温度检测报警系统的设计

1、单片机原理及接口课程设计报告题 目： 温度检测报警系统的设计 专业名称： 电子信息工程专业 班 级： 电信112 学 号： 姓 名： 杨海艺 2014年 1月温度检测报警系统的设计杨海艺（信息工程学院）摘要：本设计运用单片机仿真技术，以单片机芯片AT89C51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个采用数字型温度传感器采集温度的检测系统，将采集到的温度传送给单片机，单片机将当前温度值通过液晶屏幕显示出来。另外系统还具有按键输入功能，可以设定温度的上下报警值，当超出设定温度范围时，系统会产生报警信号。单片机扩展的LCD显示器用来显示秒、分、时、日、月、年及温度的值。整

2、个设计包括两大部分：硬件部分和软件部分，以单片机为核心，蜂鸣器，LCD显示器，晶体管等为外围器件，设计一个正常走时、温度报警。关键词：单片机; ds18b20;ds1302;LCD1602; AT89C51; 报警; 温度1设计说明1.1设计要求：制作一个采用数字型温度传感器采集温度的检测系统，将采集到的温度传送给单片机，单片机将当前温度值通过液晶屏幕显示出来。另外系统还具有按键输入功能，可以设定温度的上下报警值，当超出设定温度范围时，系统会产生报警信号。1.2设计环境：Windows7操作系统、Keil4仿真软件、proteus单片机系统仿真软件。1.3温度检测报警系统实现的主要功能：1、能

3、实时监测温度并能设置报警温度2、能设置时间与年月日且待设置位会闪烁提示3、能设置要报警的最高和最低温度4、能正常显示闰年普通年份的年月日显示2 系统硬件设计2.1 单片机控制系统 本设计以单片机芯片AT89C51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，利用温度传感器实现读取温度和用时钟芯片读时间，用LCD来直接年、月、日、时、分、秒及温度，并且可以通过按键调整当前的时间和最高和最低温度，利用对蜂鸣器的控制来实现温度过高或者过低时报警功能。2.2 各部分功能实现AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable

4、 Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51 提供以下标准功能：4k字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM

5、，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2.3 单片机最小系统单片机最小系统主要由复位电路，晶振电路，电源等几部分组成。 复位电路有两种方式：上电复位和按钮复位，我们主要用按钮复位方式。如图2-1所示：晶振电路：电容选取30pF，晶振为12MHz。如图2-2所示：电源：A

6、T89C51单片机的供电电源是5V的直流电。EA非/Vpp脚：我们没有用外部扩展ROM,因此EA非/Vpp为高电平，即接+5V电源。 图2-1 复位电路 图2-2 晶振模块原理图2.4 键盘控制系统设计：按键需要3个，分别实现为功能选择键、时间的加、时间的减。用单片机的3个I/O口接收控制信号，其电路如图2-3所示： 图2-3 按键调时电路通过控制键来控制所要调节的是年、月、日、时、分、秒还是温度。在控制键按下后LCD中会在相应的位置出现光标，这时在通过加数键或减数键来控制年月日时分秒及温度的加或减。在设置闹钟键按下后LCD中也会在相应的位置出现光标，这时也通过加数键或减数键来设置闹钟。显示电

7、路如图2-4所示： 图2-4显示电路图报警部分主要由蜂鸣器，三极管，电阻组成。其电路图如图2-5所示： 图2-5蜂鸣器电路当单片机的P27接口输出为高地电平变化时，蜂鸣器响。当输出电平不变时，蜂鸣器停止。2.5 DS18B20 DSl8B20必须严格按照单总线通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了几种时隙类型：初始化、应答、写1、写0、读1、读0。除了应答时隙所有这些时隙都是有主机发出。总线上所传输的所有命令和数据都是字节的低位在前。（1）初始化时隙复位时隙和应答时隙。在初始化过程中，主机发送复位脉冲(最短为480s的低电平信号)接着，释放总线并进入接收状态。当总线被释放后上拉电阻将总线拉

8、高。DSl8B20在检测到总线的上升沿之后等待15-60us接着发出应答脉冲(低电平持续60-240 s)。（2）读和写时隙在写时隙期间，主机向DS18B20写入数据；而在读时隙期间，主机读入来自DS18B20的数据。在每一个时隙，总线只能传输一位数据。存在两种写时隙，即写1和写0。主机在写1时隙向DS18B20写入逻辑1。而在写0时隙向DS18B20写入逻辑0。所有写时隙至少需要60S，而且两次写l时隙之间至少需要lS的恢复时间。两种写时隙均以主机拉低总线开始。产生写1时隙：主机拉低总线后，必须在15uS内释放总线。然后由上拉电阻将总线拉至高电平。产生写0时隙：主机拉低总线后，必须在整个时隙

