基于C51單片機(jī)的數(shù)字溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）指導(dǎo)老師：姓班學(xué)專院日名：級(jí)：號(hào)：業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化系：機(jī)電學(xué)院期：2016.01.10摘要：隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)，能獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域。本次課程設(shè)計(jì)是基于AT89C51單片機(jī)進(jìn)行溫度傳測(cè)定及報(bào)警等功能的設(shè)計(jì)，利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20的測(cè)溫系統(tǒng)，通過LED數(shù)碼管和LCD液晶顯示屏同時(shí)顯示實(shí)時(shí)溫度和報(bào)警預(yù)設(shè)溫度，報(bào)警指示通過蜂鳴器的聲音和16X16點(diǎn)陣屏同時(shí)報(bào)警，并能采取降溫措施采用鍵盤輸入的方式，確保各種報(bào)警溫度可以方便的設(shè)定和調(diào)節(jié)。本次課程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，能任意設(shè)定報(bào)警溫度，系統(tǒng)具有可靠性高、成本低、功耗小等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、溫度檢測(cè)、AT89C51、DS18B201基于單片機(jī)的數(shù)字溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)......................................................................1一、引言：............................................................................................................3二、設(shè)計(jì)方案........................................................................................................31.基本要求........................................................................................................32.擴(kuò)展功能........................................................................................................33.方案選定........................................................................................................34.總體設(shè)計(jì)方案................................................................................................4三、功能模塊分析................................................................................................41.復(fù)位電路........................................................................................................42.鍵盤電路........................................................................................................53.DS18B20溫度檢測(cè)電路................................................................................64.顯示電路........................................................................................................75.報(bào)警電路......................................................................................................106.降溫風(fēng)扇電路..............................................................................................10四、軟件設(shè)計(jì)分析..............................................................................................111.主函數(shù)模塊..................................................................................................112.溫度檢測(cè)模塊..............................................................................................123.鍵盤掃描模塊..............................................................................................134.LCD液晶顯示模塊.......................................................................................145.中斷模塊......................................................................................................15五、課程設(shè)計(jì)體會(huì)..............................................................................................15附錄：.......................................................................................................................182一、引言：數(shù)字化控制、智能控制為現(xiàn)代人的工作、生活、科研等方面帶來方便。