基于单片机的温度采集系统的设计

1.1课题背景

随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。

单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。所以单片机在工业中应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空间。

随着温度检测理论和技术的不断更新, 温度传感器的种类也越来越多，在微机系统中使用的传感器，必须是能够将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器根据其自身特性，都有它自己的应用领域。

1.2温度检测的意义与技术发展

温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。因此对温度的检测的意义就越来越大。温度采集系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。

温度采集系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，但是微型计算机的体积、价位、可靠性，都无法满足广大对象对嵌入式系统的要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。单片机诞生于二十世纪七十年代末，经历了SCM、MCU和SOC三大阶段。

2.1系统总体设计

本章主要内容是论述基于51单片机的温度采集系统的总体设计以及方案论证。本系统由单片机、温度信号采集与A/D转换、人机交互、电源系统单元、通信单元五部分组成，功能模块具体实现的器件的不同，将直接影响整个系统的性能及成本，为了达到高效、实用的目的，在系统设计之前的方案论证是十分重要的。

2.2本系统工作流程，见图2-1

图2-1系统工作流程

单片机：该部分的功能不仅包括向温度传感器写入各种控制命令、读取温度

数据、数据处理。单片机是整个系统的控制核心及数据处理核心。

温度信号采集与传感器：本部分的主要作用是用传感器检测模拟环境中的温度信号，温度传感器上电流将随环境温度值线性变化。再把电流信号转换成电压信号，使用A/D转换器将模拟电压信号转换成单片机能够进行数据处理的数字电压信号，本设计采用的是数字温度传感器，以上过程都在温度传感器内部完成。

人机交互及串口通信：人机交换的目的是为了提高系统的可用性和实用性。主要包括按键输入、输出显示。通过按键输入完成系统参数设置，而输出显示则完成数据的显示和系统提示信息的输出，串口通信的主要功能是完成单片机与上位机的通信，便于进行温度数据统计，为将来系统功能的扩展做好基础工作。

电源系统单元：本单元的主要功能是为单片机提供适当的工作电源，同时也为其他模块提供电源。如液晶显示屏、按键等，在本设计当中，电源系统输出+5 V 的电源。

2.2.1单片机

在多数电子设计当中，基于性价比的考虑，8位单片机仍是首选。目前，8位单片机在国内外仍占有重要地位。在8位单片机中又以MCS－51系列单片机及其兼容机所占的份额最大。MCS－51的硬件结构决定了其指令系统不会发生变化，设计人员可以很容易的对不同公司的单片机产品进行选型，他们只需将重点放在芯片内部资源的比较上。

在以前的电子设计中，应用比较广泛的单片机是AT89C51单片机了，但是该单片机最致命的缺陷在于不支持ISP功能。Atmel公司目前已经停止了

AT89C51生产，51单片机必须加上ISP功能才能更好延续MCS-51 的传奇，AT89S51就是在这样的背景下诞生的，目前AT89S51已经成为了实际应用市场上的新宠儿。89S51在工艺上进行了改进，它采用0.35 mm新工艺，不但降低成本了，而且增加了功能，提升了单片机性能，提高了市场竞争力。

AT89S51新增了许多功能，性能也有了较大的提升，但是价格仍旧与

AT89C51的价格一致。新增的功能之中最具有影响力的就是ISP在线编程功能，这个功能的优势在于，改写单片机Flash存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。

显然，AT89S51在性能上比AT89C51要优良得多，因为它不但在AT89C51的基础上增加了许多功能，而且价格基本没有提高，所以在器件选择的时候首先

排除AT89C51，对于市场上的另外一种比较流行的单片机C8051F，尽管它在性能、功能上都要比AT89S51优良很多，但是它的价格是S51的数倍，本系统使用S51已经完全能够实现所需要的功能，基于成本的考虑，放弃C8051F，选择AT89S51作为本系统的主控单元。

2.2.2温度采集与传感器

本部分主要是论证温度传感器的选型。传感器的选择受到很多因素的影响，首先是各种温度传感器自身的优缺点，其次是各种不同的环境因素，还有就是系统所要求实现的精度等，所以在不同的设计当中温度传感器的选择也将不同。

方案一：热电偶传感器

热电偶传感的原理是将温度变化转换为电势变化。它是利用两种不同材料的金属连接在一起，构成的具有热电效应原理的一种感温元件。其优点为精确度高、测量范围广、构造简单、使用方便，型号种类比较多且技术成熟等。目前广泛应用于工业与民用产品中。热电偶传感器的种类很多，在选择时必须考虑其灵敏度、精确度、可靠性、稳定性等条件。

方案二：热电阻传感器

热电阻传感器的原理是将温度变化转换为电阻值的变化。热电阻传感器是中低温区最常用的一种温度传感器。它的主要特点是：测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的，不仅广泛应用于工业测温，而且被制作成标准的基准仪。从热电阻的测温原理可以知道，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来表现的。因此，热电阻的引出线的电阻的变化会给测温带来影响[9]。为消除引线电阻的影响，一般采用三线制或四线制。热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线、显示仪表组成。

方案三：半导体集成模拟温度传感器

半导体IC温度传感器是利用半导体PN结的电流、电压与温度变换关系来测温的一种感温元件。这种传感器输出线性好、精度高，而且可以把传感器驱动电路、信号处理电路等，与温度传感器部分集成在同一硅片上，体积小，使用方便，应用比较广泛的有AD590等。IC温度传感器在微型计算机控制系统中，通常用于室温或环境温度的检测，以便微型计算机对温度测量值进行补偿。

方案四：半导体集成数字温度传感器

随着科学技术的不断进步和发展，新型温度传感器的种类繁多，应用逐渐广

2.2.3人机交互与串口通信

按键是现阶段电子设计中最常用、最实用的输入设备。按键能够成为最普遍的输入设备，主要是其具备了以下几个优点：工作原理、硬件电路连接简单、操作实用性强、价格便宜，程序编写简单。缺点：机械抖动比较严重、外型不够美观。

电子设计中常用的输出显示设备有两种：数码管和LCD。

数码管是现在电子设计中使用相当普遍的一种显示设备，每个数码管由7个发光二极管按照一定的排列结构组成，根据七个发光二极管的正负极连接不同，又分为共阴极数码管和共阳极数码管两种，选择的数码管不同，程序设计上也有一定的差别。数码管显示的数据内容比较直观，通常显示从0到F中的任意一个数字，一个数码管可以显示一位，多个数码管就可以显示多位，在显示位数比较少的电路中，程序编写，外围电路设计都十分简单，但是当要显示的位数相对多的时候，数码管操作起来十分烦琐，显示的速度受到限制。并且当硬件电路设计好之后，系统显示能力基本也被确定，系统显示能力的扩展受到了限制。