9、期间保持低电平(至少60S）。在写时隙开始后的1 560 S期间，DSl8B20采样总线的状态。如果总线为高电，则逻辑1被写入DSl8B20；如果总线为低电平，则0逻辑被写入DSl8B20。 读时隙：DSl8B20只能在主机发出读时隙时才能向主机传送数据。所以主机在发出读数据命令后，必须马上产生读时隙，以便DSl8B20能够传送数据。所有读时隙至少60s，且在两次独立的读时隙之间至少需要1S的恢复时间。每次读时隙由主机发起，拉低总线至少1S。在主机发起读时隙之后，DSl8B20开始在总线上传送1或0。若DS18B20发送1，则保持总线为高电平；若发送O，则拉低总线。当传送0时，DSl8B20在

10、该时隙结束时释放总线，再由上拉电阻将总线拉回空闲高电平状态。DS18B20发出的数据在读时隙下降沿起始后的15S内有效，因此主机必须在读时隙开始后的15S内释放总线，并且采样总线状态。温度传感器电路图如图2-6所 图2-6温度传感器2.6 DS1302 DS1302 简介： DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双

11、电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部引脚分配如图7所示及内部结构如图2-7所示。 各引脚的功能为： Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2 Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。 SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出； I/O：三线接口时的双向数据线； CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。 图2-7 DS1302电路

12、连接图 温度报警电路连接图如图2-8所示： 图2-8 温度报警系统电路连接图 2.7 LCD1602 SMC1602A 标准字符点阵型液晶显示模块(LCM)，采用点阵型液晶显示器(LCD)，可显示16 个字符X2 行西文字符，字符尺寸为2.95X4.35(WXH)mm，内置HD44780 接口型液晶显示控制器，可与MCU 单片机直接连接，广泛应用于各类仪器仪表及电子设备。1 基本操作时序：1.1 读状态：输入：RS=L,RW=H,E=H 输出：D0D7=状态字1.2 写指令：输入：RS=L,RW=L,D0D7=指令码,E=高脉冲输出：无1.3 读数据：输入：RS=H,RW=H,E=H 输出：D

13、0D7=数据1.4 写数据：输入：RS=H,RW=L,D0D7=数据,E=高脉冲输出2 RAM 地址映射控制器内部有80X8 位（80字节）的RAM缓冲区，对应关系如图2-9所示3 初始化过程（复位过程）5.1 写指令38H：显示模式设置第一次5.2 延时3ms5.3 写指令38H：显示模式设置第二次5.4 延时3ms5.5 写指令38H：显示模式设置第三次5.6 延时3ms5.7 写指令38H：显示模式设置第四次5.8 延时3ms5.9 写指令08H：显示关闭5.10 写指令01H：显示清屏5.11 延时3ms5.12 写指令06H：显示光标移动设置5.13 写指令0CH：显示开及光标设置

14、图2-9 RAM 地址读时序如图2-10所示 图2-10 1602读时序写时序如图所示2-11 图2-11 1602写时序 LCD1602的电路图如图2-12所示 图2-12 LCD1602电路连接图 3 软件设计3.1软件流程图 ： 图3-1 温度读和键盘扫描 改时间和温度4 系统调试首先运行keil4软件，并新建一工程并保存，然后再新建一C文件并输入程序代码（见附录）调试运行生成.hex文件，然后打开protues软件并打开新建的.hex文件，之后点击单片机出现如图4-1窗口： 图4-1添加hex文件窗口最后单击窗口中该按钮添加hex文件并点击确定按钮，运行文件出现如图4-2所示仿真结果： 图4-2仿真结果5 软件编程 使用3个按键控制 年月日时分秒 温度低和高的控制，按键keyselect控制要改的地方 如按一下是该秒，按两下是改变分。1602同时会有光标在要该的地方，按键keyjia是让要改的地方加1，同样keyjian是减1。当按键keyselect按9下之后说明要改的地方都改好了 ，退出按键设置继续显示。程序主要分为两个部分，即显示部分和控制按键部分。由于本设计采用的是用按键分别控制，在主函数中调用一个键盘扫描的函数，当相应的不同按键按下后控制液晶的显示。源程序见附录所示。编程思路:在确定了时钟要实现的功能后按照上述各按键所实现的效