课程设计论文基于51系列单片机温度报警器课程设计

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1、一 概述1.1 课程设计的目的和意义 通过这次课程设计,我进一步熟悉了单片机的内部结构和工作原理，掌握了单片机应用系统设计的基本方法和步骤；通过利用MCS-51单片机，理解单片机在自动化装置中的作用以及掌握单片机的编程调试方法；通过设计一个简单的实际应用输入控制及显示系统，掌握protues和keil以及各种仿真软件的使用。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等，温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。但是，作为

2、应用系统设计人员需要根据系统要求选用适宜的传感器，并与自己设计的系统连接起来，从而构成性能优良的监控系统。1.2 任务及要求设计内容：所设计数字电压表应具有以下功能：（1）可以测量-50到110摄氏度内的温度。（2）在4位LED数码管上显示温度，分别为百位、十位、个位和小数点后一位。（3）测量精度误差在0.5摄氏度以内。设计要求：1、根据题目要求进行系统总体设计。 2.完成系统硬件电路的设计。（1）硬件电路图。（2）硬件电路说明。3.系统程序的设计。（1）程序流程图。（2）完整源程序。4完成的控制系统能达到题目的要求。 5书写设计说明书。二 总体设计方案1 功能简介LCD液晶显示器直接显示DS

3、18B20所测量的温度，超出-50110范围时喇叭报警并且数码管开始闪烁，在温度范围内时喇叭停止报警并且数码管停止闪烁，运行期间可以随时进行复位操作。2 设计思路AT89C51作为温度测试系统设计的核心器件，具有低电压供电和体积小等特点。该器件是INTEL公司生产的MCS-5l系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS工艺制造技术，具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS-51的CMOS产品。芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多功能I/O接口等计算机所需的基本功能部件。程序存储在单片机的程序存储器中，运行过程由程序控制。时钟信号用来控制单片机内各种微操作的时间基准，通常有两种

4、形式得到，即内部震荡方式和外部震荡方式。内部震荡方式所得的信号比较稳定，故设计数字温度计的时钟信号选用内部震荡方式，晶振选用12MHZ。复位电路使片内单片机的片内寄存器初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。复位电路有两种基本形式，即上电复位和开关复位。为了保证温度计的正常工作，采用上电且开关复位，也就是CR复位。温度传感器选用达拉斯公司的单线数字温度传感芯片DS18B20。它将地址线、数据线和控制线合为一根双向串行传输数据的信号线，允许在这根信号线上挂接多个DS18B20。每个芯片内有一个64位的ROM，其中存有各个器件自身的序列号，作为器件独有的ID号码。其测温范围是-55128，测温分

5、辨率在12位时精度为0.0625。DS18B20简化了温度器件与计算机的接口电路，使得电路简单，使用更加方便。显示部分使用LM016L来作为温度的直接输出，当温度超出-50110时，喇叭报警和数码管闪烁来提示。采用单片机汇编程序语言设计温度计的程序，对DS18B20进行初始化、读、写，读取温度，数据的转换，温度显示和报警处理等等。3 芯片器材主机：单片机AT89C51一片；温度传感器：DS18B20一片，显示电路：LM0 16L液晶显示器；时钟电路：电容两个，晶振片一个；复位电路：电容一个，开关按钮一个；导线若干，+5V电源等等。三 硬件设计1 89C51如图1图1 AT89C51引脚图本次设

6、计需要注意的几个端口：P0口（3932）：是一组8位漏极开路行双向I/O口，也既地址/数据总线复用口。可作为输出口使用时，每位可吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入输入端用。在访问外部数据存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，PO口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求接上拉电阻。P3口（1017）：是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输出端口。作输出端口时，被

7、外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除可作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如图2所示：图2 端口引脚P3/Vpp(31):内部和外部程序存储器选择线。=0时访问外部ROM 0000HFFFFH；=1时，地址0000H0FFFH空间访问内部ROM，地址1000HFFFFH空间访问外部ROM。本次设计接高电平。XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。RST/VPD（9）：复位信号输入端。AT89S51接能电源后，在时钟电路作用下，该脚上出现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。第二功能是VPD，即

8、备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，VPD将为RAM提供备用电源，发保证存储在RAM中的信号不丢失。2 温度获取使用美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820,支持 “一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。 同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-5

9、5C+125C，在-10+85C范围内，精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小DS18B20产品的特点 :（1）、只要求一个端口即可实现通信。 （2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 （3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 （4）、测量温度范围在55。C到125。C之间。 （5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。

10、 （6）、内部有温度上、下限告警设置。DS18B20内部结构2如图3所示：存储和控制逻辑高速暂存器温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC生成器64位ROM和一线端口供电方式图3 DS18B20内部结构DS18B20功能命令2如表1所示：表1 DS18B20功能命令表命令功能描述代码CONVERT启动温度转换44HREAD SCRATCHPAD读取温度寄存器BEHREAD ROM读DS18B20的序列号33HWRITE SCRATPAD将数据写入暂存器的第2、3字节中4EHMATCH ROM匹配ROM55HSEARCH ROM搜索ROMF0HALARM SEARCH报警搜索E

