基于單片機(jī)的溫度警報(bào)器

1、 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題 目 溫度報(bào)警器設(shè)計(jì) 學(xué)生 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 王繼紅 完成時(shí)間 2014年 11月 14日 科技學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目溫度報(bào)警器設(shè)計(jì)二 、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求利用蜂鳴器作為電聲元件，當(dāng)溫度在10至30圍不發(fā)聲，超出此圍便發(fā)聲，溫度傳感器輸出電壓由直流信號(hào)源模擬。三、主要參考文獻(xiàn)1 皮大能. 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)M. ：理工大學(xué)，2010,10.2 何利民. 單片機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用與技術(shù)M. ：航空航天大學(xué)，2000,9.3 毅剛. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)M. ：工業(yè)大學(xué)，1990,1.4 秀華. 單片機(jī)原理與實(shí)踐M. 東北：東北大學(xué)，20

2、06,4.5 廣第. 單片機(jī)基礎(chǔ)M. ：航空航天大學(xué)，2002,3.6 王承發(fā). 微型機(jī)接口技術(shù)M. :高等教育，2005,12.四、設(shè)計(jì)時(shí)間 2014年11月 3日 至 2014 年 11月 14日 指導(dǎo)教師簽名：年 月 日目錄1緒論12 系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求22.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)22.1.2 設(shè)計(jì)要求22.2 方案的選擇與論證22.2.1 總體設(shè)計(jì)方案22.2.2 顯示部分33 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1主控器模塊43.2 數(shù)碼管顯示模塊53.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊73.4硬件元件清單74軟件設(shè)計(jì)與仿真84.1主程序設(shè)計(jì)84.2 仿真軟件簡(jiǎn)介94.3 仿真結(jié)果104.3.1 正常情況10

3、4.3.2 低于溫度下限114.3.3 高于溫度上限114.4 系統(tǒng)調(diào)試124.5 誤差分析12總結(jié)13參考文獻(xiàn)14附錄1：實(shí)物圖15附錄2：元件清單16附錄3 ：程序清單1721 / 251緒論目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)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(chē)的安全保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以與程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用必須重視

4、。溫度是一個(gè)十分重要的物理量，對(duì)它的測(cè)量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展與人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度。在控制領(lǐng)域中，對(duì)溫度的控制有著舉足輕重的作用。例如瓷的燒烤，只有控制住溫度的適度，才能制作出一件完美的藝術(shù)品，否則只是一件廢品；還有如釀酒的過(guò)程，也需要對(duì)溫度進(jìn)行控制?？梢?jiàn)，在生活的許多方方面面都有著對(duì)溫度進(jìn)行感知和控制的需要。本次設(shè)計(jì)的目的就是基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)溫度檢測(cè),報(bào)警的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)采集周?chē)臏囟刃畔⑦M(jìn)行顯示，程序部設(shè)定有報(bào)警上下限，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同可設(shè)定不同的報(bào)警上下限。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，為設(shè)備的正常運(yùn)行提供

5、了條件，在工業(yè)中具有一定的實(shí)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)報(bào)警，可以實(shí)時(shí)采集周?chē)臏囟刃畔⑦M(jìn)行顯示，并且可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同設(shè)定不同的報(bào)警上下限。2.1.2設(shè)計(jì)要求（1）實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并顯示其對(duì)應(yīng)的值。 ( 2 ) 具有溫度報(bào)警功能。 ( 3 )可以設(shè)報(bào)警置溫度上下限。2.2方案的選擇與論證2.2.1總體設(shè)計(jì)方案方案一：基于STC89C51單片機(jī)通過(guò)讀取溫度傳感器DS18B20測(cè)量溫度后存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，之后送去數(shù)碼管顯示。當(dāng)高于或低于一定溫度將分別利用紅黃燈報(bào)警。此方案由于DS18b20測(cè)量溫度圍為55+125，在工業(yè)生

