基于單片機的溫度警報器

1、單片機課程設(shè)計題 目 溫度報警器設(shè)計學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號院 （系） 電氣工程學(xué)院指導(dǎo)教師 王繼紅完成時間 2014 年 11 月 14 日鄭州科技學(xué)院單片機課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目 溫度報警器設(shè)計二 、設(shè)計任務(wù)與要求利用蜂鳴器作為電聲元件，當(dāng)溫度在10至 30 范圍內(nèi)不發(fā)聲，超出此范圍便發(fā)聲，溫度傳感器輸出電壓由直流信號源模擬。三、主要參考文獻1 皮大能 . 單片機課程設(shè)計指導(dǎo)書 M. 北京：北京理工大學(xué)出版社， 2010,10.2 何利民 . 單片機高級教程應(yīng)用與技術(shù) M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2000,9.3 張毅剛 . 單片機原理及接口技術(shù) M. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版

2、社， 1990,1.4 李秀華 . 單片機原理及實踐 M. 東北：東北大學(xué)出版社， 2006,4.5 李廣第 . 單片機基礎(chǔ) M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2002,3.6 王承發(fā) . 微型機接口技術(shù) M. 北京 :高等教育出版社， 2005,12.四、設(shè)計時間2014 年 11 月 3 日 至 2014 年 11 月 14 日指導(dǎo)教師簽名：年月日目錄1 緒論 02 系統(tǒng)設(shè)計 12.1 設(shè)計任務(wù)與要求 12.1.1 設(shè)計任務(wù) 12.1.2 設(shè)計要求 12.2 方案的選擇與論證 12.2.1 總體設(shè)計方案 12.2.2 顯示部分 23 系統(tǒng)硬件設(shè)計 23.1 主控器模塊 33.2 數(shù)碼管

3、顯示模塊 53.3 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 73.4 硬件元件清單 84 軟件設(shè)計與仿真 94.1 主程序設(shè)計 94.2 仿真軟件簡介 104.3 仿真結(jié)果 124.3.1 正常情況 124.3.2 低于溫度下限 124.3.3 高于溫度上限 134.4 系統(tǒng)調(diào)試 144.5 誤差分析 14總結(jié) 15參考文獻 16附錄 1 ：實物圖 18附錄 2 ：元件清單 19附錄 3 ：程序清單 201 緒論目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒 有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的 網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使 用的各種智能 IC

4、 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、 全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單 片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此， 單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用必須重視。溫度是一個十分重要的物理量，對它的測量與控制有十分重要的意 義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也 迫切需要檢測與控制溫度。在控制領(lǐng)域中，對溫度的控制有著舉足輕重 的作用。例如陶瓷的燒烤，只有控制住溫度的適度，才能制作出一件完 美的藝術(shù)品，否則只是一件廢品；還有如釀酒的過程，也需要對溫度進 行控制。可見，在生活的許多方方面面都有著對溫度進行感知和控制的 需要

5、。本次設(shè)計的目的就是基于 AT89C51 單片機設(shè)計一個溫度檢測 ,報警 的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實時采集周圍的溫度信息進行顯示，程序內(nèi)部設(shè)定有 報警上下限，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同可設(shè)定不同的報警上下限。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對溫度的自動監(jiān)測，為設(shè)備的正常運行提供了條件，在工業(yè)中具有一 定的實用價值和廣泛的應(yīng)用前景。2 系統(tǒng)設(shè)計2.1 設(shè)計任務(wù)與要求2.1.1 設(shè)計任務(wù)基于 AT89C51 單片機設(shè)計溫度檢測報警，可以實時采集周圍的溫 度信息進行顯示，并且可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同設(shè)定不同的報警上下限。2.1.2 設(shè)計要求(1)實時溫度檢測并顯示其對應(yīng)的值。( 2 ) 具有溫度報警功能。( 3 )可以設(shè)報警置溫度上下限。2

