多路温度采集与显示系统的仿真设计

分类号密级UDC编号本科毕业论文(设计)题目多路温度采集与显示系统的仿真设计系别继续教育学院专业名称光机电一体化工程年级2007级姓名龙文哲学号017607203501指导教师姓名王骐二0一0年十一月摘要：在工业控制领域中，温度是一个十分重要的参考量，准确而实时的控制温度对于我们的工作有事半功倍的效果。而在一些传统的温度测控系统中，存在着数据显示方式单一、数据无法长期存储、调用以及系统接口过于复杂的问题，寻求这些问题的解决方案成为当前研究的焦点。近年来单线多点数字化测量技术的发展使温度检测技术实现了快速、可靠、低成本、数字化与网络化。新型的温度采集系统能采用新型单线智能化温度传感器，能以数字形式直接输出被测点温度值，具有测温误差小、分辨率高、抗干扰能力强、成本低、能远程传输数据等优点。关键词：温度单线多点数字化测量技术温度测控系统Abstract:Inindustrialcontrolfield,temperature,isaveryimportantreferencequantity,accurateandreal-timecontroltemperaturetoourworkhastwicetheresultwithhalftheeffort.Andinsomeofthetraditionaltemperaturemeasurementandcontrolsystem,thereexistdatashowsasinglepattern,long-termstorage,datacannotbeinvokedandsysteminterfaceistoocomplexproblems,seekthesolutiontotheseproblemsbecometheresearchfocus.Inrecentyears,itscapitaldigitalmeasuringtechnologydevelopmentmaketemperaturedetectiontechnologytoachievethefast,reliable,lowcost,digitalandnetworked.Newtemperaturegatheringsystemcanadoptnewsinglelineintelligenttemperaturesensorcanindigitalformdirectlybymeasuringtheoutputvalueandwithtemperaturemeasurementerrorofsmall,highresolution,stronganti-jammingcapability,Keyword:Temperaturemeasurementtechniquesitscapitaldigitaltemperaturemeasurementandcontrolsystem目录1.引言.................................................错误!未定义书签。2.多路温度采集与显示系统的原理与设计方案...............................12.1系统的原理........................................................12.2系统的设计方案....................................................23.主控模块.............................................................43.18051单片机的特点及引脚...........................................43.28051芯片的引脚...................................................43.38051单片机的扩展及系统电路.......................................54.信号输入通道与温度数据采集模块.......................................74.1A/D芯片的选用及说明..............................................84.2信号采集模块.....................................................115.显示系统、报警系统及键盘控制........................................125.1显示系统……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………125.2报警系统及键盘控制……………………………………………………………………………………………………………………………………………………126.系统的电源设计......................................................136.1电源设计原理.....................................................136.2电路..............................................错误!未定义书签。7.系统的仿真..........................................................147.1PROTEUS简介.....................................................147.2仿真设计.........................................................148.