8路温度巡检系统.docx
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8路温度巡检系统
《单片机与接口技术》课程设计(论文)
题目:
8路温度巡检系统
院(系):
电气工程学院
专业班级:
学号:
学生姓名:
指导教师:
教师职称:
起止时刻:
2020年7月1日-2020年7月10日
课程设计(论文)任务书
院(系):
电气工程学院教研室:
自动化日期:
2020年7月2日
学号
学生姓名
专业(班级)
设计题目
8通道温度巡检系统(单片机与接口技术)
设
计
技
术
参
数
检测对象:
温度8点,检测范围是-50℃┈+100℃;检测精度为±℃;
功能要求:
LED显示器4位:
左边1位显示通道号,右边2位显示温度,中间显示符号。
定时采集8点温度,求平均值送显示器显示。
每分钟更新一次。
设
计
要
求
1、完成8通道温度检测及A/D转换。
2、完成显示电路的设计
3、开机或复位后,在LED最右端显示“OH”,以提示系统正常。
4、正常运行时,不断采集数据、循环显示。
5、要求认真独立完成所规定的全部内容;所设计的内容要求正确、合理。
6、按学校规定的书写格式,撰写、打印设计说明书一份;设计说明书应在4000字以上。
工
作
量
1、进行系统各功能电路的硬件设计;
2、进行整个系统的硬件电路图设计;
3、进行系统的流程图设计与软件的编写;
4、撰写、打印设计说明书
工
作
计
划
1、布置任务,查阅资料,确定系统电路的组成。
(1天)
2、对系统各功能电路进行设计(2天)
3、整个系统的硬件电路图设计(1天)
4、进行系统软件流程图的设计(1天)
5、编写数据采集、循环显示程序(2天)
6、软件仿真调试(1天)
7、撰写、打印设计说明书(1天)
8、答辩(1天)
参
考
资
料
梅丽凤《单片机原理及接口技术》第3版清华大学出版社2009年
张迎新《单片微型计数机原理、应用及接口技术》国防工业出版社2004年
李全利《单片机原理及应用技术》高等教育出版社2001年
何立民《单片机应用系统设计》北京航空航天大学出版社2006年
指导教师签字
梅丽凤
教研室主任签字
第一章方案论证
数据搜集处置系统是一个把模拟电信号转换成数字信号,通过运算机加工处置,在把处置后的数字信号转换成模拟信号的闭环系统。
在科研、生产和人们的日常生活中,模拟量的测量和操纵是常常的。
为了对温度、压力、流量、速度、位移的物理量进行测量和操纵,都是通过传感器把上述物理量转换成能模拟物理量的电信号,即模拟电信号。
将模拟电信号通过处置并转换成运算性能识别的数字量,送进运算机,这确实是数据搜集。
运算机将搜集来的数字量依照需要进行不同的辨识、运算得出所需要的结果,这确实是数据处置。
数据处置的结果显示于显示器或屏幕上,或有打印机打印在纸上,以便对某些物理量进行监视,在将数据处置的数字量转换成模拟信号去操纵某些物理量,这确实是监控。
这一数据搜集、运算机处置、数-模转换的监控系统,确实是一种数据搜集处置系统。
在生产进程中,对工艺参数进行搜集,为提高质量,降低本钱,提供信息。
在科学研究中,用来获取微观,静态信息。
数据搜集系统一样具有以下功能:
(1)搜集数据:
依照采样周期,对模拟、数字、开关信号采样。
(2)模拟信号处置:
将采样模拟信号转化为数字信号,模拟信号—指信号幅值随时刻持续转变的信号。
特点:
在规定的一段持续时刻内,其幅值为持续值。
优势是便于传送,缺点是易受干扰。
(3)开关信号的处置:
开关信号—由按钮、行程开关等器件触点产生的信号。
信号处置方式:
依照开关的状态执行相应的操作。
(4)二次数据计算:
概念:
一次数据—从传感器搜集的数据。
二次数据—对一次数据作转换并计算后取得的数据。
二次数据的处置方式:
平均,累计,傅里叶变换,积分变换,转变率,差值,最大值。
(5)最小值屏幕显示:
将数字、图形、图表等显示在屏幕上。
(6)数据存储:
按时刻距离,将数据存储在外部存储器。
本系统采纳AT89C51作为操纵系统,DS18b20作为温度传感器、74HC595作为LED数码管显示驱动、,开机或复位后LED最右端显示“OH”,以提示系统正常,正常运行时,不断搜集温度显示.具体框图如下图为:
图系统整体框图
当温度传感器搜集到外界温度时,将信号送入单片机进行数据处置,处置后的数据由单片机送入LED显示器显示数据。
第二章硬件设计
AT89C51单片机最小系统设计
