基于单片机的温度警报器

1、单片机课程设计题 目 温度报警器设计学生姓名专业班级学号院 （系） 电气工程学院指导教师 王继红完成时间 2014 年 11 月 14 日郑州科技学院单片机课程设计任务书一、设计题目 温度报警器设计二 、设计任务与要求利用蜂鸣器作为电声元件，当温度在10至 30 范围内不发声，超出此范围便发声，温度传感器输出电压由直流信号源模拟。三、主要参考文献1 皮大能 . 单片机课程设计指导书 M. 北京：北京理工大学出版社， 2010,10.2 何利民 . 单片机高级教程应用与技术 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 2000,9.3 张毅刚 . 单片机原理及接口技术 M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版

2、社， 1990,1.4 李秀华 . 单片机原理及实践 M. 东北：东北大学出版社， 2006,4.5 李广第 . 单片机基础 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 2002,3.6 王承发 . 微型机接口技术 M. 北京 :高等教育出版社， 2005,12.四、设计时间2014 年 11 月 3 日 至 2014 年 11 月 14 日指导教师签名：年月日目录1 绪论 02 系统设计 12.1 设计任务与要求 12.1.1 设计任务 12.1.2 设计要求 12.2 方案的选择与论证 12.2.1 总体设计方案 12.2.2 显示部分 23 系统硬件设计 23.1 主控器模块 33.2 数码管

3、显示模块 53.3 A/D 转换模块 73.4 硬件元件清单 84 软件设计与仿真 94.1 主程序设计 94.2 仿真软件简介 104.3 仿真结果 124.3.1 正常情况 124.3.2 低于温度下限 124.3.3 高于温度上限 134.4 系统调试 144.5 误差分析 14总结 15参考文献 16附录 1 ：实物图 18附录 2 ：元件清单 19附录 3 ：程序清单 201 绪论目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没 有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的 网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使 用的各种智能 IC

4、 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、 全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单 片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此， 单片机的学习、开发与应用必须重视。温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意 义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也 迫切需要检测与控制温度。在控制领域中，对温度的控制有着举足轻重 的作用。例如陶瓷的烧烤，只有控制住温度的适度，才能制作出一件完 美的艺术品，否则只是一件废品；还有如酿酒的过程，也需要对温度进 行控制。可见，在生活的许多方方面面都有着对温度进行感知和控制的 需要

5、。本次设计的目的就是基于 AT89C51 单片机设计一个温度检测 ,报警 的系统，该系统能实时采集周围的温度信息进行显示，程序内部设定有 报警上下限，根据应用环境不同可设定不同的报警上下限。该系统实现了对温度的自动监测，为设备的正常运行提供了条件，在工业中具有一 定的实用价值和广泛的应用前景。2 系统设计2.1 设计任务与要求2.1.1 设计任务基于 AT89C51 单片机设计温度检测报警，可以实时采集周围的温 度信息进行显示，并且可以根据应用环境不同设定不同的报警上下限。2.1.2 设计要求(1)实时温度检测并显示其对应的值。( 2 ) 具有温度报警功能。( 3 )可以设报警置温度上下限。2

6、.2 方案的选择与论证2.2.1 总体设计方案方案一：基于 STC89C51 单片机通过读取温度传感器 DS18B20测量温度后存储的数据，之后送去数码管显示。当高于或低于一定温度 将分别利用红黄灯报警。此方案由于 DS18b20 测量温度范围为55 +125 ，在工业生产中此范围较小。而且由于编程时采用 I2C通信，因此读取数据是时序要求较高，程序编写复杂。本方案电路复杂， 灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。方案二： 采用 51 系列单片机作为整机的控制单元， 将 0-5V 模拟电 压信号通过 AD0808 模数转换成模拟温度值 0-255 ，然后通过数码管 显示其温

7、度值。此方案设计简单，编程容易，并且增宽了测量温度范围。本设计采用第二种方案。为了能够使系统具备检测温度的大小，利 用 51 系列单片机为主控制器，通过 AD0808 检测由电位器分压输出的 的电压值，从而输出模拟温度值 0255 送入单片机，并且由其送去 数码管显示，其中数码管通过 74HC573 驱动显示。2.2.2 显示部分采用了键盘 / 显示器接口控制器。 不仅简化接口引线， 而且减小了软 件对键盘/显示器的查询时间，提高了 CPU 的利用率。采用三位半的数 字电压表直接对输出电压采样并显示输出实际电压值，一旦系统工作异 常，出现预制值与输出值偏差过大，用户可以根据该信息予以处理。3

