測(cè)量室內(nèi)溫度

1、于單片機(jī)的室內(nèi)溫度測(cè)量系統(tǒng)專2011級(jí)電子信息工程 姓名：范開鵬 學(xué)號(hào)：時(shí)間：2013年10月19日一、設(shè)計(jì)任務(wù)書1、設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)的室內(nèi)溫度測(cè)量2、 設(shè)計(jì)背景：在日常生活中溫度與人們息息相關(guān)，采用單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行控制已成為當(dāng)今的主流?，F(xiàn)在采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。它的主要組成部分有：AT89S51單片機(jī)、溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電路?？蓪?shí)時(shí)的顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫 度自動(dòng)控制。3、設(shè)計(jì)要求：1 ）能夠完成對(duì)溫度的測(cè)量且達(dá)到精度范圍；2）設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)框圖應(yīng)簡(jiǎn)單明了；3）所設(shè)計(jì)的測(cè)溫計(jì)應(yīng)當(dāng)方便使用；4）溫度計(jì)抗干擾能力要強(qiáng)；5）完成此次設(shè)計(jì)所需費(fèi)用應(yīng)當(dāng)合理;6）完成本

2、畢業(yè)設(shè)計(jì)電路原理圖設(shè)計(jì)。7）完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)程序流程圖和匯編語(yǔ)言源程序設(shè)計(jì)8）完成軟件和硬件系統(tǒng)的調(diào)試，功能指標(biāo)達(dá)到技術(shù)要求；9）完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)程序流程圖和匯編語(yǔ)言源程序設(shè)計(jì)4、元器件選擇、系統(tǒng)組成：CPU選用的是AT89S51、溫度傳感器用的是Dallas公司的DS18B20顯示器選用的LCD液晶屏；主要組成部分有：AT89S5單片機(jī)、溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電元件清單列表如下:名稱型號(hào)封裝形式數(shù)量單片機(jī)AT89S51DIP401個(gè):A/D轉(zhuǎn)換器TLC0832DIP201個(gè)LCD顯示器1602DIP201個(gè)晶振12MMAXIAL0.41個(gè)三極管9012TO 92B4個(gè)電阻排470

3、X8DIP162個(gè)蜂鳴器1個(gè)小風(fēng)扇1個(gè)加熱器1個(gè)滑動(dòng)變阻器10K2個(gè)電阻若干個(gè)按鍵ANJIAN20個(gè)溫度傳感器DS18B20POR 31片瓷片電容30pF2片發(fā)光二極管1片電解電容4.7 卩 F2片二、數(shù)學(xué)模型的建立和算法的確立2.1電路的總體工作原理溫度控制系統(tǒng)采用AT89S51八位機(jī)作為微處理單元進(jìn)行控制。采用 4X4鍵盤把設(shè)定溫度的最高值和最低值存入單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，還可以通過鍵盤完成溫度檢測(cè)功能的轉(zhuǎn)換。溫度傳感器把采集的信號(hào)與單片機(jī)里的數(shù)據(jù)相比較來控制溫度控制器。系統(tǒng)框圖如下：2.2各元件功能、選擇原因及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路2.2.1根據(jù)設(shè)計(jì)要求作一AT89S511.選擇DS18B20乍

4、為本系統(tǒng)的溫度彳傳感器；溫度控制溫度傳感器2. 選擇單片機(jī) AT89S51為測(cè)控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警等功3. 選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20省卻了采樣/保持電路、運(yùn)放、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路以及 進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸時(shí)的串/并轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時(shí)間，降低了系統(tǒng) 的硬件成本。4. 中央微處理器AT89S51: AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATME公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系

5、統(tǒng)及80S51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算 機(jī)的AT89S5何為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM， 32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O ） 口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程 定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率，并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系

6、統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器 而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式。AT89S51單片機(jī)綜合了微型處理器的基本功能。按照 實(shí)際需要，同時(shí)也考慮到設(shè)計(jì)成本與整個(gè)系統(tǒng)的精巧性，所以在本系統(tǒng)中就選用價(jià)格較 低、工作穩(wěn)定的AT89S5仲片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制器。5. 溫度傳感器的選擇采用模擬集成溫度傳感器，集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱 硅傳感器或單片集成溫度傳感器，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量 及模擬信號(hào)輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測(cè)量溫

7、度）、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè) 溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。AD590把被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為電流再通過放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，輸出數(shù)字量送給單片機(jī)進(jìn)行溫度控制。6. 采用數(shù)字單片智能溫度傳感器智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù) （ATE）的結(jié)晶。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器 （或寄存器）和接口電路。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量,適配各種微控制器（MCU）.智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的 總線主要有單線（1

8、-WIRE）總線、I2C總線、SMBU總線和SPI總線。溫度傳感器作為從機(jī)可 通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀。DS18B2C具有3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為55C+ 125C ,可編程 為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度,測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625 C,被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量 方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多 DS18B20信,占用微處理器的 端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。同 DS1820一樣，DS18B20

9、也支持“一線總線” 接口，測(cè)量溫度范圍為-55 C +125C，在-10 C+85C范圍內(nèi),精度為0.5 C。DS18B20的 精度較差為土 0.2 C。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的 抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消 費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。由于DS18B20各溫度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、接口全部集成于一芯片，與單 片機(jī)連接簡(jiǎn)單、方便，與AD590相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用DS18B207.

