1、贵州师范大学 物理与电子科学学院 电子信息科学与技术 1 电子系统设计与实践 课程设计报告 课程设计题目 ： 多点温度测量系统设计 专业班级 ： 2012级电子信息科学与技术 学生姓名 ： 罗滨志（ 120802010051） 张倩（ 120802010020） 冯礼哲（ 120802010001） 吴道林（ 120802010006） 朱栖安（ 120802010039） 指导老师： 刘万松老师 成 绩 ： 2015 年 6 月 27日 目 录 贵州师范大学 物理与电子科学学院 电子信息科学与技术 2 摘 要 4 1 总体设计 4 1.1 功能要求 5 1.2 总体方案及工作原理 5 2 系
2、统硬件设计 6 2 1 器件选择 6 2.1.1 主要器件的型号 6 2.1.2 AT89C51 7 2.1.3 智能温度传感器 DS18B20 9 2.1.4 晶振电路方案 9 2.1.5 LED 液晶显示器 10 2.1.6 复位电路方案 10 2.2 硬件原理图 11 3 系统软件设计 11 3.1 基本原理 11 贵州师范大学 物理与电子科学学院 电子信息科学与技术 3 3.1.1 主程序 11 3.1.2 读 ROM 地址程序 12 3.1.3 显示 ROM 地址程序 13 3.1.4 读选中 DS18B20 温度的程序 13 3.1.5 显示温度程序 14 3.2 软件清单 15
3、3.2.1 汇编语言程序 15 3.2.2 C 语言程序 24 4 实验步骤 29 4.1 汇编语言 程序调试 29 4.2 C 语言程序调试 30 4.3 实验仿真 31 5 设计总结 32 6 参考文献： 33 贵州师范大学 物理与电子科学学院 电子信息科学与技术 4 摘 要 温度是我们生活中非常重要的物理量。随着科学技术的不断进步与发展，温度测量在工业控制、电子测温计、医疗仪器，家用电器等各种控制系统中广泛应用。温度测量通常可以使用两种方式来实现：一种是用热敏电阻之类的器件，由于感温效应，热敏电阻的阻值能够随温度发生变化，当热敏电阻接入电路时，则流过它的电流或其两端的电压就会随温度发生相
4、应的变化，再将随温度变化的电压或者电流采集过来，进行 A/D 转换后，发送到单片机进行数据处理，通过显示电路，就可以将被测温度显示出来。这种设计需要用到 A/D 转换电路，其测温电路比较麻烦。第二种方法 是用温度传感器芯片，温度传感器芯片能把温度信号转换成数字信号，直接发送给单片机，转换后通过显示电路显示即可。这种方法电路比较简单，设计方便，现在使用非常广泛。 关键词： 多点温度测量 单片机 温度传感器 1 总体设计 多路温度测量系统的总体结构如图 1 所示，根据要求，整个系统包含以下几个部分： 51 单片机、时钟电路、复位电路组成的 51 单片机小系统；多块测温模块；显示温度值的显示模块和按
5、键模块。测温模块由温度传感器组成，温度传感器采用美国 Dallas 半导体公司推出的智能温度传感器 DS18B20，温度测量范围为 -55 - +125，可编程为 9 到 12 位的 A/D 转换精度，测温分辨率可达 0.0625C，完全能够满足系统要求。 DS18B20 采用单总线结构，只需要一根数据线 DQ 即可与单片机通信，多个 DS18B20 可同时连接在一根数据线上与单片机通信。显示器可采用 LCD 液晶显示器，显示信息量大、效果好、使用方便。 贵州师范大学 物理与电子科学学院 电子信息科学与技术 5 图 1 多路温度测量系统的总体结构 系统处理时，由 51 单片机控制从各个测温模块
6、测量出温度数字量，存入缓冲区；然后通过按键控制，从缓冲区取出，根据数字量和温度的关系计算出温度值，依次送 LCD 显示器显示。 1.1 功能要求 多点温度测量系统的功能要求如下： （ 1） 能够测量多点温度； （ 2） 精度 0.1C； （ 3） 能够通过显示器显示测量点编号和温度值； （ 4）可轮流显示各测量点或指定显示某个测量点。 1.2 总体方案及工作原理 单片机系统 由 AT89C51 单片机 ，复位电路和时钟电路组成，时钟采用 12MHZ的晶振，温度模块由 4 块温度传感器 DS18B20 组成，单总线结构，所有的 DS18B20的 DQ 连接在一起与单片机的 P3.0 相连，通过上
7、拉电阻连接电源，每一个 DS18B20都有一个唯一的 64 位 ROM 地址，只要发送相应的 ROM 地址，就能够访问该器件，要访问某个 DS18B20，就必须知道它的 64 位 ROM 地址，可以通过程序读出它的ROM 地址，由于读 ROM 地址时，一次只能接入一个 DS18B20，因此， 4 个 DS18B20的数据线 DQ 通过开关连接到 AT89C51 的 P3.0. 贵州师范大学 物理与电子科学学院 电子信息科学与技术 6 另外，所有 DS18B20 的 VDD 引脚接 +5V 电源， GND 接地；显示器采用 LCD1602（ LM016L），其数据线与 AT89C51 的 P2
8、口相连， RS 与 P1.7 相连， R/W 与 P1,6相连， E 端与 P1.5 相连。 设定了两个按键， K0 为功能键，与 AT89C51 的 P1.0 相连，当 K0 输入低电平时，读入 DS18B20 的 ROM 地址，当 K0 键输入高电平时，显示选中 DS18B20 的温度值； K1 为测量点选中键，与 AT89C51 的 P1.1 相连，用于测量点选择，每按一次，测量点号加 1，读入下一个 DS18B20 的 ROM 地址或显示下一个 DS18B20 的相应温度值。 2 系统硬件设计 2 1 器件选择 2.1.1 主要器件的型号 元件名称 数量 AT89C51 芯片 1 温度