2.1.1单片机的选择
图系统单片机部份电路
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采纳ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处置器(CPU)和Flash存储单元,功能壮大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用处合,可灵活应用于各类操纵领域。
功能特性概述:
AT89C51提供以下标准功能:
4k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位按时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作,但许诺RAM,按时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保留RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
2.1.2时钟电路的设计
图单片机时钟电路
AT89C5l中有一个用于组成内部振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2别离是该放大器的输入端和输出端。
那个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一路组成自激振荡器,振荡电路参见图。
外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中组成并联振荡电路。
对外接电容C1、C2尽管没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微阻碍振荡频率的高低、振荡器工作的稳固性、起振的难易程序及温度稳定性,若是利用石英晶体,电容利用30pF±10pF,而如利用陶瓷谐振器应选择40pF±10F。
2.1.3复位电路的设计
图单片机复位电路
当单片机的复位引脚RST(全称RESET)显现2个机械周期以上的高电平常,单片机就执行复位操作。
若是RST持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。
图中电容C3和电阻R1对电源十5V来讲组成微分电路。
单片机的复位操作使单片机进入初始化状态,其中包括使程序计数器PC=0000H,这说明程序从0000H地址单元开始执行。
单片机冷启动后,片内RAM为随机值,运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容,21个特殊功能寄放器复位后的状态为确信值。
温度搜集电路设计
2.2.1温度传感器的选择
本系统温度搜集部份选用单线数字温度传感器DS18B20,其测温值能够直接以9位数字量读出,无需搜集信号的放大与A/D转换,减少了器件及接线,优化了硬件电路部份的设计,使得单片机的数据处置加倍直接化,简单化。
图DS18b20外形封装图图DS18b20引脚图
单线数字温度传感器DS18B20特性:
•独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信
•简单的多点散布应用
•无需外部器件
•可通过数据线供电
•零待机功耗
•测温范围-55~+125℃,以℃递增。
华氏器件-67~+2570F,以递增
•温度以9位数字量读出
•温度数字量转换时刻200ms(典型值)
•用户可概念的非易失性温度报警设置
•报警搜索命令识别并标志超进程序限定温度(温度报警条件)的器件
•应用包括温度操纵、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统
引脚说明:
1
GND
接地
2
DQ
数据输入/输出脚。
对于单线操作:
漏极开路
3
VCC
可选的VCC引脚。
说明:
DSl820数字温度计提供9位(二进制)温度读数指示器件的温度信息通过单线接口送入DSl820或从DSl820送出因此从主机CPU到DSl820仅需一条线(和地线)DSl820的电源能够由数据线本身提供而不需要外部电源因为每一个DSl820在出厂时已经给定了唯一的序号因此任意多个DSl820能够寄存在同一条单线总线上这许诺在许多不同的地址放置温度灵敏器件DSl820的测量范围从-55到+125增量值为可在ls(典型值)内把温度变换成数字每一个DSl820包括一个唯一的64位长的序号该序号值寄存在DSl820内部的ROM(只读存贮器)中开始8位是产品类型编码(DSl820编码均为10H)接着的48
