20春《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)計(jì)答案

網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)題目：基于單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中心：安徽阜陽奧鵬學(xué)習(xí)中心層次：專升本專業(yè)：電氣工程及自動化年級：2019年春季學(xué)號：學(xué)生姓名：

基于單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、概述??考慮到性價(jià)比，開發(fā)工具等等，選擇凌陽SPCE061A作為主控制器。根據(jù)系統(tǒng)測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，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(gè)領(lǐng)域。?溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)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(jì)算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶，特點(diǎn)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)。社會的發(fā)展使人們對傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。?本次設(shè)計(jì)的目的在于學(xué)習(xí)基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī)上。單片機(jī)數(shù)據(jù)采集之后，通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路溫度信號采集與顯示，可以使用按鍵來設(shè)置溫度限定值，通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，將實(shí)際溫度值顯示到數(shù)碼管上。2、器件的選擇AT89C51作為溫度測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件。該器件是INTEL公司生產(chǎn)的MCS—5l系列單片機(jī)中的基礎(chǔ)產(chǎn)品，采用了可靠的CMOS工藝制造技術(shù)。具有高性能的8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的CMOS產(chǎn)品。片內(nèi)含8Kbytes的可販毒擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)。片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征。?其具有如下性質(zhì)：?與MCS-51?產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容?（2）4K字節(jié)可重擦寫Flash閃爍存儲器。?壽命：1000寫/擦循環(huán)。?（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年。?（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz。?（6）三級程序存儲器鎖定。?（7）128*8位內(nèi)部RAM。?（8）32可編程I/O線。3、總體設(shè)計(jì)方案3.1系統(tǒng)整體硬件電路圖1仿真總體電路圖3.2AT89S51簡介Max232串口芯片AT89S52是89系列單片機(jī)的一種，它不但與8051，8052指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的程序存儲器采用FLASH工藝，用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。AT89S52單片機(jī)還支持在線編程，用戶通過簡單的電路連接就可以將電腦里的程序下載到單片機(jī)中，減少調(diào)試程序時(shí)不斷拆卸和插入給芯片帶來的損壞。此外AT89S52單片機(jī)有8KB的程序存儲器和256B的數(shù)據(jù)存儲器，不需外部擴(kuò)展存儲芯片，可以降低硬件電路的復(fù)雜度。溫度傳感器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，本系統(tǒng)選用的是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。本系統(tǒng)中DS18B20的DQ口與單片機(jī)的P1.0口連接，GND接地，VDD接電源，信號和5V電源之間的接上一個(gè)上拉電阻R。DS18B20簡介：DS18B20有三個(gè)主要數(shù)字部件組成：64位激光ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55°C~+125°C，被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，在-10~+85°C范圍內(nèi)，精度為±0.5°C。DS18B20采集到的現(xiàn)場溫度直接以先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。DS18B20可程序設(shè)定9~12位的分辨率，精度可達(dá)±0.5°C。DS18B20具有內(nèi)置的EEPROM，用戶設(shè)定的分辨率和報(bào)警溫度都可存儲在其中，且掉電后依然存在。CPU只需一根端口線就能與DS18B20進(jìn)行通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與前一代產(chǎn)品（DS1820溫度傳感器）不同，DS18B20支持3.0V~5.5V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。