毕业设计（论文）基于单片机的可报警数字温度探测器的设计

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1、目 录摘要IAbstractII第一章 绪论1第二章 设计方案22.1 设计任务22.2 设计要求22.3 测量温度模块的论证与比较22.4 显示模块的论证与比较32.5 键盘设计方案的论证与比较3第三章 硬件设计43.1 系统设计总体框图43.2 单片机的最小系统设计43.3 测温电路设计53.4 1602LCD液晶模块的设计6第四章 控制器的说明84.1 单片机简介84.2 单片机的发展概述84.3 单片机的应用领域84.4 单片机的发展及趋势94.5 DS18B20简介94.6 DS18B20的主要特性10 4.7 DS18B20的外形和内部结构104.8 DS18B20的测温原理114

2、.9 DS18B20应用电路11第五章 系统软件设计135.1 主程序流程图135.2 液晶显示流程图135.3 报警程序流程图14第六章 软硬件的测试166.1 软件测试166.2 硬件测试17总结18参考文献19附录21基于单片机的可报警温度探测器设计 摘要：本设计采用单片机作为主控制装置的微机，一个数字温度传感器DS18B20新型温度传感器。主要包括硬件电路和系统的程序设计。硬件电路主要包括主控制器，测温电路和显示电路等组成，主控制器采用单片机AT89S52单片机，DS18B20温度传感器，1602液晶显示电路采用直读显示；系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算

3、温度子程序和显示数据刷新子程序等。此外，还介绍了系统的调试与分析。关键词：AT89S52单片机、DS18B20温度传感器、1602LCD液晶显示器Alarm Design Temperature Detector Based on MCUAbstract:This design USES the single chip microcomputer as the main control device of the computer, a digital temperature sensor DS18B20 new type of temperature sensor. Mainly inclu

4、des the hardware circuit and the program design of the system. Hardware circuit mainly includes the main controller, temperature measurement circuit and display circuit and so on, main controller by single chip microcomputer AT89S52 single chip, DS18B20 temperature sensor, 1602 liquid crystal displa

5、y circuit adopts direct reading; System program mainly includes the main program, read the temperature subroutine, temperature conversion command subroutine, calculated temperature subroutine and display the data refresh subroutine etc. In addition, also introduced the system debugging and analysis

6、.Keywords: AT89S52 MCU, DS18B20 temperature sensor, LCD liquid crystal display 1602第一章 绪论众所周知，如今的工业生产高度现代化，温度作为我们必须要掌握的主要参数，已经渗透到各种工业制造的领域，并且在其中扮演着重要的角色。人们急需对这一个重要的参数做出准确的检测以及分析，从而及时的控制这一个参数使其减少对人类生活和生产的危害。MCS - 52单片机控制温度具有更多的优点。它结构简单并且方便控制。正因为这些特点我们可以更有效地控制温度，达到技术上的指标，产品的质量也被大大的提高。所以采用单片机控制温度是我们生活和

7、生产上的一个很常见的问题。此次我们将研究并且设计一款以单片机为主控元件，再通过温度传感器并且直接在LCD显示温度、达到温度检测并且报警的现象。第二章 设计方案2.1 设计任务我们将MCS52单片机和DS18B20数字温度传感器组合在一起，在这两个器件的基础上设计一款检测温度并且报警的系统。这个系统将进行实时检测，将测量的当前温度实现在LCD上显示。此前我们会设置我们所要求的被控温度上下限。此时显示的温度会与我们设置的温度进行比较，当达到我们设置的限度值，报警并且点亮报警灯。2.2 设计要求这个温控系统的设计有着极其严格的要求，首先我们要掌握MCS-52单片机和数字温度传感器的原理及特性。然后根

8、据这些特性的作用使硬件合理的搭配在一起并起到监测温度的作用。软硬件的开发要做到合理，从而使得该系统更加完善。2.3 测量温度模块的论证与比较方案一原理框图下图所示。温度电压转换电路信号调理电路A/D转换电路双限报警电路1602液晶显示Tx图2.1 方案一原理框图方案二原理框图下图所示。AT89C52单片机数字温度传感器双限报警系统1602液晶显示系统图2.2 方案二原理框图本次设计我们采用的方案二，方案二较方案一相比电路更加的简洁一些。并且实现硬件和调试等方面都比较理想，更容易去实现。从性价比方面说也更加的高一些。2.4 显示模块的论证与比较方案一：LED数码显示的造价相对偏低，一般会组成大的