8、系统硬件设计本系统由主控模块、彩屏显示模块、温度检测模块、报警模块和设 定报警温度 5 个模块组成，系统硬件组成框图如图 1 所示。系统总体电路原理图如图 3-1 所示图 3-1 系统电路原理图3.1 主控器模块本系统控制器芯片采用 AT89C51 单片机，其管脚图如图 3 所示AT89C51 单片机AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器， 是低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。如图 3-1-2 单片机电路连接图图 3-1-2 单片机电路连接图AT89C51 管脚介绍:VCC ：供电电压。 GND ：接地。P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向

9、I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口 缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲 器可接收，输出4个TTL 门电流，输出4个TTL 门电流，当P2口被写 “1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高， 且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出4个TT

10、L 门电流。 P3口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口。RST ：复位输入。ALE/PROG ：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。/PSEN ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期 间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时， 这两 次有效的 /PSEN 信号将不出现。XTAL1 ：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 ：来自反向振荡器的输出。3.2 数码管显示模块图 3-2-1 为液晶显示电路模块，图中为一个四位八段数码管，其接 法为共阴极接

11、法。图 3-2-1 数码管显示电路图图 3-2-2 转换电路图。图 3-2-3ADC0808 引脚图A/D 转换电路图、 ADC0808 引脚图分别如图 3-2-2,3-2-3 所示3.3 A/D 转换模块ADC0808 各引脚功能ADC0808 是采样分辨率为 8 位的、以逐次逼近原理进行模 / 数转换 的器件。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后 的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。ADC0808 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。 各引脚功能如下：15 和26 28 （IN0 IN7 ）：8 路模拟量输入端。8、14、1

12、5 和 17 21 ：8位数字量输出端。22 （ALE ）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。6 （START ）：AD 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少 100ns 宽）使其启动（脉冲上升沿使 0809 复位，下降沿启动 A/D 转 换）。9（OE ）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当 AD 转换结 束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。10 （CLK ）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHZ12 （VREF （+）和 16（VREF（-）：参考电压输入端11 （Vcc ）：主电源输入端。13 （GND ）：地。3.4 硬件元件清单系统元器件清

13、单见表 3-1 。表 3-1 系统元器件清单器件数量器件数量AT89C511LED2四段八位数码管1ADC08081蜂鸣器1三极管 90131排阻（ 10k ）1电容（ 33p ）2电阻（ 330 ）2滑动变阻器 （1K ）1晶振器1电阻（ 10k ）1电容（ 10uF ）1开关14 软件设计与仿真本系统程序包括主程序、键盘扫描子程序、发送键码子程序、发送 数据子程序、接收命令子程序等。主程序用于系统初始化，子程序调度 等。键盘扫描子程序用于扫描键盘状态，将被按键的位置号存入缓冲器 中。发送键码子程序用于将缓冲区键的接通码或断开码发送给单片机接 口。发送数据子程序用于将数据发给单片机接口。接收

14、命令子程序用于 接收单片机接口发来的键盘命令。4.1 主程序设计主程序流程图如图 4-1 所示图 4-1 主程序流程图4.2 仿真软件简介Proteus 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。 它运行于 Windows 操作系统上， 可以仿真、分析 (SPICE) 各种模拟器件 和集成电路，该软件的特点是：( 1)实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。具有模拟电路 仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、 RS232 动态仿真、 I2C 调试器、 SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有 各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器

15、等。（2）支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：ARM7（LPC21xx） 、 8051/52 系列、 AVR 系列、 PIC10/12/16/18 系列、 HC11 系列以及多种外围芯片。（3）提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置 断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此 在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编 译和调试环境，如 Keil C51 uVision2 、MPLAB 等软件。（4）具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件， 功 能极其强大。Proteus7.

