數(shù)字溫度計設(shè)計-論文

1、-. z物理與電子工程學(xué)院數(shù)字溫度計設(shè)計課程設(shè)計報告書設(shè)計題目： 數(shù)字溫度計設(shè)計 摘 要隨著科技的進步和社會的開展，人們越來越重視產(chǎn)品的溫度因素，許多產(chǎn)品對溫度圍要求嚴(yán)格，而目前市場上普遍存在的溫度檢測裝置大都是單點測量，同時有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定。在這樣的形式下，開發(fā)一種能夠同時測量多點，并且實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫度信息的測量系統(tǒng)就很有必要。本次課程設(shè)計將介紹一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計，此溫度計屬于多功能溫度計，用LED數(shù)碼管直讀顯示溫度，并且可以設(shè)置上下報警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置圍時，可以報警。研究具有一定的測量圍并能

2、夠通過LED顯示出來溫度的溫度計。關(guān)鍵詞：單片機，數(shù)字控制，溫度計目 錄引言 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc2188660971 方案設(shè)計1.1設(shè)計的容及要求12方案辯證HYPERLINK l _Toc2188661042 系統(tǒng)的硬件設(shè)計HYPERLINK l _Toc2188661052.1 校正網(wǎng)絡(luò)設(shè)計HYPERLINK l _Toc2188661062.2 校正后系統(tǒng)仿真HYPERLINK l _Toc2188661073 校正前后性能比擬HYPERLINK l _Toc2188661083.1 頻域分析HYPERLINK l _Toc218866109

3、3.2 時域分析HYPERLINK l _Toc2188661104 總結(jié)及體會HYPERLINK l _Toc218866111參考文獻一級標(biāo)題用小三號宋體。二、三級標(biāo)題用四號宋體引 言現(xiàn)代社會對各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和準(zhǔn)確度的要求都有了幾何級的增長，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息根底的開展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機技術(shù))中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

4、中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的開展經(jīng)歷了三個開展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器模擬集成溫度傳感器智能集成溫度傳感器。目前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶，特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。本文將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的構(gòu)造特征及控制方法，并對以此傳感器，89S51單片機為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度測量裝置的工作原理及程序設(shè)計作了詳細的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計相比，其具有讀數(shù)方便，測溫圍廣，測

5、溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫要求比擬準(zhǔn)確的場所，或科研實驗室使用。該設(shè)計控制器使用ATMEL公司的AT89S51單片機，測溫傳感器使用DALLAS公司DS18B20，用3位共陽極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度顯示。1 方案設(shè)計1.1設(shè)計的容及要求 1、測溫圍為30120，精度為0.5； 2、LED數(shù)碼管直讀顯示，當(dāng)溫度為負則最高位顯示號，最低位顯示單位C； 3、當(dāng)溫度不在測量圍120時，蜂鳴器報警且發(fā)光二極管 閃爍。設(shè)計中采用AT89S52單片機P3 .5口控制溫度傳感器DS18B20的溫度測量，以四位數(shù)碼感形式輸出測量溫度，原理圖如下列圖1、圖2所示：圖1 DS18B2

6、0與單片機接口原理 圖2總體設(shè)計方框圖12方案辯證1、溫度計軟件設(shè)計流程圖： 設(shè)置堆棧指針將溫度轉(zhuǎn)換為BCD碼發(fā)讀存儲器命令讀溫度數(shù)據(jù)復(fù)位DS18B20發(fā)跳過ROM命令顯示緩沖區(qū)初始化更新數(shù)據(jù)緩沖區(qū)延時發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令復(fù)位DS18B20發(fā)跳過ROM命令開場2、元器件的選?。簡纹瑱C芯片的選取：方案一.采用89C51芯片作為硬件核心，利用Flash ROM，部具有4KB ROM 存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設(shè)計中時由于不具備ISP在線編程技術(shù), 當(dāng)在對電路進展調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，對芯片的屢次拔插會對芯片造

7、成一定的損壞。方案二:采用AT89C51單片機與MCS-51系列單片機相比有兩大優(yōu)勢：第一，片程序存儲器采用閃存，使程序的寫入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路的體積更小，且管腳數(shù)目為20個，與MCS-51相比減少一倍，使理解更容易。綜上所述：本課設(shè)中單片機芯片采用AT89C51。 溫度傳感器的選取： 方案一：采用熱敏電阻傳感器。利用熱敏電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為能量的變化，進而制成溫度計。但是其測溫傳感器比擬復(fù)雜，而且不易通過編制程序來控制測溫精度，增大系統(tǒng)設(shè)計的難度。 方案二： 采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20的部3腳或8腳封裝；使用特

