数码管与DS18B20设计的温度报警器

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1、电气与电子信息工程学院单片机课程设计报告 题 目：数码管与DS18B20设计的温度报警器 专业班级 学号： 姓 名： 指导教师： 设计时间： 2013年12月23日2013年12月27日 设计地点： K2-407单片机、微机原理实验室 2013年11月20日 单片机 课程设计成绩评定表答辩或质疑记录：1、2、成绩评定依据：课程设计考勤情况 （5）：课程设计仿真测试情况 （15）课程设计答辩情况 （30）：完成设计任务及报告规范性（50）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 2013 年 12 月 日课程设计任务书20132014 学年第 1 学期专业班级：电气工程及

2、其自动化2013级（专升本）班 指导教师：工作部门： 电气与电子信息工程学院 电气自动化教研室 一、课程设计题目 单片机课程设计 二、课程设计内容（含技术指标）1设计目的及要求（1） 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； （2） 熟悉、掌握各种外围接口电路芯片的工作原理和控制方法； （3） 熟练使用单片机汇编语言或C51进行软件设计； （4） 熟练使用Proteus、Keil软件进行仿真电路测试； （5） 熟练使用Protel软件设计印刷电路板； （6） 学会查阅有关参考资料和

3、手册，并能正确选择有关元器件和参数；（7） 编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告。2设计内容（题目名称： 数码管与DS18B20设计的温度报警器） 采用DS18B20温度数字式传感器，对被测温度进行实时监控，并将所监控到的温值实时的传输到AT89C51单片机，由AT89C51单片机对温度数据进行处理，然后由数码管显示。若被监测的温度低于-10时，数码管实时显示当前温度，低温LED报警灯闪烁，同时系统发出报警声,此时若闭合开关K1蜂鸣器不发出警报，低温LED报警灯任然闪烁；若被监测的温度高于10时，数码管实时显示当前温度，高温LED报警灯闪烁，同时系统发出警报声，此时若闭合开关K1蜂

4、鸣器不发出警报，高温LED报警灯任然闪烁；若被监测温度在-10 10之间，系统正常工作，数码管实时显示当前温度。三、课程设计考核办法与成绩评定根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。 2013年11月 - 24 -课程设计报告1、 方案论证1、 系统基本功能对温度的测量及监控是经常遇到的问题之一，下面将以AT89C51单片机为核心，来进行温度监测及报警系统的设计。本系统采用八位集成数码管显示温度，该控制系统具有如下的基本功能：温度控制的设定范围为-1010，最小分辨率为0.5；实时显示当前温度值；采用数字温度传感器DS18B20实现温度数据的采集与转换；当温度高

5、于10或低于-10时，系统将产生报警，且对应的 LED 灯同步闪烁。2、 系统说明及框图 （1）硬件电路从功能模块上来划分有：主机电路；温度数据采集电路；显示电路；报警电路。 （2）硬件结构功能图2、 硬件设计1、 电路原理图2、 电路说明（1） 数据采集电路 1、对应电路图如下图所示：主机采用AT89C51单片机，系统时钟采用12MHz。温度传感器采用DS18B20数字温度传感器，该温度传感器具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，与二端式电流型集成温度传感器AD590相比，不需要采用A/D转换器，可以直接与单片机相连接，减少了中间转换电路，使系统性能更稳定。2、其中，DS

6、18B20有如下特点：采用单总线的接口方式 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，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。测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为 -55 + 125 ; 在 -10+ 85C范围内，精度为 0.5C 。在使用中不需要任何外围元件。持多点组网功能 多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。供电方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要

7、求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。测量参数可配置 DS18B20 的测量分辨率可通过程序设定 912 位。 负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。温度/数据关系（2） 显示电路 1、对应电路图如下图所示：考虑到显示的位数及本系统对应不同温度范围时的扩展，本设计采用8为共阴极LED数码管显示温度值，同时为了简化硬件电路，故采用动态扫描的方法来控制各个数码管的轮流显示。此方法虽然减少了I/O口的占用量，但扫描占用了单片机的时间。由于动态显示

8、的亮度比较低，以及单片机I/O口的驱动能力较弱，故在显示位的段码前增加了一个74LS245驱动器，使P0口的数据输出后，经过74LS245提高驱动后输出，使数码管的显示亮度不至于过暗。其中P0口作为段码输出口，P2口作为8个数码管的位选信号输出口。2、 LED动态显示方式所谓动态显示，是指无论在任何时刻都只有一个LED数码管处于显示状态，即单片机采用“扫描”方式控制各个数码管的轮流显示。在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有显示位的段码线的相应段并联在一起，由一个8位的I/O口控制（本系统中，P0口即为8位的段码输出口），而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选