16、5 是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，可以仿真51 系列、 AVR 、PIC 等常用的 MCU 及其外围电路（如 LCD 、RAM、 ROM 、键盘、马达、LED 、AD/DA 、部分 SPI 器件、部分 IIC 器件等） 。软件编译采用 KEIL C51 软件， Keil C51 是美国 Keil Software 公 司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比， C 语 言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易 用。用过汇编语言后再使用 C 来开发，体会更加深刻。Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具， 全 Win

17、dows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高， 多数语句生成 的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。4.3 仿真结果4.3.1 正常情况数码管显示的数字在 77 153 范围内，且报警等都不亮， 蜂鸣器不 发出声音，结果如图 4-3 ：图 4-3 正常情况时电路图4.3.2 低于温度下限数码管显示温数字低于 77 ，P3.1 为低电平，故在这路上的 LED 灯亮，蜂鸣器发出声音，结果如图 4-3-14）转换位数不高图 4-3-1 低于下限时电路图4.3.3 高于温度上限LED 灯数码管显示

18、数字高于 153 ，P3.0 为低电平，故在这路上的 亮，蜂鸣器发出声音，结果如图 4-3-2 。.图 4-3-2 高于上限时电路图4.4 系统调试在调试过程中主要是对程序的修改，特别是延时子程序。开始延时 较短时，三个数码管同时显示但不稳定的显示这些温度。如果延时较长 则温度数字不会同时显示出来。通过修改程序，将延时调到适中，系统 正常工作。4.5 误差分析产生误差的因素主要有一下几点：1）在参数选择的时候没有完全匹配；2）数字电压表只能读出 3 位有效数字；3）基准电压设定不适中；总结回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，从理论到实践，在接 近一月的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学

19、到很多的的东西， 不仅是学习上的，而且是关于做人做事方面的感悟。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有 理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从 理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力 和独立思考的能力。我在设计的过程中遇到了许多问题，同时也发现了 自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢 固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对汇编语言掌握得不透彻。还有，这次的设计让我明白了求人不如求己， 虽然我们要讲究合作，但更重要的是自己，只有自己懂，自己做，才不会在关键时刻掉链子。 别人终究是一个陪衬，路总是要自己走

20、，属于自己的任务就要自己搞。 所以，我们必须要时刻强大自己，别人终究是别人。这个过程虽然不是 很平坦，肯定会遇到各种各样的问题，但一旦征服了它那它就是你的东 西了，当这样的厚积达到一定程度那你就能享受到薄发那刻的辉煌。参考文献1 皮 大 能 . 单 片 机 课 程 设 计 指 导 书 M. 北 京 ： 北 京 理 工 大 学 出 版 社 ， 2010,10:20-232 何利民 . 单片机高级教程应用与技术 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 2000,9:54-553 张毅刚 . 单片机原理及接口技术 M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 1990,1:17-254 李秀华 . 单片机原理

21、及实践 M. 东北：东北大学出版社， 2006,4:89-915 李广第 . 单片机基础 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 2002,3:65-656 王承发 . 微型机接口技术 M. 北京 :高等教育出版社， 2005,12:71-78附录 1 ：实物图附录 2 ：元件清单序号编号名称型号数量1R1电阻4.7K12R2电阻100K13R3电阻5K14RP1排阻5K15C1 、 C2电容33P26C3电容100u17S1按键开关18X1晶振12M19Q1三极管PNP110LS1蜂鸣器111U151 单片机AT89C52112U2温度传感器DS18B20113U3集成芯片74HC245114

22、U44位 7段数码管共阳1附录 3 ：程序清单LED_0EQU30HLED_1EQU31HLED_2EQU32HADCEQUTCNTAEQU36HTCNTBEQU37HH_TEMPEQUL_TEMPEQU39HFLAGBIT00HH_ALMBITP3.0L_ALMBITP3.1SOUND BITP3.7CLOCK BITP2.4STBITP2.5EOCBITP2.6OEBITP2.7ORG00H35H38HSJMP;温度上限;温度下限ORG0BHLJMPINT_T0ORG1BHLJMPINT_T1STARTSTART: MOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVC

23、LRSETBWAIT: SETBSETBCLRSETBCLRJNBSETBMOVCLRMOVLED_0,#00HLED_1,#00HLED_2,#00HDPTR,#TABLEH_TEMP,#153L_TEMP,#77TMOD,#12HTH0,#245TL0,#0TH1,#(65536-1000)/256TL1,#(65536-1000)MOD 256IE,#8aHCTR0;为 ADC0808 提供时钟H_ALML_ALMSTSTST;启动转换EOC,$OEADC,P1;读取 AD 转换结果OEA,ADCSUBBA,#77;判断是否低于下限JCLALMMOVA,H_TEMPMOVR0,ADCSUBBA,R0;判断是否高于上限JCHALMCLRTR1LJMPPROCLALM:;低温报警CLRL_ALMSETBTR1CLRFLAGLJMPPROCHALM: