單片機的溫檢測系統(tǒng)設(shè)計

1、課程設(shè)計課程名稱：基于單片機的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院：專業(yè)：電自082姓名：學(xué)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(shè)計2.1 課題的意義2.2 系統(tǒng)整體硬件電路芯片簡介硬件電路設(shè)計及描述第三章 系統(tǒng)軟件算法設(shè)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(shè)計體會參考文獻前言一個好的課程設(shè)計作品和一份優(yōu)秀的報告可以讓你在應(yīng)聘工作時被優(yōu)先錄取.a 因此 ,2 學(xué)生應(yīng)該靜下心來好好想想畢業(yè)設(shè)計應(yīng)該做些什么?如何進行 ?整個設(shè)計過程,2 對于一般的學(xué)生而言是陌生的,2 特別是剛?cè)腴T的初學(xué)者,2 從無到有地設(shè)計出

2、較復(fù)雜、特殊的軟硬件系統(tǒng)更是一件困難的工作.a 若設(shè)計者手上有了基本的軟、硬件設(shè)計資源當作參考,2 只是在已有的基礎(chǔ)上做功能擴充或系統(tǒng)集成,2 這樣設(shè)計起來將會很方便,2 還可以省下設(shè)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(shè)計就是為鍛煉學(xué)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(shè)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CPU 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

3、/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(shè)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

4、用計算機的性能。其接口界面也是為了滿足外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)接口而設(shè)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(yīng)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：12·品種多樣，型號繁多。品種型號逐年擴充以適應(yīng)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?？偩€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RAM 發(fā)展到1K、2K，ROM發(fā)展到32K、64K；·增加控制功能，向外部接口延伸

5、。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 A D 、 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(yīng)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，并向HCMOS過渡；·應(yīng)用軟件配套。提供了軟件庫，包括標

6、準應(yīng)用軟件，示范設(shè)計方法。使用戶開發(fā)單片機應(yīng)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(yīng)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(yīng)用系統(tǒng)。根據(jù)單片機網(wǎng)絡(luò)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(luò)多通道等接口，以便構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)和多機系統(tǒng)。目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)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(lǐng)域的機器人、智能儀表、。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的

7、控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)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(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。第二章 總體方案設(shè)計2.1 課題設(shè)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(xué)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(xué)期的單片機原理及接口技術(shù)有了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，對所學(xué)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

8、決實際的問題。三：培養(yǎng)設(shè)計能力，初步掌握設(shè)計的步驟和方法。四：設(shè)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(fù)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(fù)位和按鍵復(fù)位，要有聲光報警。2.2 系統(tǒng)整體硬件電路芯片介紹本次設(shè)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ROM 的形式和配置。 8051 的基本結(jié)構(gòu)由：1 個 8 位的 CPU、 1

9、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(shè)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(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。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

10、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)

11、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(yīng)用產(chǎn)品中常用的廉價輸出設(shè)備，它是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段，當二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)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。硬件電路的描述及設(shè)計二 硬件電路的描述1. 溫度采集系統(tǒng)功能說明及總體方案的介紹（ 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

12、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)工作流程系統(tǒng)上電初始化DS18B20 進行采集單片機進行處理數(shù)碼管顯示串行輸出（ 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(guān)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74LS1381 個LED 數(shù)碼管3 個蜂鳴器1 個二極管1

13、個電容若干電阻若干開關(guān)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(shè)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(fù)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(fù)位，通過按鍵上電復(fù)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

14、的三態(tài) I/O 口，單片機有外部擴展時，作為低使用，可以驅(qū)動 8 個 TTL 負載，在設(shè)計中 P0.0 和 P0.1 控制開關(guān)8 位地址線和數(shù)據(jù)總線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引腳， P1.1 和 P1.2 接的是聲光報警器，P1.3 接的是負載，在設(shè)計中P1.0 接的是DS18B20 的溫度檢測器。GND接地P2 口引腳： 8 位準雙向的I/O以驅(qū)動 4 個 TTL 負載，設(shè)計中用口，當單片機有外部擴展時，作為高 P2 口控制三個共陰級的 LED 。8 位的地址線使用，可XTA