9、显示屏幕，例如我们所看到的电视墙。它是利用发光二极管作为像素单元组成。所以方案一就是采用数码管作为显示模块。方案二：利用LCD液晶作为显示模块。它的像素单元是液晶屏中的一个小模块。造价高但是显示比较精致成像也比较清晰。它一般适用于相对比较小的器件。它的功耗低。在我们平常用的手机，电脑上都比较常见。这上面的两种方式，数码管显示我们都知道需要译码和编码来进行显示，我们完全可以不必要增加硬件和软件上的困难。而把液晶看做集成电路，只要简单的发送命令和读写数据就行了。所以我们选择方案二。2.5 键盘设计方案的论证与比较我们的键盘设计一样拥有两种方式。第一个是矩阵型键盘，它的行与列的交叉点是没有互相关系的

10、,它们只要一个按键就可以接通，一般按键很多的时候才会用这个方法。另一种就是独立键盘的方案，它的按键电路时各自独立的，占用着一条数据线。一个键按下后，它对应的数据线的电平就会变低。单片机读入就为零，这时候的表示就是键位闭合。要是没有键位闭合就表示都处于高电平位置。我们的设计键位比较少，所以会采用第二种方式，这样就会更加的实惠。第三章 硬件设计3.1 系统设计总体框图单片机数据采集传感器键盘控制越限报警显示电路控制电路 图3.1 控制器设计总体框图我们知道温度的变化是很慢的，而且检测的温度精确度是有待商榷的。所以根据这写特点我们采用AT89S52单片机作为整个系统的中心控制点，在这个中心的基础上建

11、立起一个完整的硬件模块。加入DS18B20温度传感器对现实的温度进行实时的探测与采集数据，采集完的温度数据输送给1602LCD液晶显示。这就是我们系统的整体框架。这样的设计模块结构是很简洁的。检测的精确度也是比其他检测器是好很多的，适用于更多的地方，有很大的实用性。这个温度控制系统的功能还是比较丰富的：1、 控制温度的设定波动范围小于1%，测量温度与实际温度差异小于1%；2、 可以自我控制提高温度上限以及降低温度下限；3、 实时显示当前温度值； 4、 按键控制：设置运行键、加一键、减一键；5、 越限报警3.2 单片机的最小系统设计我们都知道单片机其实就是很小的一块芯片。它作为一种集成电路芯片，

12、是采用高精度的制作、高规格的集成电路技术将中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM以及多种I/O口和中断系统等功能汇集在一块芯片上从而构成一块小而全面的计算机系统。单片机的复位电路是单片机一个很重要的构成，它通过在单片机的RST上电阻和电容，进行上电复位。复位如果有效复位电平就会保持两个时钟周期或者更多周期。按键复位和上电复位两个部分构成了复位电路。上电复位通常是以引脚连接电容到VCC在连接一个电阻到GND；而在复位电路上并联开关，按下开关电容就会被进行放电引脚也会被拉到高电平这样的复位方式一般称作按键复位。AT89C52单片机的振荡源是使用十二兆赫兹的晶振产生的，在因为单片机内部

13、本身就含有自身的振荡电路，所以在外部只要连接一个晶振和两个电容的就可以了，两个电容的大小一般是取十五皮法到五十皮法这个范围之间。我们的单片机所要求的时钟频率通常就是外部的晶振结合内部的振荡电路产生的。图3.2 单片机最小系统3.3 测温电路设计在温度采集电路的这一部分，温度传感器DS18B20的特性促使我们有着这个更好的选择。我们利用它来进行温度的读取与采集。它是一款新型的一线式数字温度传感器，拥有着3个引脚；测量范围较其他传感器而言更加宽广，低能达到-55，高能达到+125，而且测量精度也很低，很适合我们的实验要求，因为它的精度达到了0.5；而且中央处理器仅仅只需要用一个端口就可以实现与DS