如圖J1所示，DS18B20有三個(gè)管腳：3腳GND為電源地，2腳DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端，1腳VDD為外接供電電源接入端（用寄生電源方式時(shí)接地）。在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)理論上總線可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85℃。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，該溫度顯示模塊采用七段數(shù)碼管顯示電路，數(shù)碼管選用共陽極數(shù)碼管，如圖U3示，以動態(tài)方式顯示，顯示數(shù)據(jù)由P1口送出，位控信號由P2口送出，經(jīng)74LS244進(jìn)行信號放大，以產(chǎn)生足夠大的電流驅(qū)動數(shù)碼管顯示。流程圖如圖示：AT89S52單片機(jī)內(nèi)部含有一個(gè)可編程全雙工串行通信接口，由TXD引腳來傳送串行數(shù)據(jù)，而由RXD引腳來接收數(shù)據(jù)。該接口具有UART(通用異步接收和發(fā)送器)的全部功能，它不僅能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個(gè)同步移位寄存器使用，可構(gòu)成雙機(jī)或者多機(jī)通信系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器報(bào)警電路，它由晶體管和蜂鳴器組成。當(dāng)溫度的測量值超出給定的上下限時(shí)，由單片機(jī)的P3.7口輸出信號控制晶體管導(dǎo)通，則蜂鳴器報(bào)警。本系統(tǒng)采用AT89S52作為核心處理器件，把經(jīng)過DS18B20現(xiàn)場實(shí)時(shí)采集到的溫度數(shù)據(jù)，存入AT89S52的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，并送LED數(shù)碼管顯示，并與溫度的設(shè)定值進(jìn)行比較，然后由單片機(jī)輸出控制信號去控制外部設(shè)備。進(jìn)行溫度控制程序的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮越限報(bào)警，當(dāng)采集到的溫度值與溫度的設(shè)置值進(jìn)行比較后，若發(fā)現(xiàn)當(dāng)前溫度值越限，則產(chǎn)生報(bào)警信號。與硬件電路相關(guān)聯(lián)，本溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)部分：主程序，溫度上下限值設(shè)定子程序、溫度讀取子程序、溫度顯示子程序、串口通信子程序、輸出控制子程序和報(bào)警子程序等。其中溫度上下限值設(shè)定子程序完成對溫度范圍值的設(shè)定及數(shù)據(jù)保存；溫度讀取子程序完成對溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取，并通過溫度顯示子程序顯示溫度值；串口通信子程序?qū)⒉杉降臏囟葦?shù)據(jù)傳送到PC機(jī)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；輸出控制子程序根據(jù)采集到的溫度數(shù)據(jù)完成對外部設(shè)備的控制；報(bào)警子程序則當(dāng)采集到的溫度數(shù)據(jù)超過設(shè)定的溫度上下限值時(shí)報(bào)警。3.3硬件電路設(shè)計(jì)及描述硬件電路由：Ds18b20，max232芯片，晶振，復(fù)位電路，聲光報(bào)警電路，8051單片機(jī)等組成。DS18b20詳細(xì)引腳功能描述：外觀圖：GND地信號。DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下時(shí)，也可以向器件提供電源。VDD外接供電電源輸入端。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。DS18B20讀出的溫度結(jié)果的數(shù)據(jù)為兩字節(jié)，用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供。因此在系統(tǒng)中要將得到的溫度值數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換才能用于顯示。這兩個(gè)數(shù)據(jù)格式如圖所示:MSBLSBSSSSS262524MSBLSB232221202-12-22-32-4高8位中的高5位是符號位，表示是零下還是零上。高8位中的低3位D6，D5，D4和低8位中的高4位D３，D２，Ｄ１，Ｄ０構(gòu)成溫度的整數(shù)部分。低８位中的Ｄ－１，D－２，Ｄ－３，Ｄ－４位溫度的小數(shù)部分。max232芯片，MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電。在制作電路前我們先來看看要用的MAX232，這里我們不去具體討論它，只要知道它是TTL和RS232電平相互轉(zhuǎn)換的芯片和基本的引腳接線功能就行了。通常我會用兩個(gè)小功率晶體管加少量的電路去替換MAX232，可以省一點(diǎn)，效果也不錯。下圖就是MAX232的基本接線圖。圖為MAX232聲光報(bào)警電路，可實(shí)現(xiàn)簡易的發(fā)音功能，如圖所示，復(fù)位電路：復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，復(fù)位后計(jì)算機(jī)就從這個(gè)狀態(tài)開始工作。在復(fù)位期間，CPU并沒有開始執(zhí)行程序是在做準(zhǔn)備工作。無論是在在計(jì)算機(jī)剛上電時(shí)，斷電后，還是系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)都需要復(fù)位。MCS-51單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路來實(shí)現(xiàn)，為了確保復(fù)位，RST引腳上的高電平一般要維持大約10秒以上。MCS-51單片機(jī)的復(fù)位原理也可分成上電復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種，如