第3章硬件电路的实现
3.1温度检测方法
温度的检测方法,一般采用热敏元件,如热电阻、热敏电阻、温敏二极管、温敏三极管等测温元件。
热敏电阻的工作原理:
热敏电阻的阻值随温度的升高而成非线性急剧变化,一般具有负的温度系数,其阻值随温度升高而急剧减小,只有少数具有正的温度系数。
热电阻的工作原理:
热电阻的阻值随温度的升高而增大并且阻值随温度按照近似的线性关系缓慢变化。
3.2温度检测原理与实现
温度检测采用图3.1电路
图3.1温度检测电路
3.2.1传感器的选择
AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。
它的主要特性如下:
1、流过器件的电流(mA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数,即:
mA/K
式中:
—流过器件(AD590)的电流,单位为mA;
T—热力学温度,单位为K。
2、AD590的测温范围为-55℃~+150℃。
3、AD590的电源电压范围为4V~30V。
电源电压可在4V~6V范围变化,电流
变化1mA,相当于温度变化1K。
AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会被损坏。
4、输出电阻为710MW。
5、精度高。
AD590共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在-55℃~+150℃范围内,非线性误差为±
0.3℃。
具有体积小、重量轻、线形度好、性能稳定等优点、它的测量温度—50~+150度,满刻度范围误差为+-0.3,当电源电压早5~10V之间,稳定度为1%时,误差为0.01度,完全合格。
3.2.2校准电路:
本电路的校准步骤如下:
首先将传感器AD590放入冰水中(0℃),调整电路,使得电路输出为0mV(用万用表测试)。
然后再将传感器AD590放入沸水中(100℃),调整电路,使得电路输出为100mV(用万用表测试),校准即可结束。
只要温度有变化,传感器AD590输出电流就会发生变化,经过运放放大电路后就立刻得到一个新的电压值,经ADC0809模数转换后得到新的温度数字量,经单片机处理送LED显示,温度就会连续不段的显示出来。
3.2.3计算公式:
运放:
两个功能
1.减法:
将AD590电压减去243毫伏(实测);
2.乘法:
放大48倍。
即AD输入电压Vin=(K*0.981/1000-0.243)*48
Vin=BUFF/255*5.2
=>(K*0.981/1000-0.243)*48=BUFF/255*5.2(K=T+273)
=>T=(42*48*BUFF-3000)/100
3.3温度采集与显示设计
温度传感器AD590经LM324放大电路,将温度信号转换为电压信号,通过A/D变换器ADC0809,将温度信号传送给单片机AT89C52。
单片机通过查询方式将ADC0809转换的数字信号进行采集处理,送LED进行显示。
显示电路采用动态扫描,单片机P1口通过锁存器74LS573将要显示数字的段码送至8段LED进行显示,8段LED为共阴极,位码由单片机的P2口进行片选。
如下图所示:
图3.2显示电路
第4章控制系统的软件结构和程序框图
软件设计的成功与否关系到整个系统能否具有使用灵活。
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- 最新 毕业设计 基于 单片机 AT89C52 温度 采集 设计