温度检测报警器

1、单片机课程设计东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 单片机原理及应用课程设计 题 目 温度检测报警器 院 系 电子科学学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2011年3月 18 日东北石油大学课程设计任务书课程 单片机原理及应用课程设计题目 温度检测报警器 专业班级 姓名 学号 一、设计目的：训练学生综合运用己学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术开发工作，掌握单片机程序设计、调试，应用电路设计、分析及调试检测。二、设计要求：1. 应用MCS-51单片机设计温度检测报警器；2. 对单路温度进行检测，并用数码管显示当前温度值，温度范围为25-55，温度分辨率为±1，小于

2、25或大于55报警；3. 硬件设计根据设计的任务选定合适的单片机，根据控制对象设计接口电路。设计的单元电路必须有工作原理，器件的作用，分析和计算过程；4. 软件设计根据电路工作过程，画出软件流程图，根据流程图编写相应的程序，进行调试并打印程序清单；5. 原理图设计根据所确定的设计电路，利用Protel等有关工具软件绘制电路原理图、PCB板图、提供元器件清单。三、参考资料：1 单片微型计算机与接口技术，李群芳、黄建编著，电子工业出版社；2 单片机原理及应用，张毅刚编著，高等教育出版社；3 51系列单片机及C51程序设计，王建校，杨建国等编著，科学出版社；4 单片机原理及接口技术，李朝青编著，北京

3、航空航天大学出版社；完成期限 2011.3.142011.3.18 指导教师 专业负责人 2011年 3 月 13 日目 录目 录I第1章 概 述2第2章 总体设计方案22.1 温度计电路设计总体方框图22.2 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路2第3章 硬件电路设计23.1 主板电路23.2 显示电路23.3 电路图2第4章 系统软件算法分析24.1 主程序24.2 读出温度子程序24.3 温度转换命令子程序24.4 计算温度子程序24.5 显示数据刷新子程序2总 结2参考文献2附录1 系统电路图2附录2 设计源程序222第1章 概 述随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生

4、活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。当今，计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃，微型计算机的应用已渗透到生产、生活的各个方面。其中单片微型计算机虽然问世不久，然而体积小、价廉、功能

5、强，其销售额以每年近80%的速率增长。他的性能不断提高，适用范围愈来愈宽，在计算机应用领域已占有日益重要的地位。单片微型计算机简称单片机，又成为控制器。他是在一块半导体上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等功能部件，构成了一台完整的数字计算机。单片机在生产生活中的许多方面得到广泛的应用，例如，生活中五彩变幻的霓虹灯，手机通信，温度检测，流量控制等都涉及到单片机。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89S51，测温传感器使

6、用DS18B20，用3位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。第2章 总体设计方案2.1 温度计电路设计总体方框图考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。如图2.1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。主 控 制 器LED显 示温 度 传 感 器单片机复位时钟振荡报警点按键调整图2.1总体设计方框图2.1.1 主控制器单片机AT89S5

7、1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可用二节电池供电。2.1.2 显示电路显示电路采用3位共阳LED数码管，从P3口RXD.TXD串口输出段码。2.1.3 温度传感器c6位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器VddDS18B20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度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。DS18B20的内部结构框图如图2.

8、2所示。图2.2 DS18B20内部结构64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图3所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄

9、存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图3所示。低5位一直为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。温度 LSB温度 MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC图2.3DS18B20字节定义由表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用

10、来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625/LSB形式表示。当符号位S=0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S=1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。表1 DS18B20温度转换时间表DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。若T&

11、gt;TH或T<TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令做出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系

12、数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，计数器门仍未关闭就重复上述过程。 表2一部分温度对

13、应值表温度/二进制表示十六进制表示+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H2.2 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电

14、源供电方式，另一种是寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。第3章 硬件电路设计3.1 主板电路系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等，如图所示。图中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，图中蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声

15、音，同时LED数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。图3.1中的按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。3.2 显示电路显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收，四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。3.3 电路图见附录1 图3.1单片机主板电路、图3.2温度显示电路第4章 系统软件算法分析系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。4

16、.1 主程序初始化调用显示子程序1s到？初次上电读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令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4.1所示。图4.1 主程序流程图4.2 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。其程序流程图如图4.2示。发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作，CRC校验9字节完？CRC校验正确？移入温度暂存器结束NNYY 图4.2 读温度流程图4.3