11、CHSKIP ROM跳过读序列号的操作CCHREAD POWER SUPPLY读电源供给方式，0寄生，1外部电源B4H其连线使用如图4所示（2接P3.6）：图4 DS18B20连线图由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，所以有严格的时隙概念，读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为:初始化DS18B20(发复位脉冲)发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。3 复位电路复位操作是为了完成单片机内部电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。当AT89C51单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上，单片机就完成了复位操作。如果RST持续为高电平，单片机

12、就处于循环复位状态1。复位通常有2种基本形式：上电复位和开关复位。上电复位要求要求接通电源后，自动实现复位操作。开关复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。本次采用的是常用的上电且开关复位电路，如图5所示：图5 复位电路上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。通常选择C=1030F，R=101000。复位操作使单片机进入初始化过程，其中包括使程序计数器PC=0000H，P0P3=FFH,SP=07H,其它寄存器处于零。4 时钟电路单片机的时钟信号使用内部

13、震荡方式产生，其电路图如图6所示：图6 内部震荡电路电容器C、C1起稳定震荡频率、快速起振的作用，电容值一般为5-30pF，晶振通常选用6MHZ、12MHZ、24MHZ。内部震荡方式所得的时钟信号比较稳定。五 温度显示电路 四位共阴极数码管，能够显示带一位小数的正负温度。零下时：1显示负号，2显示十位，3显示个位，4显示小数位。零上时：1显示百位，2显示十位，3显示个位，4显示小数位。当温度超过109.5或低于49.5时，四个数码闪烁。 其如图8图8 总体电路 四 软件设计1 程序流程图程序流程图如图9所示：N跳过读序列号的操作YNY读温度命令将温度高、低位读出处理数据到百、十、个、小数位，并

14、在数码管上显示超出限制？报警器报警和数码管闪烁初始化DS18B20开始初始化DS18B20应答脉冲？跳过读序列号的操作发出温度转换的命令等待温度转换完成图9 程序流程图2 初始化子程序使用DS18B20时，单片机先向DS18B20送出复位信号，单片机将数据拉低并保持480960s；再释放数据线，由上拉电阻拉高1560s；然后再由DS18B20发出低电平60240s，就完成了复位操作3。3 读子程序读数据之前，单片机先将数据线拉低，再释放。DS18B20在数据线从高电平跳低后15s内将数据送到数据线上。单片机在15s后读数据线。4 写子程序在单片机对DS18B20写数据时，应先将数据线拉低1s以

15、上，再写入数据(写1为高，写0为低)。待单片机写入的数据变化1560s后，DS18B20将对数据线采样。单片机写入数据到DS18B20的保持时间为60120s。5 数据处理子程序先判断温度高8位的CY，如果CY为1，则将高、低8八位求补；对高、低8位的数据按权整合称一个整数，判断是否在-50110之间，超出范围则置报警灯为亮；将该数按百、十、个位分别存入相应的存储单元。流程图如图10所示： YYN符号为正？求补码N高、低8位整合成为一个整数存入A中-50110之间？报警分别存入百、十、个、小数位取温度值图10 数据处理流程图6 显示子程序将百、十、个、小数位的数据查表，送到对应的数码管显示，程

16、序流程图如11所示：YNYYN温度为负？显示百位，延时显示负号，延时显示十位，延时显示个位，延时显示1000遍？取温度返回显示小数位，延时延时N超过范围？图11 显示程序流程图五 试验仿真1 总线路图六 课程设计体会这两个礼拜的单片机课程设计已接近尾声，回顾这个过程，收获颇多！单片机课程是我们上个学期学的内容，经过两个月的寒假，遗忘了很多东西！再加上初次认识和使用系统仿真软件protues和编译软件keil，自己动手设计电路，所以在刚开始的课程设计遇到了很大困难！说到这确实深感惭愧，但这也给自己创造了一个学习的机会！重新回顾上个学期学过的内容，并且在图书馆和网上查阅了很多资料，通过和同学之间的

17、交流，还有老师的辅导，自己开始熟悉并掌握有关单片机的设计！经过两个礼拜的努力，看到了自己的成果！同时对单片机有了一个新的认识，产生了很大的兴趣！我认识到：我们要认真对待每一门课程，并且要从中有所收获！我们要不断温习以前学过的知识，而不能学过去了就把它扔在一边！这样自己才能有进步！课程设计检验的是综合能力，自己不仅要掌握课本上的东西，还有自己的动手能力，组织能力等等，要认真对待课程设计，学以致用，理论联系实际，尽自己的最大努力把它做好！这个经历会磨练袭击的意志，我相信对自己以后的学习和工作有很大的帮助。七 参考文献1、何立民主编，单片机中级教程，北京航空航天大学出版社2、丁元杰主编，单片机原理与

18、应用，机械工业出版社3、彭伟编，单片机C语言程序设计实训，电子工业出版社附录程序清单：#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define delayNOP() _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); sbit DQ =P33;sbit LCD_RS = P20; sbit LCD_RW = P21; sbit LCD_EN = P22;uchar code Temp_Disp_Title = current temp:;uchar Current_Temp_Di

19、splay_Buffer = C;uchar code Temperature_Char8 = 0x0C,0x12,0x12,0x0C,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar code df_Table = 0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9 ;uchar CurrentT = 0;uchar Temp_Value = 0x00,0x00 ;uchar Display_Digit = 0,0,0,0;bit DS18B20_IS_OK = 1; void DelayX(int x)uchar i;while(x-) for(i=0;i120;i+);bi

20、t LCD_Busy_Check()bit result;LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; delayNOP(); result =(bit)(P0 & 0x80); LCD_EN=0;return result;void Write_LCD_Command(uchar cmd)while(LCD_Busy_Check();LCD_RS = 0;LCD_RW = 0;LCD_EN = 0;_nop_();_nop_();P0=cmd;delayNOP();LCD_EN=1;delayNOP();LCD_EN=0;void Write_LCD_Date(uc

21、har dat) while(LCD_Busy_Check();LCD_RS = 1;LCD_RW = 0;LCD_EN = 0;P0=dat;delayNOP();LCD_EN=1;delayNOP();LCD_EN = 0;void LCD_Initialise()Write_LCD_Command(0x01); DelayX(5);Write_LCD_Command (0x38); DelayX(5);Write_LCD_Command(0x0C); DelayX(5);Write_LCD_Command(0x06); DelayX(5);void Set_LCD_POS(uchar p

22、os)Write_LCD_Command(pos | 0x80);void Delay(uint x)while (-x);uchar Init_DS18B20()uchar status;DQ = 1;Delay(8);DQ = 0;Delay(90);DQ = 1;Delay(8);status =DQ;Delay(100);DQ = 1;return status;uchar ReadOneByte() uchar i,dat = 0;DQ = 1;_nop_();for(i=0;i=1;DQ=1;_nop_();_nop_();if(DQ) dat |= 0x80;Delay(30);

23、DQ=1;return dat;void WriteOneByte(uchar dat)uchar i;for (i=0;i=1;void Read_Temperature()if(Init_DS18B20() = 1)DS18B20_IS_OK=0;elseWriteOneByte(0xCC); WriteOneByte(0x44);Init_DS18B20();WriteOneByte(0xCC);WriteOneByte(0xBE);Temp_Value0 = ReadOneByte();Temp_Value1 = ReadOneByte();DS18B20_IS_OK=1;void D

24、isplay_Temperature()uchar i;uchar t = 150,ng = 0;if (Temp_Value1 & 0xF8) = 0xF8)Temp_Value1 = Temp_Value1;Temp_Value0 = Temp_Value0 + 1;if (Temp_Value0 =0x00 ) Temp_Value1+;ng=1;Display_Digit0=df_Table Temp_Value0 & 0x0F;CurrentT = (Temp_Value0 & 0xF0 )4) | (Temp_Value1 & 0x07)4);Display_Digit3=Curr

25、entT / 100;Display_Digit2=CurrentT % 100 / 10;Display_Digit1=CurrentT % 10;Current_Temp_Display_Buffer11 = Display_Digit0+0;Current_Temp_Display_Buffer10 = .;Current_Temp_Display_Buffer9 = Display_Digit1+0;Current_Temp_Display_Buffer8 = Display_Digit2+0;Current_Temp_Display_Buffer7 = Display_Digit3+

26、0;if (Display_Digit3 = 0) Current_Temp_Display_Buffer7= ;if (Display_Digit2=0 & Display_Digit3 = 0)Current_Temp_Display_Buffer8= ;if (ng)if(Current_Temp_Display_Buffer8= )Current_Temp_Display_Buffer8=-;elseif(Current_Temp_Display_Buffer7= )Current_Temp_Display_Buffer7=-; else Current_Temp_Display_Bu

27、ffer6=-;Set_LCD_POS(0x00);for (i=0;i16;i+)Write_LCD_Date(Temp_Disp_Titlei );Set_LCD_POS(0x40);for(i=0;i16;i+) Write_LCD_Date(Current_Temp_Display_Bufferi);Set_LCD_POS(0x4D);Write_LCD_Date(0x00);Set_LCD_POS(0x4E);Write_LCD_Date(C);void main() LCD_Initialise();Read_Temperature();Delay(50000);Delay(50000);while(1)Read_Temperature();if( DS18B20_IS_OK ) Display_Temperature();