而液晶显示屏具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，用户可以根据自己的需求，显示自己所需要的、甚至是自己动手设计的图案。当需要显示的数据比较复杂的时候，它的优点就突现出来了，并且当硬件设计完成时，可以通过软件的修改来不断扩展系统显示能力。外围驱动电路设计比较简单，显示能力的扩展将不会涉及到硬件电路的修改，可扩展性很强。字符型液晶显示屏已经成为了单片机应用设计中最常用的信息显示器件之一。不足之处在于其价格比较昂贵，驱动程序编写比较复杂。

本设计所需要显示的内容比较复杂，不但包括现场温度值、温度限定值、还有温度传感器序列号的显示，所以本系统的数据显示设备采用LCD。

串行通信的主要功能是实现单片机与PC机的数据交换，当需要进行数据记录、数据统计、数据分析的时候，可以把数据发送给上位机，使用上位机进行数据处理，并且将数据处理的结果又发送给单片机。这样可以大大提高系统数据处理速度，还可以方便的对单片机进行控制。计算机与外界的数据传送大部分都是串行的，其传送距离可以从几米到几千米。

第三章：本系统优点

3.1 线路简单

DS18B20与单片机之间一根导线进行数据传输，不需要对数据进行转换，接线简单。

3.2 温度测量准确

DS18B20的温度分辨率为0.0625，所以对温度值可以进行准确的温度转换。

第四章：硬件设计

4.1概括

本部分详细介绍了基于AT89S51单片机的嵌入式温度采集系统的硬件设计。硬件系统所需要完成的功能是将温度传感器DS18B20采集到的温度信号，输送到AT89S51单片机的I/O口，然后把单片机数据处理后的结果，送至

JDL162A进行显示。本系统硬件设计主要包括温度传感器电路、LCD驱动电路、按键驱动电路、电源系统电路、串口通信电路、AT89S51单片机最小系统的设计。

4.2系统硬件及软件组成

4.2.1硬件组成

本系统所用的硬件有：见表4-1。

表4-1系统硬件清单

4.2.2软件组成

软件有：windows操作系统、 keil软件和串口调试助手等软件组成。

4.2.3单片机介绍

单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用范围很广，发展也很快。1971年Intel公司首次宣布4004的4位微处理器，1974年12月Fairchild(仙童)公司即推出了8位单片机F8，开创了单片机的门户。

单片机在我国的应用始于20世纪70年代末，那时我国的科研工作者开始对单片机的应用进行了初期探索，20世纪80年代，单片机在我国得以广泛的应用，各理工科院校陆续开设了有关应用课程。在教学及应用上，Zilog公司生产的Z80CPU成为我国工业控制的主流，以Z80为CPU组成的TP801单板机在教学上及应用领域发挥过巨大作用。20世纪80年代末至90年代初，我国在工业控制领域开始转向使用Intel公司生产的MCS-51。

单片机从1976年公布8位机至今不到30年的时间，它没有像微处理器那样从8位、16位，一直发展到32位、64位，8位机目前依然是单片机的主流机型。但是，它突破了原有的集成结构，在内部继承了越来越多的外围电路和外设接口，

从而发展成为控制器(MicroController)的体系结构，其发展历程大致分为以下几步：

第一阶段：单片机的控索阶段

第二阶段：单片机的完善阶段

第三阶段：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段

第四阶段：微控制器的全面发展阶段

单片机已在各行业得到广泛应用，为适应更多的应用领域，厂家采取了在一块单片机芯片上集成多种功能部件和大容量存储器的方法。因而，整个应用系统不需要扩展，而体积变小、可靠性增高，使单片机成为真正意义上的单片机系统4.2.4单片机功能介绍

单片机是随着大规模集成电路的出现极其发展，将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机(single chipmicrocomputer).它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显著优点.主要应用于智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面,并且取得了显著的成果.单片机应用系统可以分为:（1）最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉,结构简单，常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。片内有ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统即为配有晶振，复位电路，电源的单个单片机.片内无ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统除了外部配置晶振，复位电路，电源外，还应外接EPROM 或EEPROM作为程序存储器用.（2）最小功耗应用系统是指为了保证正常运行，系统的功耗最小.（3）典型应用系统是指单片机要完成工业测控功能所必须的硬件结构系统。

在多数电子设计当中，基于性价比的考虑，8位单片机仍是首选。目前，8位单片机在国内外仍占有重要地位。在8位单片机中又以MCS－51系列单片机及其兼容机所占的份额最大。MCS－51的硬件结构决定了其指令系统不会发生变化，设计人员可以很容易的对不同公司的单片机产品进行选型，他们只需将重点放在芯片内部资源的比较上。

在以前的电子设计中，应用比较广泛的单片机是AT89C51单片机了，但是该单片机最致命的缺陷在于不支持ISP功能。Atmel公司目前已经停止了

AT89C51生产，51单片机必须加上ISP功能才能更好延续MCS-51 的传奇，AT89S51就是在这样的背景下诞生的，目前AT89S51已经成为了实际应用市场

上的新宠儿。89S51在工艺上进行了改进，它采用0.35 mm新工艺，不但降低成本了，而且增加了功能，提升了单片机性能，提高了市场竞争力。

AT89S51新增了许多功能，性能也有了较大的提升，但是价格仍旧与

AT89C51的价格一致。新增的功能之中最具有影响力的就是ISP在线编程功能，这个功能的优势在于，改写单片机Flash存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。

显然，AT89S51在性能上比AT89C51要优良得多，因为它不但在AT89C51的基础上增加了许多功能，而且价格基本没有提高，所以在器件选择的时候首先排除AT89C51，对于市场上的另外一种比较流行的单片机C8051F，尽管它在性能、功能上都要比AT89S51优良很多，但是它的价格是S51的数倍，本系统使用S51已经完全能够实现所需要的功能，基于成本的考虑，放弃C8051F，选择AT89S51作为本系统的主控单元

4.2.5单片机主控单元

本部分主要介绍单片机最小系统的设计。单片机系统的扩展，一般是以基本最小系统为基础的。所谓最小系统，是指一个真正可用的单片机最小配置系统，对于片内带有程序存储器的单片机，只要在芯片外接时钟电路和复位电路就是一个小系统了。小系统是嵌入式系统开发的基石。本电路的小系统主要由三部分组成，一块AT89S51芯片、复位电路及时钟电路。

AT89S51单片机：AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。4K字节可系统编程的Flash程序存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗(WDT)，两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式，空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作，并禁止其它所有部件工作，直到下一个硬件复位。

