测控技术与仪器 毕业论文范文——多点温度的数据采集系统.doc

1、多点温度的数据采集系统摘要本系统由两部分组成：测温部分和显示部分。本课题中实现温度的检测芯片使用了 STC89C52单片机和 DALLAS公司的 DS18B20数字温度传感器。该系统可应用于温室测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域。DS18B20是一种高精度数字式传感器,由于具有单总线的独特优点,可以使用户轻松的组建起传感器网络。由于其特殊的一线式接口，DS18B20 可使多点温度测量电路简单、可靠。本文结合实际使用经验，介绍了 DS18B20基于单片机的数字温度传感器应用。关键字：温度测量,单总线,数字温度传感器,单片机Multi-point temperature data acquis

2、ition systemAbstractThe system is constituted by two parts, the temperature measured part and display part. It uses STC89C52 and DS18B20 of DALLAS company. This system can be applied in such domains as greenhouse temperature detecting, air conditioner controlling system in building and supervisory p

3、roductive process and so on.As a kind of high-accuracy digital temperature sensor, DS18B20 can be used in building a sensor net easily. It can also make the net simple and reliable with its special 1-wire interface. Based on the practical experience, this paper introduces the application of DS18B20

4、based on single chip processor.Key words: temperature measure, single bus, digital thermometer, single chip第 I页 共 I页目 录1 绪论 .11.1 系统背景 .12 方案论证 .82.1 传感器部分 .82.2 主控制部分 .92.3 系统方案 .93 硬件电路设计 .103.1 电源电路 .103.2 显示电路 .103.3 温度测试电路 .113.4 整体电路 .184 软件设计 .194.1 概述 .194.2 主程序方案 .194.3 各模块子程序设计 .215 系统调试 .

5、275.1 系统仿真 .275.2 实验板分步调试 .285.3 统一调试 .28附录 A: .29附录 B： .31参 考 文 献 .35致 谢 .37第 1 页 共 37 页1 绪论1.1 系统背景温度测量是现代检测技术的重要组成部分,在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。因此,能够确保快速、准确地测量温度的技术及其装置普遍受到各国的重视。近年来,利用智能化数字式温度传感器以实现温度信息的在线检测已成为温度检测技术的一种发展趋势。本文介绍的智能温度检测系统,以智能化数字式温度传感器构成一种智能化温度检测系统。该系统具有性能可靠、测温准确、结构简单、造价低廉等特点,并兼具线

6、路简捷、使用灵活、抗干扰性好、可移植性强等优点,可在工程实际中得到广泛应用。随着电子技术的发展，将组成 CPU 的部件集成在一块半导体芯片上，这个具有 CPU 功能的大规模集成电路芯片就称之为微处理器（MPU）。微处理器的出现，推动了微型计算机的发展，同时也引起了电子设计技术领域的探到变革电子技术专业人员，使之可以把微处理器部件像其他集成电路一样嵌入到电子系统中，使电子系统具有可编程序的智能化特点，开辟了计算机技术在电子技术领域应用的广阔大地 【1】 。将微处理器、存储器、I/O 电路集成到一块半导体芯片的技术再次推动了这种嵌入式技术的发展，单片微型计算机是这种设计技术中的一个典型代表。单片机

7、适用于测量和控制领域，它以芯片形式嵌人到电子产品或系统中起到“电脑”作用，受到电子专业技术人员的青睐。单片机以其体积小、可靠性高、功能的专门化为特点。沿着与适用微处理器不同的方向发展。它的出现和发展，标志着单片嵌入技术已经成为电子系统设计的一个重要发展方向。本系统采用 STC89C52 作为该系统的单片机。系统整体硬件电路包括，电源电路，传感器电路，温度显示电路，上下限报警电路等。报警电路可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音。温度控制的基本原理为:当DSl8B20采集到温度信号后，将温度信号送至 STC89C52 中处理，同时将温度送到 LED 数码管显示，单片机根据初始化设置的

8、温度上下限进行判断处理，即第 2 页 共 37 页如果温度大于所设的最高温度温或小于所设定的最低温度就启动报警装置 【2】 。单片机是微机发展的一个分支,是为了适应控制系统微型化、集成化的需要而生产和发展起来的。严格的说，对单片机目前还没有严格确切的定义。如果将 8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段（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 MCS 的诞生年代，“单机片”一词即由此

9、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。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。CPU 外围功能单元的集中管理模式。体现工控特性的位地址空间及位操作方式。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。I

10、ntel 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、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着 MCS 51 系列的广应用，许多电气厂商竞相使用 80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道 A/D 转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。（4）第四阶段（1990）微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的 8位/16 位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机 【3】 。第 3 页 共 37 页单片机作为计

11、算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。1.通用型/专用型这是按单片机适用范围来区分的。例如，80C51是通用型单片机，它不是为某种专用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。2.总线型/非总线型这是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成

12、一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。3.控制型/家电型这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址范围大，运算能力强；用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高。显然，上述分类并不是惟一的和严格的。例如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用 【4】 。单片机的特点：（1）有优异的性能价格比单片机的这种高性能，低价格是它最显著的一个特点。单片机尽可能把应用所需要的存储器，各种功能的 I/O 口都继承在一块芯片内，使之成为名副其实的单片机。有的单片机为了提高速度和