6、產(chǎn)中此圍較小。而且由于編程時(shí)采用I2C通信，因此讀取數(shù)據(jù)是時(shí)序要求較高，程序編寫(xiě)復(fù)雜。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，對(duì)信號(hào)處理比較困難。方案二：采用51系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，將0-5V模擬電壓信號(hào)通過(guò)AD0808模數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬溫度值0-255，然后通過(guò)數(shù)碼管顯示其溫度值。此方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，編程容易，并且增寬了測(cè)量溫度圍。本設(shè)計(jì)采用第二種方案。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)溫度的大小，利用51系列單片機(jī)為主控制器，通過(guò)AD0808檢測(cè)由電位器分壓輸出的的電壓值，從而輸出模擬溫度值0255送入單片機(jī)，并且由其送去數(shù)碼管顯示，其中數(shù)碼管通過(guò)74HC573驅(qū)動(dòng)顯示。2.2.2顯示

7、部分采用了鍵盤(pán)/顯示器接口控制器。不僅簡(jiǎn)化接口引線，而且減小了軟件對(duì)鍵盤(pán)/顯示器的查詢時(shí)間，提高了CPU的利用率。采用三位半的數(shù)字電壓表直接對(duì)輸出電壓采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預(yù)制值與輸出值偏差過(guò)大，用戶可以根據(jù)該信息予以處理。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由主控模塊、彩屏顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊、報(bào)警模塊和設(shè)定報(bào)警溫度5個(gè)模塊組成，系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示。系統(tǒng)總體電路原理圖如圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)電路原理圖3.1主控器模塊本系統(tǒng)控制器芯片采用AT89C51單片機(jī)，其管腳圖如圖3所示。AT89C51單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器，是低電壓，

8、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。如圖3-1-2單片機(jī)電路連接圖。 圖 3-1-2 單片機(jī)電路連接圖 AT89C51管腳介紹:VCC：供電電壓。GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。 P1口：P1口是一個(gè)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P2口：P2口為一個(gè)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口在FLASH編

9、程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。RST：復(fù)位輸入。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入與部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 3.2 數(shù)碼管顯示模塊圖3-2

10、-1為液晶顯示電路模塊，圖中為一個(gè)四位八段數(shù)碼管，其接法為共陰極接法。圖3-2-1數(shù)碼管顯示電路圖圖3-2-2轉(zhuǎn)換電路圖。圖3-2-3ADC0808引腳圖A/D轉(zhuǎn)換電路圖、ADC0808引腳圖分別如圖3-2-2,3-2-3所示3.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0808各引腳功能 ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如右圖所示。各引腳功能如下： 15和2628（IN0IN7）：8路模擬量輸入端。 8、14、1

11、5和1721：8位數(shù)字量輸出端。 22（ALE）：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 6（START）：AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 9（OE）：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。 10（CLK）：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 12（VREF（+）和16（VREF（-）：參考電壓輸入端 11（Vcc）：主電源輸入端。 13（GND）：地。3.4硬件元件清單系統(tǒng)元器件清單見(jiàn)表3-1。表3-1 系統(tǒng)元器件清單器件數(shù)量

12、器件數(shù)量AT89C511LED2四段八位數(shù)碼管1ADC08081蜂鳴器1三極管90131排阻（10k）1電容（33p）2電阻（330）2滑動(dòng)變阻器（1K）1晶振器1電阻（10k）1電容（10uF）1開(kāi)關(guān)14軟件設(shè)計(jì)與仿真本系統(tǒng)程序包括主程序、鍵盤(pán)掃描子程序、發(fā)送鍵碼子程序、發(fā)送數(shù)據(jù)子程序、接收命令子程序等。主程序用于系統(tǒng)初始化，子程序調(diào)度等。鍵盤(pán)掃描子程序用于掃描鍵盤(pán)狀態(tài)，將被按鍵的位置號(hào)存入緩沖器中。發(fā)送鍵碼子程序用于將緩沖區(qū)鍵的接通碼或斷開(kāi)碼發(fā)送給單片機(jī)接口。發(fā)送數(shù)據(jù)子程序用于將數(shù)據(jù)發(fā)給單片機(jī)接口。接收命令子程序用于接收單片機(jī)接口發(fā)來(lái)的鍵盤(pán)命令。4.1主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖4-1所示。

13、圖4-1主程序流程圖4.2 仿真軟件簡(jiǎn)介Proteus是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：（1）實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)與其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。（2）支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16

14、/18系列、HC11系列以與多種外圍芯片。（3）提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等軟件。（4）具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。Proteus7.5是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU與其外圍電路（如LCD、RAM、ROM、鍵盤(pán)、馬達(dá)、LED、AD/DA、部分SPI器件、部分I