14、18B20的通信连接。它的这些特性使我们更加确定它作为我们测温的主要器件。温度采集电路下图所示。图3.3 温度采集电路3.4 1602LCD液晶模块的设计我们选择了LCD液晶来作为显示模块的设计，它能更好的搭配我们其他的元件使的整体的操作更加简单，外观也不复杂。只需把采集到的温度以及要求的指令输送进去然后它进行显示即可。液晶报警电路下图所示。图3.4 液晶温度显示报警电路我们都知道，液晶显示模块是由一个慢显示器件构成的，通常在执行指令之前都要先确认模块是不是低电平，因为低电平表示不忙。如若不是，那么指令会失败。一般先输入显示字符地址来达到显示字符的目的。输入地址也就是显示哪块的字符。下表我们会

15、列出模块内部的显示地址已做参考。表3.1 1602液晶内部显示地址12345678910111213141516000102030405060708090A0B0C0D0E0F404142434445464748494A4B4C4D4E4F例如表中我们看到的第二行第一个字符的地址是40H，那么我们怎么定位到这个位置呢。首先写入显示地址时要求最高位D7的电平恒定为高电平1所以实际上我们写入的数据应该是01000000B（40H）10000000B（80H）11000000B（C0H）。下面就是我们在1602液晶模块中通过以上方式定位到第一行第1个字符的位置显示字母“A”的程序: ORG0000H

16、。第四章 控制器的说明4.1 单片机简介单片机是一种集成电路芯片，采用了超大规模技术把CPU，存储器、输入输出电路等众多电路集成到一块芯片上，构成了最小并且很完善的计算机系统。这个芯片上的所有电路都有效合理的配合着。在相互的配合与协作下精准、高效的完成所给出的指令与任务。单片机的问世不仅带来的庞大的经济效益，在人类的控制历史上也占据着重要的地位，4.2 单片机的发展概述在上个世纪七十年代左右单片机就已经诞生了,例如Fairchild公司研究的一款叫做F8单片机。为了构成最小的的计算机系统我们采用大规模集成电路技术，CPU、RAM、ROM以及I / O通信端口然后将其集成在同一块芯片上。相比较之

17、下现代单片机增加了中断电路单元这个模块,使得现在的单片机功能更加的强大复杂。到了八十年代，单片机已经能被各大公司广泛生产并且功能变得更加强大，有很多个系列，品种也达到三百多种，这时候的单片机才在真正意义上被称作单片机，功能变得越来越强大，容量也越来越大，寻址空间甚至达到了64kB，在这个时期，单片机已经发展到了一个崭新的阶段。单片机已经在历史上开始进入新的篇章，此时的单片机应用领域变得更加广泛，智能化的发展道路让许多家电、科技产品更加倾向鱼使用单片机。 在经过了十年，到了九十年代，单片机已经进入了飞速发展的时代，世界上各大公司已经相继的开发了功能更加强大的单片机。美国的Microchip公司发

18、布了新一代的PIC系列单片机。这是一种完全不兼容MCS-51的单片机，得到了业界广泛认同，它的33条精简指令集让众多的民众被吸引。，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。九零年代在单片机的发展史上出现了一个重要的里程碑，美国因特尔公司推出了一款超极32位单片机，这引起了了世界性的轰动，产品继而被投放进了市场。在此阶段，单片机的种类前仆后继的产生。8位、16位以及32位单片机已经成了潮流现象。其中八位的单片机扔由于有着众多其他单片机所不能及的特点仍占着主要的地位。例如价格便宜、品种繁多、开发方便等。4.3 单片机的应用领域单片机应用领