9、通（本系统中使用的8个数码管采用共阴极接法，P2口为8个数码管的位选信号口）。由于8个数码管的段代码线并联，在同一时刻，8个数码管将会显示相同是字符。因此，若要各个数码管能够同时显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态的“扫描”显示方式。即在某一时刻，只让其中一位的位选线处于选通状态，而其它各位的位选线处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要显示的字符的段码。这样，在同一时刻，8位LED中只有被选通的那一位显示出字符，而其它七位则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让其下一位的位选线处于选通状态，而其它各位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，此时，只有在选通位显示出相应的字符，

10、而其它各位则是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其它各位熄灭，但由于LED数码管的余辉和人眼的“视觉暂留”作用，只要每位显示时间间隔足够短，则可造成“多位同时亮”的假象，达到同时显示的效果。（3） 报警电路 对应电路图如下图所示： 该报警电路由常见的发光二极管和蜂鸣器组成，一个发光二极管用于高温报警，另一个发光二极管用于低温报警，蜂鸣器用于产生警报声，因其所需的驱动电流一般比较小，故将以上元件直接与单片机相连。3、 软件设计1、 主程序流程图 注：主程序中的初始化包括设置中断方式，开中断，设定计数初值以及报警温度

11、2、 定时器中断程序流程图 3、 数码管显示程序流程图 4、 DS18B20初始化程序流程图四、仿真结果1、正常温度 正常温度时，仿真结果如上图，数码管动态显示当前温度，报警电路不工作。2、 高温报警 当温度高于高温报警温度时，仿真结果如上图，数码管动态显示当前温度，高温报警灯闪烁，蜂鸣器发出警报声。3、 低温报警当温度低于低温报警温度时，仿真结果图上图，数码管动态显示当前温度，低温报警灯闪烁，蜂鸣器发出报警灯。5、 系统改进 对于当前的系统，与实际的应用还有较大的差距，若在实际的应用中，可以对系统做如下的扩展与改进。（1）可增加一个开关，在发出报警后按下，用来屏蔽蜂鸣器发出的声音，但报警灯任

12、然正常闪烁（本设计已实现）。（2）可增加多个DS18B20传感器，将不同点的数据采集后，经过运算，取其平均值，从而使温度的检测更精确。（3）可增加自动升温和降温系统，在系统高温报警时，降温系统启动，当温度回到正常值时，降温系统停止工作；在系统低温报警时，升温系统启动，当温度回到正常值时，升温系统停止工作，从而实现系统完全的自动化运行。六、总结通过本次的课程设计，又重新将本学期所学的单片机知识整理了一遍，对单片机有了更深刻的了解和认识。同时，通过查资料，又使我学到了许多教材上无法学到的知识,也更深该体会到单片机技术应用领域的广泛，不仅使我对学过的单片机知识有了更多的扩展，也对单片机这一门课程产生

13、了更大的兴趣。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在做单片机工程设计，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。其次，我学会了在网络上查找有关本设计的各硬件的资源，为本次工程设计提供了一定的资料。经过这次的设计，为我们以后毕业设计的制作也奠定了一定的基础。附录 源程序清单#include #include#define uchar unsigned char#define uint

14、unsigned intsbit K1=P10;sbit DQ=P36;sbit BEEP=P37;sbit HI_LED=P14;sbit LO_LED=P15;uchar FRQ=0X00;/共阴极数码管段代码及空白显示uchar code DSY_CODE=0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F,0X00;/温度小数位对照表uchar code df_Table=0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9;/-/报警温度上下限，为进行正负数比较，此处注意设为char类型/取值范围为-128+127，DS18B

15、20支持范围-50+125/-char Alarm_Temp_HL2=10,-10;/-uchar CurrentT=0; /当前读取的温度控制部分uchar Temp_Value=0X00,0X00; /从DS18B20读取的温度值uchar Display_Digit=0,0,0,0; /待显示的各温度数位bit HI_Alarm=0, LO_Alarm=0; /高低温报警标志bit DS18B20_IS_OK=1; /传感器正常标志uint Time0_Count=0; /定时器延时累加/-/延时/-void Delay(uint X) while(-X); /-/初始化DS18B20/

16、-uchar Init_DS18B20() uchar status; DQ=1;Delay(80); DQ=0;Delay(90); DQ=1;Delay(8); status=DQ; Delay(100); DQ=1; return status; /初始化成功时返回0 /- /读一字节 /- uchar ReadOneByte() uchar i,dat=0; DQ=1;_nop_(); for(i=0;i=1;DQ=1;_nop_();_nop_(); if(DQ) dat|=0X80;Delay(30);DQ=1;return dat; /-/写一字节/-void WriteOneB

