基于AT89C51單片機數(shù)字溫度測量與顯示系統(tǒng)的設計和制作

1、基于AT89C51單片機的數(shù)字溫度測量及顯示系統(tǒng)的設計和制作系 部: 電子與通信工程系 班 級： 電信11C1 姓 名： 蔡華 學 號： 112221101 指導教師： 周步新 2013年 3月 1 日22目錄摘要第1頁引言第2頁一溫度測量及顯示系統(tǒng)的概述第3頁（一）本設計任務和主要內(nèi)容第3頁（二）主要芯片的介紹第3頁二系統(tǒng)主要硬件電路設計第4頁 （一）方案論證第5頁（二） 單片機主機系統(tǒng)電路第7頁三溫度傳感器的選擇第8頁（一） 采用DS18B20溫度傳感器第8頁 (二) DS18B20的管腳排列第10頁四 顯示器的選擇第11頁(一)1602顯示器第12頁五 溫度控制電路的設計第13-14頁六

2、 系統(tǒng)的控制第14頁 （一）溫控電路及報警電路的控第15頁（二）LCD顯示電路的控制第16頁五總結(jié)第17頁六參考文獻第18頁七致謝第19頁附錄元器件清單第20頁基于單片機數(shù)字溫度測量及顯示系統(tǒng)原理圖第21頁摘要隨著科技的不斷進步，在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù)，而采用單片機來對這些被控參數(shù)進行控制已成為當今的主流。本文介紹了數(shù)字溫度測量及自動控制系統(tǒng)的設計。本文采用單片機來實現(xiàn)對溫度的控制。它的主要組成部分有：AT89C51單片機、顯示器、傳感器、顯示電路、溫度控制電路。它可以實時的顯示和設定溫度，實現(xiàn)對溫度的自動控制。通過測試表明，本設計對溫度的控制有方便、簡單的特點，從而大幅提高了被控溫

3、度的技術(shù)指標。此設計精確度較高，可以很好地測量出溫度并顯示出來！本系統(tǒng)電路簡單、調(diào)試簡單，具有一定的使用價值！關(guān)鍵詞：單片機；顯示器；傳感器；AT89C51；引言科技的快速發(fā)展使得單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們的生活的各個領域，單片機技術(shù)已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)。我在本文中將介紹一種基于單片機控制的數(shù)字溫度器，此溫度器屬于多功能溫度器，可以設置上下報警溫濕度，當溫濕度不在設置范圍內(nèi)時，可以報警并且進行控制溫度的控制和使用已經(jīng)廣泛應用于人們的生產(chǎn)和生活中，人們使用溫度器來采集溫度，通過人工操作加熱和降溫來控制溫度，這樣不但能控制精度低、實時性差的缺點，而且操作人員的勞動強度大。即使有些用戶采用半導體

4、二極管作溫度傳感器，但由于其互換性差，效果也不理想。在某些行業(yè)中對溫度的要求較高，由于工作環(huán)境溫度不合理而引發(fā)的事故時有發(fā)生。對工業(yè)生產(chǎn)可靠進行造成影響，甚至操作人員的安全。為了避免這些缺點，需要在某些特定的環(huán)境里安裝數(shù)字溫度測量及控制設備。本設計由于采用了新型單片機對溫度進行控制，以其測量精度高，操作簡單?？蛇\行性強，設計簡便等優(yōu)點，特別適用于生活，醫(yī)療，工業(yè)生產(chǎn)等方面的溫度測量及控制。本設計是一個數(shù)字溫度測量及控制系統(tǒng)，并能在超限的情況下進行控制、調(diào)整，并報警。保證環(huán)境保持在限定的溫度中。使用方便，設計簡單?？煽刂菩詮?。本設計和好的融合了溫度傳感器，LED顯示器，AT89C51等功能！一溫