其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子。數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便、測(cè)溫范圍廣、測(cè)溫精確、使用，該設(shè)計(jì)使用STC89C51單片機(jī)作控制器，數(shù)字溫度傳感器DS18B20測(cè)量溫LED數(shù)碼管和LCD液晶屏實(shí)現(xiàn)溫度值顯示。二、設(shè)計(jì)方案1.基本要求實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度顯示，測(cè)溫范圍-55℃~~+125℃。報(bào)警通過揚(yáng)聲器和發(fā)光二極管顯示。2.擴(kuò)展功能任意設(shè)定設(shè)置溫度報(bào)警，通過鍵盤直接設(shè)定溫度，設(shè)定報(bào)警溫度通過LCD液晶屏顯示。報(bào)警同時(shí)采取風(fēng)扇降溫措施。3.方案選定DS18B20溫度現(xiàn)溫度顯示。另外DS18B20具有3引腳的小體積封裝，測(cè)溫范圍為-55℃~+125℃攝氏度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度，其測(cè)量范圍與精度都能符合設(shè)計(jì)要求。34.總體設(shè)計(jì)方案圖：總體設(shè)計(jì)三、功能模塊分析1.復(fù)位電路AT89C51單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)2完成了復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)[1]。復(fù)位通常有2下圖所示：VCCC1SR1RSTR2圖：復(fù)位電路4RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之RST的操作。通常選擇C=10~30μFR=10~1000Ω。復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化過程，其中包括使程序計(jì)數(shù)器PC=0000H，P0~P3=FFH,SP=07H,其它寄存器處于零。2.鍵盤電路本次使用實(shí)驗(yàn)儀提供的一個(gè)6×4(0X002H)逐列輸出低電平，然后從行碼地址(0X001H)讀回。如果有鍵按下,則相應(yīng)行的值應(yīng)為低,X是由KEY/LEDCSLED實(shí)驗(yàn)時(shí)，需將KEY/LEDCS接到相應(yīng)的地址譯碼上。以便用相應(yīng)的地址來訪問。例如將KEY/LEDCS信號(hào)接CS0上，則列掃描地址為08002H，行碼地址為08001H。列掃描碼還可以分時(shí)用作LED的位選通信號(hào)。鍵盤在由單片機(jī)控制的溫度報(bào)警器系統(tǒng)中的主要作用是通過按鍵向單片機(jī)輸入指令，其中主要是輸入控制溫度的上下限，是人工控制單片機(jī)的主要手段。原理圖如下所示：圖：鍵盤掃描電路53.DS18B20溫度檢測(cè)電路使用美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820,支持“一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術(shù)。全部傳感元在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為-55°～+125，在-10～+85°C0.5°。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V～5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小，DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn):（1）只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。（2）在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)。（3）實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。（4）測(cè)量溫度范圍在－55C到＋125。C之間。（5）數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。（6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：122圖：DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于DS18B20序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為:初始化DS18B20(發(fā)復(fù)位脈沖→發(fā)ROM路簡(jiǎn)圖如下圖：6圖：溫度檢測(cè)電路4.顯示電路（1）LED數(shù)碼管顯示電路LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示是因?yàn)長(zhǎng)ED數(shù)碼管具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與CMOS、ITL電路兼容。(2)發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短(<0.1μ，高頻特性好，單色性好，亮度高。(3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。本次實(shí)驗(yàn)使用實(shí)驗(yàn)儀提供的6位8段碼LED相應(yīng)數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示器的控制。顯示共有68位段碼、6位位碼是由兩片74LS374MC1413或ULN2003倒相驅(qū)動(dòng)后，選擇相應(yīng)顯示位。當(dāng)用PIC5XI/OPB0~PB7接八段的A~H段，PC0~PC5接G0~G5LPC2103驅(qū)動(dòng)時(shí)，用的是模擬總線方式，所以只需將八段管的KEY/LED_CS片選接到CS0即可。實(shí)驗(yàn)儀中8位段碼輸出地址為0X004H，位碼輸出地址為0X002H。此處X是由KEY/LEDCSLEDKEY/LEDCS接KEY/LEDCS接到CS0上，則段碼地址為08004H，位碼地址為08002H。