17、yte(uchar dat) uchar i; for(i=0;i=1; /-/读取温度值/-void Read_Temperature() if(Init_DS18B20()=1)/DS18B20故障 DS18B20_IS_OK=0; else WriteOneByte(0XCC);/跳过序列号 WriteOneByte(0X44);/启动温度转换 Init_DS18B20(); WriteOneByte(0XCC);/跳过序列号 WriteOneByte(0XBE);/读取温度寄存器 Temp_Value0=ReadOneByte();/温度低8位 Temp_Value1=ReadOneB

18、yte();/温度高8位 Alarm_Temp_HL0=ReadOneByte();/报警温度TH Alarm_Temp_HL1=ReadOneByte();/报警温度TL DS18B20_IS_OK=1; /-/设置DS18B20温度报警值/-void Set_Alarm_Temp_Value() Init_DS18B20(); WriteOneByte(0XCC);/跳过序列号 WriteOneByte(0X4E);/将设定的温度报警值写入DS18B20 WriteOneByte(Alarm_Temp_HL0);/写TH WriteOneByte(Alarm_Temp_HL1);/写TL

19、WriteOneByte(0X7F);/12位精度 Init_DS18B20(); WriteOneByte(0XCC);/跳过序列号 WriteOneByte(0X48);/温度报警值存入DS18B20 /- /在数码管上显示温度/-void Display_Temperature() uchar m; uchar t=150;/延时值 uchar ng=0,np=0;/负数标识及负号显示位置 char Signed_Current_Temp; /注意类型为char /如果为负数则取反加1，并设置负号标识及负号显示位置 if(Temp_Value1&0XF8)=0XF8) Temp_Valu

20、e1=Temp_Value1; Temp_Value0=Temp_Value0+1;if(Temp_Value0=0X00) Temp_Value1+;ng=1;np=0XFD; /默认负号显示在左边第2位 /查表得到温度小数部分 Display_Digit0=df_TableTemp_Value0&0X0F; /获取温度整数部分（无符号） CurrentT=(Temp_Value0&0XF0)4)|(Temp_Value1&0X07)=Alarm_Temp_HL0 ?1:0; LO_Alarm=Signed_Current_Temp=Alarm_Temp_HL1 ?1:0; /将整数部分分解

21、为三位待显示数字 Display_Digit3=CurrentT/100; Display_Digit2=CurrentT%100/10; Display_Digit1=CurrentT%10; if(Display_Digit3=0) /高位为0不显示 Display_Digit3=10; np=0XFB; /调整负号位置if( Display_Digit2=0) Display_Digit2=10; np=0XF7; /调整负号位置 /刷新显示若干时间 for(m=0;m30;m+) P0=0X39;P2=0X7F;Delay(t);P2=0XFF; /显示C P0=0X63;P2=0XB

22、F;Delay(t);P2=0XFF; /显示 P0=DSY_CODEDisplay_Digit0; /小数位 P2=0XDF;Delay(t);P2=0XFF; P0=(DSY_CODEDisplay_Digit1)|0X80; /个位及小数点 P2=0XEF;Delay(t);P2=0XFF; P0=DSY_CODEDisplay_Digit2; /十位 P2=0XF7;Delay(t);P2=0XFF; P0=DSY_CODEDisplay_Digit3; /百位 P2=0XFB;Delay(t);P2=0XFF; if (ng) /如果为负则在调整后的位置显示“-” P0=0X40;P

23、2=np;Delay(t);P2=0XFF; /-/定时器中断，控制警报声音/-void T0_INT() interrupt 1 if(K1=1) TH0=0XFE; TL0=FRQ;FRQ+; BEEP=BEEP; if(+Time0_Count=400) Time0_Count=0; if(HI_Alarm) HI_LED=HI_LED ;else HI_LED=1; if(LO_Alarm) LO_LED=LO_LED ;else LO_LED=1; else TH0=0XFE; TL0=FRQ;FRQ+; if(+Time0_Count=400) Time0_Count=0; if(

24、HI_Alarm) HI_LED=HI_LED ;else HI_LED=1; if(LO_Alarm) LO_LED=LO_LED ;else LO_LED=1; /-/主程序/-void main(void) IE=0X82; TMOD=0X01; TH0=0X00; TL0=0XFF; TR0=0; HI_LED=1; LO_LED=1; BEEP=0; Set_Alarm_Temp_Value(); Read_Temperature(); Delay(50000); Delay(50000); while(1) Read_Temperature(); if(DS18B20_IS_OK) if(HI_Alarm=1|LO_Alarm=1) TR0=1;else TR0=0;Display_Temperature(); else P0=P2=0X00;