5、度測量與顯示系統(tǒng)的概述（一）本設計任務和主要內(nèi)容本論文主要研究單片機控制的溫度器，分別對測量、顯示、報警及系統(tǒng)設備的軟、硬件各個部分進行了研究。主要內(nèi)容如下：當溫度在安全范圍內(nèi)無任何動作。當溫度高于設置報警的上限值時風扇轉(zhuǎn)同時紅色led亮，當?shù)陀跁r繼電器以留出接口，常閉和常開，用來連接設備以便使用（二）主要芯片的介紹本課題采用單片機AT89C51控制的數(shù)字溫度測量與顯示系統(tǒng)，其功能的實現(xiàn)主要通過軟件編程來完成，采用單片機AT89C51，它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機。片內(nèi)帶有4KB的Flash存儲器，且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。且AT89C51的使用壽命很長，數(shù)據(jù)保留時間也較長

6、，可以達到十年的時間。就是因為這一些類的特性，與優(yōu)點。所以本次設計我才會選擇使用這一類的單片機來作為我實現(xiàn)此系統(tǒng)的工具。附：AT89C51主要引腳及功能： 功能引腳號VCC供電電壓GND接地P0口八位漏級開路雙向I/O口。每個腳可吸收八個TTL門電流。P1口是一個提供上拉電阻的八位雙向I/O口。P1口的緩沖器能接收輸出四個TTL門電流。P2口是一個內(nèi)部上拉電阻的八位雙向I/O口，P2口的緩沖器可接收輸出四個TTL門電流。P3口P3的管腳是具有八個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，它可以接收輸出四個TTL門電流。P3.0RXD亦可以理解為單片機的串行輸入口P3.1TXD亦可以理解為單片機的串行輸出口

7、P3.2(外部中斷0)P3.3(外部中斷1)P3.4T0(記時器0外部輸入)P3.5T1(記時器1外部輸入)P3.6 (外部RAM的寫選通)P3.7(外部RAM的讀選通)外部RAM的選通信號。ALE/當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才

8、起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。EA/APP當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2反向振蕩器的輸出RST具有復位輸入的功能。二系統(tǒng)主要硬件電路設計（一）方案論證主要對課程設計的題目進行了分析，根據(jù)要實現(xiàn)的功能，綜合比較幾種設計方法，提出了實現(xiàn)系統(tǒng)功能的最佳方案。本設計

9、是一個數(shù)字溫度控制系統(tǒng)，能測量溫度，并能在超限的情況下進行控制、調(diào)整，并報警。該系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機AT89C51作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運算控制、信號識別以及顯示功能的實現(xiàn)。由于用了單片機，使其技術(shù)比較成熟，應用起來方便、簡單并且單片機周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實現(xiàn)。整個系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進行功能的擴張和更改。MCS-51單片機特點如下：可靠性好單片機按照工業(yè)控制要求設計，抵抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的CPU，程序指令和數(shù)據(jù)都可以燒寫在ROM上，因此可靠性高。易擴充單片機有一般電腦所必須的器件，如三態(tài)雙向總線，串并行的輸入及輸出引腳，可擴充為各種規(guī)模

10、的微電腦系統(tǒng)控制功能強單片機指令除了輸入輸出指令，邏輯判斷指令外還有更豐富的條件分支跳躍指令。原理框圖如圖所示： 原理框圖具體工作指標AT89C51顯示電路溫度傳感器報警電路溫度控制正常工作范圍:-560誤差：1（二）單片機主機系統(tǒng)電路AT89C51單片機是屬于51系列單片機里的。它的內(nèi)部自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲器的低電壓、高性能COMS 8位微處理器。AT89C51單片機還與Intel MCS-51系列單片機的輸出管腳和指令相互兼容。由于AT89C51將多功能8位CPU和閃速存儲器結(jié)合在單個的芯片里，所以，AT89C51構(gòu)成的單片機系統(tǒng)是所有系統(tǒng)里結(jié)構(gòu)最簡便，價格最便宜，使用效率最高

