基于單片機的溫度檢測系統(tǒng)設計31847

1、課程設計課程名稱：基于單片機的溫度檢測系統(tǒng)設計學 院： 專 業(yè)： 電自 082姓 名： 學 號：年 級： 三年級 任課教師：2011 年 6 月 26 日目錄前言第一章 單片機概述第二章 總體方案設計2.1 課題的意義2.2 系統(tǒng)整體硬件電路2.2.1 芯片簡介2.2.2 硬件電路設計及描述第三章 系統(tǒng)軟件算法設計3.1 主程序3.2 讀溫度子程序3.3 串行收發(fā)數(shù)據(jù)子程序3.4 程序流程圖課程設計體會參考文獻前言一個好的課程設計作品和一份優(yōu)秀的報告可以讓你在應聘工作時被優(yōu)先錄取.a 因此,2 學生應該靜下心來好好想想畢業(yè)設計應該做些什么?如何進行 ?整個設計過程 ,2 對于一般的學生而言是陌

2、生的 ,2 特別是剛?cè)腴T的初學者 ,2 從無到有地設計出較復雜、特殊的軟硬件系統(tǒng)更是一件困難的工作 .a 若設 計者手上有了基本的軟、硬件設計資源當作參考 ,2 只是在已有的基礎上做 功能擴充或系統(tǒng)集成 ,2 這樣設計起來將會很方便 ,2 還可以省下設計者收集 數(shù)據(jù)及測試源程序代碼是否正確的時間. 這次的課程設計就是為鍛煉學生的綜合能力為前提而開展的。第一章 單片機概述單片機誕生于 20 世紀 70 年代末，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、SoC 三大階段。 單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設備構(gòu)成。單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有 數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CP

3、U隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 / 計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào) 制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一 個小而完善的計算機系統(tǒng)。早期單片機主要由于工藝及設計水平不高、功 耗高和抗干擾性能差等原因，所以采取穩(wěn)妥方案：即采用較高的分頻系數(shù) 對時鐘分頻，使得指令周期長，執(zhí)行速度慢。以后的CMOS單片機雖然采用提高時鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施， 但這種狀態(tài)并未被徹底改觀 （51 以及 51 兼容 ） 。此間雖有某些精簡指令集單片機（RISC） 問世 , 但依然沿襲對時鐘分頻的作法。單片機問世以來所走的路與

4、微處理器是不同的。微處理器向 著高速運算、數(shù)據(jù)分析與處理能力、大規(guī)模容量存儲等方向發(fā)展，以提高 通用計算機的性能。其接口界面也是為了滿足外設和網(wǎng)絡接口而設計的 。 單片機則是從工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口特點出發(fā)，向著增強控制功能、 提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性、靈活方便的構(gòu)成應用計算機系統(tǒng)的界面接口的 方向發(fā)展。因此，單片機有著自已的特點，主要是：1 2 品種多樣，型號繁多。品種型號逐年擴充以適應各種需要。使系統(tǒng)開 發(fā)者有很大的選擇自由。提高性能，擴大容量。集成度已達200 萬個晶體管以上。總線工作速度已達數(shù)十微秒。 工作頻率達到 30MHz甚至 40MHz。指令執(zhí)行周期減到數(shù)十 微秒。存儲器容量 R

5、AM發(fā)展到 1K、 2K， RO M發(fā)展到 32K、 64K；增加控制功能，向外部接口延伸。把原屬外圍芯片的功能集成到本芯 片內(nèi)?，F(xiàn)今的單片機已發(fā)展到在一塊含有CPU的芯片上，除嵌入 RAM、 ROM存儲器和 I O接口外，還有 AD、PWM、U ART、Timer Counter 、DMA、 Watchdog 、 Serial Port 、 Sensor 、 driver 、還有顯示驅(qū)動、鍵盤控制、函 數(shù)發(fā)生器、比較器等，構(gòu)成一個完整的功能強的計算機應用系統(tǒng)；低功耗。供電電壓從 5V降到 3V、2V 甚至 1V 左右。工作電流從 mA級 降到 A級。在生產(chǎn)工藝上以 CMOS代替 NMOS，并

6、向 HCMOS過渡；應用軟件配套。提供了軟件庫，包括標準應用軟件，示范設計方法。 使用戶開發(fā)單片機應用系統(tǒng)時更快速、方便。使有可能做到用一周時間開 發(fā)一個新的應用產(chǎn)品；系統(tǒng)擴展與配置。有供擴展外部電路用的三總線結(jié)構(gòu)DB、AB、CB，以方便構(gòu)成各種應用系統(tǒng)。根據(jù)單片機網(wǎng)絡系統(tǒng)、多機系統(tǒng)的特點專門開發(fā) 出單片機串行總線。此外，還特別配置有傳感器，人機對話、網(wǎng)絡多通道等接口，以便構(gòu)成網(wǎng)絡和多機系統(tǒng)。目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有 單片機的蹤跡全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及 程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域 的機器人、