19、域广泛。并且在这些领域上都有着重要的作用。以下我们列举了几个方面：1、在智能仪器方面由于单片机特点比较清晰。它体积小、控制强、灵活方便的等众多优点，它可以被应用到智能仪器中，再配合不同的传感器可实现对各种物理量的检测。由于单片机使得仪器更加智能化、数字化、功能更加强大。精密的测量仪器都被广泛应用。2、在工业控制方面各种形式多样的控制系统、数据采集系统基本都离不开单片机的强势加入。工厂中流水线的智能化管理、电梯的自我控制、以及网络的控制系统都有着单片机的功劳3、在家用电器方面家用电器方面来讲，我们每天所看的电视，做饭用的电饭煲，洗衣用的洗衣机，冷冻收藏的冰箱基本上也都用到了单片机的控制。4、在通

20、信领域中方面我们每天所打的电话如何取得通信呼叫，如何从遥远的地方收取到信息，这都与单片机有着密不可分的关系，通过单片机的智能化控制，为计算机网络与通信设备之间的联系提供了可很好的物质条件。 5、在医用设备方面单片机在医用设备中的用途也被广泛的发展。我们所看到的呼吸机，心跳检测机都离不开它的智能化检测与控制。另外，单片机在国防航空航天，教育等诸多领域都有着十分广泛的用途，它与我国的进步有着密切的联系。 4.4 单片机的发展及趋势如今的时代可以说单片机已经被普及的不能再普及了。单片机的种类也是达到了让人眼花缭乱的程度。世界上各个芯片公司也都生产出自己的单片机。从以前的8位到现在的32位。种类可以说

21、是应有尽有，数不胜数。他们各有各的特色，形成互补之势。尤其是C51系列成为了单片机的主流。由此我们也可以看出单片机的发展迅猛，它的未来还很长。根据它的发展趋势预计以后的单片机会朝着以下几类去发展。1、低功耗CMOS化如今市场上我们所见的单片机的功耗大部分都是在100mW左右，但随着社会的进步，科技的发展迅猛，我们不会希望单片机的功耗还会是这么高，降低它的功耗是势在必行的。所以现在的各个单片机制造商基本都会采用了互补高密度金属氧化物半导体工艺。CMOS尽管功耗相对来说比较低，但还是由于它的物理特征决定了它工作效率不会太高，所以我们需要一个效率高且功耗低的材料。CHMOS则有着高速和低功耗两种兼备

22、的特点，他的这两个特点足够使他更适合在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以预计这一类功耗低的工艺将是今后一段时期内单片机发展的主要研究对象。2、微型单片化由于现在人类对科技产物的实用美观以及便捷上有着很大的要求。所以对单片机的要求也会越来越大。人们需要功能强大的物件但如果太大会影响人们对它的实用性。所以便会要求厂商去声场更强大但是芯片确更小的单片机。所以在未来单片机的发展趋势上回更趋向更强更小上。4.5 DS18B20简介数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持一线总线接口的温度传感器，在这个传感器的内部使用了在板专利技术。而在较为传统的模拟信号进行长远距离的温度测量中需要解决大部分技

23、术问题，否则很难达到较高的测量精度。另外在检测的过程中有很多的干扰来自非人为因素从而导致测量精度偏低。因此我们急需一款抗干扰强的，精度高的温度传感器。所以说新型的数字传感器DS18B20的问世解决了我们的问题。它的体积小，精度更高。支持一线总线等优点，能够在现实中对温度采集取得更加理想的效果。4.6 DS18B20的主要特性DS18B20有着操作简单，能够简化电路等一系列优点，是它能够被人们所关注的重要原因。若不小心将芯片接反，虽然不会毁掉芯片，但却不能完成工作。DS18B20相比其他芯片来说，拥有更高的换算速度。DS18B20的精度也较优于其他芯片，它的工作温度在之间，其中当温度处于时误差仅

24、为。DS18B20可用于多点组网，提高温度测量精度、效率。DS18B20供电方式简单，电压适应度强，可在的电压环境下稳定工作。DS18B20采用单线接口方式，也能完成与CUP的双向通信。DS18B20集成度高、体积小、能够最大化的简化电路。当分辨率为时，测量的温度为，测量准确度高。检测数据以信号的形式传输到处理器中，同时伴有验证码，这使得它具有较强的抗干扰和自测能力。4.7 DS18B20的外形和内部结构 如图6.7-1所示，DS18B20含64位只读存储器、温度传感器、温度报警控制定时器和、16为虚拟寄存器四部分组成。 图4.1 DS18B20外形及引脚排列图图4.2 DS18B20内部结构