P0是一个8 位双向I/O 端口，端口置1时作高阻抗输入端，作为输出口时能驱动8 个TTL电平。对内部Flash 程序存储器编程时，接收指令字节；校验程序时输出指令字节，需要接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，

复位电路：计算机在启动运行的时候都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并且从这个初始状态开始工作。单片机的复位是靠外部电路实现的，MCS-51单片机有一个复位引脚RST，高电平有效。

MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种。复位电路的基本功能是系统上电时，RC电路充电，RST 引脚出现正脉冲，提供复位信号直至系统电源稳定后，撤销复位信号，为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时，才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。图

3-2中的RC 复位电路可以实现上述基本功能。调整RC 常数会令对驱动能力产生影响。

时钟电路：时钟电路提供单片机的时钟控制信号，单片机时钟产生方式有内部时钟方式和外部时钟方式。最常用的是内部时钟方式是采用外接晶振和电容组成的并联谐振回路。瓷片电容的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路的起振速度都有一定的影响。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-33MHz内选择。电容取30PF 左右。XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2 悬空。

单片机最小系统如图4-2所示：

图4-2 最小系统图

4.3 DS18B20数字温度传感器介绍

4.3.1温度采集与传感器

本部分主要是论证温度传感器的选型。传感器的选择受到很多因素的影响，首先是各种温度传感器自身的优缺点，其次是各种不同的环境因素，还有就是系统所要求实现的精度等，所以在不同的设计当中温度传感器的选择也将不同。

4.3.1.1 功能介绍

DALLAS半导体公司最新单线数字温度传感器DS18B20的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济。Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、DS1822 “一线总线”数字化温度传感器同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55°C__+125°C，-10__+85°C范围内,精度为±0.5°C。DS1822的精度较差为± 2°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V~~5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。DS18B20、DS1822的特性:DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5°C。可选更小的方式，更宽的电压适用范围。

分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！DS1822、DS18B20软件兼容好。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为±2°C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。DS18B20的内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如下: DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位，见表4-4。

表4-4 DS18B20内部温度表示形式

这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。

例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。见表4-5

表4-5 DS18B20转化温度形式

实际温度值数字输出（二进制）数字输出（十六进制）

+125℃0000 0111 1101 0000 07D0H

+85℃0000 0101 0101 0000 0550H +25.0625℃0000 0001 1001 0001 0191H

+10.125℃0000 0000 1010 0010 00A2H

+0.5℃0000 0000 0000 1000 0008H

0℃0000 0000 0000 0000 0000H

-0.5℃1111 1111 1111 1000 FFF8H

-10.125℃1111 1111 0101 1110 FF5EH

-25.0625℃1111 1110 0110 1111 FE6EH

-55℃1111 1100 1001 0000 FC90H

4.3.1.2 DS18B20温度传感器的存储器

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、T和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节，见表4-6。

表4-6 DS18B20暂存存储器的8个连续字节

该字节各位的意义如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）,见表4-7

表4-7分辨率设置表

根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。 DS1820使用中注意事项DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：(1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语实现。(2)在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。(3)连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达

150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。

(4)在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。

4.3.1.3 DS18B20的内部逻辑图，见图4-3。

图4-3DS18B20内部内部逻辑图

4.3.1.4 DS18B20读写时序

主机使用时间隙(time slots)来读写 DSl820 的数据位和写命令字的位。4.3.1．4.1初始化

时序见图 4-4主机总线 to 时刻发送一复位脉冲(最短为 480us 的低电平信号)接着在t l时刻释放总线并进入接收状态DSl820 在检测到总线的上升沿之后等待 15-60接着 DS1820 在 t2 时刻发出存在脉冲(低电平持续60-240 us)如图中虚线所示

图4-4DS18B20初始化时序图

程序：

Init_DS18B20(void)//初始化ds1820

{

DQ = 1; //DQ复位

_nop_();

_nop_(); //稍做延时2ms

DQ = 0; //单片机将DQ拉低,发出复位脉冲（要求480us~960us) Delay(70); //精确延时566us

DQ = 1; //拉高总线(要求16~60us)

Delay(5); //延时46us

presence = DQ; //如果=0则初始化成功 =1则初始化失败

Delay(25);

DQ = 1;

return(presence); //返回信号，0=presence,1= no presence

}

4.3.1.4.2写时间隙

当主机总线 t o时刻从高拉至低电平时就产生写时间隙从 t o时刻开始15us 之内应将所需写的位送到总线DSl820 在t1为15-60us 间对总线采样若低电平写入的位是 0见若高电平写入的位是连续写 2 位间的间隙应大于1us ，见图4-5。

图4-5写时间隙时序图

程序：

WriteOneChar(unsigned char dat)

{

unsigned char i=0;

for (i=8; i>0; i--)

{

DQ = 0;

DQ = dat&0x01;

delay(5);

DQ = 1;

dat>>=1;

}

}

2.3.5.3读时间隙

见图 4-6 主机总线 to 时刻从高拉至低电平时总线只须保持低电平 l7ts 之后15捍 s也就是说t 2时刻前主机必须完成读位并在to 后的 60μs一120μs 内释放总线

读位子程序(读得的位到C中)

图4-6读时间隙时序图

程序：

ReadOneChar(void)

{

unsigned char i=0;

unsigned char dat = 0;

for (i=8;i>0;i--)

{

DQ = 0; // 给脉冲信号 dat>>=1;

DQ = 1; // 给脉冲信号 if(DQ)

dat|=0x80;

delay(4);

}

return(dat);

}

4.3.1.5存储器操作命令，见表4-8

表4-8存储器操作命令

4.4 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路

DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图4 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。

当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。

对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。

对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。

4.5 串口通信

串行通信数据传输的特点是：数据按位进行传送，最少只需要一根传输线即可完成通信，所以通信成本低，但是速度慢，串行通信又有串行异步通信和串行同步通信两种方式，在单片机中使用的串行通信都是异步方式。异步串行通信以字符为单位，即一个字符接一个字符的传送。

本设计采用RS232串行接口来完成单片机与PC机的数据传输。在RS232C 标准中，收发信号中的“0”为＋3V～＋15V，“1”为－3V～－15V，但单片机采用的是正逻辑的TTL电平，所以需要通过专用芯片MAX232C实现EIA电平与TTL电平转换。

MAX232C是MAXIM公司生产的，包含两路驱动器和接收器的RS-232C转换芯片。芯片内部有一个电压转换器，可以把输入的+5V电压转换为RS-232C 接口所需的±10V电压，尤其适用于没有±12V的单电源系统。

