基于STC89C52和DS18B20的温度显示报警系统

1、基于STC89C52和DS18B20的温度显示报警系统【摘要】：随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活,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,当温度低于或高于设置温度范围内时,可以报警。本系统采用STC89C52单片机作为控制主芯片，DS18B20数字温度传感器作为温度采集器件，运用蜂鸣器作为报警器，LED灯作为闪烁指示灯，三位共阴数码数作为LED显示器件。关键词：单片机STC89C52 温度传感器DS18B20 蜂鸣器 显示器一、 设计目的 1、 学习基本理论在实践综合运用的经验

2、，掌握工程系统设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。 2、 学会以STC89C52为核心芯片的温度报警器的设计方法和性能指标测试方法。 3、 培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 二、 设计任务及要求 1、 设计并制作一个可用显示模块显示实时温度、报警温度，当环境温度超过或低于某个值时，实施报警。主要技术指标要求： 设计温度分辨率为0.1摄氏度 2、 设计电路结构，画出编程流程框图，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 二. MCS-51单片机单片机SCM(Single Chip Microcomputer)，即Microcontroller，是把微型计算机

3、主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。主要包括了微处理器(CPU)、存储器(ROM, RAM)、输入/输出口(I/O口)和定时器/计数器、中断系统等功能部件。单片机自70年代出现以来，已经有了很大的发展，被广泛应用于机械、测量控制、工业自动化、智能接口和智能仪表等许多领域。MCS-51单片机的引脚图：2. MCS-51单片机的内部结构图：（1）电源引脚Vcc和Vss:Vcc(40脚)：电源端，+5伏Vss（20脚）：接地端（2）时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1(18脚)和XTAL2(19脚)：接外部晶体和微调晶体。在89C51中，它们分别是震荡电路反向放大器的输入端和输出端

4、，震荡电路的频率就是晶体固有频率。（3）. 控制引脚信号RST,ALE,PSEN和EA RST/VpD(9脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。此引脚的第二功能是VpD，即备用电源的输入端。 ALE/PROG(ADDRESS LATCHENABLE/PROGRAMMING（30脚)：地址锁存允许信号端。上电后，此端不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡频率fosc的1/6。CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为所存低八位地址的控制信号。PSEN (PROGRAM STORE ENABLE，29脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信

5、号。此引脚接EPROM的OE端。PSEN端有效时，即允许读出EPROM/ROM中的指令代码。EA/Vpp(ENABLE ADDRESS/VOLTAGE PULSE OF RAMMING，31脚)：外部程序存储器地址输入端/固化编程电压输入端。当输入信号EA引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但是当PC超过0FFFH时，将自动转去执行片外程序存储器中的内容。当输入信号EA引脚接低电平时，CPU只访问外部EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否具有片内程序存储器。此引脚的第二功能Vpp是对片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压的

6、输入端。（4）. 输入/输出端口P0,P1,P2和P3P0口（P0.0-P0.7,39-32脚）：一个8为准双向I/O端口。当P0口作为输入口使用时，应首先向锁存器（地址80H）写入全1，此时P0口的全部引脚悬空，可作为高阻抗输入。在CPU访问片外存储器时，P0口分时提供低8位地址和8位数据的复位总线。 P0口的地址/数据分时使用分两种情况：一种是用作输出地址/数据总线，另一种是由P0口输入数据。而且P0口作I/O输出时，输出级属开漏电路，必须接上拉电阻，才有高电平输出。P1口、P2口（P1.0-P1.7,1-8脚；P2.0-p2.7,21-28脚）：都是上拉电阻的8位准双向I/O端口。每一位

7、可以驱动4个LS型TTL负载。在访问片外EPROM/ROM时，P2口可以输出高8位地址。P3口（P3.0-P3.7,10-17脚）：P3口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。P3每一位都能驱动4个LS型TTL负载。P3口的引脚还具有第二功能。P3口线的第二功能入下表所示:口 线替代的第二功能RXD（串行口输入）TXD（串行口输出）INT0（外部中断0输入）INT1（外部中断1输入）T0（定时器0的外部输入）T1（定时器1的外部输入）WR（片外数据存储器“写选通控制”输出）RD（片外数据存储器“读选通控制”输出）3单片机的晶振电路：4单片机的复位电路：三、显示器件 SHAPE * MER

8、GEFORMAT 数码管的分类 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一

9、字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 2. 等效电路：3. 字形代码与十六进制数的对应关系4. 数码管的驱动方式数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动，要知道一个89S

10、51单片机可用的I/O端口才32个。），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的CO

11、M端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。三温度传感器DS18B201-wire Bus(单总线)数字温度传感器芯片DS18B20是美国Datlas半导体公司（现已并入MAXIM公司）于20世纪90年代新推出的一种串行总线技术。该技术只需要一根信号线（将计算机的地址线、数据线、控制线合为一根信号线）便可完成串行通信