位是每一个器件唯一的序号最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验)码DSl820中还有效于贮存测得的温度值的两个8位存贮器RAM编号为0号和1号1号存贮器寄存温度值的符号若是温度为负()则1号存贮器8位全为1不然全为00号存贮器用于寄存温度值的补码LSB(最低位)的1表示将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以2就取得被测温度值(-550125)DSl820的引脚如下图每只D51820都能够设置成两种供电方式即数据总线供电方式和外部供电方式采取数据总线供电方式能够节省一根导线但完成温度测量的时刻较长采取外部供电方式那么多用一根导线但测量速度较快。
DS18B20温度/数据关系
温度℃
数据输出(二进制)
数据输出(十六进制)
+125
00000000
00FA
+25
00000000
00110010
0032
+1/2
00000000
00000001
0001
0
00000000
00000000
0000
-1/2
FFFF
-25
FFCE
-55
FF92
图DS18B20时序图
2.2.2温度搜集电路的组成
采纳单线数字温度传感器DS18B20作为温度搜集部份,本系统需要对8通道温度进行巡检,因此每一个通道都需要安装一个温度传感器,共需8个DS18B20数字温度传感器进行工作。
其温度搜集的数据由P1口送进单片机进行处置,电路原理图如以下图所示:
图温度搜集部份电路的组成
显示电路的设计
2.3.1显示器电路的设计
本系统采纳四位LED数码管作为显示器,其中第一名显示通道号码,与P2口连接。
第二位作为符号显示位,若是搜集某一通道温度为负值,那么此位显示“—”(负号),若是搜集某一通道温度位正值,那么此位留空,不显示。
第三位与第四位显示所测得的温度数值。
图LED数码管显示器原理图
2.3.2显示器驱动电路的设计
图74HC595外形封装图图74HC595引脚图
74HC595是一款高速CMOS器件,74HC595引脚兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列。
74HC595遵循JEDEC标准。
74HC595是8阶串行移位寄放器,带有存储寄放器和三态输出。
移位寄放器和存储寄放器别离采纳单独的时钟。
在SH_CP的上升沿,数据发生移位,而在ST_CP的上升沿,数据从每一个寄放器中传送到存储寄放器。
若是两个时钟信号被绑定到一路,那么移位寄放器将会一直领先存储寄放器一个时钟脉冲。
移位寄放器带有一个串行输入(DS)端和一个串行标准输出(Q7')端,用于级联。
74HC595还为移位寄放器的8个阶提供了异步的复位(低有效)。
存储寄放器带有8个三态总线驱动输出,当输出使能(OE)端为低时,存储寄放器中的数据可被正常输出。
74HC595大体参数 :
电压~ ,驱动电流+/mA(并行输出),传输延迟16ns@5V ,最大频率108MHz,8位串行输入 ,8为串行或并行输出 ,存储寄放器带有三态输出 ,移位寄放器可直接清零 ,100MHz(典型)移出频率 ,ESD爱惜 ,HBMEIA/JESD22-A114-A超过2000V MMEIA/JESD22-A115-A超过200V 。
74HC595的利用说明:
74HC595内含8位串入、串/并出移位寄放器和8位三态输出锁存器。
寄放器和锁存器别离有各自的时钟输入(SCLK和SLCK),都是上升沿有效。
当SCLK从低高电平跳变时,串行输入数据(SDA)移入寄放器;当SLCK从低到高电平跳变时,寄放器的数据置入锁存器。
清除端(CLR)的低电平只对寄放器复位(QS为低电平),而对锁存器无阻碍。
当输出许诺操纵(EN)为高电平常,并行输出(Q0~Q7)为高阻态,而串行输出(QS)不受阻碍。
74HC595最多需要5根操纵线,即SDA、SCLK、SLCK、CLR和EN。
其中CLR能够直接接到高电平,用软件来实现寄放器清零;若是不需要软件改变亮度,EN能够直接接到低电平,而用硬件来改变亮度。
把其余三根线和单片机的I/O口相接,即可实现.