13、执行效率，可是采用了 RISC 流水线和 DSP的设计技术，使单片机的性能明显优于同类型微处理器，有的单片机片第 4 页 共 37 页内的 ROM可达 64KB（式中的B表示为字节），片内 RAM 可达 2KB，单片机的寻址已突破 64KB的限制，八位和十六位单片机寻址可达 1MB 和 16MB。 单片机另一个显著特点是量大面广，因此世界上个大公司提高单片机性能的同时，进一步降低价格，性能/价格之比是各公司竞争的主要策略（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强

14、磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。（3）控制功能强为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。单片机是电子计算机这个庞大家族中的一个特殊品种，体积虽小，但“五脏俱全”，它非常适用于专门的控制用途。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令、I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次微型计算机。（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品单片机大量应用于携带式产品和家用消费类产品，低电压和低功耗的特性尤为重要。许多单片

15、机已可在 2.2 V 的电压下运行，有的已能在 1.2 V 或 0.9 V下工作；功耗降至为 A 级，一粒纽扣电池就可以长期使用。(5) 集成度及可靠性高单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。第 5 页 共 37 页外部总线增加了 IC 及 SPI 等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构 【5】 。单片机的应用范围很广，可以说覆盖了所有领域。其主要在智能仪器和控制中的应用。

16、(1)单片机在智能仪表中的应用单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。(2)单片机在机电一体化中的应用机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。(3)单片机在实时控制中的应用单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单

17、片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。(4)单片机在分布式多机系统中的应用在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。(5)单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单

18、片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。第 6 页 共 37 页综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命 【6】 。单片机应用系统的设计（开发）的最终目的是能把它应用到实时控制系统以及仪器仪表、家用电器、汽车制造、医疗器械等各个领域。由于它的应用领域很广，技术要求各不相同，因此应用系统的硬件设计可以是各种各样的，但总体设计方法和研制步骤基本相

19、同。有关单片机应用系统的一般开发、研制方法论述如下：1. 组成单片机应用系统的基本方法用单片机组成应用系统时，实际问题的领域很宽，要求各不相同，组成的方案也千差万别，很难有一个固定的模式适应一切问题，但考虑问题的基本方法大体相似。对一般的应用系统，大都要经历如下步骤： 提出问题，了解现场，明确指标。无论是制作智能仪表还是研制工业控制系统都要对应用对象的工作过程进行深入调查和分析，了解课题的目的要求、信号的种类和数量、应用的环境等等，要把课题最终的指标明确下来。 进行可行性论证，提出初步方案。分析所接受任务的技术关键，论证能否用计算机来解决，有没有别的途径，用计算机合算与否，用什么计算机等等。如

20、果可行，应对接受的课题提出初步方案，划分软、硬件各分课题的任务。 提出各分课题的设计方案。软、硬件所承担的任务明确之后，则可以分别设计出软、硬件各自的功能及实现的方案。 完成总体设计，完成各分课题的任务，组成计算机应用系统。 对系统进行调试、修改、完善 【7】 。2. 应用系统研制进程所谓应用系统，就是利用单片机为某应用目的而设计的单片机专用系统（在调试过程中通常称为目标系统）。第 7 页 共 37 页单片机的应用系统和一般的计算机应用系统一样，也是由硬件和软件所组成。硬件指单片机、扩展的存储器、输入输出设备、控制设备、执行部件等组成的系统，软件是各种控制程序的总称。硬件和软件只有紧密相结合，

21、协调一致，才能组成高性能的单片机应用系统。在系统的研制过程中，软硬件的功能总是在不断地调整，以便相互适应，相互配合，以达到最佳性能价格比 【8】 。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线仿真调试、程序固化等几个阶段。各个阶段所完成的主要工作概述如下：总体设计主要包括确定技术指标，机型及器件选择，软、硬功能划分等。硬件设计主要包括程序存储器和数据存储器芯片的选择和设计；I/O 电路、A/D、D/A 及有关外围电路的设计；系统地址译码电路、总线驱动器等的设计等。软件的主要任务是定义系统功能，软件的结构设计，画出程序结构框图及各功能的程序框图，逐个编写程序。一般采用汇编语言编

22、程较为适合。也可采用高级语言编程 【9】 。软件设计完成后，进行在线仿真调试，也即查找程序中的错误。软件调试完成后再进行软、硬联机调试直至最后生成可用的软、硬件系统。软件和硬件联调完成以后，反复运行正常则可将用户系统程序固化到EPROM中，插入用户样机，用户系统即可脱离开发系统独立工作。详细的开发过程可以参阅有关的资料 【10】 。本章主要分析了国内外温度测试的发展现状及其趋势，系统的介绍了本课题主要用到单片机。在回顾了单片机发展历史，分析了其分类和特点之后，重点介绍了单片机应用系统设计，为下一步课题设计做了充分的准备。2 方案论证2.1 传感器部分方案一：采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性 、可靠性较差。而且在温度测量系统中，采用单片温度传感器，比如