基于单片机的多点温度测量系统设计

课程设计(论文)题目名称基于单片机的多点温度测量系统设计课程名称单片机原理及应用学生姓名刘道文学号1241403034系、专业魏源国际学院，12电气班指导教师尹进田2014年7月4日I摘要通过运用DS18B20数字温度传感器的测温原理和特性，利用它独特的单线总线接口方式，与AT89C51单片机相结合实现多点测温。并给出了测温系统中对DS18B20操作的C51编程实例。实现了系统接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定等特点。本文介绍基于AT89C51单片机、C语言和DS18B20传感器的多点温度测量系统设计及其在Proteus平台下的仿真。利用51单片机的并行口，同步快速读取8支DS18B20温度，实现了在多点温度测量系统中对多个传感器的快速精确识别和处理，并给出了具体的编程实例和仿真结果。关键词：单片机；DS18B20数字温度传感器；Proteus仿真；C51编程II目录摘要.................................................................................................I第一章绪论....................................................................................11.1温度智能测控系统的研究背景与现状分析................................11.2温度智能测控系统的工作原理....................................................2第二章单片机简介........................................................................32.1单片机的定义................................................................................32.2单片机的基本结构........................................................................42.3单片机执行指令的过程................................................................52.4单片机的特点................................................................................6第三章数字温度传感器DS18B20原理......................................73.1概述.................................................................................................73.2主要特征........................................................................................73.3引脚功能........................................................................................83.4工作原理及应用............................................................................83.5单片机对DS18B20的操作流程..................................................83.6DS18B20与单片机的接口............................................................93.7DS18B20芯片ROM指令表........................................................93.8DS18B20芯片存储器操作指令表.............................................103.9DS18B20复位及应答关系及读写隙.........................................11第四章系统硬件设计..................................................................114.1系统结构设计思路......................................................................11III4.2系统框图......................................................................................134.3系统硬件设计..............................................................................13第五章系统软件设计..................................................................165.1系统软件设计思路.....................................................................165.2系统软件设计..............................................................................21第六章系统运行结果....................................................................27第七章结束语..............................................................................31参考文献..........................................................................................32任务书.................................................................错误!未定义书签。评阅表.................................................................错误!未定义书签。1第一章绪论1.1温度智能测控系统的研究背景与现状分析温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一，同时它也是一种最基本的环境参数。人民的生活与环境温度息息相关，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，在电力、化工、石油、冶金、机械制造、大型仓储室、实验室、农场塑料大棚甚至人们的居室里经常需要对环境温度进行检测，并根据实际的要求对环境温度进行控制。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行。炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分流才能得到汽油、柴油、煤油等产品；没有合适的温度环境，许多电子设备不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。可见，研究温度的测量具有重要的理论意义和推广价值。随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日益突出，成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。本设计就是为了满足人们在生活生产中对温度测量系统方面的需求。本设计要求系统测量的温度的点数为4个，测量精度为0.5℃，测温范围为-20℃～+80℃。采用液晶显示温度值和路数，显示格式为:温度的符号位,整数部分,小数部分,最后一位显示℃。显示数据每一秒刷新一次。21世纪科学技术的发展日新月异，科技的进步带动了测量技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了巨大的变化，我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术也成为当今科技的主流之一，被广泛地应用于生产的各个领域。对于本次设计，其目的在于：1.掌握数字温度传感器DS18B20的原理、性能、使用特点和方法，利用C51对系统进行编程。2.本课题综合了现代测控、电子信息、计算机技术专业领域方方面面的知识，具有综合性、科学性、代表性，可全面检验和促进学生的理论素养和工作能力。3.本课题的研究可以使学生更好地掌握基于单片机应用系统的分析与设计方法，培养创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，提高电子产品研发素质、增强针对实际应用进行控制系统设计制作的能力。2至单片机AT89C51的8个通用I/O端口。单片机获得温度信息后，通过特定的算法，将处理后的温度信息通过LED显示出来，同时通过串行口送上位机处理。每个端口只连接一个温度传感器件，也即一条一线制总线上仅有一个DS18B20。并在Keil环境下编辑应用软件程序，通过Proteus和Keil的联合实现该多点温度测量系统的设计、调试和仿真。1.2温度智能测控系统的工作原理课题采用由Dallas公司生产的智能数字温度传感器DS18B20和Atmel公司推出的单片机AT89C51以及相关外围电路实现高精度、多点温度测量系统。同时本设计在单片机系统设计主流EDA软件Proteus环境下完成，能够及时观察效果和修改软硬件。本系统采用8片DS18B20构成小型温度传感器网络，通过并行连接方式连接至单片机AT89C51的8个通用I/O端口。单片机获得温度信息后，通过特定的算法，将处理后的温度信息通过LED显示出来，同时通过串行口送上位机处理。每个端口只连接一个温度传感器件，也即一条一线制总线上仅有一个DS18B20。并在Keil环境下编辑应用软件程序，通过Proteus和Keil的联合实现该多点温度测量系统的设计、调试和仿真。3第二章单片机简介单片微型计算机自20世纪70年代问世以来，以对人类社会产生了巨大的影响。尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点，在世界范围内已经得到广泛的普及和应用。而且随着以MCS-51单片机基本内核为核心的各种扩展型、增强型的新型单片机不断推出，MCS-51系列仍是我国单片机应用领域的主流机型。目前在工业控制、智能仪器仪表、办公室自动化、家用电器等诸多领域，到处都可看见单片机的踪影，单片机技术开发和应用高水平已成为一个国家工业化水平的标志之一。2.1单片机的定义单片机[1]是在一块半导体上集成了微处理器（CPU），存储器（RAM、ROM、EPROM）和各种输入、输出接口（定时计数器，并行IO口，串行口，A/D转换器以及脉宽调制器PWM等），这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性，因此被称为单片微型计算机，简称单片机。单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，单片机以小巧灵活、成本低、易于产品化、可靠性好、应用温度范围宽等优点。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），器件采用ATMEL高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，