11、的控制系統(tǒng)，它還節(jié)省了外部的RAM與ROM和接口器件，削減了硬件方便的開銷。節(jié)省了制造成本，提高了系統(tǒng)的性價比。 單片機主機系統(tǒng)圖根據(jù)設計的要求，要利用溫度傳感器實時溫度。當溫度高于設定的溫度時（60），當溫度高于設置報警的上限值時風扇轉(zhuǎn)同時紅色led亮，當?shù)陀跁r繼電器以留出接口。同時要求能設定溫度。畢業(yè)設計的主要任務是能對溫度進行自動的檢測和控制。設計中采用單片機來控制溫度，因此要有溫度的顯示電路，溫控電路，報警電路等幾個部分。要實現(xiàn)系統(tǒng)的設計要用到的知識點有單片機的原理及其應用，溫度傳感器的原理和應用，及顯示電路的設計等。三 溫度傳感器的選擇（一） 采用DS18B20溫度傳感器DS18B2

12、0主要由四部分組成：溫度傳感器、配置寄存器、64位ROM、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL。DS18B20數(shù)字溫度傳感器，亦可稱作“一線器件”，它具有以下的幾個優(yōu)點:1） 測量的范圍廣-55125。2） 使用的過程中不需要別的外圍元件。3） DS18B20的接口方式它是單總線。DS18B20與微處理器連接的時候僅僅只需要一條線。單總線有以下幾個特點:經(jīng)濟、可以抗干擾、使用方便、在惡劣環(huán)境下頁可以測量出現(xiàn)場的溫度。4） 供電方式多種多樣。5） 可以實現(xiàn)多點測溫。6） DS18B20的測量分辨率科以達到912位。7） 負壓特性電源極接反時，溫度器不會因為發(fā)熱而燒掉，但是卻不能正常工作。8） DS1

13、8B20還具有掉電保護功能，在系統(tǒng)掉電以后它仍可以保護分辨率及報警溫度的設定值。DS18B20還具有體積小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟等優(yōu)點。適合于構(gòu)建自己的測溫系統(tǒng)。DS18B20的引腳排列：GND:電源接地。VDD：外接電源輸入端。DQ：數(shù)字信號端。 （二）DS18B20的管腳排列如圖所示。DS18B20的管腳排列圖DS18B20有六條控制命令，如表所示：表 DS18B20控制命令指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動DS18B20來轉(zhuǎn)換溫度 讀暫存器 BEH 讀暫存器里的9個字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4EH 寫入數(shù)據(jù)島暫存器的TH、TL字節(jié)中 復制暫存器 48H 暫存器的TH、TL

14、字節(jié)可以寫到E2RAM中 重新調(diào)E2RAM B8H E2RAM中的TH、TL字節(jié)保存到暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU 在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是VCC與外部電源連接，GND 接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。如圖所示:溫度傳感器DS18B20原理圖四 顯示器的選擇（一） LED1602顯示器工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。雖然LCD顯示器的價格比數(shù)碼管要貴。但是它有一個非常本質(zhì)的優(yōu)點就是它的顯示效果好，所以采

15、用LCD 作為顯示器。（二）LCD引腳圖1602有16個引腳：引腳功能或作用VSS接電源地VCC接5V電源正極V0液晶顯示器對比度調(diào)整端RS具有寄存器選擇功能。高電平1是數(shù)據(jù)寄存器。低電平0屬于指令寄存器RW屬于讀寫信號線，具有讀寫功能。高電平1讀操作，低電平0寫操作E端為使能端,高電平1時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令D0-D7八位的雙向數(shù)據(jù)端其他15腳屬于背光正極，16腳屬于背光負極1602顯示質(zhì)量高，功耗小。與單片機的連接如圖所示。 圖： 液晶顯示電路圖sbit rs=P27;/LCD數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)sbit rw=P26;/LCD讀/寫選擇端(H/L)sbit en=P25;/L

