单片机课程设计温度报警的设计

1.课程设计目的1.1巩固和加深对单片机原理和接口技术知识的理解；1.2培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料的能力；1.3学会方案论证的比较方法，拓宽知识，初步掌握工程设计的基本方法；1.4掌握常用仪器、仪表的正确使用方法，学会软、硬件的设计和调试方法；1.5能按课程设计的要求编写课程设计报告，能正确反映设计和实验成果， 能用计算机绘制电路图和流程图。2.课程设计要求本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升。当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。LCD1602液晶显示即时温度，精度为正负0.5摄氏度。3. 硬件设计3.1设计思想在本系统的电路设计方框图如图1.1所示，它由三部分组成:控制部分主芯片采用单片机AT89S51；显示部分采用LCD1602液晶显示器实现温度显示；温度采集部分采用DS18B20温度传感器。AT89C52加热继电器电风扇继电器DS18B20LCD显示指示灯 图21 温度计电路总体设计方案3.2主要元器件介绍。1.控制部分单片机AT89C52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。2. 显示部分显示电路采用LCD1602液晶显示器，从P0口送数，P2口扫描。3. 温度采集部分DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单3.3功能电路介(1) 显示电路显示电路采用了LCD1602液晶显示器，节约了单片机的输出端口，便于程序的编写。图51 显示电路图(2) 单片机电路图52 单片机电路引脚图 (3) DS18B20温度传感器电路图5-3 温度传感器电路引脚图(4) 晶振控制电路图5-5 晶振控制电路图 (5) 复位电路图5-6复位电路图4. 软件设计一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用与S51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，然后逐一执行。高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。同时，本系统对位处理要求很高，需要解决大量的逻辑控制问题。MCS51指令系统的指令长度较短，它在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编成的程序占用内存单元少，执行也非常的快捷，与本系统的应用要求很适合。而且MCS51指令系统有丰富的位操作（或称位处理）指令，可以形成一个相当完整的位操作指令子集，这是MCS51指令系统主要的优点之一。对于要求反应灵敏与控制及时的工控、检测等实时控制系统以及要求体积小、系统小的许多“电脑化”产品，可以充分体现出汇编语言简明、整齐、执行时间短和易于使用的特点。本装置的软件包括主程序、读出温度子程序、复位应答子程序、写入子程序、以及有关DS18B20的程序（初始化子程序、写程序和读程序）4.1 设计思想系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，复位应答子程序，写入子程序等。1）主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图19所示。通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分分开存放在不同的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来图5-7 主程序流程图DS18B20复位、应答子程序跳过ROM匹配命令写入子程序温度转换命令写入子程序显示子程序(延时)DS18B20复位、应答子程序跳过ROM匹配命令写入子程序读温度命令子程序终 止 图5-8 读出温度子程序2）读出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。 DS18B20的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时序才能达到预期的目的，同时，要注意读进来的是高位在后低位在前，共有12位数，小数4位，整数7位，还有一位符号位。