8、有的溫度測量技術(shù)，將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號；3.05.5V的電源供電方式和寄生電源供電方式；ROM由64位二進制數(shù)字組成，共分為8個字節(jié)；RAM由9個字節(jié)的高速暫存器和非易失性電擦寫ROM組成。綜上所述：溫度傳感器選取智能測溫器件DS18B20。本設(shè)計顯示電路采用1602液晶顯示模塊芯片。3系統(tǒng)最終設(shè)計方案：綜上各方案所述,對此次課設(shè)的方案選定: 采用AT89C51作為主控制系統(tǒng); 1602液晶顯示模塊芯片作為溫度數(shù)據(jù)顯示裝置;而智能溫度傳感器DS18B20器件作為測溫電路主要組成局部。至此，系統(tǒng)最終方案確定。2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1硬件電路框圖： 單片機芯片AT89C51復(fù)位電路晶振控制16

9、02 顯示器溫度檢測電路DS18B20報警溫度調(diào)整鍵蜂鳴器，指示燈圖總體設(shè)計方框圖2.2硬件電路概述：系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵、溫度傳感器等組成。本電路是由AT89C2051單片機為控制核心，具有與MCS-51系列單片機完全兼容，程序加密等功能，帶2KB字節(jié)可編程閃存，工作電壓圍為2.76V，全靜態(tài)工作頻率為024MHZ；顯示電路由1602液晶顯示模塊芯片，可以進展多行顯示；溫度報警按鍵設(shè)為五個，可以顯示華氏溫度，調(diào)節(jié)上下報警溫度；溫度傳感器電路主要由DS18B20測溫器件構(gòu)成，該器件主要功能有：采用單總線技術(shù)；每只DS18B20具有一個獨立的不可修改的64位序列號；低壓供電，電源

10、圍為35V；測溫圍為-20+125，誤差為0.5；復(fù)位電路是10K電阻構(gòu)成的上電自動復(fù)位。2.3主控電路單片機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)可用二節(jié)電池供電。晶振采用12MHZ。復(fù)位電路采用上電加自動復(fù)位。主控芯片AT89C51 晶振電路 復(fù)位電路2.4顯示電路本設(shè)計顯示電路采用1602液晶顯示模塊芯片，該芯片可現(xiàn)實16*2個字符，比以前的七段數(shù)碼管LED顯示器在顯示字符的數(shù)量上要多得多。另外，由于1602芯片編程比擬簡單，界面直觀，因此更加易于使用者的操作和觀測。1602A芯片的接口信號說明如下表

11、：1602A芯片的接口信號說明圖 液晶顯示電路25報警溫度調(diào)節(jié)電路本系統(tǒng)一共設(shè)置了五個按鍵，k1鍵只是顯示華氏溫度，k4鍵按下不松開顯示上下報警溫度，松開后恢復(fù)顯示正常溫度，k2鍵和k3鍵是分別用來調(diào)節(jié)上下報警溫度，k鍵控制調(diào)節(jié)時的上調(diào)或下調(diào)。具體調(diào)節(jié)如將高溫報警溫度調(diào)高，第一步將k4鍵按下不松，k鍵升起位置，調(diào)節(jié)k2鍵，則高溫報警溫度向上增加，反之亦然。低溫報警同理。圖 報警點調(diào)節(jié)電路2.6溫度傳感器及DS18B20測溫原理DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改良型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的

12、編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：1獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進展通信，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。2DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)測溫；3無須外部器件，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；4可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓圍為3.0-5.5；5零待機功耗；6溫度以9或12位數(shù)字，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫；7用戶可定義報警設(shè)置；8報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度溫度報警

13、條件的器件；9負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；10測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其引腳排列及部構(gòu)造框圖如圖及測溫原理圖如下所示：圖 引腳排列圖 部構(gòu)造框圖預(yù)置斜率累加器比擬低溫度系數(shù)振蕩器計數(shù)器1溫度存放器T*預(yù)置=0高溫度系數(shù)振蕩器-0計數(shù)器2T1加1停頓T2圖 DS18B20測溫原理圖64位ROM的構(gòu)造開場8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20

