实时温度测量实训报告
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学号：*****
班级：******
浙江●绍兴
2010年12月
第一章 方案认证及确定
温度传感器将温度信息变换为模拟电压信号后，将电压信号放大到单片机可以处理的范围内，经过低通滤波，滤掉干扰信号送入单片机。单片机将检测到的温度信息与设定值进行比较，如果检测值高于设定值，则启动制冷系统，降低环境温度；同理，如果检测值低于设定值，则启动加热系统，提高环境温度，达到控制温度的目的。
该单片机温度控制系统是以AT89C51单片机为控制核心，用温度传感器DS18B20进行温度采集。整个系统硬件部分包括温度检测系统、A/D转换、单片机、I/O设备、控制执行系统等。单片机温度控制系统控制框图如下所示：
第二章 硬件设计
2.1原理图
Proteus仿真结果显示：
2.2 原理图说明
设计中，使用AT89C51的P1.0管脚接收由温度传感器送出的数字温度信号；管脚P0.0~P0.7用于输出温度各位上的数字，连接LED数码管，作为显示内容；P2.0~P2.2管脚作为LED数码管轮流显示的控制信号的输出端；P3.0作为温度越界判据的信号输出的端。单片机的外围设备包括：时钟振荡器、DS18B20数字温度传感器、温度显示设备和高温制冷电机等。
用DS18820测量温度，在其内部就能进行A/D转换，输出数字量与单片机直接通讯，无需外加A/D转换器，转换速度快，降低了成本，而且简化了电路，提高了系统的集成度，使其满足了最简的要求。这个温度传感器稍加改良，配合半导体制冷器还能实现高精度的温度控制功能。
2.3 主要元器件介绍
2.3.1数字温度传感器DS18B20主要特性：
全数字温度转换及输出。
先进的单总线数据通信。
最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。
12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。
可选择寄生工作方式。
检测温度范围为–55°C ~+125°C (–67°F ~+257°F)
内置EEPROM，限温报警功能。
64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。
多样封装形式，适应不同硬件系统。
2.3.2 DS18B20的封装结构
2.3.3 DS18B20工作原理及应用
DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：
ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。
RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。
第三章 软件设计
3.1程序框图
3.2 程序清单
ORG 0000H
TEMPER_L EQU 29H
TEMPER_H EQU 28H
FLAG1 EQU 38H
A_BIT EQU 20H
B_BIT EQU 21H
TJ EQU 70H
DQ EQU P2.7
MAIN1: LCALL GET_TEMPER
MOV A,29H
MOV C,40H
RRC A
MOV C,41H
RRC A
MOV C,42H
RRC A
MOV C,43H
RRC A
MOV 29H,A
MOV A,TJ
CJNE A,#0,MAIN2
CLR P1.7
MOV TJ,#1
AJMP MAIN3
MAIN2: CJNE A,#1,MAIN3
SETB P1.7
MOV TJ,#0
MAIN3: LCALL DISPLAY
AJMP MAIN1
INIT_1820: SETB DQ
NOP
CLR DQ
MOV R1, #3
TSR1: MOV R0, #107
DJNZ R0,$
DJNZ R1,TSR1
SETB DQ
NOP
NOP
NOP
MOV R0,#25H
TSR2: JNB DQ,TSR3
DJNZ R0,TSR2
LJMP TSR4
TSR3: SETB FLAG1
LJMP TSR5
TSR4: CLR FLAG1
LJMP TSR7
TSR5: MOV R0,#117
TSR6: DJNZ R0,TSR6
TSR7: SETB DQ
RET
GET_TEMPER: SETB DQ
LCALL INIT_1820
JB FLAG1,TSS2
RET
TSS2: MOV A,#0CCH
LCALL WRITE_1820
MOV A,#44H
LCALL WRITE_1820
LCALL DISPLAY
LCALL INIT_1820
MOV A,#0CCH
LCALL WRITE_1820
MOV A,#0BEH
LCALL WRITE_1820
LCALL READ_18200
RET
WRITE_1820: MOV R2,#8
CLR C
WR1: CLR DQ
MOV R3,#6
DJNZ R3,$
RRC A
MOV DQ,C
MOV R3,#23
DJNZ R3,$
SETB DQ
NOP
DJNZ R2,WR1
SETB DQ
RET
READ_18200: MOV R4,#2
MOV R1,#29H
RE00: MOV R2,#8
RE01: CLR C
SETB DQ
NOP
NOP
CLR DQ
NOP
NOP
NOP
SETB DQ
MOV R3,#9
RE10: DJNZ R3,RE10
MOV C,DQ
MOV R3,#23
RE20: DJNZ R3,RE20
RRC A
DJNZ R2,RE01
MOV @R1,A
DEC R1
DJNZ R4,RE00
RET
DISPLAY: MOV A,29H
MOV B,#10
DIV AB
MOV B_BIT,A
MOV A_BIT,B
MOV DPTR,#NUMTAB
MOV R0,#4
DPL1: MOV R1,#250
DPLOP: MOV A,A_BIT
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
CLR P2.1
ACALL D1MS
SETB P2.1
MOV A,B_BIT
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
