基于单片机与PC机串口通信的温度记录仪优质毕业设计.doc

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福建工程学院国脉信息学院

毕业设计（论文）

专 业: 班级:
设计题目: 基于单片机低功耗温度统计仪
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03 月 25 日
基于单片机低功耗温度统计仪设计
1、摘要
本文介绍了一个基于AT89C51单片机和PC机串口通信温度控制系统，用单片机作下位机完成温度数据采集和实施PC机发出控制实施命令;用PC机作上位机接收单片机发送数据,进行数据处理,向单片机发送控制命令，四位一体共阴数码管实时显示目前温度。 PC机和单片机采甪串行通信,可实现温度检测和采集并处理数据人机友好界面。本设计充足利用PC机VB6.0软件强大数据处理功效和友好人机界面,对温度进行实时曲线显示。本设计由硬件和软件二部分组成。经过对系统软件和硬件合理计划，发挥单片机本身集成多系统功效单元优势，在不降低功效前提下有效降低了成本，同时实现低功耗运行，系统操作简便，结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛应用前景。
关键词：AT89C51单片机,PC机,串行通信，数据采集和处理

2、引论

伴随时代进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一个比较成熟技术。温度是工业生产中关键被控参数之一，有些工艺过程对其温度控制效果直接影响着产品质量。很多化学反应工艺过程必需在合适温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必需在不一样温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有适宜温度环境，很多电子设备就不能正常工作。还有比如在观察用药剂前后病人体温随时间改变情况，临床通常全部采取水银或电子温度计，隔一段时间测量一次并手工统计结果。这种传统方法给病人带来了很多不便，也加大了护理工作量。更为欠缺是测量时间间隔不够短，在体温改变率较高情况下，轻易造成处理不妥或不足，达不到最理想疾病控制和诊疗效果。
传统温度统计仪通常采取是人工统计或一般统计仪用墨水在统计纸上绘制曲线，其体积庞大、精度低、墨水易堵塞、费时费力。。。。。。无纸温度统计仪产生，并因为其更正确地数据统计、更方便数据存放、更便捷数据分析功效，所占市场份额逐年猛增；多年来推出带USB接口无纸统计仪更是极大方便了数据下载和保留。
所以可见，设计出一款测量温度并自动统计下数据温度统计仪是多么关键。用单片机做成产品外围元件极少，能实现功效却很广，广泛应用于工业，农业等。兼于此，特用单片机设计此电路。
单片机发展三个阶段：
（1）第一阶段（1976-1978）：单片机控索阶段。以INTEL企业MCS – 48为代表。MCS – 48推出是在工控领域控索，参与这一控索企业还有MOTOROLA 、ZILOG等，全部取得了满意效果。这就是SCM诞生年代，“单机片”一词即由此而来。
（2）第二阶段（1978-1982）单片机完善阶段。INTEL企业在MCS – 48 基础上推出了完善、经典单片机系列MCS –51。它在以下多个方面奠定了经典通用总线型单片机体系结构。
①完善外部总线。MCS-51设置了经典8位单片机总线结构，包含8位数据总线、16位地址总线、控制总线及含有很多机通信功效串行通信接口。
②CPU外围功效单元集中管理模式。
③表现工控特征位地址空间及位操作方法。
④指令系统趋于丰富和完善，而且增加了很多突出控制功效指令。
（3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机巩固发展及16位单片机推出阶段，也是单片机向微控制器发展阶段。INTEL企业推出MCS – 96系列单片机，将部分用于测控系统模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳。
在实时检测和自动控制单片机应用系统中，单片机往往是作为一个关键部件来使用，仅单片机方面知识是不够，还应依据具体硬件结构，和针对具体应用对象特点软件结合，加以完善。DS18B20是美国DALLAS企业生产数字温度传感器芯片，含有结构简单、体积小、功耗小、抗干扰能力强、使用方便等优点。本文设计一个温度控制系统，用STC89C51单片机作为温控器，选择DS18B20数字温度传感器，单片机和上位机之间经过MAX232串口进行通信，对测试点温度采集，实时显示，数据处理。

