基于单片机与PC机串口通信的温度记录仪毕业设计

福建工程学院国脉信息学院毕业设计（论文）专业:班级:设计题目:基于单片机的低功耗温度记录仪学生姓名:学号:起止日期:设计地点:指导教师:2011年03月25日福建工程学院国脉信息学院本科毕业设计基于单片机的低功耗温度记录仪设计1、摘要本文介绍了一种基于AT89C51单片机与PC机串口通信的温度控制系统，用单片机作下位机完成温度数据的采集和执行PC机发出的控制执行命令;用PC机作上位机接收单片机发送的数据,进行数据处理,向单片机发送控制命令，四位一体共阴数码管实时显示当前温度。PC机与单片机采甪串行通信,可实现温度检测和采集并处理数据的人机友好界面。本设计充分利用PC机VB6.0软件强大的数据处理功能和友好的人机界面,对温度进行实时曲线显示。本设计由硬件和软件二部分组成。通过对系统软件和硬件的合理规划，发挥单片机自身集成多系统功能单元的优势，在不减少功能的前提下有效降低了成本，同时实现低功耗运行，系统操作简便，结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。关键词：AT89C51单片机,PC机,串行通信，数据采集以及处理福建工程学院国脉信息学院本科毕业设计2、引论随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。温度是工业生产中主要的被控参数之一，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。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馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作。还有比如在观察用药剂前后病人体温随时间的变化情况，临床一般都采用水银或电子温度计，隔一段时间测量一次并手工记录结果。这种传统方式给病人带来了很多不便，也加大了护理工作量。更为欠缺的是测量时间间隔不够短，在体温变化率较高的情况下，容易造成处理不当或不足，达不到最理想的疾病控制与治疗效果。传统的温度记录仪通常采用的是人工记录或普通记录仪用墨水在记录纸上绘制曲线，其体积庞大、精度低、墨水易堵塞、费时费力。。。。。。无纸温度记录仪产生，并因为其更准确地数据记录、更方便的数据存储、更便捷的数据分析功能，所占市场份额逐年猛增；近年来推出的带usb接口的无纸记录仪更是极大的方便了数据的下载和保存。因此可见，设计出一款测量温度并自动记录下数据的温度记录仪是多么重要。用单片机做成的产品外围元件很少，能实现的功能却很广，广泛应用于工业，农业等。兼于此，特用单片机设计此电路。单片机发展的三个阶段：（1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS–48为代表。MCS–48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。（2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS–48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。①完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。②CPU外围功能单元的集中管理模式。③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。④指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。（3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS–96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结福建工程学院国脉信息学院本科毕业设计合，加以完善。DS18B20是美国DALLAS公司生产的数字温度传感器芯片，具有结构简单、体积小、功耗小、抗干扰能力强、使用方便等优点。本文设计的一种温度控制系统，用STC89C51单片机作为温控器，选用DS18B20数字温度传感器，单片机与上位机之间通过MAX232串口进行通信，对测试点温度采集，实时显示，数据处理。福建工程学院国脉信息学院本科毕业设计3、目录1、摘要………………………………………………………………………………22、引论………………………………………………………………………………33、目录………………………………………………………………………………54、正文………………………………………………………………………………74.1.1、设计目的……………………………………………………………………74.1.2、系统实现功能………………………………………………………………74.2、系统总体方案设计……………………………………………………………84.2.1、系统总体设计框图…………………………………………………………84.2.2、系统硬件设计方案…………………………………………………………84.2.3、系统软件设计方案…………………………………………………………84.3、系统各个模块设计……………………………………………………………94.3.1、单片机最小系统……………………………………………………………94.3.2、显示电路……………………………………………………………………114.3.3、串行通信电路………………………………………………………………134.3.4、DS18B20温度传感器电路…………………………………………………134.3.5、电源电路……………………………………………………………………154.3.6、单片机与PC机串口连接电路……………………………………………154.4、系统软件设计…………………………………………………………………174.4.1、单片机软件设计……………………………………………………………174.4.2、上位机软件设计……………………………………………………………174.5、系统调