智能儀器課程設計報告

..精品精品.精品天津電子信息職業(yè)技術學院傳感器技能實訓課題名稱智能溫度測溫系統(tǒng)姓名王先民學號20班級電信S10-1專業(yè) 電子信息工程技術所在系電子技術系指導教師岑永祚完成日期2011年12月11日..精品精品.精品主要內(nèi)容溫度傳感器DS18B20采集環(huán)境模擬信號，其輸出送入AT89C51，單片機在程序的控制下，將處理過的數(shù)據(jù)送到移位寄存器74LS164，經(jīng)74LS164輸出后驅動三位數(shù)碼管顯示。當被測溫度高于18℃時，單片機發(fā)出控制信號使降溫電扇以自然風的形式旋轉，溫度越高轉速越快，溫度36基本要求（1）設計測量溫度范圍－55℃~＋125（2）畫出程序框圖（3）有完整的整機電路圖（protel繪制）（4）完成格式正確、內(nèi)容完整的實驗報告參考文獻王祁，智能儀器設計基礎.北京：機械工業(yè)出版社，2009..精品精品.精品目錄一、前言 4二、系統(tǒng)組成 41、設計思路 52、系統(tǒng)的性能指標： 53、系統(tǒng)的主要功能： 5三、電路組成及工作原理 51、溫度傳感器功能模塊 62、AT89C51單片機 83、74LS164移位寄存器 124、晶振電路 125、復位電路 136、鍵盤電路 137、顯示電路 148、穩(wěn)壓電路 149、顯示電路 1510、風扇控制電路 15四、課程設計心得與體會 16五、參考文獻 16六、整機電路圖 17..精品精品.精品 七．心得體會…………………18..精品精品.精品智能溫度測量系統(tǒng)的設計一、前言溫度是一種基本的環(huán)境參數(shù)，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關，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)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意義。測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(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，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向飛速發(fā)展。本文所介紹的智能溫度測量系統(tǒng)是基于DS18B20型數(shù)字式溫度傳感器，在89C51單片機的控制下，對環(huán)境溫度進行實時控制的裝置。該系統(tǒng)測量范圍寬、測量精確度高，該系統(tǒng)可廣泛適用于人民的日常生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫度測量。二、系統(tǒng)組成智能溫度測量系統(tǒng)主要由數(shù)字溫度計、單片機控制電路、數(shù)字式溫度顯示電路、風扇降溫電路、鍵盤電路、串口通信電路等六部分組成。系統(tǒng)原理框圖如下： ..精品精品.精品單片機（單片機（AT89C51）數(shù)字溫度計（DS18B20）八位串入/并出移位寄存器（74LS164）風扇降溫系統(tǒng)(75BF-3)鍵盤電路（四個按鈕開關）數(shù)字式溫度顯示(LD-5461AS)圖1智能溫度測量系統(tǒng)原理框圖1、設計思路智能溫度測量系統(tǒng)的設計思路：用數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集環(huán)境模擬信號，并在其內(nèi)部進行A/D轉換，將轉換后的數(shù)字信號送AT89C51單片機，AT89C51單片機在程序的控制下，將處理過的數(shù)據(jù)送到八位串入/并出移位寄存器74LS164，經(jīng)74LS164輸出后驅動三位數(shù)碼管顯示出環(huán)境溫度。當被測溫度高于18℃時，單片機P2.3腳發(fā)出信號PC817光電耦合器使降溫電扇以自然風的形式旋轉，溫度越高轉速越快，溫度362、系統(tǒng)的性能指標：溫度測量范圍：－55℃－＋溫度測量精度：±0.5..精品精品.精品電路板工作溫度：0℃－＋3、系統(tǒng)的主要功能：（1）根據(jù)溫度變化自動調(diào)節(jié)風扇的轉速，轉速變化量：溫度每變化2℃將改變風扇的轉速并使指示燈向右移動一位點亮；溫度低于18（2）風扇工作在自然風狀態(tài)：風速從小到大，一個周期約5秒鐘，點亮此功能指示燈。（3）風扇工作在定時狀態(tài)：定時時間為30分鐘；60分鐘；120分鐘；240分鐘，用四位二進制發(fā)光二極管指示燈指示定時時間，并且，風扇根據(jù)第1條功能工作。（4）用十個發(fā)光二極管模擬指示風扇當時的轉速情況，即十個全亮則風扇全速運行，前五個亮剛風扇處于半速運行。三、電路組成及工作原理智能溫度測量系統(tǒng)原理圖如圖2所示，..精品精品.精品圖2智能溫度測量系統(tǒng)原理圖主要元器件：1、溫度傳感器功能模塊美國DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，使用戶可輕松地組建溫度傳感器檢測網(wǎng)絡，為檢測系統(tǒng)的構建引入全新的概念。DS1820特點如下：（1）DS1820在與微處理器連接時僅需要一條傳輸線即可實現(xiàn)兩者之間的雙向通訊。（2）DS1820支持多點組網(wǎng)絡功能，多個DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測量。（3）DS1820在使用中不需要任何外圍元件，其傳感元件及A/D轉換電路都集成在一只形如三極管的芯片內(nèi)。..精品精品.精品（4）工作電壓+3~+5.5V，溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,在-10°C~+85℃時，精度為±（5）DS1820可把溫度信號直接轉換成串行數(shù)字信號供單片機處理，測量結果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送。由于每片DS1820含有唯一的串行序列號，所以在一條總線上可掛接任意多個DS1820芯片。從DS1820讀出的信息或寫入DS1820的信息，僅需要一根傳輸線（單總線接口）。讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無需額外電源。DS1820提供九位溫度讀數(shù)，構成多點溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。圖3DS1820的內(nèi)部框圖圖3所示為DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM），用于存儲用戶設定的溫度上下限值的TH和TL解發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼（CRC）發(fā)生器等七部分。