3、目 录
1、摘要………………………………………………………………………………2
2、引论………………………………………………………………………………3
3、目录………………………………………………………………………………5
4、正文………………………………………………………………………………7
4.1.1、设计目标……………………………………………………………………7
4.1.2、系统实现功效………………………………………………………………7
4.2、系统总体方案设计……………………………………………………………8
4.2.1、系统总体设计框图…………………………………………………………8
4.2.2、系统硬件设计方案…………………………………………………………8
4.2.3、系统软件设计方案…………………………………………………………8
4.3、系统各个模块设计……………………………………………………………9
4.3.1、单片机最小系统……………………………………………………………9
4.3.2、显示电路……………………………………………………………………11
4.3.3、串行通信电路………………………………………………………………13
4.3.4、DS18B20温度传感器电路…………………………………………………13
4.3.5、电源电路……………………………………………………………………15
4.3.6、单片机和PC机串口连接电路……………………………………………15
4.4、系统软件设计…………………………………………………………………17
4.4.1、单片机软件设计……………………………………………………………17
4.4.2、上位机软件设计……………………………………………………………17
4.5、系统调试………………………………………………………………………19
5、结论………………………………………………………………………………20
6、致谢………………………………………………………………………………20
7、参考文件…………………………………………………………………………21
8、附录………………………………………………………………………………22
附录1、系统总体电路图……………………………………………………………22
附录二、单片机程序…………………………………………………………………22
附录三、PC机程序……………………………………………………………………28

正文
(
4.1设计目标及系统实现功效要求

4.1.1设计目标：
（1)了解电子系统设计方法，巩固和提升学过基础理论和专业知识；
(2)学习DS18B20数字温度传感器测温原理，
(3) 掌握串口通信协议及其编程方法，
(4)增强对单片机认识，掌握分析处理问题方法，进行调试、计算等基础技能训练，达成含有一定程度实际工作能力。
(5) 学会用PROTEL99SE进行电路原理图和PCB图绘制。
(6) 学习用PSPICE、 MULTISIM 8等仿真软件进行电路设计和仿真。

4.1.2.系统实现功效：
1. 内容及要求：
研究基于单片机低功耗温度统计仪，能够以一定时间间隔连续统计系统温度，并提供通讯接口将温度数据上传到PC机。利用VB/VC/DELPHI编制PC示例程序。
2. 关键技术指标：
（1）、温度测量范围0-70℃，系统实现低功耗运行；
（2）、温度统计数不少于200条；
（3）、提供PC机通讯接口；
（4）、PC机软件实现对温度数据分析、统计和处理；

4.2系统总体方案设计
4.2.1.系统总体组成框图以下：

AT89C51
PC机
RS232
数码管显示
恒压电源
晶振电路
复位电路
DS18B20
温度传感器
系统总体组成框图

4.2.2系统硬件设计方案：
1.利用AT89C51本身强大功效和优异可扩展性，配上四位一体数码管和按键等少许外围电路，就能搭建适宜此次试验小系统。从而大大缩短设计步骤，把设计关键放在温度探测单元，串行通信协议两个部分。
2.现在PC机提供COM1、COM2是采取RS-232借口标准。而RS-232是用正负电压来表示逻辑状态，和TTL以高低电平来表示逻辑状态要求不一样。所以，为了能够同计算机借口或终端TTL器件（如单片机）连接，必需在RS-232和TTL电路之间进行电平和逻辑关系变换，变换电路选择有德州仪器企业（TL）推出一款兼容RS-232标准芯片MAX232.该器件包含2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平转换成5V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。
4.2.3系统软件设计方案：
①单片机软件设计
单片机程序由主程序和中止子程序组成。主程序负责对来自上位机命令进行解析并实施读温度值、存放温度值、输出控制等等，中止服务程序只负责单片机和上位机之间数据发送和接收。
②上位机程序设计
由单片机采集测试点实时温度，经过MAX232传输到上位机PC，利用在VISUAL BASIC 6.0通信控件MSCOMM 属性设置和事件响应基础上，实现和单片机串行通信，在上位机中，完成温度传感器64位激光ROM读取并显示、实时温度数据显示、数据存放、曲线绘制、历史数据查询，其中在数据查询功效中，设计了时间查询、温度查询等功效。

4.3系统各个模块设计：
4.3.1单片机最小系统

（1）AT89C51管脚图以下：

AT89C51封装引脚图
引脚说明：
     ①电源引脚
      VCC（40脚）：经典值＋5V。
      VSS（20脚）：接低电平。
     ②外部晶振
  X1、X2分别和晶体两端相连接。当采取外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地。
     ③输入输出口引脚：
      P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。
      P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。
      P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。
      P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。
     ④控制引脚：
      RST/VPD、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/VPP组成了MSC-51控制总线。
RST/VPD（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。
     第二功效：加+5V备用电源，能够实现掉电保护RAM信息不丢失。
ALE/-PROG(30脚）：地址锁存信号输出端。
     第二功效：编程脉冲输入。