MAX232是一个逻辑电压转换芯片，因此周边必定有一定量的电容滤波，根据MAX232的不同，电容的取值也不同，MAX232C采用1uF的电容即可，虽然也可以用几个三极管进行电平模拟转换，但是使用专用芯片更简单、可靠。串口通信电路如图4-7所示：

基于DS18B20的温度采集显示系统的设计

《单片机技术》课程设计任务书(三) 题目：基于DS18B20的温度采集显示系统的设计 一、课程设计任务 传统的温度传感器，如热电偶温度传感器，具有精度高，测量范围大，响应快等优点。但由于其输出的是模拟量，而现在的智能仪表需要使用数字量，有些时候还要将测量结果以数字量输入计算机，由于要将模拟量转换为数字量，其实现环节就变得非常复杂。硬件上需要模拟开关、恒流源、D/A转换器，放大器等，结构庞大，安装困难，造价昂贵。新兴的IC温度传感器如DS18B20，由于可以直接输出温度转换后的数字量，可以在保证测量精度的情况下，大大简化系统软硬件设计。这种传感器的测温范围有一定限制（大多在－50℃～120℃），多适用于环境温度的测量。DS18B20可以在一根数据线上挂接多个传感器，只需要三根线就可以实现远距离多点温度测量。 本课题要求设计一基于DS18B20的温度采集显示系统，该系统要求包含温度采集模块、温度显示模块（可用数码管或液晶显示）和键盘输入模块及报警模块。所设计的系统可以从键盘输入设定温度值，当所采集的温度高于设定温度时，进行报警，同时能实时显示温度值。 二、课程设计目的 通过本次课程设计使学生掌握：1）单总线温度传感器DS18B20与单片机的接口及DS18B20的编程；2）矩阵式键盘的设计与编程；3）经单片机为核心的系统的实际调试技巧。从而提高学生对微机实时控制系统的设计和调试能力。 三、课程设计要求 1、要求可以从键盘上接收温度设定值，当所采集的温度高于设定值时，进行报警（可以是声音报警，也可是光报警） 2、能实时显示温度值，若用Proteus做要求保留一位小数； 四、课程设计内容 1、人机“界面”设计； 2、单片机端口及外设的设计； 3、硬件电路原理图、软件清单。 五、课程设计报告要求 报告中提供如下内容：

单片机课程设计大纲

单片机原理及应用课程设计教学大纲 课程设计名称：单片机原理及应用课程设计编号：E1010020 课程设计学分：2.0 课程设计周（时）数：2周课程设计授课单位：测控技术及仪器指导方式: 集体辅导与个别辅导相结合课程设计适用专业：测控技术与仪器、自动化、电气工程及其自动化 课程设计教材及主要参考资料： 《单片机原理及应用》，张毅刚，高等教育出版社，2004年， 《单片机教程》，蔡惟铮编，东北大学出版社，2001年， 服务课程名称：单片机原理服务课程编号：T1010020 服务课程讲课学时：40 服务课程学分：2.5 一、课程设计教学目的及基本要求 1．了解并掌握单片机的原理、结构、指令、运行模式、功能模块及应用开发方法。 2．提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力。 3．掌握汇编语言的设计和调试。 4. 掌握C－51语言的设计和调试。 二、课程设计内容及安排 1．掌握各种进制数的特点及其转换方法。 2．掌握MCS-51单片机的硬件结构的特点，详细了解MCS-51单片机的各种资源。 3．了解单片机的指令系统、指令格式及其意义。 4．理解中断的基本概念，了解单片机的中断响应。 5．掌握存储器的分类，熟练掌握存储器的扩展。 6．了解单片机的接口技术及其串行通讯方式。 7．编写课程设计报告，掌握汇编语言的设计和调试方法。 设计题目: 1．交通灯控制系统 实验目的：（1）学习输出口的使用方法；（2）学习延时子程序的编写；（3）交通灯的控制规律 实验要求：设计并且制作交通灯控制系统，编制控制系统监控软件；交通灯控制软件，要求以单片机为核心，P1口输出口接三只发光二极管（红绿黄）， 编写程序，使发光二极管按交通灯的控制规律点亮。 思考问题：改变延时常数，使发光二极管闪亮时间改变。红绿灯不允许同时点亮，红绿灯交换时黄灯闪烁，考虑车流量情况，改变交通灯指挥状况，单路 口/多路口情况，寻求最佳交通流量。

计算机控制课程设计电阻炉温度控制系统

计算机控制课程设计 报告 设计题目：电阻炉温度控制系统设计 年级专业：09级测控技术与仪器 化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，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。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产

生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 1.1电阻炉组成及其加热方式 电阻炉是工业炉的一种，是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化元件或物料的热加工设备。电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成，炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加

热方法也不同;由于工艺不同，所要求的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，对控温精度要求不同，因而控制系统的组成也不相同。电气控制系统包括主机与外围电路、仪表显示等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，因炉种的不同而各异。电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件， （4）电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性; （5）具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃; （6）具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。

单片机课程设计(温度控制系统)

温度控制系统设计 题目: 基于51单片机的温度控制系统设计姓名: 学院: 电气工程与自动化学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 学号: 指导教师:

2015年5月31日 摘要： (3) 一、系统设计 (3) 1.1 项目概要 (3) 1.2设计任务和要求： (4) 二、硬件设计 (4) 2.1 硬件设计概要 (4) 2.2 信息处理模块 (4) 2.3 温度采集模块 (5) 2.3.1传感器DS18b20简介 (5) 2.3.2实验模拟电路图 (7) 2.3.3程序流程图 (6) 2.4控制调节模块 (9) 2.4.1升温调节系统 (9) 2.4.2温度上下限调节系统 (8) 2.43报警电路系统 (9) 2.5显示模块 (12) 三、两周实习总结 (13) 四、参考文献 (13) 五、附录 (15)

5.1原理图 (15) 摘要： 在现代工业生产中，温度是常用的测量被控因素。本设计是基于51单片机控制，将DS18B20温度传感器实时温度转化，并通过1602液晶对温度实行实时显示，并通过加热片（PWM波，改变其占空比）加热与步进电机降温逐次逼近的方式，将温度保持在设定温度，通过按键调节温度报警区域，实现对温度在0℃-99℃控制的自动化。实验结果表明此结构完全可行，温度偏差可达0.1℃以内。 关键字：AT89C51单片机；温控；DS18b20 一、系统设计 1.1 项目概要 温度控制系统无论是工业生产过程，还是日常生活都起着非常重要的作用，过低或过高的温度环境不仅是一种资源的浪费，同时也会对机器和工作人员的寿命产生严重影响，极有可能造成严重的经济财产损失，给生活生产带来许多利的因素，基于AT89C51的单片机温度控制系统与传统的温度控制相比具有操作方便、价价格便宜、精确度高和开展容易等优点，因此市场前景好。