17、 温度转换命令子程序在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如上图，图4.3所示。发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令 结束 图4.3 温度转换流程图4.4 计算温度子程序开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算小数位温度BCD值计算整数位温度BCD值结束置“+”标志NY计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图4.4所示。图4.4计算温度流程图4.5 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。程序流程图如

18、图4.5。温度数据移入显示寄存器十位数0？百位数0？十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据（不显示符号） 结束NNYY图4.5显示数据刷新流程图总 结经过这段时间的单片机课程设计，终于完成了我的第一次设计历程，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计让自己收获颇丰，高兴之余不得不深思呀！在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，举个例子，以前写的那几次，数据加减时，我用的都是BCD码，这一次，我

19、全部用的都是16进制的数直接加减，显示处理时在用除法去拆分,感觉效果比较好，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。我想我会在今后的学习生活中更加努力的去学习单片机的知识，不断加强自己的理论知识，努力完成更多的设计与创作。参考文献1李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，19982李广弟.单片机基础.北京

20、：北京航空航天大学出版社，19943阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，19894廖常初.现场总线概述J.电工技术，1999.5 Sato Noboru，Yagi Kazuhiko，Sakurai Takeshi. Control technology of Ni-MH batteries for electric vehiclesZ.EVS215，Bruxelles，1998.6 张毅刚，彭喜源.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997.7 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，1998.附录1 系统电路图图3.1 单片机主板电路图

21、3.2 温度显示电路附录2 设计源程序 数字温度计程序清单S1OK EQU 5FHTEMPUTER EQU 39H TEMPH EQU 5EH TEMPLEQU 5DH MS50 EQU 5CHSIGN EQU 5BH S1 BIT P1.0 S2 BIT P1.1 S3 BIT P1.2 S4 BIT P1.3 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TOIT ORG 0030HMAIN: MOV SP, #60H MOV TMOD, #01H MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H SETB ET0 SETB TR0 SETB EA MOV

22、TEMPH, #30 MOV TEMPL, #9 MOV TEMPUTER, #15 ;温度最始值 MOV S1OK, #00H MOV SIGN, #00H MOV 38H, #0BH MOV 37H, #0CH MOV 36H, #0BH ACALL DISP ACALL T1S; *; 主程序START: JB S1, NET1 ACALL T12MS JB S1, NET1 JNB S1, $ INC SIGN MOV A, SIGN CJNE A, #1, TIAO ACALL TIAOTL TIAO:CJNE A, #2, NET1 MOV SIGN, #0 ACALL TIAOT

23、H; * NET1: MOV A, S1OK CJNE A, #1, START MOV A, TEMPUTER SUBB A, TEMPH JNB ACC.7, ALEM MOV A, TEMPUTER SUBB A, TEMPL JB ACC.7, ALEM SETB P2.1 ACALL WENDU ACALL DISP MOV S1OK, #00H AJMP START ALEM: MOV 36H, #0CH MOV 37H, #0CH MOV 38H, #0CH CLR P2.1 ACALL DISP ACALL T1S LCALL WENDU LCALL DISP MOV S1OK

24、, #00H SJMP START;*TIAOTL:MOV 50H, TEMPUTER MOV 37H, TEMPL ACALL BIN_BCD ACALL DISP ACALL T12MS ACALL T12MS ACALL T12MS ACALL T12MS MOV 36H, #0AH MOV 37H, #0AH MOV 38H, #0AH ACALL DISP ACALL T12MS ACALL T12MS ACALL T12MS ACALL T12MS JB S2, ADD1 ACALL T12MS JB S2, ADD1 JNB S2, $ INC TEMPL MOV A, TEMP

25、L CJNE A, #100, ADD1 MOV TEMPL, #0 ADD1: JB S3, ADD2 ACALL T12MS JB S3, ADD2 JNB S3, $ DEC TEMPL MOV A, TEMPL CJNE A, #00 , ADD2 MOV TEMPL,#100 ADD2: JB S4, TIAOTL ACALL T12MS JB S4, TIAOTL JNB S4, $ MOV TEMPUTER, 50H LJMP START ; 高位调整; *TIAOTH:MOV 50H, TEMPUTER MOV 37H, TEMPH ACALL BIN_BCD ACALL DI