试………………………………………………………………………195、结论………………………………………………………………………………20福建工程学院国脉信息学院本科毕业设计6、致谢………………………………………………………………………………207、参考文献…………………………………………………………………………218、附录………………………………………………………………………………22附录1、系统总体电路图……………………………………………………………22附录二、单片机程序…………………………………………………………………22附录三、PC机程序……………………………………………………………………28福建工程学院国脉信息学院本科毕业设计正文(4.1设计目的及系统实现功能要求4.1.1设计目的：（1)了解电子系统的设计方法，巩固和提高学过的基础理论和专业知识；(2)学习DS18B20数字温度传感器的测温原理，(3)掌握串口通信协议及其编程方法，(4)增强对单片机的认识，掌握分析处理问题的方法，进行调试、计算等基本技能的训练，达到具有一定程度的实际工作能力。(5)学会用Protel99se进行电路原理图和PCB图的绘制。(6)学习用PSPICE、Multisim8等仿真软件进行电路设计和仿真。4.1.2.系统实现功能：1.内容及要求：研究基于单片机的低功耗温度记录仪，可以以一定的时间间隔连续记录系统温度，并提供通讯接口将温度数据上传到PC机。利用VB/VC/DELPHI编制PC示例程序。2.主要技术指标：（1）、温度测量范围0-70℃，系统实现低功耗运行；（2）、温度记录数不少于200条；（3）、提供PC机通讯接口；（4）、PC机软件实现对温度数据分析、统计和处理；福建工程学院国脉信息学院本科毕业设计4.2系统总体方案设计4.2.1.系统总体构成框图如下：系统总体构成框图4.2.2系统硬件设计方案：1.利用AT89C51自身强大的功能和优异的可扩展性，配上四位一体数码管和按键等少量外围电路，就能搭建合适本次实验的小系统。从而大大缩短设计流程，把设计的重点放在温度探测单元，串行通信协议两个部分。2.现在PC机提供的COM1、Com2是采用RS-232借口标准的。而RS-232是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平来表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机借口或终端的TTL器件（如单片机）连接，必须在RS-232与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换，变换电路选用有德州仪器公司（TL）推出的一款兼容RS-232标准的芯片MAX232.该器件包含2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平转换成5VTTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。4.2.3系统软件设计方案：①单片机软件设计单片机程序由主程序和中断子程序组成的。主程序负责对来自上位机的命令进行解析并执行读温度值、存储温度值、输出控制等等，中断服务程序只负责单片机和上位机之间的数据发送与接收。②上位机程序设计AT89C51PC机RS232数码管显示恒压电源晶振电路复位电路DS18B20温度传感器福建工程学院国脉信息学院本科毕业设计由单片机采集的测试点实时温度，通过MAX232传输到上位机PC，利用在VisualBasic6.0的通信控件Mscomm属性设置和事件响应的基础上，实现与单片机串行通信，在上位机中，完成温度传感器64位激光ROM读取并显示、实时温度数据显示、数据存储、曲线绘制、历史数据查询，其中在数据查询功能中，设计了时间查询、温度查询等功能。4.3系统各个模块设计：4.3.1单片机最小系统（1）AT89C51管脚图如下：AT89C51封装引脚图引脚说明：①电源引脚Vcc（40脚）：典型值＋5V。Vss（20脚）：接低电平。②外部晶振X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地。③输入输出口引脚：P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“1”。福建工程学院国脉信息学院本科毕业设计④控制引脚：RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。RST/Vpd（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。第二功能：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。ALE/-PROG(30脚）：地址锁存信号输出端。第二功能：编程脉冲输入。-PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。-EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器使能端。第二功能：编程电压输入端（+21V）。（2）单片机最小系统：单片机最小系统（3）复位电路：单片机上电时，当振荡器正在运行时，只要持续给出RST引脚连个机器周期的高电平，便可完成系统复位。外部复位电路是为内部复位电路提供两个机器周期以上的电平而设计的。系统采用上电自动复位，上电瞬间电容器上的电压不能突变，RST上的电压是Vcc上的电压与电容器上的电压之差，因而RST上的电压与Vcc上的电压相同。随着充电的进行，电福建工程学院国脉信息学院本科毕业设计容器上的电压不断上升，RST上的电压就随着下降，RST脚上只要保持10ms以上高电平，系统就会有效复位。电容C可取10~33uF，电阻R可取1.2~10kΩ。在本系统设计中，C取10uf,R取10kΩ。（4）振荡电路：XTAL1脚和XTAL2脚分别构成片内振荡器的反相放大器的输入和输出端，外接石英晶振或陶瓷晶振以及补偿电容C1、C2选47uF构成并联谐振电路。当外接石英晶振时，电容C1、C2选30Pf±10pF；