基于AT89C51单片机数字温度测量与显示系统的设计和制作

1、基于AT89C51单片机的数字温度测量及显示系统的设计和制作系 部: 电子与通信工程系 班 级： 电信11C1 姓 名： 蔡华 学 号： 112221101 指导教师： 周步新 2013年 3月 1 日22目录摘要第1页引言第2页一温度测量及显示系统的概述第3页（一）本设计任务和主要内容第3页（二）主要芯片的介绍第3页二系统主要硬件电路设计第4页 （一）方案论证第5页（二） 单片机主机系统电路第7页三温度传感器的选择第8页（一） 采用DS18B20温度传感器第8页 (二) DS18B20的管脚排列第10页四 显示器的选择第11页(一)1602显示器第12页五 温度控制电路的设计第13-14页六

2、 系统的控制第14页 （一）温控电路及报警电路的控第15页（二）LCD显示电路的控制第16页五总结第17页六参考文献第18页七致谢第19页附录元器件清单第20页基于单片机数字温度测量及显示系统原理图第21页摘要随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。本文采用单片机来实现对温度的控制。它的主要组成部分有：AT89C51单片机、显示器、传感器、显示电路、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。通过测试表明，本设计对温度的控制有方便、简单的特点，从而大幅提高了被控温

3、度的技术指标。此设计精确度较高，可以很好地测量出温度并显示出来！本系统电路简单、调试简单，具有一定的使用价值！关键词：单片机；显示器；传感器；AT89C51；引言科技的快速发展使得单片机技术已经普及到我们的生活的各个领域，单片机技术已经成为一种比较成熟的技术。我在本文中将介绍一种基于单片机控制的数字温度器，此温度器属于多功能温度器，可以设置上下报警温湿度，当温湿度不在设置范围内时，可以报警并且进行控制温度的控制和使用已经广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度器来采集温度，通过人工操作加热和降温来控制温度，这样不但能控制精度低、实时性差的缺点，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体

4、二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，设计简便等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。本设计是一个数字温度测量及控制系统，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。保证环境保持在限定的温度中。使用方便，设计简单。可控制性强。本设计和好的融合了温度传感器，LED显示器，AT89C51等功能！一温

5、度测量与显示系统的概述（一）本设计任务和主要内容本论文主要研究单片机控制的温度器，分别对测量、显示、报警及系统设备的软、硬件各个部分进行了研究。主要内容如下：当温度在安全范围内无任何动作。当温度高于设置报警的上限值时风扇转同时红色led亮，当低于时继电器以留出接口，常闭和常开，用来连接设备以便使用（二）主要芯片的介绍本课题采用单片机AT89C51控制的数字温度测量与显示系统，其功能的实现主要通过软件编程来完成，采用单片机AT89C51，它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器，且允许在系统内改写或用编程器编程。且AT89C51的使用寿命很长，数据保留时间也较长

6、，可以达到十年的时间。就是因为这一些类的特性，与优点。所以本次设计我才会选择使用这一类的单片机来作为我实现此系统的工具。附：AT89C51主要引脚及功能： 功能引脚号VCC供电电压GND接地P0口八位漏级开路双向I/O口。每个脚可吸收八个TTL门电流。P1口是一个提供上拉电阻的八位双向I/O口。P1口的缓冲器能接收输出四个TTL门电流。P2口是一个内部上拉电阻的八位双向I/O口，P2口的缓冲器可接收输出四个TTL门电流。P3口P3的管脚是具有八个带内部上拉电阻的双向I/O口，它可以接收输出四个TTL门电流。P3.0RXD亦可以理解为单片机的串行输入口P3.1TXD亦可以理解为单片机的串行输出口

7、P3.2(外部中断0)P3.3(外部中断1)P3.4T0(记时器0外部输入)P3.5T1(记时器1外部输入)P3.6 (外部RAM的写选通)P3.7(外部RAM的读选通)外部RAM的选通信号。ALE/当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才

8、起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。EA/APP当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2反向振荡器的输出RST具有复位输入的功能。二系统主要硬件电路设计（一）方案论证主要对课程设计的题目进行了分析，根据要实现的功能，综合比较几种设计方法，提出了实现系统功能的最佳方案。本设计