6、.2 方案的選擇與論證2.2.1 總體設(shè)計方案方案一：基于 STC89C51 單片機通過讀取溫度傳感器 DS18B20測量溫度后存儲的數(shù)據(jù)，之后送去數(shù)碼管顯示。當(dāng)高于或低于一定溫度 將分別利用紅黃燈報警。此方案由于 DS18b20 測量溫度范圍為55 +125 ，在工業(yè)生產(chǎn)中此范圍較小。而且由于編程時采用 I2C通信，因此讀取數(shù)據(jù)是時序要求較高，程序編寫復(fù)雜。本方案電路復(fù)雜， 靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴展，對信號處理比較困難。方案二： 采用 51 系列單片機作為整機的控制單元， 將 0-5V 模擬電 壓信號通過 AD0808 模數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬溫度值 0-255 ，然后通過數(shù)碼管 顯示其溫

7、度值。此方案設(shè)計簡單，編程容易，并且增寬了測量溫度范圍。本設(shè)計采用第二種方案。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測溫度的大小，利 用 51 系列單片機為主控制器，通過 AD0808 檢測由電位器分壓輸出的 的電壓值，從而輸出模擬溫度值 0255 送入單片機，并且由其送去 數(shù)碼管顯示，其中數(shù)碼管通過 74HC573 驅(qū)動顯示。2.2.2 顯示部分采用了鍵盤 / 顯示器接口控制器。 不僅簡化接口引線， 而且減小了軟 件對鍵盤/顯示器的查詢時間，提高了 CPU 的利用率。采用三位半的數(shù) 字電壓表直接對輸出電壓采樣并顯示輸出實際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異 常，出現(xiàn)預(yù)制值與輸出值偏差過大，用戶可以根據(jù)該信息予以處理。3

8、系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)由主控模塊、彩屏顯示模塊、溫度檢測模塊、報警模塊和設(shè) 定報警溫度 5 個模塊組成，系統(tǒng)硬件組成框圖如圖 1 所示。系統(tǒng)總體電路原理圖如圖 3-1 所示圖 3-1 系統(tǒng)電路原理圖3.1 主控器模塊本系統(tǒng)控制器芯片采用 AT89C51 單片機，其管腳圖如圖 3 所示AT89C51 單片機AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器， 是低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。如圖 3-1-2 單片機電路連接圖圖 3-1-2 單片機電路連接圖AT89C51 管腳介紹:VCC ：供電電壓。 GND ：接地。P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向

9、I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口 緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖 器可接收，輸出4個TTL 門電流，輸出4個TTL 門電流，當(dāng)P2口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高， 且作為輸入。 并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出4個TT

10、L 門電流。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口。RST ：復(fù)位輸入。ALE/PROG ：當(dāng)訪問外部存儲器時， 地址鎖存允許的輸出電平用于 鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。/PSEN ：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期 間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。 但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 這兩 次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。XTAL1 ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 ：來自反向振蕩器的輸出。3.2 數(shù)碼管顯示模塊圖 3-2-1 為液晶顯示電路模塊，圖中為一個四位八段數(shù)碼管，其接 法為共陰極接

11、法。圖 3-2-1 數(shù)碼管顯示電路圖圖 3-2-2 轉(zhuǎn)換電路圖。圖 3-2-3ADC0808 引腳圖A/D 轉(zhuǎn)換電路圖、 ADC0808 引腳圖分別如圖 3-2-2,3-2-3 所示3.3 A/D 轉(zhuǎn)換模塊ADC0808 各引腳功能ADC0808 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換 的器件。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后 的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換。ADC0808 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如右圖所示。 各引腳功能如下：15 和26 28 （IN0 IN7 ）：8 路模擬量輸入端。8、14、1

12、5 和 17 21 ：8位數(shù)字量輸出端。22 （ALE ）：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。6 （START ）：AD 轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn) 換）。9（OE ）：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng) AD 轉(zhuǎn)換結(jié) 束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。10 （CLK ）：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ12 （VREF （+）和 16（VREF（-）：參考電壓輸入端11 （Vcc ）：主電源輸入端。13 （GND ）：地。3.4 硬件元件清單系統(tǒng)元器件清