25、图4.8 DS18B20的测温原理有上节的结论参数可以知道，当分辨率设置为时，测量的温度应该为，测量准确度高，运算时间为。在DS18B20中由TL产生的脉冲信号与计数器1进行减法运算。若计数器减少为0，温度寄存器自加一，此时计数器1的值被复位，并对脉冲信号计数，直至计数器2减为0，这时带测的温度就是寄存器中的数值。4.9 DS18B20应用电路DS18B20温度测量系统操作简便，温度测量精确度较高、电路简单、端口占用率低等优点。下面是对DS18B20不同测温方式下的应用电路：1. 如图6.9-1是DS18B20采用寄生电源工作方式的电路设计图。在此工作环境下工作，在DQ为高电位时DS18B20

26、从CPU中充电，完成工作；当DQ位低电位，通过内部电容放电，支持完成工作，直至DQ再次为高电位，再为自己充电。寄生电源的优点有很多其中主要有：电路复杂度低，一个输入输出接口便能完成测量。获取ROM中的数据条件简单。容易实现远距离测量，对电源要求低。另外为了确保测量的精度，需在输入输出端保持充足的电量，为了实现这一点，我们要确保Vcc保持在5V。否则会造成极大误差甚至无法转换温度。图4.3 寄生电源方式 2. 如图6.9-2将Vdd与工作电压相连，是DS18B20采用外部供电的电路设计图。在此工作环境下工作，易于实现多点温度测量。 图4.4 外部供电方式单点测温电路 图4.5 外部供电方式的多点

27、测温电路图外部供电方式被人们广泛的应用。对于这种工作方式来说，不论是稳定性、可靠性，还是克服外在客观的问题，例如干扰、设计思路，都比寄生工作方式要优秀。最关键的，外部供电实现了多点的温度测量。第五章 系统软件设计5.1 主程序流程图我们初步的对单片机的主程序进行设计并讨论，这个初级阶段的设计包含了温度的读取、显示、报警三个子程序的系统。根据下图所示，首先由主程序调用DS18B20温读取温度收集,然后发送到液晶显示器。在系统内部自动判断所测到的数据是否超出了我们所设定的温度上下限。如果超出就可以执行报警程序；如果没有超出，就会执行返回程序再次执行以上步骤。开始设定初值从DS18B20中读取温度值

28、调用读取函数，将其液晶编码并显示数值将读取的温度寓所设置的上下限比较，判断是否超出范围调用报警系统，报警器报警返回图5.1主程序流程图5.2液晶显示流程图在1602显示程序中，程序会自动先将初始的标识给清除。然后液晶才会接收温度值并且进行显示。过后程序执行延迟，延迟过后，根据以上步骤接收下一组数据并且显示下去。1602显示流程图如图所示。开始清除初始标志将温度送至液晶显示延时清除标志返回图5.2 译码显示流程图5.3 报警程序流程图我们在程序内部已经写入了自我比较指令，当读取到的温度显示同时也会与我们所设定的上下限温度进行比较。比较的过程会如下图进行下去。图5.3 报警程序流程图5.4报警处理

29、系统正常工作，之后开始所有的DS18B20温度转换，您可以使用报警搜索命令ECH发现温度高于或低于TL值报警DS18B20读ROM代码，检查通过AVR单片机内部测量定位点在E2PROM芯片进行了介绍和传感器64 ROM代码表之间的关系，得到报警DS18B20的数字的位置，从而启动语音报警、紧急报警的位置是在LCD上显示的数字。第六章 软硬件的测试6.1 软件测试在我们应用的PROTUES软件中，电路图连接好后在单片机中导入Keil生成的“温度监测.HEX”程序文件。DS18B20系统中设置的温度初值上限为40和下限位20。因为当前温度会比较低，所以刚开时蜂鸣器会发出响声。在该软件仿真中，调节温