图74HC595引脚功能图
图74HC595功能说明
显示驱动电路由3片74HC595组成,作为符号显示位及两位温度显示位的移位驱动电路,具体电路连接如以下图所示:
图LED数码管显示驱动电路原理图
电源电路的设计
系统电源电路采纳变压器,整流桥,滤波电路,稳压电路组成。
220V的交流电通过变压器后输出8V的电压,经整流滤波电路后,通过LM7805变换取得+5V直流电,供器件和系统的其他芯片利用。
图系统电源电路
要紧特点:
一、输出电流可达1A
二、输出电压有:
5V
3、过酷爱惜
4、短路爱惜
五、输出晶体管SOA爱惜
图7805外形封装及引脚功能
稳压芯片选用三端稳压器件LM7805,7805系列为3端正稳压电路,TO-220封装,能提供多种固定的输出电压,应用范围广。
内含过流、过热和过载保护电路。
带散热片时,输出电流可达1A。
尽管是固定稳压电路,但利用外接元件,可取得不同的电压和电流。
系统整体电路原理图
第三章软件设计
软件的设计能够分为以下几个模块:
(1)主程序:
完成按时器T0、18B20和系统数据结构的初始化;开放T0中断;循环挪用温度搜集和显示子程序,等待按时中断。
(2)按时中断0效劳程序:
操纵整个系统循环周期,每1min为一个系统运行周期。
(3)温度搜集子程序:
选择通道,对18B20进行操纵并读取温度数据,八通道循环搜集一遍,每通道将转换结果处置后,送显示缓冲区。
(4)数据处置子程序,将读取的温度数据通过运算,将其转化为紧缩BSD,然后进行数位分离。
(5)显示子程序:
显示通道号和温度。
程序框图设计
图数据搜集系统流程图
部份源程序程序设计
TIME_C1EQU67H;按时器计数
TIME_C2EQU68H
TEMPER_LEQU36H;从DS18B20中读回低位暂存
TEMPER_HEQU35H;从DS18B20中读回高位暂存
TEMPER1_LEQU38H;从DS18B20中读回低位暂存
TEMPER1_HEQU37H;从DS18B20中读回高位暂存
TEMPER2_LEQU40H;从DS18B20中读回低位暂存
TEMPER2_HEQU39H;从DS18B20中读回高位暂存
TEMPER3_LEQU42H;从DS18B20中读回低位暂存
TEMPER3_HEQU41H;从DS18B20中读回高位暂存
TEMPER4_LEQU44H;从DS18B20中读回低位暂存
TEMPER4_HEQU43H;从DS18B20中读回高位暂存
TEMPER5_LEQU46H;从DS18B20中读回低位暂存
TEMPER5_HEQU45H;从DS18B20中读回高位暂存
TEMPER6_LEQU48H;从DS18B20中读回低位暂存
TEMPER6_HEQU47H;从DS18B20中读回高位暂存
TEMPER7_LEQU50H;从DS18B20中读回低位暂存
TEMPER7_HEQU49H;从DS18B20中读回高位暂存
TEMPER8_LEQU52H;从DS18B20中读回低位暂存
TEMPER8_HEQU51H;从DS18B20中读回高位暂存
TEMPER1_NUMEQU53H
TEMPER2_NUMEQU54H
TEMPER3_NUMEQU55H
TEMPER4_NUMEQU56H
TEMPER5_NUMEQU57H
TEMPER6_NUMEQU58H
TEMPER7_NUMEQU59H
TEMPER8_NUMEQU60H
TEMPER_NUMEQU61H;温度值存储
TEMPER_GEEQU62H;显示的个位数
TEMPER_SHIEQU63H;显示的十位数
LETTEREQU64H;符号位
TEMPER_AVEEQU66H;温度平均值
PORT_NOEQU65H;通道号
DATEQUP2;显示通道号数据端口
SDAEQU
SCLKEQU
SLCKEQU
FLAG1BIT00H;检测通道1DS1820状态
FLAG2BIT01H;检测通道2DS1820状态
FLAG3BIT02H;检测通道3DS1820状态
FLAG4BIT03H;检测通道4DS1820状态
FLAG5BIT04H;检测通道5DS1820状态
FLAG6BIT05H;检测通道6DS1820状态
FLAG7BIT06H;检测通道7DS1820状态
FLAG8BIT07H;检测通道8DS1820状态
DQPEQUP3
DQ1BIT;通道1端口
DQ2BIT;通道2端口
DQ3BIT;通道3端口
DQ4BIT;通道4端口