12、。单根信号线，既传输时钟，又传输数据，而且数据传输是双向的，在信号线上可挂上许多测控对象，电源也由这根信号线供给，所以在单片机的低速（约100kbps以下的速率）测控系统中，使用单根总线技术可以简化线路结构，减少硬件开销。2. DS18B20内部结构图 :转换后得到的12位二进制数据，存储在DS18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位。 如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1（即求补）再乘于0.0625即可得到实际温度。 例如： +125的数字输出为07D0H， 的数字输出为01

13、91H，的数字输出为FF6FH， -55的数字输出为FC90H。 (3). 高速缓存器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度TH、低温度触发器TL和配置寄存器中的信息。 高速暂存器RAM是一个连续8字节的存储器，前两个字节是测得的温度信息，第1个字节的内容是温度的低8位，第2个字节是温度的高8位。第3个和第4个字节是高温触发器TH、低温触发器TL的易失性复制，第5个字节是配置寄存器的易失性复制，以上字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第6、7、8个字节用于暂时保留为1。3. DS18B20的测温原理低温度系数晶振的振荡

14、频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在- 55所对应的一个基数值。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,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入,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,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1的预置值。系统对DS18B20的操作协议为：初始化DS1

15、8B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据4.DS18B20的ROM命令：Read ROM(读ROM）的命令代码为33H Match ROM(匹配 ROM）的命令代码为55HSkip ROM( 跳过ROM）命令代码为CCHSearch ROM(搜速ROM）命令代码为F0HAlarm ROM( 报警搜速ROM）命令代码为ECHWrite Scratchpad( 写暂存器）命令代码为4EHRead Scratchpad( 读暂存器）命令代码为BEHCopy Scratchpad( 复制暂存器）命令代码为48HConvert T( 温度转换）命令代码为44HRead E ( 复制

16、回暂存器）命令代码为B8HRead Power Supply ( 读电源使用模式）命令代码为B4H四方案设计按照系统设计功能的要求，确定系统由4个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路、报警电路。数字温度控制总体电路结构框图如图所示。STC89C52 主控制器 数码管显示电路 DS18B20 报警电路五硬件设计1.单片机最小系统：2.DS18B20测温电路 3报警电路 4LED闪烁指示灯电路六软件设计程序流程图 七系统调试系统的调试以程序调试为主。硬件调试比较简单，首先检查电感的焊接是否正确，然后可用万用表测试或通电检测。软件调试可以先编写显示程序并进行硬件的正确性检验，然后分别进行主程序、读

17、出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和现实数据刷新子程序等的编程及调试由于DS18B20与单片机采用串行数据传送，因此，对DS18B20进行读/写编程时必须严格地保证读/写时序；否则将无法读取测量结果。本程序采用单片机C语言编写，用Keil C51编译器编程调试。-55+125的测温范围使得该温度计完全适合一般的应用场合，其低电压供电特性可做成用电池供电的手持温度计。八结束语本系统设置了两级上下限温度、两级报警显示系统，数码管显示实际检测温度，当检测的温度低于第一个下限时，一个LED黄灯闪烁，同时蜂鸣器发出警报声，当检测的温度低于第二个下限时，两个LED黄灯同时闪烁，蜂鸣器发出紧急

18、警报声；同理，当检测的温度高于第一个上限时，一个LED红灯闪烁，同时蜂鸣器发生警报声，当检测的温度高于第二个上限时，两个LED红灯同时闪烁，蜂鸣器发出紧急警报声。通过这次单片机作品的设计，使自己了解了单片机的系统设计方法，同时也利用温度传感器掌握了温控测量系统显示的方法，加深了理论知识的理解，提高了自己的动手实践能力。要想成功地做好一件事，必须要有目的，有目标，然后循序渐进，一点一滴的积累知识，最后由量变到质变达到成功。九附录2.实物连接图：3.源程序：#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned ints

19、bit ds=P22; /温度传感器信号线sbit dot=P07; /小数点sbit beep=P20; /蜂鸣器uint temp;float f_temp;uint warn_l1=270;uint warn_l2=260;uint warn_h1=280;uint warn_h2=290;sbit led0=P10;sbit led1=P11;sbit led2=P12;sbit led3=P13;unsigned char code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 xbf,0 x8

20、6,0 xdb,0 xcf,0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87,0 xff,0 xef; /不带小数点的编码void delay(uint z)/延时函数 uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void dsreset(void) /18B20复位，初始化函数 uint i; ds=0; i=103; while(i0)i-; ds=1; i=4; while(i0)i-;bit tempreadbit(void) /读1位函数 uint i; bit dat; ds=0;i+; /i+ 起延时作用 ds=1;i+;i+; dat=ds

21、; i=8;while(i0)i-; return (dat);uchar tempread(void) /读1个字节 uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tempreadbit(); dat=(j1); /读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在DAT里 return(dat);void tempwritebyte(uchar dat) /向18B20写一个字节数据 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb) /写 1 ds=0; i+;i+; ds=1; i=8;while(i0)i-; else ds=0; /写 0 i