9、传感器（ DS18B20） 4 33PF 晶振 （ CRYSTAL） 1 10uF 电解电容 （ CAP-ELEC） 1 33pF 普通电容 (CAP) 2 LCD 液晶显示器（ LM016L） 1 300R 电阻 (RES) 1 5K 电阻 (RES) 1 开关（ SW-SPST） 1 按钮 (BUTTON) 5 BUS 2 贵州师范大学 物理与电子科学学院 电子信息科学与技术 7 2.1.2 AT89C51 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM-FALSH PROGRAMMABLE AND ERASABLE READ ONLY MEORY）的低电压
10、，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机，单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容， AT89C51 单片机包含中央处理器、程序存储器 (ROM)、数据存储器 (RAM)、 定时 /计数器、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。其基本结构如图 2 图 2 AT89C51 单片机的基本结构 AT89C51 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8kB 的可反复
11、擦写的 Flash 只读程序存储器和 256B 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置有通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元 。 贵州师范大学 物理与电子科学学院 电子信息科学与技术 8 图 3 AT89C51 单片机的引脚 VCC/GND： 供电电源。 P0 口： 可以被定义为数据 /地址的低八位，能够用于外部程序 /数据存储器。在FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1
12、 口： 标准输入输出 I/O 口 ， P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入。在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： 既可用于标准输入输出 I/O，也可用于外部 程序存储器 或数据存储器访问时的高八位地址。 P2口在 FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口： 既可以作标准输入输出 I/O，也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口， 管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（ 外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入
13、） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数 据存储器读选通） RST： 复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个 机器周期 的高电平时间。 ALE/PROG： 当访问外部存储器时，地址锁存允许的 输出电平 用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正 脉冲信号 ，此频率为振荡器频率的 1/6。 贵州师范大学 物理与电子科学学院 电子信息科学与技术 9 PSEN： 外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN
14、 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 EA / VPP： 当 /EA 保持低电平时，则 在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1： 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2： 来自反向振荡器的输出。 2.1.3 智能温度传感器 DS18B20 电路 四个 DS18B20 分别接一个按钮开关，便于分别控制温度， DS
15、18B20 的 VCC 接口接入同一总线且与显示器 VDD接口相连， DQ接口与 AT89C51的 P3.0接口相连，GND 接地，如图 4； 图 4 智能温度传感器原理图 2.1.4 晶振 电路 方案 晶振电路的功能 在于给单片机提供振荡 时钟 信号，使单片机正常工作。本设计 中采用了常用的晶振电路组成方案，具体 如图 5 所示 。 贵州师范大学 物理与电子科学学院 电子信息科学与技术 10 图 5 晶振电路 2.1.5 LED 液晶显示器 图 6 液晶显示器 2.1.6 复位电路方案 复位 电路的 功能 在于对单片机进行复位从而 达到 对整个 电路 复位的功能。 要达到目的则 要求 在复位按键按下后 在 RST引脚上 要出现 一个维持 2个机器周期高电平 4。考虑 到可以利用电容的 电压 不能突变（ 需要 一定的充放电 时间 ） ， 于是采用如下复位电路 。 图 7 复位电路
