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基于AT89S52的多路温度采集系统设计:高效稳定解决方案
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更新于2024-06-24
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本篇学位论文主要研究了"基于单片机的多路温度采集系统设计",针对的是计算机科学与技术领域,特别是测控技术与仪器专业。作者在榆林学院能源工程学院的指导下,选择了AT89S52单片机作为核心处理器,设计了一个能够实现多路温度实时监测与显示的系统。DS18B20温度传感器被用于精确测量环境温度,系统还包括键盘输入、显示模块以及报警电路,以确保用户可以直观地获取各路温度数据。 论文的核心内容涉及单片机的基础理论,如其集成的CPU、RAM、ROM和I/O接口等,以及中断系统的工作原理。AT89S52的特点如体积小、成本低和高效能,使得它成为此类应用的理想选择。论文详细阐述了硬件设计过程,包括如何连接和配置温度传感器、如何实现数据采集与处理,以及如何通过单片机进行实时控制。 在实际操作中,作者不仅构建了硬件原型,还进行了系统的调试和测试,对系统存在的问题进行了深入分析,并提出了解决方案和改进措施。这表明作者不仅具备扎实的理论基础,而且具备实践经验,能够将理论知识转化为实际应用。 论文的实验证明,设计的多路温度采集系统性能稳定,具有较高的采集精度,且在成本效益上表现出色。关键词"单片机"、"DS18B20"和"温度采集"突出了研究的重点,强调了系统的技术核心。这篇论文为单片机在温度监控领域的应用提供了一种实用的设计思路和技术参考,具有很高的学术价值和实际应用价值。
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榆林学院本科毕业设计(论文)
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2 系统总体设计
2.1 系统概述
根据设计要求的性能指标,本系统不仅要满足一定精度的温度采集的基本功
能,而且由于测量的路数为 4 路,还存在多路信号的循环显示问题,还要考虑温
度超限报警输出的功能,同时系统还具有显示当前各路的测量温度值的功能和键
盘选择显示路数的功能。
2.2 系统工作原理分析
在测温系统中我们常常用到集成型温度传感器,集成型温度传感器可以达到较
高的精度,在集成型温度传感器的使用过程中,由于采用的单总线传输方式进行
对远距离的多点温度进行检测,所以在程序的控制上比较复杂。在温度测量系统
中,采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案,新
型数字温度传感器 DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线
总线、可组网等优点,在实际应用中取得了良好的测温效果。根据本课题的设计
目标以及硬件的特点,本系统的总体设计框图如图 2-1 所示
图 2-1 总体设计框图
AT89S52
报警
时钟电路
键盘电路
4 位 LED 显示
DS18B20 1
DS18B20 2
DS18B20 3
DS18B20 4
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基于单片机的多路温度采集系统设计
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3 系统的硬件设计
一个温度采集系统,包括被采集信息的采集、转换、显示等环节,在本多路温
度采集系统设计中,包括 CPU 的选型以及包括显示电路、存储器、报警电路、电
源电路等设计。
3.1 温度采集系统的开发过程
本设计中以 DS18B20 为传感器、AT89S52 单片机为控制核心组成的多点温度
测试系统。用 4 只 DS18B20 同时测控 4 路温度(视实际需要还可扩展通道数)。
由于每片 DS18B20 含有唯一的硅串行数,所以在一条总线上可挂接多个
DS18B20 芯片。从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息,仅需要一根口
线(单线接口)。读写及温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂
接的 DS18B20 供电,而无需额外电源。DS18B20 提供 9 位温度读数,构成多点温
度检测系统而无需任何外围硬件。处理时,将 DS18B20 信号线与单片机一位口线
相连,单片机可挂接多片 DS18B20,从而实现多点温度检测系统。由于 DS18B20
只有三个引脚,其中两根是电源线 V
DD
和 GND,另外一根用作总线 DQ(Data
In/Out),由于其输出和输入均是数字信号且与 TTL 电平兼容,因此其可以与微处
理器直接进行接口,从而省去了一般传感器所必需的中间转换环节。
3.2 单片机的最小系统设计
3.2.1 单片机的选型
目前,生产单片机的厂商有很多,尤其是近年来微电子技术、计算机技术的
飞速发展,比较著名的有 Intel、Philips、Microchip、Motorola、Zilog、Atmel
等半导体企业。
在上述著名的半导体企业产品中,尤其在工业测控场合,运用较多的为 Intel
公司的 MCS-51 系列,Microchip 公司的 PIC 系列,如果作单路温度测量,恐怕要
选择该系列的 CPU,但由于本系统涉及的是多路,各路报警的输出信号需要单独输
出,而且考虑信号调理电路的切换等还需要不少的控制线,因此该系列的少引脚
特点就不适合本设计的需要,因此,本设计还是选用了 ATMEL 最新的 8 位单片机
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榆林学院本科毕业设计(论文)
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AT89S52 作为本系统的 CPU。下面简单地介绍一下 AT89S52。
3.2.2 AT89S52 的性能及应用
功能特性描述:AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K
在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度易失性存储器技术制造,与
工业 80S52 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编
程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程
Flash,使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决案,其
引脚如图 3-1 所示。
AT89S52 具有以下标准功能:8k 字节 Flash,256 字节 RAM,32 位 I/O 口
线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个 16 位定时器/计数器,一个 6 向量 2 级中
断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至 0Hz 静态
逻辑操作,支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许
RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM 内容被保存,
振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或图 3-1 是 AT89S52 的引
脚配置,40 个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4 组 8
位共 32 个 I/O 口,中断口与 P3 口复用。其对应的引脚功能:
Pin40:正电源脚,正常工作或对片内 EPROM 抄写程序时,接+5V 电源。
Pin19:时钟 XTAL1 脚,片内振荡电路的输入端。
Pin18:时钟 XTAL2 脚,片内振荡电路的输出端。
AT89S52 的时钟有两种方式,一种是片内时钟振荡方式,但需在 18 和 19 脚外
接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容,振荡电容的值一般取 10PF-30PF;另外一种是
外部时钟方式,即将 XTAL1 接地,外部时钟信号从 XTAL2 脚输入。本设计采用片
内时钟电路,外接晶振和电容组成振荡器。
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