LED顯示電路如圖所示：217圖：LED顯示電路（2）LCD液晶顯示電路本次實(shí)驗(yàn)使用實(shí)驗(yàn)儀提供的液晶顯示屏內(nèi)置控制器為SED1520，點(diǎn)陣為122x32,需要兩片SED1520組成，由E2分別選通，以控制顯示屏的左右兩半方式。本實(shí)驗(yàn)儀采用直接控制方式。直接控制方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲(chǔ)器或／O設(shè)備直接掛在計(jì)算機(jī)總線上。計(jì)算機(jī)通過地址譯碼控制E1和E2的選通；讀／寫操作信號(hào)R／W由地址線A1/數(shù)據(jù)寄存器選擇信號(hào)AO由地址線A0控制。實(shí)際電路如上圖所示。地址映射如下（地址中的X由LCDCS決定，可參見地址譯碼部分說明）0X006H0X007H寫E1指寫E1數(shù)讀E1狀讀E1數(shù)寫E2指寫E2數(shù)讀E2狀讀E2數(shù)令據(jù)態(tài)據(jù)令據(jù)態(tài)據(jù)間接控制方式是計(jì)算機(jī)通過自身的或系統(tǒng)的并行接口與液晶顯示模塊連接，如MCS51的P1口和P3口，8255等并行接口芯片。計(jì)算機(jī)通過對(duì)該并行接口間接控制方式的電路簡(jiǎn)單，控制時(shí)序通過編程來實(shí)現(xiàn)。LCD液晶顯示電路如下圖:238圖：LCD液晶顯示電路（3）16x16點(diǎn)陣顯示16x16點(diǎn)陣需要3216個(gè)列驅(qū)動(dòng)及16256行，10ms后再顯示下一行。實(shí)驗(yàn)電路圖如下：124圖：16x16點(diǎn)陣顯示電路（4）二極管指示燈和報(bào)警狀態(tài)，其電路圖比較簡(jiǎn)單，下表為二極管電路連接方式。91565.報(bào)警電路本次試驗(yàn)采用的報(bào)警裝置是比較簡(jiǎn)單的一種直接使用P16端口輸出講題變化口輸出時(shí)延時(shí)控制。實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示：127圖：蜂鳴器電路圖6.降溫風(fēng)扇電路實(shí)驗(yàn)中用到的直流電動(dòng)機(jī)無法通過單片機(jī)IO口直接輸出高電平控制，需要通過驅(qū)動(dòng)電路將電壓放大后才能驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。直流電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路如下圖：1289圖：直流電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路10四、軟件設(shè)計(jì)分析1.主函數(shù)模塊新讀取溫度并將數(shù)據(jù)送達(dá)顯示模塊進(jìn)行顯示，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管把實(shí)時(shí)溫度值送出在LED程序恢復(fù)正常運(yùn)行。主函數(shù)部分程序框圖如下：NYYN圖：主函數(shù)框圖112.溫度檢測(cè)模塊DSl8B20必須嚴(yán)格按照單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種時(shí)隙類型：初始化、應(yīng)答、寫1、寫、讀1、讀0。除了應(yīng)答時(shí)隙所有這些時(shí)隙都是有主機(jī)發(fā)出?？偩€上所傳輸?shù)乃忻詈蛿?shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。圖：DS18B20溫度檢測(cè)框圖123.鍵盤掃描模塊鍵盤掃描通過檢測(cè)按鍵狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，鍵盤掃描程序?qū)存I轉(zhuǎn)換成鍵值，將鍵值返回到主函數(shù)，并記錄按鍵的數(shù)值，轉(zhuǎn)換成設(shè)定溫度。鍵盤掃描按鍵為D通過這一程序?qū)崿F(xiàn)報(bào)警溫度的設(shè)定。鍵盤掃描程序框圖如下：圖：鍵盤掃描程序框圖134.LCD液晶顯示模塊LCD顯示到相應(yīng)的位置，輸入三個(gè)數(shù)字后液晶屏顯示設(shè)定溫度如“36.5計(jì)的目的。LCD液晶顯示程序框圖如下所示：圖：LCD液晶屏顯示程序框圖145.中斷模塊中斷采用T0方式1，初始值定時(shí)為1.842ms。中斷模塊包含三部分內(nèi)容，一是進(jìn)行初始溫度的轉(zhuǎn)化，二是進(jìn)行點(diǎn)陣屏的刷新，警。顯示值而停止更新溫度值，更能使蜂鳴器報(bào)警時(shí)不停止其他程序的運(yùn)行。中斷模塊流程圖：五、課程設(shè)計(jì)體會(huì)89C51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)為總控制中心，輔助設(shè)計(jì)有溫度采樣電路、LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)串行顯示、LCD液晶屏顯示、16X16點(diǎn)陣屏顯示，二極管發(fā)光顯示，蜂鳴器報(bào)警等。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)是：（1）要掌握溫度傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等；（2）考慮從非電量信號(hào)到電量信號(hào)的電路實(shí)現(xiàn)原理以及與單片機(jī)的接口；（3）熟悉MCS-51編程的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)溫度的調(diào)節(jié)控制；（4）整體電路的仿真調(diào)試。15經(jīng)過十天的資料查找和設(shè)計(jì)，我已完成了計(jì)算機(jī)控制的課程設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)89C51測(cè)和報(bào)警的功能?？v觀整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，我更加熟悉了對(duì)89C51單片機(jī)的了解與認(rèn)識(shí)，深切的將實(shí)實(shí)的了解一個(gè)單片機(jī)的運(yùn)行狀況，這次課程設(shè)計(jì)對(duì)我以后也有很大的影響。在論文完成之際，我要對(duì)各位老師和各位學(xué)長(zhǎng)表示最真摯的謝意。老師工作認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，學(xué)長(zhǎng)耐心指導(dǎo)，無私奉獻(xiàn)，在老師和學(xué)長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，我們圓滿的完成了這次課程設(shè)計(jì)，16參考文獻(xiàn)：C17附錄：;;=18;={