7、智能儀表、。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算 機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安醫(yī)療器械以及各種智能機械了 因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的 科學家、工程師。單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航 空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域。第二章 總體方案設計2.1 課題設計的意義 一：消化與鞏固單片機原理及接口技術(shù)課程所學的知識。一切問題來源于書本，在做課題的時候，有很多的問題都需要在課本中找到答 案，這就使得把這學期的單片機原理及接口技術(shù)有了一次系統(tǒng)的復習，對 所

8、學的知識進行了鞏固與消化。二：理論聯(lián)系實際，用理論知識解決實際的問題。 三：培養(yǎng)設計能力，初步掌握設計的步驟和方法。 四：設計一個具有一定功能的溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)上電或按鍵復位后監(jiān) 測準備狀態(tài)，按監(jiān)測啟動鍵，系統(tǒng)開始監(jiān)測溫度，并將溫度通過串行口方式傳 送給計算機，按下停止鍵，系統(tǒng)停止監(jiān)測。要求使用DS18B20監(jiān)測溫度，有上電復位和按鍵復位，要有聲光報警。2.2 系統(tǒng)整體硬件電路2.2.1 芯片介紹 本次設計一共用到了以下幾個芯片： 80C51、DS18B20、74LS138、LED 數(shù)碼管顯 示器。80C51 的介紹： MCS-51 系列單片機的硬件結(jié)構(gòu)基本相同，主要區(qū)別在于芯片 上 RO

9、M的形式和配置。 8051 的基本結(jié)構(gòu)由： 1 個 8 位的 CPU、 1 個片內(nèi)時鐘振蕩 器、4KB的片內(nèi)程序存儲器、 128個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、 4 個并行的 I/O 口， 具有 32 個雙向的、可獨立操作的 I/O 線、2 個 16位的定時 /計數(shù)器、 1 個全雙 工的串行口、 5 個中斷源，可設置成 2 個優(yōu)先級、 21 個特殊功能寄存器、具有 很強的布爾處理功能有機結(jié)合在一起，共有 40 個引腳。DS-18B20 數(shù)字溫度傳感器的介紹： DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片 封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各 種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。

10、獨特的單線接口方式， DS18B20在與 微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。測溫范圍 55+125，固有測溫分辨率 0.5 ，支持多點組網(wǎng)功能， 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8 個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 DS18B20數(shù)字溫度計提供 9 位二進制溫度讀數(shù)， 指示器件的溫度， 信息經(jīng)過 單線接口送入 BS1820，因此從主機 CPU到 DS1820僅需一條線盒地線， DS1820 的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。74LS138 的介紹： 74LS138 是一種常

11、用的 3-8 譯碼器芯片。其中， A、B、C 為數(shù)據(jù)輸入端， /G2A. 、/G2B 、和 G1 為數(shù)據(jù)輸入允許端， /YO-/Y7 為譯碼器的 輸出端，低電平有效，顯然，當輸入 C、B 和 A 的狀態(tài)確定時，譯碼器輸出 /Y0Y7 只有 1 個為低電平，其余為高電平。LED 數(shù)碼顯示器的介紹： LED 數(shù)碼顯示管是單片機應用產(chǎn)品中常用的廉價輸 出設備，它是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段，當二極管導通時，相應的一 個點或一個筆畫發(fā)光，就能顯示出各種字符，常用的 8 段 LED 顯示 ag 和 dp 為顯示字段控制端。2.2.2硬件電路的描述及設計二 硬件電路的描述1. 溫度采集系統(tǒng)功能說明及總

12、體方案的介紹（1）溫度測量功能利用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)對溫度進行精確測量， 是溫度值顯示在數(shù)碼 管上。（2）溫度采集功能利用 DS18B20 數(shù)字傳感器對溫度進行采集， 單片機作為控制器件， 數(shù)據(jù)通過串 行口傳至計算機，進行溫度的采集。（3）系統(tǒng)工作流程（4）總體方案的介紹利用 DS18B20對溫度進行下采集， 通過單片機的處理， 在 LED 上顯示出數(shù)據(jù)， 利用兩個開關控制，開始鍵按下，開始測試，停止按鍵，按下后停止檢測，數(shù) 碼管顯示最近一次檢測值。超過 60 度，聲光報警。2 繪制硬件電路圖，如下3 溫度檢測系統(tǒng)的原件清單器件名稱數(shù)量80C51 單片機1個DS18B201個