3）复位、应答子程序P1.0口清0开始延时537USP1.0口置1否50US是否有低电平是标志位置1P1.0口置1有234US低电平标志位置1终止图5-9复位、应答子程序4）写入子程开始进位C清0终止R2是否为0P1.0置 0延时46US带进位右移延时12USP1.0清0图5-10写入子程序4.2软件流程图开 始初始化DS18B20显示当前温度判断当前温度值超过设定温度上限启动风扇降低温度红灯亮设定温度上、下限启动电热炉升高温度是否低于设定温度下限是绿灯亮否4.3 源程序 TEMP_ZH EQU 24H ;实测温度值存放单元 TEMPL EQU 25H TEMPH EQU 26H TEMP_TH EQU 27H ;高温报警值存放单元 TEMP_TL EQU 28H ;低温报警值存放单元 TEMPHC EQU 29H ;正、负温度值标记 TEMPLC EQU 2AH TEMPFC EQU 2BH K1 EQU P1.0 ;查询按键 K2 EQU P1.1 ;设置/调整键 K3 EQU P1.2 ;调整键 K4 EQU P1.3 ;确定键 BEEP EQU P3.7 ;蜂鸣器 RELAY EQU P3.6 ;指示灯 LCD_X EQU 2FH ;LCD 字符显示位置 LCD_RS EQU P2.0 ;LCD 寄存器选择信号 LCD_RW EQU P2.1 ;LCD 读写信号 LCD_EN EQU P2.2 ;LCD 允许信号 FLAG1 EQU 20H.0 ;DS18B20是否存在标志 KEY_UD EQU 20H.1 ;设定按键的增、减标志 DQ EQU P2.7 ;DS18B20数据信号 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030HMAIN: MOV SP,#60H MOV A,#00H MOV R0,#20H ;将20H2FH 单元清零 MOV R1,#10HCLEAR: MOV R0,A INC R0 DJNZ R1,CLEAR LCALL SET_LCD LCALL RE_18B20 START: LCALL RST ;调用18B20复位子程序 JNB FLAG1,START1 ;DS1820不存在 LCALL MENU_OK;DS1820存在，调用显示正确信息子程序 MOVTEMP_TH,#055H;设置TH初值85度 MOVTEMP_TL,#019H;设置TL初值25度 LCALL RE_18B20A;调用暂存器操作子程序 LCALL WRITE_E2 ;写入DS18B20 LCALL TEMP_BJ ;显示温度标记 JMP START2START1: LCALL MENU_ERROR;调用显示出错信息子程序 LCALL TEMP_BJ ;显示温度标记 SJMP $START2: LCALL RST;调用DS18B20复位子程序 JNB FLAG1,START1 ;DS18B20不存在 MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配命令 LCALL WRITE MOV A,#44H ;温度转换命令 LCALL WRITE LCALL RST MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配 LCALL WRITE MOV A,#0BEH ;读温度命令 LCALL WRITE LCALL READ;调用DS18B20数据读取操作子程序 LCALL CONVTEMP;调用温度数据BCD 码处理子程序 LCALL DISPBCD;调用温度数据显示子程序 LCALL CONV;调用LCD显示处理子程序 LCALL TEMP_COMP;调用实测温度值与设定温度值比较子程序 LCALL PROC_KEY ;调用键扫描子程序 LCALL TEMP_COMP SJMP START2;循环;* 键扫描子程序 *PROC_KEY:JB K1,PROC_K1 LCALL BEEP_BL JNB K1,$ MOV DPTR,#M_ALAX1 MOV A,#1 LCALL LCD_PRINT LCALL LOOK_ALARM JB K3,$ LCALL BEEP_BL JMP PROC_K2PROC_K1: JB K2,PROC_END LCALL BEEP_BL JNB K2,$ MOV DPTR,#RST_A1 MOV A,#1 LCALL LCD_PRINT LCALL SET_ALARM LCALL RE_18B20 ;将设定的TH,TL值写入DS18B20 LCALL WRITE_E2PROC_K2: LCALL MENU_OK LCALL TEMP_BJPROC_END:RET;* 设定温度报警值 TH、TL *SET_ALARM:LCALL