温度控制系统课程设计

前言 温度是一种最基本的环境参数,日常生活和工农业生产中经常要检测温度。传统的方式是采用热电偶或热电阻,但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过AD 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口,使得硬件电路结构复杂,制作成本较高。近年来，美国DALLAS公司生产的DSI18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。 随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中.其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等. 智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE_）的结晶.目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路.有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU),并且可通过软件来实现测试功能,即智能化取决于软件的开发水平。 为了准确获取现场的温度和方便现场控制，本系统采用了软硬件结合的方式进行设计，利用LED数码管显示温度,利用DS18B20检测当前的温度值，通过和设定的参数进行比较，若实测温度高于设定温度，则通过555定时器产生频率可变的报警信号，若实测温度低于设定温度，则加热电路自动启动，到达设定温度后停止。在软件部分，主要是设计系统的控制流程和实现过程，以及各个芯片的底层驱动设计已达到所要求的功能。在近端与远端通信过程中，采用串行MAX232标准，实现PC机与单片机间的数据传输。

单片机课程设计题目

《单片机原理与应用》课程设计题目 1．基于单片机的电子秒表 本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子器件设计，一个电源开关，两个按键，三位数码管显示，打开电源开关后显示8，每秒循环左移一位，即□□8—>□8□—>8□□—>□□8—>…，按A键开始计时，实时显示所经历的时间，按B键停止计时并显示从开始到当前时刻的时间，要求精确到0.1秒，量程为0～99.9秒。 要求按键输入采用中断方式，按键A接INT0，按键B接INT1。 2．智能电动百叶窗 本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子器件设计，一个电源开关，用一台直流电机控制百叶窗叶片的旋转（正转/反转），用一个光敏电阻传感器测量室内光强度，并用两位数码管显示测量结果，设置三个按键：手动/自动切换、手动正转和手动反转，用一个发光二极管显示手动/自动状态，自动状态时二极管亮。 设置两个极限位置保护行程开关，用于保护百叶窗叶片：当正转到极限位置压下行程开关时，电机停止正转，但还可以反转；当反转到极限位置压下行程开关时，电机停止反转，但还可以正转。 按键输入采用中断方式，按键中断请求信号接INT0. 单片机根据设定光强S1和S2（S2 > S1）和实测光强P控制电机M的动作：当P<=S1时，控制M正转以增加进光量； 当P>S2时，控制M反转以减少进光量； 当S1S+1时，控制R断开电加热回路； 当S-1

计算机温度控制系统课程设计

目录摘要2 1.设计目的3 2.设计要求和设计指标3 3. 总体方案设计 3 4.硬件选择以及相关电路设计3 温度传感器的选择3 模数转换器4 内部结构4 信号引脚5 工作时序与使用说明6 控制器89C51 7 数码管显示电路8 LED数码管的组成8 数码管显示方式9 控制算法10 6. 各子程序流程图11 PID控制程序流程图11 A/D转换程序流程图11 显示程序流程图11 温度控制总程序流程图12 心得体会12

参考文献13 附录1：温度控制系统总电路图14 附录2：温度控制系统程序清单16 摘要 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，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，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计介绍了以AD590集成温度传感器为采集器、AT89C51为控制器、ADC0809为A/D转换器对温度进行智能控制的温度控制系统。其主要过程如下：利用传感器对将非电量信号转化成电信号，转换后的电信号再入A/D转换成数字量，传递给单片机进行数据处理，并向外围设备发出控制信号。 论文首先介绍了单片机控制系统的整体方案设计及原理，然后具体介绍了控制系统的温度传感器部分、A/D转换部分、控制器89C51部分以及数码管显示和键盘控制部分，接着相信介绍了温度控制系统各个单元电路的设计，最后阐述了温度控制系统软件设计的主程序和各个子程序。 关键字：单片机89C51 温度传感器A/D转换器温度控制

计算机温度测控系统 1.设计目的 设计制作和调试一个由工业控制机控制的温度测控系统。通过这个过程学习温度的采样方法，A/D变换方法以及数字滤波的方法。通过实践过程掌握温度的几种控制方法，了解利用计算机进行自动控制的系统结构。 2.设计要求和设计指标 1、每组4～5同学，每个小组根据设计室提供的设备及设计要求，设计出实际电路组成一个完整的计算机温度测控系统。 2、根据设备情况以及被控对象，选择1～2种合适的控制算法， 框图和源程序，并进行实际操作和调试通过。 编制程序温度指标：60～80℃之间任选；偏差：1℃。 总体方案设计 本系统主要由数据采集、信号放大、模数转换等模块构成。设计思想是通过温度传感器将温度信号转变为电流（电压）信号，但我们要知道经温度变化引起电流（电压）信号的改变是非常小的，此时如果被模数转换器采集的话效果是非常不明显的，因此我们将其通过一个信号放大模块进行放大。再通过模数转换器后送入单片机AT89C51，而单片机通过PID算法控制烘箱的电炉加热，并且使数码管显示实时温度，从而实现温度的高精度控制。 4.硬件选择以及相关电路设计 温度传感器的选择 传感器的选取目前市场上温度传感器繁多就此我们提出了以下三种选取方案：方案一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器在各方面特性都比较优秀，但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻，选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：选用美国Analog Devices 公司生产的二端集成电流传感器AD590，此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。其测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±℃，其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此此次设计选用方案三。

单片机课程设计完整版样本

课程设计( 论文) 课程名称单片机 题目名称简易密码锁的设计学院高等技术学院 专业班级高1 1 0 9 学号3869 学生姓名刘欢 指导教师胡立强 11月28 日 目录

一，任务目的 (3) 二，任务要求 (3) 三，电路与元器件 (4) 四，程序设计 (5) 五，程序运行测试 (6) 六，任务小结 (7) 七，心得体会 (8) 八，参考文献 (9) 1.任务目的