15、L1 、 XTAL2 引腳：晶體振蕩器信號輸入輸出引腳，用來控制設(shè)計中的晶振電路。（ 2）復(fù)位電路的原理復(fù)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(shè)計時，使復(fù)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(fù)位。按鍵開關(guān)及上電自動復(fù)位電路：上圖為按鍵開關(guān)及上電自動復(fù)位電路，當按鍵開關(guān) 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(shè)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(fù)位，因為按動按鈕開關(guān)使其閉合的時間遠遠大于單片機復(fù)位隨需要的時間，通常把上電復(fù)位和按鈕開關(guān)復(fù)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(fù)位，也

16、可以滿足強制復(fù)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(yīng)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，輸出亮，輸出為010 時， LED3 管發(fā)亮。001 時， LED2管發(fā)（ 4）晶振電路利用單片機芯片上提供的反相

17、放大器電路，在 XTAL1 構(gòu)成單片機的時鐘電路，有振蕩源和 XTAL2 OSC 和引腳之間外接振蕩源電容 C1 和 C2 構(gòu)成了并聯(lián)諧振回路作為定時元件，振蕩源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(yīng)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(yīng)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 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DS

18、18B20 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(shè)計3.1 主程序Org0000hSjmp mainOrg0030hDO:。顯示 0Movp0,#3fhMovp2,#00hAcalldelay 1msMovp0,#3fhMovp2,#01hAcall delay 1msMovp0,

19、#3fhMovp2,#02hAcalldelay 1msJnbp2.1,loopLoop: jnb p2.2,DOJbp2.1,p-key1Jbp2.2,p-key2Sjmp DOp-kye1:acalltempacalldispjbp2.2,p-key2acallDispsjmp$p-key2:dispend3.2 鍵盤掃描子程序Disp:movro,#10hMovA,11hXchd A,r0Mov12h,r0MovA,12hSwapAMov12h,AMovB,#100DivABMov13h,AMovB,AMovB,#10DivABMov14h,AMov15h,BMovDPTR,#Led-t

20、ableMovA,13hMovc A,A+DPTRMovp0, AMovp2,#00hAcalldelay 1msMovA,14hMovc A,A+DPTRMovp0,AMovp2,#01hAcalldelay 1msMovA,15hMovcA,A+DPTRMovp0,AMovp2,#02hAcalldelay 1ms3.3 檢測溫度子程序org 0100hCheck_Temperature:data_acqure:acallreset_pulse。發(fā)送復(fù)位脈沖mova,#0cchacallwrite_byte。send skip ROM commandmova,#44hacallwrite_

21、byte。初始化溫度模塊jnbp1.5,$。讀 DS18B20 狀態(tài)acallreset_pulsemova,#0cchacallwrite_bytemova,#0behacallwrite_byte。send scratchpad commandacallread_byte。read eeprom byte 0movr7,a。存儲 LSB 在 R7 中acallread_bytemovr6,a。存儲 MSB 在 R6 中acallreset_pulseretreset_pulse:setbp1.5nopnopclreaclrp1.5movr2,#250。delay 500usdjnzr2,$

22、setbp1.5movr2,#20。delay 40usdjnzr2,$clrcorlc,p1.5jcreset_pulsemovr2,#80。注意這兩條指令是否真的需要djnzr2,$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:movr3,#8setbp1.5nopnopread1:clrp1.5nopnopsetbp1.5nopnopnopmovr5,amovc,p1.5mova,r5movr2,#30djnzr2,$rrcadjnzr3,read1ret寫數(shù)據(jù)子程序write_byte:movr3,#8write

23、 ：rrcajcwrite1setbp1.5nopnopclrp1.5movr2,#30djnzr2,$setbp1.5nopnopnopnopdjnzr3,writeretwrite1:setbp1.5nopnopclrp1.5nopnopnopnopsetbp1.5movr2,#30djnzr2,$djnzr3,writeret心得體會這次課程設(shè)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(shè)計是老師一步一步引導(dǎo)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(shè)計。我們組是6 人團隊。從中我向懂的同學(xué)學(xué)習(xí)這個的目的和作圖方法。還請教了同學(xué)程序的編譯，最后經(jīng)過老師的輔導(dǎo)總算成型了?？偟膩碚f從中學(xué)習(xí)了不少。我認為課程設(shè)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(xué)到了什么，做一個課程設(shè)計首先應(yīng)該做什么，自己要有個概念和步驟。在這點老師就帶領(lǐng)了我們。在今后做其他事的時候，這次的課程設(shè)計經(jīng)歷就是個借鑒。所以說課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)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(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)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(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)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(xué)來說掌握單片機