单片机温度监测与控制.docx
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单片机温度监测与控制.docx
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单片机温度监测与控制
设计题目:
温度检测控制
设计时间:
2013.6.24——2013.7.5
设计任务:
在proteus中画出原理图或实物,编制程序,实现以下功能:
1、理解的工作原理。
2、编制驱动程序,实用LED数码管显示温度。
背景资料:
1、单片机原理与应用
2、DS18B20检测技术
3、计算机原理与接口技术
进度安排:
1、第一天,领取题目,熟悉设计内容,分解设计步骤和任务;
2、第2-3天,规划设计软硬件,编制程序流程、绘制硬件电路。
3、第4-6天,动手制作硬件电路,或编写软件,并调试。
4、第7天,中期检查。
5、第9-10天,完善为完成内容,书写设计报告。
6、第11天,提交设计报告,整理设计实物,等待答辩。
7、第12天,设计答辩。
一、设计方案
测温部分:
采用18B20作为温度传感器
控制部分:
89C51最小系统
显示部分:
LED显示,
连接实物图显示实际效果
2、硬件系统设计
一、1、AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
外形及引脚排列如图所示
2、单片机外部最小系统电路
复位系统内部时钟方式
2、DS18B20温度传感器
1、DS18B20数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁
铁吸附式,不锈钢封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874等等。
主要根据应用场合的不同而改变其外观。
封装后的DS18B20可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合。
耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
2、技术性能描述
①、独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
②、测温范围-55℃~+125℃,固有测温误差(注意,不是分辨率,这里之前是错误的)1℃。
③、支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,最多只能并联8个,实现多点测温,如果数量过多,会使供电电源电压过低,从而造成信号传输的不稳定。
④、工作电源:
3~5V/DC(可以数据线寄生电源)
⑤、在使用中不需要任何外围元件
⑥、测量结果以9~12位数字量方式串行传送
⑦、不锈钢保护管直径Φ6
⑧、适用于DN15~25,DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温
⑨、标准安装螺纹M10X1,M12X1.5,G1/2”任选
⑩、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。
3、DS18B20引脚说明
序号
名称
引脚功能描述
1
GND 地信号
地信号
2
DQ
数字输入输出引脚,开漏单总线接口引脚,当使用寄生电源时,可向电源提供电源
3
VDD
可选择的VDD引脚,当工作于寄生电源时,该引脚必须接地
4、温度数据关系
5、温度转换计算方法举例
例如当DS18B20采集到+125℃的实际温度后,输出为07D0H,则:
实际温度=07D0H╳0.0625=2000╳0.0625=125°C。
例如当DS18B20采集到-55℃的实际温度后,输出为FC90H,则应先将11位数据位取反加1得370H(符号位不变,也不作为计算),则:
实际温度=370H╳0.0625=880╳0.0625=55°C
DS18B20工作过程一般遵循以下协议:
初始化——ROM操作命令——存储器操作命令——处理数据
6、DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
DS18B20可以采用两种方式供电,一种是采用电源供电方式,此时DS18B20的一脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源。
另一种是寄生电源供电方式,如图2-5所示单片机端口接单线总线,为保证有效的DS18B20始终周期内提供足够的电流,可以用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。
DS18B20与单片机接口
7、硬件电路连接图
3、软件系统设计
软件流程框图
主程序流程图读温度流程图
主程序
主要功能是负责温度的实时显示,读出并处理DS18B20的测量的当前温度值,温度测量每1s进行一次,这样可以在一秒之内测量一次温度
读程序
主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需要进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。
温度转换命令子程序
主要是发温度转换开始命令,本程序采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换命令流程图
计算温度子程序
将RAM中读取进行BCD码的转换运算,并进行温度值正负的判定。
显示数据刷新子程序
主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作,当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。
计算温度流程图显示数据刷新流程图
四、仿真调试
(1)KeilC51单片机软件开发系统的整体结构
C51工具包的整体结构,uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境(IDE),可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。
然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。
目标文件可由LIB51创建生成库文件,也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。
ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件,以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
(2)使用独立的Keil仿真器时,注意事项
●仿真器标配11.0592MHz的晶振,但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。
●仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片,不复位目标系统。
●仿真芯片的31脚(/EA)已接至高电平,所以仿真时只能使用片内ROM,不能使用片外ROM;但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连,故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM(其CPU的/EA引脚接至低电平)的目标系统中使用。
●调试结果
(3)结果分析
在运行仿真结果时通过改变温度传感器DS18B20的温度,然后调用各种子函数,可以改变液晶显示1602的第二行显示数据,说明程序编写正确。
五.总结
经过将近两周的单片机课程设计,我终于完成了数字温度计的设计,虽然没有完全达到设计要求,但从中学到了不少课堂上所学不到的实际知识。
我们认为,在这次的课程设计中,在收获知识的同时,还收获了阅历,收获了成熟,在此过程中,我们通过查找大量资料,请教老师,以及不懈的努力,不仅培养了独立思考、动手操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是,在实验课上,我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的,真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战,只有不断的学习、实践,再学习、再实践。
之所以使用单片机作为我们的执行核心,不仅是因为老师说单片机现在是社会上应用最广泛的工具,也因为想通过使用单片机锻炼自己的c 语言编程能力,养成良好的c语言编程风格。
不管怎样,这些都是一种锻炼,一种知识的积累,能力的提高。
完全可以把这个当作基础东西,只有掌握了这些最基础的,才可以更进一步,取得更好的成绩。
很少有人会一步登天吧。
永不言弃才是最重要的。
而且,这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后,不管有多苦,我想我们都能变苦为乐,找寻有趣的事情,发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样,我们都可以在实验结束之后变的更加成熟,会面对需要面对的事情。
与队友的合作更是一件快乐的事情,只有彼此都付出,彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。
而团队合作也是当今社会最提倡的。
参考文献
[1]邓立新.单片机原理及应用(C51语言)清华大学出版社.2012
[2] 李朝青.单片机原理及接口技术(简明修订版).杭州:
北京航空航天大学出版社,1998.
[3] 李广弟.单片机基础.北京:
北京航空航天大学出版社,1994.
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- 关 键 词:
- 单片机 温度 监测 控制