溫度檢測報警系統(tǒng)的設(shè)計

1、單片機原理及接口課程設(shè)計報告題 目： 溫度檢測報警系統(tǒng)的設(shè)計 專業(yè)名稱： 電子信息工程專業(yè) 班 級： 電信112 學(xué) 號： 姓 名： 楊海藝 2014年 1月溫度檢測報警系統(tǒng)的設(shè)計楊海藝（信息工程學(xué)院）摘要：本設(shè)計運用單片機仿真技術(shù)，以單片機芯片AT89C51作為核心控制器，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計制作出一個采用數(shù)字型溫度傳感器采集溫度的檢測系統(tǒng)，將采集到的溫度傳送給單片機，單片機將當(dāng)前溫度值通過液晶屏幕顯示出來。另外系統(tǒng)還具有按鍵輸入功能，可以設(shè)定溫度的上下報警值，當(dāng)超出設(shè)定溫度范圍時，系統(tǒng)會產(chǎn)生報警信號。單片機擴(kuò)展的LCD顯示器用來顯示秒、分、時、日、月、年及溫度的值。整

2、個設(shè)計包括兩大部分：硬件部分和軟件部分，以單片機為核心，蜂鳴器，LCD顯示器，晶體管等為外圍器件，設(shè)計一個正常走時、溫度報警。關(guān)鍵詞：單片機; ds18b20;ds1302;LCD1602; AT89C51; 報警; 溫度1設(shè)計說明1.1設(shè)計要求：制作一個采用數(shù)字型溫度傳感器采集溫度的檢測系統(tǒng)，將采集到的溫度傳送給單片機，單片機將當(dāng)前溫度值通過液晶屏幕顯示出來。另外系統(tǒng)還具有按鍵輸入功能，可以設(shè)定溫度的上下報警值，當(dāng)超出設(shè)定溫度范圍時，系統(tǒng)會產(chǎn)生報警信號。1.2設(shè)計環(huán)境：Windows7操作系統(tǒng)、Keil4仿真軟件、proteus單片機系統(tǒng)仿真軟件。1.3溫度檢測報警系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能：1、能

3、實時監(jiān)測溫度并能設(shè)置報警溫度2、能設(shè)置時間與年月日且待設(shè)置位會閃爍提示3、能設(shè)置要報警的最高和最低溫度4、能正常顯示閏年普通年份的年月日顯示2 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 單片機控制系統(tǒng) 本設(shè)計以單片機芯片AT89C51作為核心控制器，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，利用溫度傳感器實現(xiàn)讀取溫度和用時鐘芯片讀時間，用LCD來直接年、月、日、時、分、秒及溫度，并且可以通過按鍵調(diào)整當(dāng)前的時間和最高和最低溫度，利用對蜂鳴器的控制來實現(xiàn)溫度過高或者過低時報警功能。2.2 各部分功能實現(xiàn)AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable

4、 Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM

5、，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。2.3 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)主要由復(fù)位電路，晶振電路，電源等幾部分組成。 復(fù)位電路有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，我們主要用按鈕復(fù)位方式。如圖2-1所示：晶振電路：電容選取30pF，晶振為12MHz。如圖2-2所示：電源：A

6、T89C51單片機的供電電源是5V的直流電。EA非/Vpp腳：我們沒有用外部擴(kuò)展ROM,因此EA非/Vpp為高電平，即接+5V電源。 圖2-1 復(fù)位電路 圖2-2 晶振模塊原理圖2.4 鍵盤控制系統(tǒng)設(shè)計：按鍵需要3個，分別實現(xiàn)為功能選擇鍵、時間的加、時間的減。用單片機的3個I/O口接收控制信號，其電路如圖2-3所示： 圖2-3 按鍵調(diào)時電路通過控制鍵來控制所要調(diào)節(jié)的是年、月、日、時、分、秒還是溫度。在控制鍵按下后LCD中會在相應(yīng)的位置出現(xiàn)光標(biāo)，這時在通過加數(shù)鍵或減數(shù)鍵來控制年月日時分秒及溫度的加或減。在設(shè)置鬧鐘鍵按下后LCD中也會在相應(yīng)的位置出現(xiàn)光標(biāo)，這時也通過加數(shù)鍵或減數(shù)鍵來設(shè)置鬧鐘。顯示電

7、路如圖2-4所示： 圖2-4顯示電路圖報警部分主要由蜂鳴器，三極管，電阻組成。其電路圖如圖2-5所示： 圖2-5蜂鳴器電路當(dāng)單片機的P27接口輸出為高地電平變化時，蜂鳴器響。當(dāng)輸出電平不變時，蜂鳴器停止。2.5 DS18B20 DSl8B20必須嚴(yán)格按照單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種時隙類型：初始化、應(yīng)答、寫1、寫0、讀1、讀0。除了應(yīng)答時隙所有這些時隙都是有主機發(fā)出?？偩€上所傳輸?shù)乃忻詈蛿?shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。（1）初始化時隙復(fù)位時隙和應(yīng)答時隙。在初始化過程中，主機發(fā)送復(fù)位脈沖(最短為480s的低電平信號)接著，釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)。當(dāng)總線被釋放后上拉電阻將總線拉

8、高。DSl8B20在檢測到總線的上升沿之后等待15-60us接著發(fā)出應(yīng)答脈沖(低電平持續(xù)60-240 s)。（2）讀和寫時隙在寫時隙期間，主機向DS18B20寫入數(shù)據(jù)；而在讀時隙期間，主機讀入來自DS18B20的數(shù)據(jù)。在每一個時隙，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。存在兩種寫時隙，即寫1和寫0。主機在寫1時隙向DS18B20寫入邏輯1。而在寫0時隙向DS18B20寫入邏輯0。所有寫時隙至少需要60S，而且兩次寫l時隙之間至少需要lS的恢復(fù)時間。兩種寫時隙均以主機拉低總線開始。產(chǎn)生寫1時隙：主機拉低總線后，必須在15uS內(nèi)釋放總線。然后由上拉電阻將總線拉至高電平。產(chǎn)生寫0時隙：主機拉低總線后，必須在整個時隙