经过对具有四个按键输入和一个数码管显示的简易密码锁的设计与制作, 让读者理解C语言中数组的基本概念和应用技术, 并初步了解单片机与键盘和LED数码管的接口电路设计及编程控制方法。 2.任务要求 在一些智能门控管理系统, 需要输入正确的密码才能开锁。基于单片机控制的密码锁硬件电路包括三部分: 按键、数码显示和电控开锁驱动电路, 三者的对应关系如图表3.16所示。 表3.16 简易密码锁状态 简易密码锁的基本功能如下: 4个按键, 分别代表数字0,1,2,3: 密码在程序中事先设定, 为0-3之间的一个数字; 上电复位后, 密码锁初始状态为关闭, 密码管显示符号”—”; 当按下数字键后, 若与事先设定的密码相同, 则数码管显示字符”P”, 打开锁, 3秒后恢复锁定状态, 等待下一次密码的输入, 否则显示字符”E”持续3秒, 保持锁定状态并等待下次输入。 3.电路与元器件 根据任务要求, 用一位LED数码管作为显示器件, 显示密码锁的状态信息, 数码管采用静态连接方式; 4个按键连接到P0口的低四位

P0.0-P0.3引脚, 设P0.0连接数字”0”按键、P0.1连接数字”1”按键, 依次类推; 锁的开、关电路用P3.0控制的一个发光二极管代替, 发光二极管点亮表示锁打开, 熄灭表示锁定。根据以上分析, 采用如图3.21所示的连接电路。 图3.21 简易密码锁电路 简易密码锁电路所需元器件清单如表3.17所示。 元器件名称参数数量元器件名 称 参数数量 插座DIP40 1 电阻103 1 单片机AT89SC51 1 电解电容22UF 1

课程设计(论文)基于mcs51系列单片机的数字温度监测装置设计

课程设计说明书 基于MCS-51系列单片机的 数字温度监测装置设计 学生班级： 学生姓名： 起止日期： 指导教师：

目录 一、引言 4 1. 本次课程设计的重要意义4 2. 温度传感器的发展4 二、设计内容及性能指标 5 三、系统方案总体概述 5 四、系统主要器件选择 6 （一）单片机的选择 6 1.主要性能参数6 2.功能特性概述7 3.引脚功能说明8 4.端口引脚第二功能9（二）温度传感器的选择10 1.总述10 2.温度传感器的选择11 2.1 DS18B20简介11 2.2 DS18B20内部结构11 2.3 DS18B20测温原理15 五、系统整体设计 17（一）系统硬件电路设计17 1.硬件电路设计总体概述17 2.CPU机器基本外围电路设计18 2.1单片机电路18 2.2晶振控制电路18 2.3 继电器电路19 2.4 锁存器74LS373引脚功能及工作原理19 2.4.1 74LS373引脚功能20 2.4.2 74LS373工作原理20 2.4.3 Intel2764引脚功能23 3.前向通道设计23 3.1温度检测电路23 3.2电源输入部分电路24 4.后向通道设计及人机通道设计25 4.1 后向通道设计25 4.1.1 LED显示电路25 4.1.1.1 LED显示器的结构25 4.1.1.2 LED显示器的工作原理26 4.1.1.3 LED 显示设计方案27 4.2键盘27 4.3温度报警电路28 4.4复位电路28

5.抗干扰措施29 5.1干扰产生的后果29 5.2抗干扰设计的基本原则30 5.3硬件抗干扰设计31 5.4软件的抗干扰设计32（二）系统软件设计33 1.概述33 2.主程序模块33 3. 部分程序清单34 3.1 温度传感器的驱动程序34 3.2 LED共阳极显示子程序36 六、附录 36 七、致谢 37 参考文献

单片机课程设计题目汇总(全)

单片机原理与接口技术课程设计题目汇总 说明：为便于同学提前探讨开发思路，特将本课程设计的可选题目发给大家。 每个同学可以在以下题目中选一题要求：课程设计考核内容包括：源程序；设计报告文档基于单片机的电子时钟设计设计内容：1、用LCD液晶作为显示设备（30分） 2、可以分别设定小时，分钟和秒，复位后时间为：00: 00：00 （30 分） 3、能实现日期的设置，年、月、日（30分） 4、其他创新内容（10分）如：闹钟功能；显示星期；整点音乐报时等。 图示： 2010-04-09 MON 11:06:42 基于单片机的交通灯显示系统（一） 设计内容：1、东西方向、南北方向均有红、黄、绿三种信号灯；（30 分） 2、带紧急制动按钮，按钮按下，所有方向亮红灯；再次按下，恢复正常显 示（20分） 3、夜间模式按钮按下，所有方向显示黄灯闪烁（20分） 4、实时提醒绿灯亮的剩余时间（30分）图示： 基于单片机的交通灯显示系统（二） 设计内容：1、东西干道和南北干道的通行分左行、右行、直行，其中左行、右行固定15秒；直行固定30秒（40分） 2、信号灯分绿灯（3种）、红灯、黄灯，每次绿灯换红灯时，黄灯亮3秒 钟。（30分） 3、东西干道和南北干道交替控制，每次干道绿灯交替时，有 3 秒钟所有干道的交通灯都是黄灯闪烁3秒钟，提示已经进入路口的车辆迅速通过。（30分）

4、其他创新内容。（10分） 图示: 四、基于单片机的波形发生器设计 设计内容：1、设计一款能产生3种以上波形的波形发生器（30分） 2、设计波形选择按钮（采用3个独立按键）（10分） 3、点阵显示波形图案（20分） 4、能同时输出两种波形（30分） 5、显示频率（10分） 图示： 五、基于单片机的LED点阵广告牌设计 设计内容：1、能显示不同字符、图形的LED点阵广告牌（30分） 2、用独立按键控制不同字符的切换效果（如闪烁、静止、平移）（30 分） 3、可通过串口从电脑下载更新需要显示的字符（30分） 4、其他创新功能（10分） 图示：略 六、基于单片机的篮球计分器设计 设计内容：1、设计LCD显示篮球比分牌（30分） 2、通过加分按钮可以给A队或B队加分（20分） 3、设计对调功能，A队和B队分数互换，意味着中场交换场地。（20 分） 4、显示比赛倒计时功能（20分） 5、创新内容：如显示第几小节（10分） 显示： A 083: B 079 4th Period 10:25

热交换器温度控制系统课程设计报告书

热交换器温度控制系统 一．控制系统组成 由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。 图1换热器出口温度控制系统流程图 控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。 二、设计控制系统选取方案 根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。

换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。多级离心泵的转速由便频器来控制。 换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。 图2换热器的温度控制系统工艺流程图 引起换热器出口温度变化的扰动因素有很多，简要概括起来主要有： （1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。 （2 ）冷流体的流量和温度的扰动。冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速