LOOK_ALARMAS0: JB K1,AS00 LCALL BEEP_BL JNB K1,$ CPL 20H.1 ;UP/DOWN 标记AS00: JB 20H.1,ASZ01 ;20H.1=1，增加 JMP ASJ01 ;20H.1=0，减小ASZ01: JB K2,ASZ02 ;TH值调整(增加) LCALL BEEP_BL INC TEMP_TH MOV A,TEMP_TH CJNE A,#120,ASZ011 MOV TEMP_TH,#0ASZ011: LCALL LOOK_ALARM MOV R5,#10 LCALL DELAY JMP ASZ01ASZ02: JB K3,ASZ03 ;TL值调整(增加) LCALL BEEP_BL INC TEMP_TL MOV A,TEMP_TL CJNE A,#99,ASZ021 MOV TEMP_TL,#00HASZ021: LCALL LOOK_ALARM MOV R5,#10 LCALL DELAY JMP ASZ02ASZ03: JB K4,AS0 ;确定调整 LCALL BEEP_BL JNB K4,$ RETASJ01: JB K2,ASJ02 ;TH值调整（减少） LCALL BEEP_BL DEC TEMP_TH MOV A,TEMP_TH CJNE A,#0FFH,ASJ011 JMP ASJ022ASJ011: LCALL LOOK_ALARM MOV R5,#10 LCALL DELAY JMP AS0ASJ02: JB K3,ASJ03 ;TL值调整（减少） LCALL BEEP_BL DEC TEMP_TL MOV A,TEMP_TL CJNE A,#0FFH,ASJ021 JMP ASJ022ASJ021: LCALL LOOK_ALARM ; MOV R5,#10 LCALL DELAY JMP AS0ASJ022: CPL 20H.1 JMP ASZ01ASJ03: JMP ASZ03 RETRST_A1: DB SET ALERT TEMP: ,0;* 实测温度值与设定温度值比较子程序 *TEMP_COMP:CLR C MOV A,TEMP_TH SUBB A,TEMP_ZH ;减数被减数，则 JC CHULI1 ;借位标志位C=1，转 MOVA,TEMPFC CJNEA,#0BH,COMP SJMPCHULI2COMP: MOV A,TEMP_ZH SUBB A,TEMP_TL ;减数被减数，则 JC CHULI2 ;借位标志位C=1，转 MOV DPTR,#BJ5 LCALL TEMP_BJ3 CLR RELAY ;点亮指示灯 RET CHULI1: MOV DPTR,#BJ3 ;大于设定最高温度 LCALL TEMP_BJ3 cpl P2.3 cpl RELAY ;熄灭指示灯 LCALL BEEP_BL;蜂鸣器响 RET CHULI2: MOV DPTR,#BJ4 ;小于设定最低温度 LCALL TEMP_BJ3 cpl P2.4 cpl RELAY ;熄灭指示灯 LCALL BEEP_BL;蜂鸣器响 RET;-TEMP_BJ3: MOV A,#0CEH LCALL WCOM MOV R1,#0 MOV R0,#2BBJJ3: MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR LCALL WDATA INC R1 DJNZ R0,BBJJ3 RETBJ3: DB HBJ4: DB LBJ5: DB !; ;* 显示温度标记子程序 *TEMP_BJ: MOV A,#0CBH LCALL WCOM MOV DPTR,#BJ1 ;指针指到显示消息 MOV R1,#0 MOV R0,#2BBJJ1: MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR LCALL WDATA INC R1 DJNZ R0,BBJJ1 RETBJ1: DB 00H,C;* 显示正确信息子程序 *MENU_OK: MOV DPTR,#M_OK1 ;指针指到显示消息 MOV A,#1 ;显示在第一行 LCALL LCD_PRINT MOV DPTR,#M_OK2 ;指针指到显示消息 MOV A,#2 ;显示在第一行 LCALL LCD_PRINT RETM_OK1: DB Made by ZYC ,0M_OK2: DB temp : ,0 ;* 显示出错信息子程序 *MENU_ERROR:MOV DPTR,#M_ERROR1 ;指针指到显示消息 MOV A,#1 ;显示在第一行 LCALL LCD_PRINT MOV DPTR,#M_ERROR2 ;指针指到显示消息1 MOV A,#2 ;显示在第一行 LCALL LCD_PRINT RETM_ERROR1: DB DS18B20 ERROR ,0M_ERROR2: DB temp: ,0;*DS18B20复位子程序 *RST: SETB DQ NOP CLR DQ MOV R0,#6BH ;主机发出延时复位低脉冲 MOV R1,#04HTSR1: DJNZ R0,$ MOV R0,#6BH DJNZ R1,TSR1 SETB DQ ;拉高数据线 NOP NOP NOP MOV R0,#32HTSR2: JNB DQ,TSR3 ;等待DS18B20回应 DJNZ R0,TSR2 JMP TSR4 ; 延时TSR3: SETB FLAG1 ; 置1标志位,表示DS1820存在 JMP TSR5TSR4: CLR FLAG1 ; 清0标志位,表示DS1820不存在 JMP TSR7TSR5: MOV R0,#06BHTSR6: DJNZ R0,$ ; 时序要求延时一段时间TSR7: SETB DQ RET;* DS18B20暂存器操作子程序 *RE_18B20:JB FLAG1,RE_18B20A RETRE_18B20A:LCALL RST MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配 LCALL WRITEWR_SCRAPD: MOV A,#4EH ;写暂器 LCALL WRITE MOV A,TEMP_TH ;TH(报警上限） LCALL WRITE MOV A,TEMP_TL ;TL(报警下限） LCALL WRITE MOV A,#7FH ;12位精度 LCALL WRITE RET;* 复制暂存器子程序 *WRITE_E2:LCALL RST MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配 LCALL WRITE MOV A,#48H ;把暂存器里的温度报警值拷贝到EEROM LCALL WRITE RET;* 重读EEROM子程序 *READ_E2:LCALL RST MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配 LCALL WRITE MOV A,#0B8H ;把EEROM里的温度报警值拷贝回暂存器 LCALL WRITE RET;* 将自定义字符写入LCD的CGRAM中 *STORE_DATA: MOV A,#40H LCALL WCOM MOV R2,#08H MOV DPTR,#D_DATA MOV R3,#00HS_DATA: MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR LCALL WDATA ;写入数据 INC R3 DJNZ R2,S_DATA RETD_DATA: DB 0CH,12H,12H,0CH,00H,00H,00H,00H;* DS18B20数据写入操作子程序 *WRITE: MOV R2,#8 ;一共8位数据 CLR CWR1: CLR DQ ;开始写入DS18B20总线要处于复位（低）状态 MOV R3,#07 DJNZ R3,$ ;总线复位保持16微妙以上 RRC A ;把一个字节DATA 分成8个BIT环移给C MOV DQ,C ;写入一位 MOV R3,#3CH DJNZ R3,$ ;等待100微妙 SETB DQ ;重新释放总线 NOP DJNZ R2,WR1 ;写入下一位 SETB DQ RET;* DS18B20数据读取操作子程序 *READ: MOV R4,#4 ;将温度低位、高位、TH、TL从DS18B20中读出 MOV R1,#TEMPL ;存入25H、26H、27H、28H单元RE00: MOV R2,#8RE01: CLR CY SETB DQ NOP NOP CLR DQ ;读前总线保持为低 NOP NOP NOP SETB DQ ;开始读总线释放 MOV R3,#09 ;延时18微妙 DJNZ R3,$ MOV C,DQ ;从DS18B20总线读得一位 MOV R3,#3CH DJNZ R3,$ ;等待100微妙 RRC A ;把读得的位值环移给A DJNZ R2,RE01 ;读下一位 MOV R1,A INC R1 DJNZ R4,RE00 RET;* 温度值 BCD 码处理子程序 *CONVTEMP: MOV A,TEMPH ;判温度是否零下 ANL A,#08H JZ TEMPC1 ;温度零上转 CLR C MOV A,TEMPL ;二进制数求补（双字节） CPL A ;取反加1 ADD A,#01H MOV