基于單片機的溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計說明

1、課程設(shè)計課程名稱： 基于單片機的溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院： 明德學(xué)院 專 業(yè)： 電自10152 姓 名： 郭貴方 號： 8 年 級： 大三 任課教師： 靖 2013年 7月 6日目 錄前 言第一章 單片機概述*3第二章 總體方案設(shè)計*52.1 課題的意義*52.2 系統(tǒng)整體硬件電路*52.2.1 芯片簡介*52.2.2 硬件電路設(shè)計與描述*6第三章 系統(tǒng)軟件算法設(shè)計*11心得體會*20參考文獻(xiàn)*21第一章 單片機概述單片機誕生于20世紀(jì)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

2、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/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與設(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以與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

3、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(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(dá)200萬個晶體管以上?？偩€工作速度已達(dá)數(shù)十微秒。工作頻率達(dá)到30MHz甚至40MHz。指令執(zhí)行周期減到數(shù)十微秒。存儲器容量RA

4、M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。現(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IO接口外，還有AD、PWM、U ART、TimerCounter、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

5、配套。提供了軟件庫，包括標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用軟件，示設(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，以與程控玩具、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

6、，飛機上各種儀表的控制，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)療器械以與各種智能機械了。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)備的智能化管理與過程控制等領(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與接口技術(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)期的單片機原理與接口技術(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)

7、系實際，用理論知識解決實際的問題。 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(zhǔn)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 2.2.1 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)基本一樣，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

8、、1個片時鐘振蕩器、4KB的片程序存儲器、128個字節(jié)的片數(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的雙向通訊。 測溫圍 55+125，固有

9、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)輸入允許端，/YO-/Y7為譯碼器的輸出端，低電平有效，顯然，當(dāng)輸入C、B和A的狀態(tài)確定時，譯碼

10、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(dāng)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。2.2.2硬件電路的描述與設(shè)計 二 硬件電路的描述1. 溫度采集系統(tǒng)功能說明與總體方案的介紹 （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。

11、（3）系統(tǒng)工作流程附圖一 （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， 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個電容若干電阻若干開關(guān)若干4 詳細(xì)介紹溫度檢測系統(tǒng)電路主要部分的工作原理（1） 單片機型號的選擇與引腳的工作情況 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、

12、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：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(fù)載，在設(shè)計中P0.0和P0.1控制開關(guān)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(zhǔn)雙向I/O口，可以驅(qū)動4

13、個TTL負(fù)載，在設(shè)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(zhǔn)雙向的I/O口，當(dāng)單片機有外部擴展時，作為高8位的地址線使用，可以驅(qū)動4個TTL負(fù)載，設(shè)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(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)與上電自動復(fù)位電路：上圖為按鍵開關(guān)與上電自動復(fù)位電路，當(dāng)按鍵開關(guān)S按下時，

14、+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(dá)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dāng)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/Y21000000111000011011

15、00010110當(dāng)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，振蕩源QSC晶體振蕩器或瓷振蕩器，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，發(fā)光二極管、蜂鳴器等構(gòu)成整個報警器，當(dāng)溫度超過60是

16、，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(dāng)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)計由于匯編語言學(xué)的時間太短，所以用C語言。望老師諒解！#include <reg52.h

17、>#include <intrins.h>#include <stdio.h>#include <math.h>#include <string.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long sbit key1 = P11; /按下開始檢測sbit key2 = P13; /按下顯示sbit le = P23; sbit oe = P24; sbit beep=P16;sbit DQ=P17; /DS18B20數(shù)據(jù)I/O口#

18、define COMMAND_UNKNOW 8 /不可識別的返回類型/= / 基本的常用常量 /= #define TRUE 1 /正確#define FALSE 0 /錯誤unsigned char num;uchar code dispcode= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0xff,0x6f; /共陰極顯示代碼uchar disp_buf3=0x00,0x00,0x00; /顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)uchar dp0=0,dp1=0,dp2=0;#define NOP _nop_()uchar temp_h,temp_l; /*溫度值變量*/

19、uchar flag1; /*正負(fù)標(biāo)志位*/sbit tem_in=P17; /*溫度讀取端口1*/uchar Tem_H,Tem_L; /用于存儲溫度轉(zhuǎn)換值高8位和低8位bit Flag=0; /正、負(fù)溫度值符號標(biāo)志位，0為正，1為負(fù)void delay1ms(uchar x); /延時約1ms程序/*函數(shù)聲明*/void delay(int us); /延時函數(shù)bit Init_DS18B20(void); /DS18b20初始化函數(shù)uchar Read_bit(void); /DS18b20讀一個字節(jié)void Write_bit(uchar val_bit); /DS18b20寫一個字節(jié)

20、uchar Read_byte(void); /DS18B20讀字節(jié)函數(shù)void Write_byte(uchar ); /DS18B20寫字節(jié)函數(shù)int ReadTemperature(); /DS18b20讀取溫度void display_temp(void); /顯示函數(shù)void adj_dat(); /顯示字節(jié)調(diào)整函數(shù)void l_delay(int n); /延時函數(shù)void delay(unsigned int count) unsigned int i; while(count) i=200; while(i>0)i-; count-; void Delay_us(ucha