10、 顯示器的選擇LED顯示器采用傳統(tǒng)的七段數(shù)碼LED顯示器。LED雖然價(jià)格便宜，但在現(xiàn)代的許多儀表、各種電 子產(chǎn)品中逐漸被LCD所取代。LCD液晶屏采用LCD液晶屏進(jìn)行顯示。LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要23伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無(wú)法比擬的，同時(shí)可以顯示大量信 息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)為：1顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器的每一個(gè)點(diǎn)收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度恒 定發(fā)光，因此液晶顯示器的畫質(zhì)高而且不會(huì)閃爍。2數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單

11、片機(jī)的接口簡(jiǎn)單操作也很方便。3功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內(nèi)部電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其他器件要小很多。雖然LCD顯示器的價(jià)格比數(shù)碼管要貴，但它的顯示效果好，是當(dāng)今顯示器的主流，所 以采用LCD作為顯示器。8. 單片機(jī)的選擇采用AT89S51單片機(jī)由于MCS-51系列單片機(jī)具有優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，MCS系列單片機(jī)集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理單元中集成了方便 靈活的專用寄存器，運(yùn)行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強(qiáng)，而且51的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜,1/0 口多，程序空間大。因此，測(cè)控系統(tǒng)中，使用51單片機(jī)是最理想的選擇。2.2.2

12、該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路如下：溫度傳感器DS18B2C把巴所測(cè)得的溫度發(fā)送到 AT89S51單片機(jī)上，經(jīng)過51單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統(tǒng)顯示器為點(diǎn)陣字符LCD 1602液晶模塊。檢測(cè)范圍5攝氏度到60攝氏度。本系統(tǒng)除了顯示溫度以外還可以設(shè)置一個(gè)溫度值，對(duì)所測(cè)溫度進(jìn)行監(jiān) 控，當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定溫度時(shí)，開始報(bào)警并啟動(dòng)相應(yīng)程序（溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)扇開；當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，加熱器開）。2.2.3測(cè)溫計(jì)系統(tǒng)各部分具體設(shè)計(jì)1. 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)只能夠仿真單片機(jī)，它的應(yīng)用特點(diǎn)是：（1）全部I/O 口線均可供用戶使用。（2）內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限（只有 4KB地址空間

13、）。（3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性4 個(gè)雙向的8位并行I/O端口，分別記作P0 P1、P2、P3,都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸 入，P3 口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號(hào)。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機(jī)工作所必須的時(shí)鐘控制信號(hào)，內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序指令工作。MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引 腳XTAL1輸出端為XTAL2這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn) 定的自激振蕩器。電路中的微調(diào)電容通常選擇為30pF左右，該電容的大小會(huì)影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為

14、12MHz把EA腳接高電平，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在PC值超過0FFFH（4Kbyte地址范圍）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。MCS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)。采用最簡(jiǎn)單的外部按鍵復(fù)位電路。按鍵自 動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的來實(shí)現(xiàn)的我們選用時(shí)鐘頻率為12MHz,C1取47卩f。2. 溫度傳感電路設(shè)計(jì)DS18B20的性能特點(diǎn)：采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它I/O 口線與微機(jī)接口，無(wú)須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位）測(cè)溫范圍為-55 C -+125 C,測(cè)量分辨率為0.0625 C；內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀 存儲(chǔ)器R

15、OM適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)；可分別設(shè)定各路溫度的上、下限；內(nèi)含寄生電源。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和TL,高速暫存器。DS18B20勺管腳排列如下圖所示。圖3.2 DS18B20管腳圖DS18B20有六條控制命令，如下表所示：DS18B20空制命令指?令約定代碼操？?？作?說? ?明溫度轉(zhuǎn)換44H啟動(dòng)DS18B2C進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器BEH讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容寫暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH TL字節(jié)復(fù)制暫存器48H把暫存器的TH TL字節(jié)寫到E2RAM中重新調(diào)E2RAMB8H把E2RAM中的TH TL字節(jié)寫到暫存器

16、TH TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動(dòng)DS18B2C發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主 CPUCPU對(duì)DS18B20勺訪問流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如 主機(jī)控制DS18B2C完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù) DS18B20勺通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一 次讀寫之前都要對(duì)DS18B2C進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM旨令，最后發(fā)送RAM旨令， 這樣才能對(duì)DS18B2C進(jìn)行預(yù)定的操作。3. 溫度控制電路的設(shè)計(jì)把實(shí)際測(cè)量的溫度和設(shè)定的上下限進(jìn)行比較,來控制P0.0、P0.1、P0.7端口的高