13、單見表 3-1 。表 3-1 系統(tǒng)元器件清單器件數(shù)量器件數(shù)量AT89C511LED2四段八位數(shù)碼管1ADC08081蜂鳴器1三極管 90131排阻（ 10k ）1電容（ 33p ）2電阻（ 330 ）2滑動變阻器 （1K ）1晶振器1電阻（ 10k ）1電容（ 10uF ）1開關(guān)14 軟件設(shè)計與仿真本系統(tǒng)程序包括主程序、鍵盤掃描子程序、發(fā)送鍵碼子程序、發(fā)送 數(shù)據(jù)子程序、接收命令子程序等。主程序用于系統(tǒng)初始化，子程序調(diào)度 等。鍵盤掃描子程序用于掃描鍵盤狀態(tài)，將被按鍵的位置號存入緩沖器 中。發(fā)送鍵碼子程序用于將緩沖區(qū)鍵的接通碼或斷開碼發(fā)送給單片機接 口。發(fā)送數(shù)據(jù)子程序用于將數(shù)據(jù)發(fā)給單片機接口。接收

14、命令子程序用于 接收單片機接口發(fā)來的鍵盤命令。4.1 主程序設(shè)計主程序流程圖如圖 4-1 所示圖 4-1 主程序流程圖4.2 仿真軟件簡介Proteus 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。 它運行于 Windows 操作系統(tǒng)上， 可以仿真、分析 (SPICE) 各種模擬器件 和集成電路，該軟件的特點是：( 1)實現(xiàn)了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路 仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有 各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器

15、等。（2）支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：ARM7（LPC21xx） 、 8051/52 系列、 AVR 系列、 PIC10/12/16/18 系列、 HC11 系列以及多種外圍芯片。（3）提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置 斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此 在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編 譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2 、MPLAB 等軟件。（4）具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和 SPICE 分析于一身的仿真軟件， 功 能極其強大。Proteus7.

16、5 是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，可以仿真51 系列、 AVR 、PIC 等常用的 MCU 及其外圍電路（如 LCD 、RAM、 ROM 、鍵盤、馬達、LED 、AD/DA 、部分 SPI 器件、部分 IIC 器件等） 。軟件編譯采用 KEIL C51 軟件， Keil C51 是美國 Keil Software 公 司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語 言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易 用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具， 全 Win

17、dows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高， 多數(shù)語句生成 的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。4.3 仿真結(jié)果4.3.1 正常情況數(shù)碼管顯示的數(shù)字在 77 153 范圍內(nèi)，且報警等都不亮， 蜂鳴器不 發(fā)出聲音，結(jié)果如圖 4-3 ：圖 4-3 正常情況時電路圖4.3.2 低于溫度下限數(shù)碼管顯示溫數(shù)字低于 77 ，P3.1 為低電平，故在這路上的 LED 燈亮，蜂鳴器發(fā)出聲音，結(jié)果如圖 4-3-14）轉(zhuǎn)換位數(shù)不高圖 4-3-1 低于下限時電路圖4.3.3 高于溫度上限LED 燈數(shù)碼管顯示

18、數(shù)字高于 153 ，P3.0 為低電平，故在這路上的 亮，蜂鳴器發(fā)出聲音，結(jié)果如圖 4-3-2 。.圖 4-3-2 高于上限時電路圖4.4 系統(tǒng)調(diào)試在調(diào)試過程中主要是對程序的修改，特別是延時子程序。開始延時 較短時，三個數(shù)碼管同時顯示但不穩(wěn)定的顯示這些溫度。如果延時較長 則溫度數(shù)字不會同時顯示出來。通過修改程序，將延時調(diào)到適中，系統(tǒng) 正常工作。4.5 誤差分析產(chǎn)生誤差的因素主要有一下幾點：1）在參數(shù)選擇的時候沒有完全匹配；2）數(shù)字電壓表只能讀出 3 位有效數(shù)字；3）基準(zhǔn)電壓設(shè)定不適中；總結(jié)回顧起此次單片機課程設(shè)計，我仍感慨頗多，從理論到實踐，在接 近一月的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)