14、可以采用一線進展通信的原因。溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的構(gòu)造為8字節(jié)的存儲器，構(gòu)造如圖4所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置存放器，它的容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時存放器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖5所示。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用

15、戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。溫度 LSB溫度 MSBTH用戶字節(jié)1TL用戶字節(jié)2配置存放器保存保存保存CRCTMR1R011111圖5 DS18B20的字節(jié)定義 DS18B20的分辨率定義如表1所示表1 分辨率設(shè)置表R0R1分辨率最大溫度轉(zhuǎn)移時間009位96.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms由表1可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時間比擬長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換過程是：每一次讀寫之前都要對DS18B20進展復(fù)位，即將數(shù)

16、據(jù)總線下拉500us，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16-60us左右，之后發(fā)出60-240us的存在低脈沖，主CPU收到此此信號表示復(fù)位成功；復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，然后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進展預(yù)訂的讀寫操作。表2 ROM指令集指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS18B20中的編碼符合ROM55H發(fā)出此命令后，接著發(fā)出64位ROM編碼，單線總線上與該編輯相對應(yīng)的DS18B20使之做出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀寫作準(zhǔn)備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上的DS18B20個數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各器件作準(zhǔn)備跳過ROM0CCH忽略64位R

17、OM地址，直接向DS18B20發(fā)送溫度變換指令告警搜索命令0ECH執(zhí)行后，只有溫度跳過設(shè)定值上限或下限的片子才能做出反響表3 RAM指令集指令約定代碼功能溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18B20進展溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器0BEH讀暫存器9個字節(jié)容寫暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)復(fù)制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中重調(diào)E2RAM0B8H把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀供電方式0B4H啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPUDS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)

18、器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門翻開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進展計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將最低溫所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1、溫度存放器中，計數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在最低溫所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進展減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度存放器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開場對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進展計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計

19、數(shù)到0時，停頓溫度存放器的累加，此時溫度存放器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度存放器值大致被測溫度值。測溫電路1 位置隨動系統(tǒng)小三號字，黑體1.1 位置隨動系統(tǒng)工作原理四號字，黑體位置隨動系統(tǒng)通常由測量元件、放大元件、伺服電動機、測速發(fā)電機、齒輪系及繩輪等組成，采用負反響控制原理工作，其原理圖如圖1所示。小四號字、宋體首行縮進圖1 位置隨動系統(tǒng)原理圖圖序、圖名和圖內(nèi)文字一律采用宋體五號字，表名和表頭加粗。上下與正文空一行。在圖1中測量元件為由電位器Rr和Rc組成的橋式測量電路。負載固定在電位器Rc的滑臂上，因此電位器Rc的輸

20、出電壓Uc和輸出位移成正比。當(dāng)輸入位移變化時，在電橋的兩端得到偏差電壓U=Ur-Uc，經(jīng)放大器放大后驅(qū)動伺服電機，并通過齒輪系帶動負載移動，使偏差減小。當(dāng)偏差U=0時，電動機停頓轉(zhuǎn)動，負載停頓移動。此時=L,說明輸出位移與輸入位移相對應(yīng)。測速發(fā)電機反響與電動機速度成正比，用以增加阻尼，改善系統(tǒng)性能。多倍行距，1.25表表序、表名和表內(nèi)文字一律采用宋體五號字，表名和表頭加粗。上下與正文空一行。1 08年深市435家公司的部控制詳細披露情況統(tǒng)計按照是否詳細披露分類數(shù)量個比重詳細披露26861.61%簡單披露其中：滿足2款要求的簡單披露滿足1款要求的簡單披露滿足0款要求的簡單披露16798333638.39%22.53%7.58%8.28%合計435100%參 考 文 獻1康華光.電子技術(shù)根底第五版 J. 電氣電子教學(xué)學(xué)報,20072介華主編.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo) J .：高等教育, 19973畢滿清主編.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計M. 機械工業(yè), 20014汝全.電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊 J .：機械工業(yè),2004附 錄課程設(shè)計中的程序如下：課程設(shè)計成績評定表院系： 物理與電子工程學(xué)院 班級： ： *：工程分值優(yōu)秀(*90%)良好(90%*80%)中等(80%*70%)及格(70%*60%)不及格(*60%)評分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參