17、低電平。把P0.0、P0.1、P0.7端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報(bào)警。當(dāng)測(cè)量的溫 度超過了設(shè)定的最高溫度，P2.2由高電平變成低電平，就相當(dāng)于基極輸入為“ 0”，這時(shí)三極 管導(dǎo)通推動(dòng)小風(fēng)扇和控制電路工作，反之 ，當(dāng)基極輸入為“ 1”時(shí)，三極管不導(dǎo)通，報(bào)警器 和控制電路都不工作。只要控制單片機(jī)的 P0.0、P0.1、P0.7 口的高低電平就可以控制模擬 電路的工作。4. 鍵盤電路的設(shè)計(jì)用AT89S51的并行口 P1接4X 4矩陣鍵盤，以P1.0 P1.3作輸入線，以P1.4 P1.7作輸出線；液晶顯示器上顯示每個(gè)按鍵的“ 0- F”序號(hào)。對(duì)應(yīng)的按鍵的序號(hào)排列如下圖示： 按鍵的序號(hào)排列

18、圖0123456189ABCDEF鍵盤輸入的信息主要進(jìn)程是：1 CPU判斷是否有鍵按下.2確定是按下的是哪個(gè)鍵.3把此鍵所代表的信息翻譯成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的代碼或者其他的特征符號(hào)5. 顯示電路的設(shè)計(jì)根據(jù)顯示內(nèi)容和方式這里采用 2行16個(gè)字的1602液晶模塊。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中：第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí) 對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平

19、時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW戻同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命 令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳：空腳。鍵盤中阿拉伯?dāng)?shù)字09是數(shù)據(jù)輸入鍵，A鍵是寫上限的功能鍵，B鍵是寫下限的 功能鍵，C鍵是取消鍵，其他的鍵置空。三、程序流程圖的繪制3.1系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運(yùn)行的過程中必須先經(jīng)過初始化，包括鍵盤程序，中斷程序，以及各個(gè)控制端口的初始化工作。流程圖如3.1所示。系統(tǒng)在初始化完成

20、后就進(jìn)入溫度測(cè)量程序，實(shí)時(shí)的測(cè)量當(dāng)前的溫度并通過顯示電路在LCD上顯示。程序中以中斷的方式來重新設(shè)定溫度的上下限。根據(jù)硬件設(shè)計(jì)完成對(duì)溫度的控制。按下4*4鍵盤上的A鍵可以設(shè)定溫度上限，按下 B鍵可以設(shè)定溫度下限。系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì)的總體流程圖INT1外部中斷請(qǐng)求0,由INTO引腳輸入，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為IE0ORG0000HLJMPMAINORG0003H（中斷入口地址）JMPINT0ORG0038H（主程序的起始地址）MAIN:（主程序）EA求。開始3.2在本設(shè)計(jì)中選用INTO來作為中斷請(qǐng)求源。來屏蔽所有的中斷請(qǐng)求，也可以用開中斷指令“ SETEA來允許CPL接收中斷請(qǐng)“ CLRMCS-51響應(yīng)中斷

21、后，就進(jìn)入中斷服務(wù)程序，中斷程序的基本流程圖如下圖關(guān)中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)開中斷中斷處理關(guān)中現(xiàn)場(chǎng)恢備中斷返圖3.2中斷服務(wù)程序基本流程3.3溫控電路及報(bào)警電路的控制單片機(jī)的P0.0、P0.1、P0.7分別與三極管的基極連接來控制控制溫度和報(bào) 警。利用面包板搭了一個(gè) PNP9012的偏置電路電路?；鶚O輸入為“ 0”時(shí)，這時(shí)三極 管導(dǎo)通推動(dòng)報(bào)警器和控制電路工作，當(dāng)基極輸入為“1”時(shí)，三極管不導(dǎo)通，報(bào)警器和控制電路都不工作。只要控制單片機(jī)的P0.0、P0.1、P0.7 口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。硬件控制電路3.4 LCD顯示電路的控制把8根數(shù)據(jù)線和P2 口連接，把3根控制線和P2.5、P2.6、P2.7連接。給VCC 端加上+5V的電壓，GND端接地。VEE端的驅(qū)動(dòng)電壓不要過大，要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使 VEE在 0.7伏以下顯示器才能工作。四、匯編語(yǔ)言部分源程序如下：DI EQU P3.3DO EQU P3.4CLK EQU P3.5CS EQU P3.6; LCD端口定義D2RS EQU P2.7D2RW EQU P2.6D2E EQU P2.5KEYPORT EQU P1 ; DS18B20 端口定義TEMPER_L EQU 36HTEMPEREQU 35HTEMPER_NUM EQU 38HFL