单片机课程设计题目汇总(全)范文

单片机课程设计题目汇总（一） 说明：为便于同学提前探讨开发思路，自学相关内容，特将本课程设计的可选题目发给大家。本次题目为其一部分，稍后会有另一部分。鼓励大家自己设计题目。 要求：每个小组2-3人，每个题目最多限两个小组选；课程设计考核内容包括：C51源程序；现场显示结果；设计报告文档（文档的格式稍后公布，请注意查收）。 一、基于单片机的电子时钟设计 设计内容：1、用ＬＣＤ液晶作为显示设备（30分） 2、可以分别设定小时，分钟和秒，复位后时间为：00：00：00 （30分） 3、能实现日期的设置，年、月、日（30分） 4、其他创新内容（10分）如：闹钟功能；显示星期；整点音乐 报时等。 提示：用专用时钟芯片DS1302。 图示： 二、基于单片机的交通灯显示系统（一） 设计内容：１、东西方向、南北方向均有红、黄、绿三种信号灯；（30分） 2、带紧急制动按钮，按钮按下，所有方向亮红灯；再次按下， 恢复正常显示（20分） ３、夜间模式按钮按下，所有方向显示黄灯闪烁（20分） 4、实时提醒绿灯亮的剩余时间（30分） 图示： 三、基于单片机的交通灯显示系统（二） 设计内容：1、东西干道和南北干道的通行分左行、右行、直行，其中左行、右行固定15秒；直行固定30秒（40分） 2、信号灯分绿灯（3种）、红灯、黄灯，每次绿灯换红灯时，黄 灯亮3秒钟。（30分） 3、东西干道和南北干道交替控制，每次干道绿灯交替时，有3 秒钟所有干道的交通灯都是黄灯闪烁3秒钟，提示已经进入路口的车辆迅速通过。（30分）

4、其他创新内容。（10分） 图示： 四、基于单片机的波形发生器设计 设计内容：1、设计一款能产生3种以上波形的波形发生器（30分） 2、设计波形选择按钮（采用3个独立按键）（10分） 3、点阵显示波形图案（20分） 4、能同时输出两种波形（30分） 5、显示频率（10分） 图示： 五、基于单片机的LED点阵广告牌设计 设计内容：1、能显示不同字符、图形的LED点阵广告牌（30分） 2、用独立按键控制不同字符的切换效果（如闪烁、静止、平移） （30分） 3、可通过串口从电脑下载更新需要显示的字符（30分） 4、其他创新功能（10分） 图示：略 六、基于单片机的篮球计分器设计 设计内容：1、设计LCD显示篮球比分牌（30分） 2、通过加分按钮可以给A队或B队加分（20分） 3、设计对调功能，A队和B队分数互换，意味着中场交换场地。 （20分） 4、显示比赛倒计时功能（20分） 5、创新内容：如显示第几小节（10分） 显示： 七、基于单片机的电子贺卡设计 设计内容：1、设计基于单片机的伴奏乐曲（30分）

专业课程设计温度的采集与控制(软件)2

专业课程设计说明书课程设计名称：专业课程设计 课程设计题目：温度的采集与控制（2）学院名称：信息工程学院 专业：电子信息工程班级： 学号：姓名： 评分：教师： 20 年月日

专业课程设计任务书2012－2013学年第二学期分散1周第17 周－ 19 周集中

摘要 随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。 本次设计的目的在于学习基于51单片机的温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现温度信号采集与显示，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。 关键词：温度温度采集温度控制

目录 第一章系统组成及工作原理 (1) 1.1 设计要求 (1) 1.2 系统组成 (1) 1.3 工作原理 (1) 第二章硬件电路设计 (2) 2.1 温度转换电路 (2) 2.2 A/D转换电路 (2) 2.3 控制电路 (3) 2.4 单片机最小系统 (3) 第三章软件设计 (5) 3.1 主程序流程图 (5) 3.2 7279初始化程序INIT7279 (6) 3.3 发送字节程序STFS (7) 3.4 延时程序 (9) 3.5 中断程序 (10) 3.6 AD采样程序 (12) 3.7 数值转换程序 (13) 3.8 7279送显程序 (14) 第四章实验、调试和测试结果分析 (16) 4.1 主要仪器和工具 (16) 4.2 调试过程及测试结果 (16) 结论 (18) 参考文献 (19) 附录 (20)

基于单片机的数字温度计设计课程设计

摘要 温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用。本设计以AT89C52单片机为核心，采用DS18B20温度传感器检测温度，由温度采集、温度显示,温度报警等功能模块组成。基于题目基本要求，本系统对温度采集和温度显示系统行了重点设计。本系统大部分功能能由软件实现，吸收了硬件软件化的思想。实际操作时，各功能在开发板上也能完美实现。本系统实现了要求的基本功能，其余发挥部分也能实现。 关键字：AT89C52单片机、DS18B20温度传感器、数码管显示、温度采集

目录 一．绪论 .............................................................................................................

二．设计目的..................................................................................................... 三．设计要求..................................................................................................... 四．设计思路..................................................................................................... 五．系统的硬件构成及功能................................................................. 5.1主控制器............................................................................................... 5.2显示电路............................................................................................... 5.3温度传感器.......................................................................................... 六．系统整体硬件电路................................................................................. 七．系统程序设计 .......................................................................................... 八．测量及其结果分析 ................................................................................... 九．设计心得体会............................................................................................ 十．参考文献..................................................................................................... 附录1 源程序 附录2 元件清单及PCB图 一．绪论

简单多点温度测量系统课程设计

课程设计报告（2010 —2011 年度第2学期） 题目：基于DS18B20的多点温度测量系统 院系： 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 2011年5 月22 日

目录 1设计要求…………………………………………………………………………2设计的作用、目的………………………………………………………………3设计的具体实现…………………………………………………………………. 3.1系统概述……………………………………………………………………. 3.2单元电路设计与分析……………………………………………………… 3.3电路的安装与调试…………………………………………………………4心得体会及建议………………………………………………………………… 4.1心得体会…………………………………………………………………… 4.2建议…………………………………………………………………………5附录………………………………………………………………………………6参考文献…………………………………………………………………………

基于DS12B20的多点温度测量系统设计报告 1设计要求 运用DS12B20温度测量芯片实现一个多点温度测量系统，要求如下： （1）．测量点为两点。 （2）．测量的温度为-40~+40°C （3）．温度测量的精度为±0.5°C （4）．测量系统的响应时间要小于1S。 （5）．温度数据的传输方式采用串行数据传送的方式。 2 设计的作用、目的 通过本设计可以进一步了解熟悉单片机的控制原理以及外设与单片机的数据通信方法，尤其是串行通信方法以及单片机与外设间的接口问题。 本设计旨在提高学生的实际应用系统开发能力，增长学生动手实践经验，激起学生学以致用的兴趣。 3设计的具体实现 3.1系统概述 本系统分为温度采集模块、核心处理模块、控制模块和显示模块。温度采集模块由DS18B20温度测量芯片构成，它负责测量温度后将温度量转化为数字信号，传输到数据处理模块；核心处理模块由AT89S52单片机组成，它负责与温度采集模块进行数据通信、对数据进行操作处理已经对各种外设的响应与控制；控制模块由几个按键组成，实现对测量点的选择以及电路复位的操作；显示模块由一块四位的八段译码显示管和驱动芯片组成，它的作用是显示测量的温度值。 系统模块组成图：