DQ5BIT;通道5端口
DQ6BIT;通道6端口
DQ7BIT;通道7端口
DQ8BIT;通道8端口
ORG0000H
AJMPSTART
ORG000BH;按时器0中断向量
INCTIME_C1
MOVA,TIME_C1
SUBBA,#200
JZINT2
INT:
RETI
INT2:
INCTIME_C2
MOVA,TIME_C2
SUBBA,#5
JZTIM
SJMPINT
NUMTAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H
DB92H,82H,0F8H,80H,90H;0123456789数字向量表
DB0FFH,B,B,B
LETTERTAB:
DB
ORG0030H
/******************************************/
/*主函数*/
/******************************************/
START:
MOVTEMPER_AVE,#0
MOVTEMPER_GE,#11
MOVTEMPER_SHI,#0
MOVPORT_NO,#10
MOVLETTER,#10
LCALLDISPLAY
LCALLDISPLAY
LCALLDISPLAY
;启动按时器
TIM:
MOVTMOD,#00000001B
MOVTL0,#0B0H;50ms
MOVTH0,#3CH
MOVIE,#82H
SETBTR0
AGAIN:
LCALLGET_TEMPER1
MOVPORT_NO,#1
MOVTEMPER_L,TEMPER1_L
MOVTEMPER_H,TEMPER1_H
LCALLTEMPER_COV
MOVTEMPER1_NUM,TEMPER_NUM
MOVTEMPER_AVE,TEMPER_NUM
LCALLDISPLAY
LCALLGET_TEMPER2
MOVPORT_NO,#2
MOVTEMPER_L,TEMPER2_L
MOVTEMPER_H,TEMPER2_H
LCALLTEMPER_COV
MOVTEMPER2_NUM,TEMPER_NUM
MOVA,TEMPER_NUM
ADDA,TEMPER_AVE
MOVB,#2
DIVAB
MOVTEMPER_AVE,A
LCALLDISPLAY
.......................
其他端口同2号上,只是入口参数不同
MOVTEMPER_NUM,TEMPER_AVE
MOVPORT_NO,#11
LCALLBIN_BCD
BA:
LCALLDISPLAY
SJMPBA
LJMPAGAIN
;****************************************************
;判定正负数并处置
;入口参数:
TEMPER_L,TEMPER_H
;****************************************************
TEMPRRO:
MOVA,TEMPER_H
ANLA,#80H;判定符号
JZTEMPP
MOVA,TEMPER_H
CPLA
SJMPTEMPP1
TEMPP:
MOVLETTER,#10
SJMPEXIT
TEMPP1:
MOVLETTER,#13;负数处置
MOVA,TEMPER_H
ANLA,#0FH
ORLA,#0F0H
CPLA
ADDA,#01H
MOVTEMPER_H,A
MOVA,TEMPER_L
CPLA
MOVTEMPER_L,A
EXIT:
RET
;;****************************************************
;将从DS18B20中读出的温度数据进行转换
;入口参数:
TEMPER_LTEMPER_H
;出口参数:
TEMPER_NUM
;;****************************************************
TEMPER_COV:
LCALLTEMPRRO
MOVA,#0F0H
ANLA,TEMPER_L;舍去温度低位中小数点后的四位温度数值
SWAPA
MOVTEMPER_NUM,A;取得低四位
MOVA,TEMPER_L
JNB,TEMPER_COV1;四舍五入去温度值
INCTEMPER_NUM
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- 温度 巡检 系统