13、74LS1381個LED 數(shù)碼管3個蜂鳴器1個二極管1個電容若干電阻若干開關若干4 詳細介紹溫度檢測系統(tǒng)電路主要部分的工作原理（ 1） 單片機型號的選擇及引腳的工作情況本設計用到了 80C51共有 40個引腳，其中用到的引腳有： 控制引腳、 RESET 、/EA、P0、P1、P2口，還用到了 XTAL1 、和 XTAL2 的晶整信號的輸入、輸出 引腳。RESET 引腳：復位信號，在 RESET 引腳上保持 2 個機器周期以上的高電平， 單片機復位，通過按鍵上電復位電路輸入信號，控制單片機。/EA 引腳：內(nèi)外程序存儲器選擇控制端， /EA 接高電平， CPU 對程序存儲器 的操作從單片機內(nèi)部程序

14、存儲器開始，并可延伸到單片機的外部程序存儲器。P0口引腳： 8 位雙向的三態(tài) I/O 口，單片機有外部擴展時，作為低 8位地址 線和數(shù)據(jù)總線使用，可以驅(qū)動 8 個 TTL 負載，在設計中 P0.0 和 P0.1控制開關 K1 和 K2，P0.2、P0.3、P0.4 控制 74LS138 譯碼器的選通。P1口引腳： 8 位準雙向 I/O 口，可以驅(qū)動 4個 TTL 負載，在設計中 P1.0接的 是 GND 接地引腳， P1.1和 P1.2接的是聲光報警器， P1.3 接的是 DS18B20的溫 度檢測器。P2口引腳： 8 位準雙向的 I/O 口，當單片機有外部擴展時，作為高 8位的地 址線使用，

15、可以驅(qū)動 4個 TTL 負載，設計中用 P2口控制三個共陰級的 LED。XTAL1 、XTAL2 引腳：晶體振蕩器信號輸入輸出引腳，用來控制設計中的晶 振電路。（2）復位電路的原理復位電路的目的是產(chǎn)生持續(xù)時間小于2 個機器周期的高電平。通常，在設計時，使復位電路在單片機上能產(chǎn)生 110MS 的高 電平，保證可靠的實現(xiàn)復位。按鍵開關及上電自動復位電路：上圖為按鍵開關及上電自動復位電路，當按 鍵開關 S按下時， +5V 電源通過 S接通電阻 R 和 R1 構(gòu)成電路網(wǎng)咯，設計時使 電阻 R1 上的分壓達到高電平的值，就可以是單片機復位，因為按動按鈕開關使 其閉合的時間遠遠大于單片機復位隨需要的時間，

16、通常把上電復位和按鈕開關 復位電路綜合在一起，這樣就可以在每一次電源接通時系統(tǒng)復位，也可以滿足 強制復位的要求， C 取 22uf， R取 1000，R1取 200左右。（3）74LS138 譯碼器的工作原理原理：當一個選通端 G為高電平，另外兩個選通端 /G2A、/G2B 為低電平 時可以將地址端（ A 、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平輸出。其真值表如下：/G/G2A/G2BCBA/Y0/Y1/Y2100000011100001101100010110當 C、B、A 輸出為 000時， 74LS138選中 LED1 ，LED1 管發(fā)亮，輸出 001 時， LED2 管發(fā)亮，輸

17、出為 010 時，LED3 管發(fā)亮。（4）晶振電路利用單片機芯片上提供的反相放大器電路， 在 XTAL1 和 XTAL2 引腳之 間 外 接 振 蕩 源 構(gòu) 成 單 片 機 的 時 鐘 電 路 ， 有 振 蕩 源 OSC 和 電容 C1 和 C2 構(gòu)成了并聯(lián)諧振回路作為定時元件，蕩源 QSC 晶體振蕩器或陶瓷振蕩器， 頻率為 1.212MHz，電容 C1、C2 為 30pF， 起頻率微調(diào)作用，在單片機的應用系統(tǒng)中，晶振的頻率越高，單片機的運行速 度越快。（5）聲光報警系統(tǒng) 聲光報警器的主要源器件是由感應器、二極管、蜂鳴器等構(gòu)成整個報警器， 當溫度超過 60 是，就自動報警。（6）DS18B20