26、SP ACALL T12MS ACALL T12MS ACALL T12MS ACALL T12MS MOV 36H, #0AH MOV 37H, #0AH MOV 38H, #0AH ACALL DISP ACALL T12MS ACALL T12MS ACALL T12MS ACALL T12MS JB S2, ADD11 ACALL T12MS JB S2, ADD11 JNB S2, $ INC TEMPH MOV A, TEMPH CJNE A, #100, ADD11 MOV TEMPH, #0 ADD11: JB S3, ADD22 ACALL T12MS JB S3, ADD2

27、2 JNB S3, $ DEC TEMPH MOV A, TEMPH CJNE A, #00 , ADD22 MOV TEMPH,#100 ADD22: JB S4, TIAOTH ACALL T12MS JB S4, TIAOTH JNB S4, $ MOV TEMPUTER, 50H LJMP START; 一秒定时中段; *TOIT: PUSH PSW PUSH ACC MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H INC MS50 MOV A, MS50 CJNE A, #14H, RETURN MOV S1OK, #1 MOV MS50, #00H RETURN:POP

28、ACC POP PSW RETI; *;温度总子程序; *wendu: ACALL INIT_1820 ACALL RE_CONFIG ACALL GET_TEMPER ACALL TEMPER_COV RET; *;DS18B20初始化程序; * INIT_1820: SETB P2.0 NOP CLR P2.0 MOV R0,#06BH MOV R1,#03HTSR1: DJNZ R0,TSR1 ; 延时 MOV R0,#6BH DJNZ R1,TSR1 SETB P2.0 NOP NOP NOP MOV R0,#25HTSR2: JNB P2.0,TSR3 DJNZ R0,TSR2 LJ

29、MP TSR4 ; 延时TSR3: SETB 20H.1 ; 置标志位,表示DS1820存在 LJMP TSR5TSR4: CLR 20H.1 ; 清标志位,表示DS1820不存在 LJMP TSR7TSR5: MOV R0,#06BH MOV R1,#03HTSR6:DJNZ R0,TSR6 ; 延时 MOV R0,#6BH DJNZ R1,TSR6TSR7:SETB P2.0 RET; *; 重新写DS18B20暂存存储器设定值; *RE_CONFIG:JB 20H.1,RE_CONFIG1 ; 若DS18B20存在,转RE_CONFIG1 RETRE_CONFIG1: MOV A,#0C

30、CH ; 发SKIP ROM命令 LCALL WRITE_1820 MOV A,#4EH ; 发写暂存存储器命令 LCALL WRITE_1820 MOV A,#00H ; TH(报警上限)中写入00H LCALL WRITE_1820 MOV A,#00H ; TL(报警下限)中写入00H LCALL WRITE_1820 MOV A,#1FH ; 选择9位温度分辨率 LCALL WRITE_1820 RET; *; 读出转换后的温度值; *GET_TEMPER: SETB P2.0 ; 定时入口 LCALL INIT_1820 JB 20H.1,TSS2 RET ; 若DS18B20不存在

31、则返回TSS2: MOV A,#0CCH ; 跳过ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H ; 发出温度转换命令 LCALL WRITE_1820 LCALL INIT_1820 MOV A,#0CCH ; 跳过ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH ; 发出读温度命令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 MOV 37H,A ; 将读出的温度数据保存 RET; *; 写DS18B20的程序; *WRITE_1820: MOV R2,#8 CLR CWR1:CLR P2.0 NOP NOP NOP NOP R

32、RC A MOV P2.0,C MOV R3,#35 DJNZ R3,$ SETB P2.0 NOP DJNZ R2,WR1 SETB P2.0 RET; *; 读DS18B20的程序,从DS18B20中读出两个字节的温度数据; *READ_18200: MOV R4,#2 ; 将温度高位和低位DS18B20中读 RE00:MOV R2,#8RE01:CLR C SETB P2.0 NOP NOP CLR P2.0 NOP NOP NOP SETB P2.0 NOP NOP MOV C,P2.0 MOV R3,#35RE20: DJNZ R3,RE20 RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET; *