结论........................................................................................................................错误!未定义书签。参考文献..............................................................1611.引言在工业控制领域中，温度是一个十分重要的参考量，准确而实时的控制温度对于我们的工作有事半功倍的效果。而在一些传统的温度测控系统中，存在着数据显示方式单一、数据无法长期存储、调用以及系统接口过于复杂的问题，寻求这些问题的解决方案成为当前研究的焦点。近年来单线多点数字化测量技术的发展使温度检测技术实现了快速、可靠、低成本、数字化与网络化。本文提出了一种结构简单、低能耗、方便实用的系统解决方案。此方案采用新型单线智能化温度传感器，能以数字形式直接输出被测点温度值，具有测温误差小、分辨率高、抗干扰能力强、成本低、能远程传输数据等优点，是研发和开发具有高性价比的新一代温度测控系统的核心器件，并使用8051单片机作为微控制器，提高了系统运行速度，最后完成多路温度采集与显示系统的仿真设计。2.多路温度采集与显示系统的原理与设计方案2.1系统的原理系统结构框图如图1所示，主要由温度传感器、8051单片机微控制器、以及数据传输显示三部分组成。系统工作原理为：微控制器向多路温度传感器发出信号，启动温度传感器采集温度数据，温度传感器采集完一次数据后，经过A/D转换后，再由微控制器根据现场对数据的不同要求可以选择LCD显示以及上机PC机显示两种方式来显示数据。本系统采用的主要硬件元件分别为8051单片机作为微控制器，使用单总线温度传感器芯片DS18B20作为温度传感器。22.2系统的设计方案单片机应用系统的一般过程如图2-1所示。1.确定总体设方案根据应用系统的目标、任务，确定总体方案。（1）明确应用系统的目标、任务系统外围设备：单片机的ROM、RAM的扩展，ADC0809的数模转换，键盘的指定显示，LCD的串行显示，报警系统。(2)确定参数与数字信号的转换和方法3单片机只能接收、处理、输出数字信号，所以必须进行信号转换，本设计是经过数模转换后驱动的。（3）机型选择根据应用系统的复杂程度来选择4位、8位、16位机，根据场合、精度等要求确定使用类型，选择机型一般为市场流行的，也考虑经济因素。本设计选用的是MCS-5单片机及其数据存储器和程序存储器的扩展。（4）划分硬件和软件的功能本设计中，热电阻的温度采集和热电阻变送器输出的电压信号1~5V是直接用电路实现的，键盘的指定显示、LCD的显示、报警系统、主控模块系统既需要硬件电路，也需要软件来实现。2.硬件设计硬件设计的具体步骤：输入数据、输出数据的传送方式为中断方式，查询方式。本系统的主要电路是小规模的扩展系统资源分配：输入信号使用的是ADC0809的输入端口，单片机使用的是P0并行口，输出信号用的是P1口。3.软件设计软件设计程序为主控制模块、显示模块、报警模块等，其程序见各章。4.仿真调试一个应用系统并非一次就可以准确无误的设计出来，尤其是涉及的程序，必须经过多次的调试才能保证确切无误的工作，先安装部分硬件，在专用的仿真器或开发试验台上进行调试。5.安装统调在仿真调试确认软、硬件设计无误，达到要求后，就可以进行固化程序、电路板制作、元件线路焊接、安装、整机统调。所谓统调就是对整个系统的元件的参数进行统一调整。6.投入使用和产品化43.主控模块3.18051单片机的特点及引脚1.8位CPU8051系列单片机都是8位机，数据线是8位的。2.输入/输出线8051单片机的I/O线有32根，既4个并行接口，P0、P1、P2、P3其中一个有两个I/O线构成的全双工的串行口。3.存储器8051系列单片机都有128kB或者256kB片内RAM，4kB或者8kB片内ROM。外部存储器可以寻址ROM空间为64kB，RAM空间为64kB。4.定时/计数器8051系列单片机具有两个16位的定时/计数器，可以通过编程实现4种工作模式。5.中断源8051单片机有5个中断源，分为两个优先级，每个中断源的优先级是可以编程的。6.布尔处理器8051系列单片机的布尔处理器是一个完整的一位微控制器。8051单片机的8位机硬件资源和一位机的硬件资源是复合在一起的。3.28051芯片的引脚8051系列单片机有40引脚双列直插封装的，也有44引脚PLcc方形封装工艺。在8051系列单片机40个引脚中，2个引脚是芯片主电源的引脚，两个引脚是外接晶振的引脚，4个引脚是控制用引脚，剩下32个引脚是32条输入/输出线的引脚。1.芯片主电源引脚第40引脚是Vcc引脚，接电源的+5v电压，为单片机芯片提供电能。第20引脚是Vss引脚，接地。2.晶振引脚5第19引脚是晶振引脚XTAL1，它接单片机内部一个反相放大器的输入端，该放大器构成片内振荡器。第18引脚是晶振引脚XTAL2，它接单片机内部反相放大器的输出端。当采用外部振荡器是，XTAL1引脚接地，XTAL2引脚接外部振荡器信号。3.控制引脚控制引脚共有4个，分别胡斯RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、EA/Vpp。4.输入/输出引脚P0口是第32引脚到第39引脚。P0口是8位三态I/O口，一般复用作地址数据线，即数据线与地址线的低8位复用。P1口是第1引脚到第8引脚。P1口是8位准双向口，其输出没有高组态，输入不能锁存。P2口是第21引脚到第28引脚。P2口也是8位准双向口。一般用作地址线的高8位。P3口是第10引脚到第17引脚。P3口也是8位准双向口。可以用作普通I/O口，也可以复用如下功能：P3.0作串行通信输入口RxD；P3.1作串行通信输出口TxD；P3.2作外部中断0输入；P3.3作外部中断1输入；P3.4作定时器0外部输入；P3.5作定时器1外部输出；P3.6作外部数据存储器写脉冲；P3.