18、 溫度檢測器的原理DS18B20 工作過程中的協(xié)議如下： 初始化，ROM 操作指令，存儲器操作指令， 數(shù)據(jù)處理。多路測量，當每一片 DS18B20 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位系列號， 在出廠前，與寫入片內(nèi) ROM ，主機在進入操作程序前必須接入 1820 用讀，ROM 命令將 1820 的系列號讀出并登陸，在 1820 組成的測溫系統(tǒng)中，主機在發(fā)出跳 過 ROM 命令之后，再發(fā)出系統(tǒng)的溫度轉(zhuǎn)換啟動碼，就可以實現(xiàn)所有1820 的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，在經(jīng)過一秒后，就可以用很少的時間逐一讀取。第三章 系統(tǒng)軟件算法設計3.1 主程序Org 0000h Sjmp main Org 0030hDO:;

19、顯示 0Mov p0,#3fh Mov p2,#00h Acall delay 1ms Mov p0,#3fh Mov p2,#01h Acall delay 1ms Mov p0,#3fh Mov p2,#02h Acall delay 1ms Jnb p2.1,loop Loop: jnb p2.2,DOJb p2.1,p-key1 Jb p2.2,p-key2 Sjmp DOp-kye1:acall acall jb acall sjmpp-key2:disp endtempdisp p2.2,p-key2 Disp$3.2 鍵盤掃描子程序Disp: movro,#10hMovA,11h

20、XchdA,r0Mov12h,r0MovA,12hSwapAMov12h,AMovB,#100DivABMov13h,AMovB,AMovB,#10DivABMov14h,AMov15h,BMovDPTR,#Led-tableMovA,13hMovcA,A+DPTRMovp0, AMovp2,#00hAcalldelay 1msMovA,14hMovcA,A+DPTRMovp0,AMovp2,#01hAcalldelay 1msMovA,15hMovcA,A+DPTRMovp0,AMovp2,#02hAcalldelay 1ms3.3 檢測溫度子程序org 0100hCheck_Tempera

21、ture: data_acqure:acallreset_pulse ; 發(fā)送復位脈沖mova,#0cchacallwrite_byte;send skip ROM commandmova,#44hacallwrite_byte;初始化溫度模塊jnbp1.5,$;讀 DS18B20 狀態(tài)acallreset_pulsemova,#0cchacallwrite_bytemova,#0behacallwrite_byte;send scratchpad commandacallread_byte;read eeprom byte 0movr7,a; 存儲 LSB 在 R7 中acallread_b

22、ytemovr6,a; 存儲 MSB 在 R6 中acallreset_pulseretreset_pulse:setbp1.5nopnopclr eaclr p1.5mov r2,#250 ;delay 500us djnz r2,$ setb p1.5mov r2,#20 ;delay 40usdjnz r2,$clr corl c,p1.5jc reset_pulsemov r2,#80; 注意這兩條指令是否真的需要djnz r2,$ ret;the end of the initiation3.4 串行收發(fā)數(shù)據(jù)子程序 讀數(shù)據(jù)子程序： read_byte: mov r3,#8 setb

23、p1.5 nop nop read1: clr p1.5 nopnopsetbp 1.5nopnopnopmovr5,amovc,p1.5mova,r5movr2,#30djnzr2,$rrc adjnzr3,read1ret寫數(shù)據(jù)子程序 write_byte: mov r3,#8 write ：rrc a jc write1 setb p1.5 nop nop clr p1.5 mov r2,#30 djnz r2,$ setbp 1.5 nop nop nop nop djnz r3,write ret write1: setb p1.5 nop nopclr p1.5nopnopnopn

24、opsetbp 1.5movr2,#30djnzr2,$djnzr3,writeret心得體會這次課程設計總共是經(jīng)歷了兩個星期，在此期間我們同時也在上課、 考試，可以說是比較繁忙的。但是這次課程設計是老師一步一步引導我們 做的。如果是我們自己肯定是無從著手了。我們是分成了幾個小組在做這 個設計。我們組是 6 人團隊。從中我向懂的同學學習這個的目的和作圖方 法。還請教了同學程序的編譯，最后經(jīng)過老師的輔導總算成型了?？偟膩?說從中學習了不少。我認為課程設計其實它本身的內(nèi)容不是非常重要，重 要的是我們從中學到了什么，做一個課程設計首先應該做什么，自己要有 個概念和步驟。在這點老師就帶領了我們。在今后做其他事的時候，這次 的課程設計經(jīng)歷就是個借鑒。所以說課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知 識, 發(fā)現(xiàn),提出 ,分析和解決實際問題 ,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié) ,是對學生 實際工作能力的具體訓練和考察過程. 隨著科學技術(shù)發(fā)展的日新日異。如今單片機已經(jīng)成為當今計算機應用中空前活躍的領域， 在生活中可以說得是 無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發(fā)技術(shù)