基于单片机的温度自动检测仪表设计

自动检测技术基于单片机的温度自动检测仪表设计指导老师：王*学号：201224**姓名：***班级：交控2班11.设计要求（1）自动完成温度测量，温度自动完成温度测量，温度测量范围通过键盘设定（如10℃~60℃），检测精度为±0.5℃。（2）要求将AD590采集的模拟温度信号转化为数字信号，传输到单片机，用3位共阴极LED显示结果，小数点后显示一位。（3）超上、下限需要报警。2.系统的硬件要求（1）给出系统总体方案设计和系统组成框图。总体设计功能：温度自动检测仪表测温范围在－55～125℃，误差在±0.5℃以内。温度测量间隔时间选择1～2s,通过键盘扩展（行列式或独立式按键），有温度上下限值及温度报警功能。在数字式温度计的制作中主要以51单片机来控制，用温度传感器AD590检测外界的温度，软件的显示子程序用四位一体数码管显示出来，精确到1位小数点，在超出测温范围时，进行报警功能。在焊接电路时要预留电源线，外接单片机AT89S51调试设计要求。2系统框图：（2）完成单片机的选型（需要考虑成本），介绍其主要特点，给出单片机最小应用系统的设计。选型：MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。简介：单片微型计算机简称单片机，即把组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器、随机存储器、只读存储器、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。由于单片机主要面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上来说都是应测控功能领域应用的要求而诞生的。随着单片机技术的发展，它在芯片内集成了许多面对测控对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I/O口、脉冲宽度调制器、监视定时器等，这些接口电路已经突破了微型计算机传统的体3系结构，所以单片机也成为微型控制。51单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。主要特点：·8位CPU·4kbytes程序存储器(ROM)·128bytes的数据存储器(RAM)·32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令·21个专用寄存器·2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级·一个全双工串行通信口·外部数据存储器寻址空间为64kB·外部程序存储器寻址空间为64kB·逻辑操作位寻址功能·双列直插40PinDIP封装·单一+5V电源供电最小应用系统的设计：主控制器单片机AT89S51具有低电压和小体积等特点，两个端口刚好满足系统的设计需要很适合便携手持式产品的设计使用。其中时钟振荡电路使用了石英晶体振荡器，接18、19脚，配置了相应的晶振、电容，提供单片机脉冲信号，使单片机能正常的工作。31脚的EA引脚则接到正电源端，使用片内程序存储器。单片机要正常运行，必须具备一定的硬件条件，其中最主要的就是三个基本条件：1.电源正常；2.时钟正常；3.复位正常。4DS3LED2C222pf12Y112MHzC322pfR184.7K+5V+5VP101P112P123P134P145P156P167P178RESET9PXD10TXD11/INT012/INT113T014T115/WR16/RD17X218X119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728/PSEN29ALE/P30/EAVP31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40U1AT89C51P1.5P1.6P1.7RESETAT89S51单片机构成的最小系统（仅驱动1个发光二极管）的电路，在AT89S51单片机的40个引脚中：电源引脚2根，晶振引脚2根，控制引脚4根，可编程输入输出引脚32根。1、工作电源：电源是单片机工作的动力源泉，对应的接线方法为：40脚（VCC）电源引脚，工作时接+5V电源，20脚（GND）为接地线。2、时钟电路：时钟电路为单片机产生时序脉冲，单片机所有运算与控制过程都是在统一的时序脉冲的驱动下的进行的，同样，如果单片机的时钟电路停止工作（晶振停振），那么单片机也就停止运行了。当采用内部时钟时，连接方法如下图所示，在晶振引脚XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）引脚之间接入一个晶振，两个引脚对地分别再接入一个电容即可产生所需的时钟信号，电容的容量一般在几十皮法，如30PF。3、接着我们给单片机加一个指示灯。我们在单片机P1.7（8脚）上接一个发光二极管，这样就可以用来做单片机驱动发光二极管的简单实验了，图中发光二极管负极对单片机引脚P1.7之间串接了一个560欧姆的限流电阻，防止发光二极管和单片机的引脚P1.7因为电流过大烧坏，使发光二极管和单片机都工作在安全状态。4、控制引脚EA接法。EA/VPP（31脚）为内外程序存储器选择控制引脚，当EA为低电位时，单片机从外部程序存储器取指令；当EA接高电平时，单片机从内部程序存储器取指令。AT89S51单片机内部有4KB可反复擦写1000次以上的程序存储器，因此我们把EA接到+5V高电平，让单片机运行内部的程序，我们就可以通过反复烧写来验证我们的程序了。55、复位电路：在复位引脚（9脚）脚持续出现24个振荡器脉冲周期（即2个机器周期）的高电平信号将使单片机复位。如下图所示电容C和电阻R构成了单片机上电自动复位电路，复位后，单片机从0000H单元开始执行程序，并初始化一些专用寄存器为复位状态值，受影响的专用寄存器如下表所示：寄存器状态寄存器状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0--P3FFHSCON00HIPxxx00000HSBUF不确定IE0xx00000HPCON0xxx0000HTMOD00H（3）系统各功能模块设计温度传感器采样以及信号放大处理（给出AD590放大处理后电压与温度关系列表），显示模块，键盘输入模块、报警模块设计。（1）温度传感器采样以及信号放大处理测温电路则主要采用了型号为AD590测温传感器。AD590是AD公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：KmATr/1I式中：—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。3、AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反6向电压，因而器件反接也不会被损坏。4、输出电阻为710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。AD590放大处理后电压与温度关系列表AD590的输出电流I=（273+T）μA（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V。摄氏温度输出电流（μA）输出电压（V）-102632.6302732.73102832.83202932.93303033.03403133.13503233.23603333.33703433.43803533.53903633.631003733.731103833.831203933.937（2）显示模块显示驱动与显示电路采用了三位共阴LED数码管，用三极管做驱动。用轮询的方法，送第一位显示数据时，给第一位通电，送第二位显示数据时，给第二位通电，送第三位显示数据时，给第三位通电。（3）键盘输入模块8按键1和按键2用来设定温度的上限，分别是加和减，按键3和按键4是用来设定温度的下限，同样分别是加和减，按键用来表示确认。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。如果按键较多，常用软件方法去抖，即检测出键闭合后执行一个延时程序，5ms～10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给5ms～10ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。（4）报警模块设计当传感器测试的温度超过测量范围（自己手动设置的温度上限或者下限），单片机BUZZ引脚输出高电平，触使三极管导通，蜂鸣器导电鸣叫报警。3.系统软件设计系统主模块，采样处理模块、数据处理模块（标度变换等）、键盘输入模块、LED数码显示模块，上、下限报警模块。要求给出程序流程图。（1）系统主模块主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理AD590的测量温度。9主模块程序图（2）采样处理模块读出温度子程序采样处理模块的主要功能是读出RAM中的9字节。在读出时须进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。10（3）数据处理模块温度转换命令子程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令。当采用12位分辨率时，转换时间约为750ms。在本程序设计中，采用1s显示程序延时法等待转换的完成。11计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定。（4）键盘输入模块12（5）LED数码显示模块（6）上、下限报警模块1