9、是一个数字温度控制系统，能测量温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。该系统采用MCS-51系列单片机AT89C51作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改。MCS-51单片机特点如下：可靠性好单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU，程序指令和数据都可以烧写在ROM上，因此可靠性高。易扩充单片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模

10、的微电脑系统控制功能强单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。原理框图如图所示： 原理框图具体工作指标AT89C51显示电路温度传感器报警电路温度控制正常工作范围:-560误差：<1（二）单片机主机系统电路AT89C51单片机是属于51系列单片机里的。它的内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS 8位微处理器。AT89C51单片机还与Intel MCS-51系列单片机的输出管脚和指令相互兼容。由于AT89C51将多功能8位CPU和闪速存储器结合在单个的芯片里，所以，AT89C51构成的单片机系统是所有系统里结构最简便，价格最便宜，使用

11、效率最高的控制系统，它还节省了外部的RAM与ROM和接口器件，削减了硬件方便的开销。节省了制造成本，提高了系统的性价比。·· 单片机主机系统图根据设计的要求，要利用温度传感器实时温度。当温度高于设定的温度时（60），当温度高于设置报警的上限值时风扇转同时红色led亮，当低于时继电器以留出接口。同时要求能设定温度。毕业设计的主要任务是能对温度进行自动的检测和控制。设计中采用单片机来控制温度，因此要有温度的显示电路，温控电路，报警电路等几个部分。要实现系统的设计要用到的知识点有单片机的原理及其应用，温度传感器的原理和应用，及显示电路的设计等。三 温度传感器的选择（一） 采用DS

12、18B20温度传感器DS18B20主要由四部分组成：温度传感器、配置寄存器、64位ROM、非挥发的温度报警触发器TH和TL。DS18B20数字温度传感器，亦可称作“一线器件”，它具有以下的几个优点:1） 测量的范围广-55125。2） 使用的过程中不需要别的外围元件。3） DS18B20的接口方式它是单总线。DS18B20与微处理器连接的时候仅仅只需要一条线。单总线有以下几个特点:经济、可以抗干扰、使用方便、在恶劣环境下页可以测量出现场的温度。4） 供电方式多种多样。5） 可以实现多点测温。6） DS18B20的测量分辨率科以达到912位。7） 负压特性电源极接反时，温度器不会因为发热而烧掉，

13、但是却不能正常工作。8） DS18B20还具有掉电保护功能，在系统掉电以后它仍可以保护分辨率及报警温度的设定值。DS18B20还具有体积小、适用电压更宽、更经济等优点。适合于构建自己的测温系统。DS18B20的引脚排列：GND:电源接地。VDD：外接电源输入端。DQ：数字信号端。 （二）DS18B20的管脚排列如图所示。DS18B20的管脚排列图DS18B20有六条控制命令，如表所示：表 DS18B20控制命令指    令 约定代码 操      作    说   

14、   明 温度转换 44H 启动DS18B20来转换温度 读暂存器 BEH 读暂存器里的9个字节内容 写暂存器 4EH 写入数据岛暂存器的TH、TL字节中 复制暂存器 48H 暂存器的TH、TL字节可以写到E2RAM中 重新调E2RAM B8H E2RAM中的TH、TL字节保存到暂存器TH、TL字节 读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU 在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是VCC与外部电源连接，GND 接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。

15、如图所示:温度传感器DS18B20原理图四 显示器的选择（一） LED1602显示器工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。虽然LCD显示器的价格比数码管要贵。但是它有一个非常本质的优点就是它的显示效果好，所以采用LCD 作为显示器。（二）LCD引脚图1602有16个引脚：引脚功能或作用VSS接电源地VCC接5V电源正极V0液晶显示器对比度调整端RS具有寄存器选择功能。高电平1是数据寄存器。低电平0属于指令寄存器RW属于读写信号线，具有读写功能。高电平1读操作，低电平0写操作E端为使能端,高电平1时读取信息，负跳变时执行指令D0-D7八位的双向数据端其他15脚属于背光正极，16脚属