30、度传感器DSI18B20的按钮可以对设置的上下限温度值进行改变，当上下限的温度值高出或者低于实时温度，警器报警。改变上限温度或下限温度，可解除报警器报警，液晶显示的数值也会随即改变。电路仿真如图所示。图6.1 44.3时，仿真电路图使DS18B20的温度值在099之间变化，仿真数据如表3所示。表6.1 099温度范围内电路仿真情况统计表设置温度值051015182023252729数码管显示051015182023252729是否报警是是是是是是是是是是设置温度值30313540506070809099数码管显示30313540506070809099是否报警是是是是是是是是是是6.2硬件测试

31、硬件焊接完成然后检查电路确定无误后，给电路通上5V电压。再利用万用表对各点进行测量发现电压都正确，导入单片机相关的程序，开始进行测量，打开开关发现如下问题。单片机的复位电路时而不工作。经过反复测量发现由于软件仿真的相对比较理想复位电路中所选择的电容没有起到作用。于是在复位电路的基础上并联一个较大的电容，在将单片机的EA脚接上电源，复位有效。总结我的毕业设计课题是设计一个温度报警系统。在忙碌了将近两个多月后，本次的毕业设计的任务也即将完成。由于在经验上还有很多不足，很多方面难免会考虑的不周全或者做的不到位还好有老师的监督指导和同学们的鼓励支持。否则仅仅凭着我一个人完成这个设计是很困难的。在这次的

32、设计中，有很多的只是使我们平时课堂上学不到的。例如：电路的设计与制作、器件的选择和购买、程序的设计以及之后的系统调试还有很多的编程与对相关软件的认识等等。此次设计感受颇深。过程中遇到很多问题是很正常的，庆幸的是通过努力一步一步的发现与解决他们。温度监控器作为一款高效性且实用性的器件，有必要被更多的人合理的利用，这为我国人民生产以及生活的安全提供了更大的物质基础。参考文献1 张毅刚.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨工业大学出版社,1997.2 胡振宇、刘鲁源、杜振辉.DS18B20接口的C语言程序设计J单片机与嵌入式系统应用，2002.3 邹宽明.单片机外围器件使用手之数据传输接口器件分册M

33、.北京航空航天大学出版社,2001.4 高鹏、安涛等编著.电路设计与制版propel99入门与提高M .人民邮电出版社,2002.5 齐志儒、高福祥.汇编语言程序设计M.东北大学出版社,2000.6 何立民，单片机应用系统设计系统配置与接口技术M.北京航空航天大学出版社,1999.7 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计M.北京航空航天大学出版社,1990.8 刘守义.单片及应用技术M.西安电子科技大学出版社,2002.9 潘新民.微型计算机与传感技术M.北京人民邮电出版社，1988.10 辛友顺.单片机应用系统设计与实现M.福建科学技术出版社，2005.致 谢这次设计，一方面锻炼了我发

34、现问题解决问题的能力，另一方面也提升了我的动手能力。不仅将课堂上所学习的知识得以巩固，还促进了自我的学习能力，让我对今后所要面临的大社会增长了不少信心。在设计过程中，我向老师请教，并与同学进行交流，再通过查阅相关治疗的查阅大量有关资料等多种方法，让自己掌握了不少的科学知识。对本专业的有了更深层次的认知，收获颇多。整个设计培养了我独立工作的能力，并对自己工作能力的有着不一样的肯定，相信这样的经历会对今后的学习工作生活有着非常重要的影响与改变。即使这个设计做的并不是太完美，但在设计过程中所收获到的东西是最大收获和财富，使我终身受益。我的收获离不开谭老师的精心指导。也离不开同学们的大力帮助。在此对我的指导老师谭菊华师表示衷心的感谢！对帮助、教育过我的老师表示崇高的敬意！对在设计过程中相互学习相互促进的同学致以真诚的祝福！附录附录I：电路原理图、PCB图附录II：元器件清单序号编号名称型号数量1R1 电阻4.7K12R2电阻100K13R3电阻5K14RP1排阻5K15C1、C2电容33P26C3电容100u17S1按键开关18X1晶振12M19Q1三极管PNP110LS1蜂鸣器111U151单片机AT89C52112U2温度传感器DS18B20113U4液晶显示1602121