单片机课程设计大纲

《单片机原理及应用课程设计》教学大纲 适用专业：电子信息科学与技术 学时：一周学分： 课程编号：课程类别：专业课 开课单位：信息工程学院编写人：李丹 一、课程设计目的和要求 1、设计目的 通过课程设计，可将所学过的电子技术、模/数转换技术、传感器技术、单片机技术及智能仪器等知识综合串联起来，通过理论联系实际，从题目分析、电路设计调试、程序编制调试到传感器的标定等这一完整的实验过程，培养学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，从而培养和提高学生的独立工作能力及解决实际问题的能力，为毕业设计和以后的工作打下一个良好的基础。 2、设计要求 a．了解并掌握单片机的原理、结构、指令、运行模式、功能模块及应用开发方法。 b．提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力。 c．掌握汇编语言的设计和调试。 二、课程设计方式 集体辅导与个别辅导相结合 三、课程设计内容 1．课程设计课题及要求 A类题目：（此类题目主要在“THGMZ-3型单片机·微机·CPLD·FPGA·网络接口开发综合实验装置”上完成） 题目1：V/F转换模块设计 设计任务：调试F/V变换电路 设计要求： 1）测量Vin和Fout，画出V/F线。 2）Fout接入8051的INT0或INT1，编程由单片机完成测量及显示项目 参考资料：见附件1。 题目2：F/V转换模块设计 设计任务：调试F/V变换电路 设计要求： 1）测量Fin和Vout，画出F/V线。 2）Fin接单片机I/O口，编程由单片机产生频率信号。 参考资料：见附件1。

组态王课程设计锅炉温度控制系统

锅炉温度控制系统上位机设计 1.设计背景 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。 2.任务要求 (1) 按照题目设计监控画面及动态模拟； (2) 在数据字典中定义需要的内存变量和I/O变量； (3) 实现监控系统的实时、历史曲线及报警界面显示； (4) 实现保存数据和参数报表打印功能； (5) 实现登陆界面和帮助界面。 3. 界面功能 3.1 系统说明 本系统的目的是实现锅炉的温度控制，所以在监控界面设置了加热部分和降温部分，同时通过观察相应仪表，操作者手动的实现对锅炉温度的控制，而且在加热过程和降温过程中有信号灯可以清楚地显示系统工作在什么阶段。此外，在监控界面加入了液位控制部分，通过对进水量和出水量的控制实现液位平衡。实时曲线和历史曲线可以让操作者清楚地观察到锅炉内液体的液位高度和温度，从而更加准确的操作系统，达到控制要求。实时报警界面可以随时进行提醒，防止发生意外情况。帮助界面可以让初次登陆该系统的用户快速学会如何操作系统。登陆界面中加入用户登陆部分，只有有相应权限的操作者也可以控制系统。该系统还加入历史曲线打印功能和对系统相关变量的保存功能，用户可以随时查看历史记录。 3.2主监控界面 主控界面实现的是操作者观察仪表，得到锅炉内液体温度和液位的实时信息，通过调节电磁阀1、2，使得锅炉内液体液位保持在要求范围内，通过加热按钮和降温按钮对

基于单片机的温度采集系统设计课程设计

基于单片机的温度采集系统设计课 程设计 摘要 单片机己在各行业得到广泛应用，为适应更多的应用领域，厂家釆取了在一块单片机芯片上集成多种功能部件和大容量存储器的方法。因而，整个应用系统不需要扩展，而体积变小、可靠性增高，使单片机成为真正意义上的单片机系统。 第一章单片机概述 单片机是单片微型计算机的简称，有时称为微控制器，是将计算机的主要功能单元集成在一个芯片中而构成的器件。由于单片机在一个芯片上集成诸多功能，因此就单项功能而言，通常都没有普通计算机强大，如计算机速度不够快、字长较短、外部可扩展接口的数量少且规模小等。但是，单片机具有体积小、价格便宜和技术成熟等优点，是各种电子产品的重要组成部分, 在国民经济的各个领域发挥着重要作用。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提

高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端⑷的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的WindOWS和LinUX操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电 子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽至上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU,内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的竝蛊件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可……用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！……它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的(比如家用PC)的主要区别。

温度监控系统课程设计报告

^ 温度监控系统课程设计报告 1 设计背景 设计目的及意义 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。 （1）在学习了课程后，为了加深对理论知识的理解，学习理论知识在实际中的运用，培养动手能力和解决实际问题的经验。 （2）通过实验提高对单片机的认识，提高软件调试能力。 （3）进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理，通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。 （4）通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。( （5）熟悉温度控制的工作原理，选择合适的元件，绘制系统电路原理图，运用单片机原理及其应用，进行软硬件系统的设计和调试，加深对单片机的了解和运用，进而提高自己的应用知识能力、设计能力和调试能力。 总体设计思路 本设计以单片机为基础，温度监控系统大致上可以分为以下几个步骤： 系统分析过程 （1）根据系统的目标，明确所采用温度监控系统的目的和任务。 （2）确定系统所在的工作环境。 （3）根据系统的工作要求，确定系统的基本功能和方案。 系统设计内容 : (1）构思设计温度监控系统的工作流程。 （2）对要求设计的系统进行功能需求分析，考虑多种设计方案，比较各方案的特点，并确定合理可行的方案，并设计相应的功能结构。

（3）根据系统的控制要求，选择合适型号的芯片及元器件。 (4) 设计以单片机为核心的控制程序。 (5) 电路板及其结构的设计。 (6) 进行系统的调试，完成最终的设计。 2 总体设计方案设计 系统框图 % 本设计为无线电控制电路，系统框图如下所示： ￥ " 图1-1 系统框图 系统功能 此设计以单片机为核心的温度监控系统，其功能是：平常状态下可以做温度计使用。当温度超过预设温度时二极管会闪烁报警，当温度降下时二极管则停止闪烁。 电路设计及功能如下所述： 本设计大体可分为三个部分，即温度采集，数码显示，报警电路。温度采集部分利用DS18B20进行温度采集，感知温度，后数码显示出温度，若温度超过了预设温度报警电路则启亮发光二极管，闪烁。整体电路图如下所示：