圖4是DS1820溫度傳感器的封裝圖與引腳接線方式，DS1820引腳及功能及指標如下..精品精品.精品

GND：地；

VDD：電源電壓

I/O：數(shù)據(jù)輸入／輸出腳(單線接口，可作寄生供電)圖4DS1820封裝圖與接線方式（6）DS18B20控制方法在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。CPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制DS18B20完成溫度轉換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。程圖所示的步驟它分三步完成：..精品精品.精品①系統(tǒng)通過反復操作，搜索DS1820序列號；②啟動所有在線DS1820做溫度A/D變換；③逐個讀出在線DS1820變換后的溫度數(shù)據(jù)。2、AT89C51單片機AT89C51是一種4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。1．主要特性：·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式..精品精品.精品·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2．管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”..精品精品.精品P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。..精品精品.精品/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3．振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4．芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。..精品精品.精品圖5AT89C51單片機引腳3、74LS164移位寄存器在單片機系統(tǒng)中，如果并行口的IO資源不夠，而串行口又沒有其他的作用，那么我們可以用74LS164來擴展并行IO口，節(jié)約單片機資源。74LS164是一個串行輸入并行輸出的移位寄存器。并帶有清除端。其中;Q0—Q7并行輸出端。A,B串行輸入端。MR清除端，為0時，輸出清零。CP時鐘輸入端。74LS164引腳定義74LS164邏輯表..精品精品.精品圖674LS164電路原理4、晶振電路AT89C51單片機芯片內(nèi)部設有一個反向放大器所構成的振蕩器，X1和X2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時鐘信號由外部或內(nèi)部產(chǎn)生，在X1和X2引腳上外接定時元器件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。本系統(tǒng)采用的定時元器件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率為12MHz，C1、C2的值為33pF電容的大小可起頻率微調(diào)的作用。圖7晶振電路5、復位電路單片機具有多種復位電路，本系統(tǒng)采用電平式開關復位與上電復位方式，具體電路如圖8所示。當上電時，C3相當于短路，給RST端輸入大于24個振蕩周期以上的高電平脈沖，使單片機復位，在正常工作時，按下開關使單片機復位。..精品精品.精品圖8復位電路6、鍵盤電路本系統(tǒng)三個獨立鍵盤來搭建鍵盤電路。第一個鍵用來轉換自然風；第二個鍵用來關斷風扇；第三個鍵用作定時開關。鍵盤電路采用軟件延時去抖動。圖9鍵盤電路7、顯示電路顯示電路采用4位的LD-5461AS顯示數(shù)碼管，共陰極接法，前三位顯示當前采樣到的溫度，后一位為單位，顯示的溫度范圍為0~99.9℃..精品精品.精品8、穩(wěn)壓電路電源輸入為+12V，經(jīng)LM7805穩(wěn)壓，得+5V電壓，供89C51和74LS164工作。圖10穩(wěn)壓電路9、顯示電路..精品精品.精品圖11顯示電路10、風扇控制電路風扇控制電路的電源電壓為12V，當環(huán)境溫度大于18℃時，單片機P2.圖12風扇控制電路六、整機電路圖..精品精品.精品..精品精品.精品七．心得體會在完成這個設計之后，我也有一定的思考，重新將自己的設計細細看了幾遍，同時也把做同樣設計的幾個同學的設計借來觀摩了一番。在進行對比和分析之后，又有很多所得。一開始進行設計的時候，我基本上都是參照書本或者網(wǎng)上的例子進行，甚至就是按照它的步驟再做一遍。當然在初學階段這未必不可以，這樣做可以讓我熟悉軟件的操作環(huán)境，了解設計方法和步驟，更加深刻理解基本概念。但是等到自己設計的時候，