19、到很多的的東西， 不僅是學(xué)習(xí)上的，而且是關(guān)于做人做事方面的感悟。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有 理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從 理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力 和獨立思考的能力。我在設(shè)計的過程中遇到了許多問題，同時也發(fā)現(xiàn)了 自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢 固，比如說不懂一些元器件的使用方法，對匯編語言掌握得不透徹。還有，這次的設(shè)計讓我明白了求人不如求己， 雖然我們要講究合作，但更重要的是自己，只有自己懂，自己做，才不會在關(guān)鍵時刻掉鏈子。 別人終究是一個陪襯，路總是要自己走

20、，屬于自己的任務(wù)就要自己搞。 所以，我們必須要時刻強大自己，別人終究是別人。這個過程雖然不是 很平坦，肯定會遇到各種各樣的問題，但一旦征服了它那它就是你的東 西了，當(dāng)這樣的厚積達到一定程度那你就能享受到薄發(fā)那刻的輝煌。參考文獻1 皮 大 能 . 單 片 機 課 程 設(shè) 計 指 導(dǎo) 書 M. 北 京 ： 北 京 理 工 大 學(xué) 出 版 社 ， 2010,10:20-232 何利民 . 單片機高級教程應(yīng)用與技術(shù) M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2000,9:54-553 張毅剛 . 單片機原理及接口技術(shù) M. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1990,1:17-254 李秀華 . 單片機原理

21、及實踐 M. 東北：東北大學(xué)出版社， 2006,4:89-915 李廣第 . 單片機基礎(chǔ) M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2002,3:65-656 王承發(fā) . 微型機接口技術(shù) M. 北京 :高等教育出版社， 2005,12:71-78附錄 1 ：實物圖附錄 2 ：元件清單序號編號名稱型號數(shù)量1R1電阻4.7K12R2電阻100K13R3電阻5K14RP1排阻5K15C1 、 C2電容33P26C3電容100u17S1按鍵開關(guān)18X1晶振12M19Q1三極管PNP110LS1蜂鳴器111U151 單片機AT89C52112U2溫度傳感器DS18B20113U3集成芯片74HC245114

22、U44位 7段數(shù)碼管共陽1附錄 3 ：程序清單LED_0EQU30HLED_1EQU31HLED_2EQU32HADCEQUTCNTAEQU36HTCNTBEQU37HH_TEMPEQUL_TEMPEQU39HFLAGBIT00HH_ALMBITP3.0L_ALMBITP3.1SOUND BITP3.7CLOCK BITP2.4STBITP2.5EOCBITP2.6OEBITP2.7ORG00H35H38HSJMP;溫度上限;溫度下限ORG0BHLJMPINT_T0ORG1BHLJMPINT_T1STARTSTART: MOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVC

23、LRSETBWAIT: SETBSETBCLRSETBCLRJNBSETBMOVCLRMOVLED_0,#00HLED_1,#00HLED_2,#00HDPTR,#TABLEH_TEMP,#153L_TEMP,#77TMOD,#12HTH0,#245TL0,#0TH1,#(65536-1000)/256TL1,#(65536-1000)MOD 256IE,#8aHCTR0;為 ADC0808 提供時鐘H_ALML_ALMSTSTST;啟動轉(zhuǎn)換EOC,$OEADC,P1;讀取 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果OEA,ADCSUBBA,#77;判斷是否低于下限JCLALMMOVA,H_TEMPMOVR0,ADCSUBBA,R0;判斷是否高于上限JCHALMCLRTR1LJMPPROCLALM:;低溫報警CLRL_ALMSETBTR1CLRFLAGLJMPPROCHALM: