温度检测设计..docx

电气工程学院单片机课程设计报告班 级： 姓 名： 学 号： 设计题目： 温度检测系统设计 设计时间： 评定成绩： 评定教师： 摘要 以51单片机为核心，设计一个温度检测系统。该系统基于8051核心的单片机AT89S51，通过串行AD转换芯片PCF8591将基于NTC热敏电阻的测温电路输出的模拟信号转换成数字信号，并根据电路特性曲线计算出目标温度值，还具有通过lcd1602液晶显示目标温度和超过设定阈值报警功能。该系统面向普通的要求不高的测温场景，并尽可能提高测量精度、减小测量误差。 Proteus仿真、keil与proteus联调是此次设计该系统的主要手段，即过程中，通过软件对系统各个模块功能的调试。该系统的核心有以下几个部分：lcd控制、i2c通信协议，以及NTC热敏电阻特性曲线和补偿算法。 由于该系统功能简单，元器件数量较少，最终可以在单片机学习板上实现。由于仿真和实际学习板的条件不同，使用软件仿真是时采用AT89S51单片机，实际调试时使用STC89C52RC单片机，其功能完全兼容AT89S52单片机。关键词：温度检测、51单片机、i2c通讯、NTC热敏电阻、仿真目录一、设计要求11.1 设计要求分析1二、方案设计和选定22.1文献综述22.1.1 单片机模块22.1.2 AD转换模块22.1.3 显示模块32.1.4 报警模块42.1.5 测温模块42.1.6 输入模块52.2 最终方案选定52.3硬件成本计算6三、硬件设计（基于proteus）73.1 仿真原理图设计73.2 仿真器件选择及参数设定11四、程序设计124.1程序流程图124.2 LCD显示程序134.3 PCF 8591控制程序164.3测温电路算法设计 164.5 报警模块和按键模块程序设计25五、调试过程275.1 软硬件调试275.2 运行效果展示28六、设计总结31参考文献32附录：源程序34一、设计要求温度检测及报警实现具有温度检测、显示、以及报警功能的温度检测应用系统，功能指标如下：满足通用要求；温度采集及显示精度为1位小数；其中：*通用要求1、人机接口：可选择开关、按键、发光管、LED数码管、点阵字符LCD、图形字符LCD等；2、模拟器件：可选择A/D、D/A、运放、模拟开关等，其中A/D、D/A要求是串行接口类；3、传感器：要求是模拟量输出。1.1 设计要求分析在现有的条件和一定的成本控制下，应该尽可能提高温度检测的精度和响应速度。在显示方面应该尽可能清晰直观，设定操作也应该简单方便。满足通用要求即系统可以提供人机交互，应通过显示模块显示被测参数，且可以通过按键或开关对系统进行设置。模拟器件要求是串行接口，可以节省io资源，但是编程相对较为复杂。传感器要求模拟量输出，则不能使用数字温度传感器，如18B20数字温度传感器。设计一个具有温度检测、显示、以及报警功能的温度检测应用系统，可以分为温度检测模块检测温度，显示模块用于显示温度值和其他信息，报警模块用来提供警报，系统的核心应由单片机系统完成信息和用户操作的处理。对于各个模块的方案分析和选用，在下一章节进行详细的说明。二、方案设计和选定2.1文献综述查阅相关资料之后，在各个模块的选用方案在考虑成本、性能、设计要求和使用环境的前提下，最终做出较为合适的选择。系统方案的最终目标是在考虑成本的前提下，尽量提高系统的易用度、提高温度检测的精度。各个模块的方案比较和选用具体如下：2.1.1 单片机模块由于系统目标功能比较简单，所以核心微控制器可以采用成本低廉、应用非常广泛的8位单片机。根据实际情况，有以下几种单片机可供选择：51单片机、avr单片机、stm8、pic单片机等。相比于其他几类单片机，51单片机在功能、价格、稳定性、处理速度上均不具特别优势，但是由于其使用比较简单、价格足够便宜、例程丰富和在现有软硬件资源限制下，最终选择8051核心的AT89S51增强版单片机。AT89S51单片机是Atmel公司的产品，其具有4组8位双向IO口，内部集成2个16位定时器/计数器、两个外部中断以及一个全双工异步uart通信接口，此外片内集成4KB flash ROM和128B高速RAM。该单片机可工作于0-33MHz速度下，其性能足以用来设计该温度检测系统。2.1.2 AD转换模块由于该款单片机内部未集成AD转换功能，所以需采用一片外部AD转换芯片。常用的AD芯片由转换方法可分为积分型、逐次比较型、电容阵列逐次比较型等等。AD转换芯片的分辨率越高、转换速度越快，其价格越高。受限于成本要求和应用场景，主要有以下几款芯片待选：TLC5510、ADC0809、AD574、PCF8591。以上四种AD转换芯片都具有8位或12位的转换精度，但是其转换类型各有不同，输入通道数量也