16、于背光负极1602显示质量高，功耗小。与单片机的连接如图所示。 图： 液晶显示电路图sbit rs=P27;/LCD数据/命令选择端(H/L)sbit rw=P26;/LCD读/写选择端(H/L)sbit en=P25;/LCD使能控制uchar code table="STC89C52+DS18B20"/液晶固定显示部分五 温度控制电路的设计 图：温度控制电路实际电路如图所示,通过按键设定温度的上下限。把实际测量的温度和设定的上下限进行比较。来控制P1.1、P01.2、P2.0端口的高低电平。把P1.1、P01.2、P2.0端口分别与三极管的基极连接来控制温度和报警。#i

17、nclude<reg52.h>#define uchar unsigned char/宏定义#define uint unsigned intsbit DQ = P10; sbit k1=P31;sbit k2=P32;sbit k3=P33;sbit beep=P20;sbit js=P12; sbit jx=P10; uchar temp_value,num,t,s1num; /温度值uchar htemp=60,ltemp=-5;/温度上下线初始化bit yyp=1,lalarm=0六 系统的控制本章对系统的硬件控制进行概述。分别对温度控制电路，报警电路及LCD液晶显示电路进

18、行说明。 （一）温控电路及报警电路的控制单片机的P1.1、P01.2、P2.0分别与三极管的基极连接来控制控制温度和报警。只要控制单片机的P1.1、P01.2、P2.0口的高低电平就可以控制模拟电路的工作。 图：温度控制和报警 （二）LCD显示电路的控制把8根数据线和P0口连接，把3根控制线和P2.5、P2.6、P2.7连接。给VCC端加上+5V的电压，GND端接地。 图：LCD显示电路总结：本次设计的软件是以AT89C51为主，是利用了软件和硬件互相结合的自动控制温度的经典例行。在当今社会单片机的运用已经实践到了我们的生活和生产中，我们也学会了用单片机来控制一些类的模拟电路。这次的设计也是用

19、单片机来控制的温度。在这个设计里，我实现了用单片机来改变了我们传统的对温度的控制方法，这一设计为控制温度开辟了另一条的道路。据现在我们国家的科技和工业水平的发展，这个实物的设计很符合工业生产的需求，不铺张浪费。不仅可以实现我国工业化的发展，更可以拓展我们自己的知识面。经过四个多月的方案论证、系统的硬件和软件的设计以及系统的调试。我还查阅了大量有温度传感器、单片机及其接口电路、控制方面的理论。经过了一番特殊的体验后，不仅经历了失败的痛苦，也尝到了成功的喜悦。这是我第一次靠用所学的专业知识来解决问题。通过这一事件可以检查了自己的知识水平，让我对自己有一个全新的认识。通过这次毕业设计，我锻炼了自己分

20、析问题处理问题的能力，页提高了自己的动手能力。这些培养和锻炼的机会对于我们这些即将毕业走向工作岗位的大学生来说，是非常重要的，也是非常重要的经验和财富这次毕业设计基本的完成了任务书的要求，实现了温度的控制与显示。通过测试表明系统的设计是正确的，可行的。但是由于我本身的设计经验和知识水平的有限，实物方面还存在许多不足和缺陷。参考文献1 沙占友. 集成温度传感器原理与应用. 北京：机械工业出版社，2002， 8495.2 刘君华. 智能传感器系统. 西安：西安电子科技大学出版社，1999，83105.3 沙占友. 智能化传感器原理与应用. 北京：电子工业出版社，2004，99108.4 赵负图.

21、传感器集成电路手册. 北京：化学工业出版社，2002，692703.5 张毅刚. MCS-51单片机原理及应用. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004，81946 李玉峰，倪虹霞 MCS-51系列单片机原理与接口技术. 北京：人民邮电出版社，2004，187216.7 林伸茂. 8051单片机彻底研究经验篇. 北京：人民邮电出版社，2004，714.8 沙占友. 单片机外围电路设计. 北京：电子工业出版社，2003，3748.9 何希才. 传感器及其应用电路. 北京：电子工业出版社，2001，3647.10 Intel：MCS-51 Family of Single Chip Mirocomputers Users Manual,1990，39.11 吴金