21、r n) uchar i; i=0; while(i<n) i+; return;void dsreset(void) unsigned int i; tem_in=0; /溫度輸入端口 i=103; while(i>0)i-; tem_in=1; i=4; while(i>0)i-;/*=函數(shù)功能:向B20寫一字節(jié)入口參數(shù):待寫數(shù)據(jù) 說 明 :=*/void tmpwrite(unsigned char dat) unsigned int i; unsigned char j; bit testb; for(j=1;j<=8;j+) testb=dat&0x0

22、1; dat=dat>>1; if(testb) tem_in=0;i+;i+; tem_in=1; i=8;while(i>0)i-; else tem_in=0; i=8;while(i>0)i-; tem_in=1;i+;i+; /*=函數(shù)功能:直接讀一字節(jié)程序入口參數(shù):無 說 明 :返回結(jié)果=*/uchar ReadByte(void) uchar i,k; i=8; k=0; while(i-) tem_in=1; Delay_us(1); tem_in=0; k=k>>1; tem_in=1; NOP; if(tem_in)k |= 0x80;

23、Delay_us(4); return(k);void tmpchange(void) dsreset(); /*復(fù)位*/ delay(1); tmpwrite(0xcc); /跳過序列號命令 tmpwrite(0x44); /轉(zhuǎn)換命令 delay(1);void tmp(void) float dis;/ uchar tempbuf; dsreset(); delay(1); tmpwrite(0xcc); tmpwrite(0xbe); temp_l=ReadByte(); /低位在前 temp_h=ReadByte(); /高位在后 flag1=temp_h&0xf8; if(f

24、lag1) temp_h=temp_h; if(temp_l=0)temp_h+; /若低位全為且溫度為負(fù)，取補時就要向高位進 temp_l=temp_l+1; dis=(temp_h*256+temp_l)/16;if(int)dis<0|(int)dis>60)disp_buf0=dispcode(int)dis%1000/100; /顯示百位 disp_buf1=dispcode(int)dis%100/10; /顯示十位 disp_buf2=dispcode(int)dis%10; /顯示個位/*溫度檢測*/void tmp_test(void) float dis; ds

25、reset(); delay(1); tmpwrite(0xcc); tmpwrite(0xbe); temp_l=ReadByte(); /低位在前 temp_h=ReadByte(); /高位在后 flag1=temp_h&0xf8; if(flag1) temp_h=temp_h; if(temp_l=0)temp_h+; /若低位全為且溫度為負(fù)，取補時就要向高位進 temp_l=temp_l+1; dis=(temp_h*256+temp_l)/16;if(dis<0|(int)dis>60)/超出溫度極限報警beep=1;else beep=0;/*主程序*/vo

26、id main (void) dp0=dispcode0;dp1=dispcode0;dp2=dispcode0;/初始化數(shù)碼管顯示0delay1ms(2000); /延時2Swhile(1)tmpchange(); delay(10);tmp_test();/檢測溫度并報警if(!key1)delay1ms(10); /去抖動tmpchange(); / 啟動溫度轉(zhuǎn)換delay(10);/采集溫度 if(!key2) delay1ms(10); dp0=disp_buf0;dp1=disp_buf1;dp2=disp_buf2;/將采集溫度賦給顯示變量 /分段顯示數(shù)碼管數(shù)字P2=0x00;P

27、0 =dp0; delay1ms(1); P2=0x01;P0 =dp1; delay1ms(1); P2=0x02;P0 =dp2; delay1ms(1); /*延時函數(shù)*/void l_delay(int n) int i,j; for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<1000;j+);/*DS18B20復(fù)位函數(shù)*/bit Init_DS18B20(void) bit res; DQ=0; /拉低DQ線 delay(29); /延時480us DQ=1; /DQ線置高 delay(10); /延時 res=DQ; /讀取復(fù)位響應(yīng)信號 delay(10); retu

28、rn(res); /返回響應(yīng)值/*DS18B20讀位函數(shù)*/uchar Read_bit(void) uchar i; DQ=0; /拉低DQ線 DQ=1; /DQ線置高 for(i=0;i<3;i+); /延時15us return(DQ); /返回當(dāng)前讀取值/*DS18B20寫位函數(shù)*/void Write_bit(uchar val_bit) DQ=0; /拉低DQ if(val_bit=1)DQ=1; /從DQ線發(fā)送1 delay(5); /延時 DQ=1;/*DS18B20讀字節(jié)函數(shù)*/uchar Read_byte(void) uchar i; uchar temp=0; f

29、or(i=0;i<8;i+) if(Read_bit()temp|=0x01<<i; /向temp寫入讀取位 delay(6); return(temp); /返回讀取字節(jié)/*DS18B20寫字節(jié)函數(shù)*/void Write_byte(uchar ) uchar i,temp; for(i=0;i<8;i+) temp=>>i; /右移i次取低位發(fā)送 temp&=0x01; Write_bit(temp); delay(5);/*溫度值正負(fù)判斷程序*/uint Get_Tem(uchar dath,uchar datl) uint temp=0,te

30、mp_h=0,temp_l; temp_h=(uint)dath; temp=temp_h&0x00ff; temp_l=(uint)datl; temp_l&=0x00ff; temp=(temp<<8)|temp_l; /去掉符號值后合并成16位數(shù)據(jù) if(dath&0x80)=0x80) Flag=1; temp=temp+1; /負(fù)數(shù)時求補 else Flag=0; return(temp);/*溫度讀取函數(shù)*/int ReadTemperature() uint temp=0; float temp1=0; while(!(Init_DS18B20(); Write_byte(0xCC); /跳過讀序號列號的操作 Wr