9、期間保持低電平(至少60S）。在寫時隙開始后的1 560 S期間，DSl8B20采樣總線的狀態(tài)。如果總線為高電，則邏輯1被寫入DSl8B20；如果總線為低電平，則0邏輯被寫入DSl8B20。 讀時隙：DSl8B20只能在主機發(fā)出讀時隙時才能向主機傳送數(shù)據(jù)。所以主機在發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時隙，以便DSl8B20能夠傳送數(shù)據(jù)。所有讀時隙至少60s，且在兩次獨立的讀時隙之間至少需要1S的恢復(fù)時間。每次讀時隙由主機發(fā)起，拉低總線至少1S。在主機發(fā)起讀時隙之后，DSl8B20開始在總線上傳送1或0。若DS18B20發(fā)送1，則保持總線為高電平；若發(fā)送O，則拉低總線。當(dāng)傳送0時，DSl8B20在

10、該時隙結(jié)束時釋放總線，再由上拉電阻將總線拉回空閑高電平狀態(tài)。DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)在讀時隙下降沿起始后的15S內(nèi)有效，因此主機必須在讀時隙開始后的15S內(nèi)釋放總線，并且采樣總線狀態(tài)。溫度傳感器電路圖如圖2-6所 圖2-6溫度傳感器2.6 DS1302 DS1302 簡介： DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達(dá)2.55.5V。采用雙

11、電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302的外部引腳分配如圖7所示及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。 各引腳的功能為： Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當(dāng)Vcc2Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2 Vcc1時，由Vcc1向DS1302供電。 SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線； CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?圖2-7 DS1302電路

12、連接圖 溫度報警電路連接圖如圖2-8所示： 圖2-8 溫度報警系統(tǒng)電路連接圖 2.7 LCD1602 SMC1602A 標(biāo)準(zhǔn)字符點陣型液晶顯示模塊(LCM)，采用點陣型液晶顯示器(LCD)，可顯示16 個字符X2 行西文字符，字符尺寸為2.95X4.35(WXH)mm，內(nèi)置HD44780 接口型液晶顯示控制器，可與MCU 單片機直接連接，廣泛應(yīng)用于各類儀器儀表及電子設(shè)備。1 基本操作時序：1.1 讀狀態(tài)：輸入：RS=L,RW=H,E=H 輸出：D0D7=狀態(tài)字1.2 寫指令：輸入：RS=L,RW=L,D0D7=指令碼,E=高脈沖輸出：無1.3 讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H,RW=H,E=H 輸出：D

13、0D7=數(shù)據(jù)1.4 寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H,RW=L,D0D7=數(shù)據(jù),E=高脈沖輸出2 RAM 地址映射控制器內(nèi)部有80X8 位（80字節(jié)）的RAM緩沖區(qū)，對應(yīng)關(guān)系如圖2-9所示3 初始化過程（復(fù)位過程）5.1 寫指令38H：顯示模式設(shè)置第一次5.2 延時3ms5.3 寫指令38H：顯示模式設(shè)置第二次5.4 延時3ms5.5 寫指令38H：顯示模式設(shè)置第三次5.6 延時3ms5.7 寫指令38H：顯示模式設(shè)置第四次5.8 延時3ms5.9 寫指令08H：顯示關(guān)閉5.10 寫指令01H：顯示清屏5.11 延時3ms5.12 寫指令06H：顯示光標(biāo)移動設(shè)置5.13 寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置

14、圖2-9 RAM 地址讀時序如圖2-10所示 圖2-10 1602讀時序?qū)憰r序如圖所示2-11 圖2-11 1602寫時序 LCD1602的電路圖如圖2-12所示 圖2-12 LCD1602電路連接圖 3 軟件設(shè)計3.1軟件流程圖 ： 圖3-1 溫度讀和鍵盤掃描 改時間和溫度4 系統(tǒng)調(diào)試首先運行keil4軟件，并新建一工程并保存，然后再新建一C文件并輸入程序代碼（見附錄）調(diào)試運行生成.hex文件，然后打開protues軟件并打開新建的.hex文件，之后點擊單片機出現(xiàn)如圖4-1窗口： 圖4-1添加hex文件窗口最后單擊窗口中該按鈕添加hex文件并點擊確定按鈕，運行文件出現(xiàn)如圖4-2所示仿真結(jié)果： 圖4-2仿真結(jié)果5 軟件編程 使用3個按鍵控制 年月日時分秒 溫度低和高的控制，按鍵keyselect控制要改的地方 如按一下是該秒，按兩下是改變分。1602同時會有光標(biāo)在要該的地方，按鍵keyjia是讓要改的地方加1，同樣keyjian是減1。當(dāng)按鍵keyselect按9下之后說明要改的地方都改好了 ，退出按鍵設(shè)置繼續(xù)顯示。程序主要分為兩個部分，即顯示部分和控制按鍵部分。由于本設(shè)計采用的是用按鍵分別控制，在主函數(shù)中調(diào)用一個鍵盤掃描的函數(shù)，當(dāng)相應(yīng)的不同按鍵按下后控制液晶的顯示。源程序見附錄所示。編程思路:在確定了時鐘要實現(xiàn)的功能后按照上述各按鍵所實現(xiàn)的效