CLR P2.0
ACALL D1MS
SETB P2.0
MOV A,#0CH
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
CLR P2.3
ACALL D1MS
SETB P2.3
MOV P0,#80H
CLR P2.2
ACALL D1MS
SETB P2.2
DJNZ R1,DPLOP
DJNZ R0,DPL1
RET
D1MS: MOV R7,#50
DJNZ R7,$
RET
DELAY10: MOV R6,#20
D3: MOV R5,#255
DJNZ R5,$
DJNZ R6,D3
RET
DELAY125: MOV R6,#255
D1: MOV R5,#255
DJNZ R5,$
DJNZ R6,D1
RET
DELAY1S: MOV R7,#8
D2: LCALL DELAY125
DJNZ R7,D2
RET
NUMTAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH
DB 66H,6DH,7DH,07H
DB 7FH,6FH,77H,7CH
DB 39H,5EH,79H,71H
END
第四章 调试过程
4.1现象描述
制作成功硬件产品后，我们进行硬件仿真调试。接通电源和地线数码管显示00.C，然后数码管在误差内读出当前DS18B20所感应到的温度，我的检测结果是19.C。用手按住DS18B20，数码管显示温度值升高。
4.2和预期目标的差距
我调试了两次，第一次数码管没有显示，调试失败了。我回去认真检查了各种会出现的原因的地方，发现原来我的AT89C51单片机接地线没有接地，导致单片机无法工作。修正回来后终于调试成功了。
4.3可以改进的地方，存在的不足等
在硬件排版方面，我做的还不够完美，导线接了过多，容易造成一定程度上的短路现象发生。在焊接工艺方面，焊接点不够光泽鲜亮。
第五章 实训总结
经过将近一周的努力，基于单片机AT89C51的实时温度测量系统实训顺利结束。我们进行了对DS18B20资料的查阅整理、软件设计，硬件焊接，产品调试等几个流程。基于AT89C51单片机的温度测量系统硬件电路设计方法、工作原理以及程序设计。利用PT100阻值随温度变化的特点,将其和其他三个电阻构成非平衡电桥,因而温度的变化可转化成电桥输出微弱电压信号的变化,电压信号经集成运放电路放大后送到A/D转换器,将模拟信号变换成效字信号,单片机根据输入量和设定量进行运算,将结果送到数码管显示,完成对温度的测量。该系统可实现对温度实时较精确的测量,测量范围为0-200℃。
温度采集显示系统的开发在很大意义上提高了生产生活的需要，便于生产中对温度的控制，有效的提高了生产质量。外围电路比较简单杂，测量精度较高，分辨力高，使用方便。温度检测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。本次毕业设计正是为了完成温度采集显示而设计的，而且采用了温度传感器，可以说与人们的日常生活是息息相关的，具有很大的现实意义。
AT89C55/51芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位单片机，AT89C55片内主要有20KB Flash存储器、256字节片内RAM，4个8位的双向可寻址I/O口，1个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行接口、3个16位的定时器／计数器、多个优先级的嵌套中断结构，及一个片内振荡器和时钟电路。系统中主机利用了AT89C55丰富的20KB闪存资源永久保存实时的测量信息、历史的测量数据等关键结果，从机完成数据采集、传送。主机位于监视室，从机位于各粮仓内，主从机之间有一定的距离，信号的传输采用串行异步通信方式，AT89C55／51单片机内部集成的UART模块，适合于同其他计算机系统及单片机外扩的外设芯片进行通信，可实现全双工异步、半双工同步主控和半双工同步从控三种工作方式。本系统中利用其UART模块工作于全双工异步通信方式，其中TX为发送线、RC为接收线，利用RS-422驱动器和接收器，如MC3487和MC3486芯片，实现信号的稳定传输。
整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真。我想这对于我以后的学习和工作都会有很大的帮助的，。在这次实训中遇到了很多的问题，比如在软件编程和硬件仿真调试时都出现过问题。在实际设计中才发现，书本上的理论知识在实际运用时还是有很大的出入的，所以有些问题必须深入地理解，而且要不断的和实际加以验证。遇到问题一定要靠自己一点一滴去解决，而在解决问题的过程中也是我个人能力的提升的过程。对于单片机设计，硬件设计是比较简单的主要是程序编写方面比较繁琐。而程序设计是一个灵魂所在，需要对单片机的结构和功能很熟悉。可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。
设计一个成功的完整电路，必须要有耐心，要有坚持不懈的恒心。很多同学在看到这样一大堆程序清单时就只会抱怨，害怕自己在规定时间内完成不了，索性放弃了编写，等着别的同学编好后能够拷贝给他。总是抱着一种畏难的心理，那只会一事无成，老实说，我一直很鄙视这种人。程序设计和编写是一项很繁琐的工程，在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接以及电路的细节设计上，如在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原因和可行方案，在焊接时要防止虚焊，焊接点要光泽鲜亮。电解电容和二极管要注意正负极区分，以免元器件烧毁损坏。以及开关焊接时要注意引脚问题，输入程序时要细心等，最后在老师的指导下调试整个电路，使整个电路可以稳定的工作。在实训过程中，我深刻地体会到在设计过程中，要反复实践和验证。第一次调试失败，心中的确有点失望，我不怀疑自己的能力，只怪自己不够细心，细节决定成败，我过度地估算了自己的成功期望导致预期结果的差距过大。此时需要自己静下心，仔细查找原因。
总体来说，这次实训让我受益匪浅，在实际设计中体验到了成功实现所需功能的喜悦，也加强了我们的动手操作能力，在枯燥的理论知识中终于感受到实践的兴奋。