16、CD使能控制uchar code table=STC89C52+DS18B20;/液晶固定顯示部分五 溫度控制電路的設計 圖：溫度控制電路實際電路如圖所示,通過按鍵設定溫度的上下限。把實際測量的溫度和設定的上下限進行比較。來控制P1.1、P01.2、P2.0端口的高低電平。把P1.1、P01.2、P2.0端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報警。#include#define uchar unsigned char/宏定義#define uint unsigned intsbit DQ = P10; sbit k1=P31;sbit k2=P32;sbit k3=P33;sbit beep=

17、P20;sbit js=P12; sbit jx=P10; uchar temp_value,num,t,s1num; /溫度值uchar htemp=60,ltemp=-5;/溫度上下線初始化bit yyp=1,lalarm=0六 系統(tǒng)的控制本章對系統(tǒng)的硬件控制進行概述。分別對溫度控制電路，報警電路及LCD液晶顯示電路進行說明。 （一）溫控電路及報警電路的控制單片機的P1.1、P01.2、P2.0分別與三極管的基極連接來控制控制溫度和報警。只要控制單片機的P1.1、P01.2、P2.0口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。 圖：溫度控制和報警 （二）LCD顯示電路的控制把8根數(shù)據(jù)線和P0口連

18、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。 圖：LCD顯示電路總結(jié)：本次設計的軟件是以AT89C51為主，是利用了軟件和硬件互相結(jié)合的自動控制溫度的經(jīng)典例行。在當今社會單片機的運用已經(jīng)實踐到了我們的生活和生產(chǎn)中，我們也學會了用單片機來控制一些類的模擬電路。這次的設計也是用單片機來控制的溫度。在這個設計里，我實現(xiàn)了用單片機來改變了我們傳統(tǒng)的對溫度的控制方法，這一設計為控制溫度開辟了另一條的道路。據(jù)現(xiàn)在我們國家的科技和工業(yè)水平的發(fā)展，這個實物的設計很符合工業(yè)生產(chǎn)的需求，不鋪張浪費。不僅可以實現(xiàn)我國工業(yè)化的發(fā)展，更可以拓展我們自己的知識面。經(jīng)過四個

19、多月的方案論證、系統(tǒng)的硬件和軟件的設計以及系統(tǒng)的調(diào)試。我還查閱了大量有溫度傳感器、單片機及其接口電路、控制方面的理論。經(jīng)過了一番特殊的體驗后，不僅經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。這是我第一次靠用所學的專業(yè)知識來解決問題。通過這一事件可以檢查了自己的知識水平，讓我對自己有一個全新的認識。通過這次畢業(yè)設計，我鍛煉了自己分析問題處理問題的能力，頁提高了自己的動手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉的機會對于我們這些即將畢業(yè)走向工作崗位的大學生來說，是非常重要的，也是非常重要的經(jīng)驗和財富這次畢業(yè)設計基本的完成了任務書的要求，實現(xiàn)了溫度的控制與顯示。通過測試表明系統(tǒng)的設計是正確的，可行的。但是由于我本身的設計經(jīng)驗

20、和知識水平的有限，實物方面還存在許多不足和缺陷。參考文獻1 沙占友. 集成溫度傳感器原理與應用. 北京：機械工業(yè)出版社，2002， 8495.2 劉君華. 智能傳感器系統(tǒng). 西安：西安電子科技大學出版社，1999，83105.3 沙占友. 智能化傳感器原理與應用. 北京：電子工業(yè)出版社，2004，99108.4 趙負圖. 傳感器集成電路手冊. 北京：化學工業(yè)出版社，2002，692703.5 張毅剛. MCS-51單片機原理及應用. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004，81946 李玉峰，倪虹霞 MCS-51系列單片機原理與接口技術(shù). 北京：人民郵電出版社，2004，187216.7 林伸茂. 8051單片機徹底研究經(jīng)驗篇. 北京：人民郵電出版社，2004，714.8 沙占友. 單片機外圍電路設計. 北京：電子工業(yè)出版社，2003，3748.9 何希才. 傳感器及其應用電路. 北京：電子工業(yè)出版社，2001，3647.10 Intel：MCS-51 Family of Single Chip Mirocomputers Users Manual,1990，39.11 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051