TEMPL,A MOV A,TEMPH CPL A ADDC A,#00H MOV TEMPH,A MOV TEMPHC,#0BH;负温度标志 MOV TEMPFC,#0BH SJMP TEMPC11TEMPC1: MOV TEMPHC,#0AH ;正温度标志 MOV TEMPFC,#0AHTEMPC11: MOV A,TEMPHC SWAP A MOV TEMPHC,A MOV A,TEMPL ANL A,#0FH ;乘0.0625 MOV DPTR,#TEMPDOTTAB MOVC A,A+DPTR MOV TEMPLC,A ;TEMPLC LOW=小数部分 BCD MOV A,TEMPL ;整数部分 ANL A,#0F0H ;取出高四位 SWAP A MOV TEMPL,A MOV A,TEMPH ;取出低四位 ANL A,#0FH SWAP A ORL A,TEMPL ;重新组合 MOV TEMP_ZH,A LCALL HEX2BCD1 MOV TEMPL,A ANL A,#0F0H SWAP A ORL A,TEMPHC ;TEMPHC LOW = 十位数 BCD MOV TEMPHC,A MOV A,TEMPL ANL A,#0FH SWAP A ;TEMPLC HI = 个位数 BCD ORL A,TEMPLC MOV TEMPLC,A MOV A,R4 JZ TEMPC12 ANL A,#0FH SWAP A MOV R4,A MOV A,TEMPHC ;TEMPHC HI = 百位数 BCD ANL A,#0FH ORL A,R4 MOV TEMPHC,ATEMPC12: RET;* 二-十进制转换子程序 *HEX2BCD1: MOV B,#064H DIV AB MOV R4,A MOV A,#0AH XCH A,B DIV AB SWAP A ORL A,B RETTEMPDOTTAB: DB 00H,00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H ; 小数部分码表 DB 05H,05H,06H,06H,07H,08H,08H,09H;* 查询温度报警值子程序 *LOOK_ALARM: MOV DPTR,#M_ALAX2 ;指针指到显示信息区 MOV A,#2 ;显示在第二行 LCALL LCD_PRINT MOV A,#0C6H LCALL TEMP_BJ1 MOV A,TEMP_TH ;加载TH数据 MOV LCD_X,#3 ;设置显示位置 LCALL SHOW_DIG2H ;显示数据 MOV A,#0CEH LCALL TEMP_BJ1 MOV A,TEMP_TL ;加载TL数据 MOV LCD_X,#12 ;设置显示位置 LCALL SHOW_DIG2L ;显示数据 RETM_ALAX1: DB LOOK ALERT TEMP,0M_ALAX2: DB HIGH: LOW: ,0TEMP_BJ1: LCALL WCOM MOV DPTR,#BJ2 ;指针指到显示信息区 MOV R1,#0 MOV R0,#2 BBJJ2: MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR LCALL WDATA INC R1 DJNZ R0,BBJJ2 RETBJ2: DB 00H,C;* LCD显示子程序 *SHOW_DIG2H: MOV B,#100 DIV AB ADD A,#30H PUSH B MOV B,LCD_X LCALL LCDP2 POP B MOV A,#0AH XCH A,B DIV AB ADD A,#30H INC LCD_X PUSH B MOV B,LCD_X LCALL LCDP2 POP B INC LCD_X MOV A,B MOV B,LCD_X ADD A,#30H LCALL LCDP2 RETSHOW_DIG2L: MOV B,#100 DIV AB MOV A,#0AH XCH A,B DIV AB ADD A,#30H PUSH B MOV B,LCD_X LCALL LCDP2 POP B INC LCD_X MOV A,B MOV B,LCD_X ADD A,#30H LCALL LCDP2 RET;* 显示区 BCD 码温度值刷新子程序 *DISPBCD: MOV A,TEMPLC ANL A,#0FH MOV 70H,A ;小数位 MOV A,TEMPLC SWAP A ANL A,#0FH MOV 71H,A ;个位 MOV A,TEMPHC ANL A,#0FH MOV 72H,A ;十位 MOV A,TEMPHC SWAP A AN