15、IC器件等）。軟件編譯采用KEIL C51軟件，Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。4.3 仿真結(jié)果4.3.1 正常情況數(shù)碼管顯示的數(shù)字在771

16、53圍，且報(bào)警等都不亮，蜂鳴器不發(fā)出聲音，結(jié)果如圖4-3：圖4-3 正常情況時(shí)電路圖4.3.2 低于溫度下限數(shù)碼管顯示溫?cái)?shù)字低于77，P3.1為低電平，故在這路上的LED燈亮，蜂鳴器發(fā)出聲音，結(jié)果如圖4-3-1。.圖4-3-1低于下限時(shí)電路圖4.3.3 高于溫度上限數(shù)碼管顯示數(shù)字高于153，P3.0為低電平，故在這路上的LED燈亮，蜂鳴器發(fā)出聲音，結(jié)果如圖4-3-2。.圖4-3-2 高于上限時(shí)電路圖4.4 系統(tǒng)調(diào)試在調(diào)試過(guò)程中主要是對(duì)程序的修改，特別是延時(shí)子程序。開(kāi)始延時(shí)較短時(shí)，三個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示但不穩(wěn)定的顯示這些溫度。如果延時(shí)較長(zhǎng)則溫度數(shù)字不會(huì)同時(shí)顯示出來(lái)。通過(guò)修改程序，將延時(shí)調(diào)到適中，系統(tǒng)

17、正常工作。4.5 誤差分析產(chǎn)生誤差的因素主要有一下幾點(diǎn)：（1）在參數(shù)選擇的時(shí)候沒(méi)有完全匹配；（2）數(shù)字電壓表只能讀出3位有效數(shù)字；（3）基準(zhǔn)電壓設(shè)定不適中；（4）轉(zhuǎn)換位數(shù)不高?？偨Y(jié)回顧起此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在接近一月的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多的的東西，不僅是學(xué)習(xí)上的，而且是關(guān)于做人做事方面的感悟。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。我在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了許多問(wèn)題，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己的不足

18、之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說(shuō)不懂一些元器件的使用方法，對(duì)匯編語(yǔ)言掌握得不透徹。還有，這次的設(shè)計(jì)讓我明白了求人不如求己，雖然我們要講究合作，但更重要的是自己，只有自己懂，自己做，才不會(huì)在關(guān)鍵時(shí)刻掉鏈子。別人終究是一個(gè)陪襯，路總是要自己走，屬于自己的任務(wù)就要自己搞。所以，我們必須要時(shí)刻強(qiáng)大自己，別人終究是別人。這個(gè)過(guò)程雖然不是很平坦，肯定會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，但一旦征服了它那它就是你的東西了，當(dāng)這樣的厚積達(dá)到一定程度那你就能享受到薄發(fā)那刻的輝煌。參考文獻(xiàn)1 皮大能. 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)M. ：理工大學(xué)，2010,10:20-232 何利民. 單片機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用與

19、技術(shù)M. ：航空航天大學(xué)，2000,9:54-553 毅剛. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)M. ：工業(yè)大學(xué)，1990,1:17-254 秀華. 單片機(jī)原理與實(shí)踐M. 東北：東北大學(xué)，2006,4:89-915 廣第. 單片機(jī)基礎(chǔ)M. ：航空航天大學(xué)，2002,3:65-656 王承發(fā). 微型機(jī)接口技術(shù)M. :高等教育，2005,12:71-78附錄1：實(shí)物圖附錄2：元件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1R1電阻4.7K12R2電阻100K13R3電阻5K14RP1排阻5K15C1、C2電容33P26C3電容100u17S1按鍵開(kāi)關(guān)18X1晶振12M19Q1三極管PNP110LS1蜂鳴器111U151單片機(jī)AT

20、89C52112U2溫度傳感器DS18B20113U3集成芯片74HC245114U44位7段數(shù)碼管共陽(yáng)1附錄3 ：程序清單LED_0EQU 30HLED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HADCEQU35HTCNTAEQU36HTCNTBEQU37HH_TEMPEQU38H;溫度上限L_TEMPEQU39H;溫度下限FLAGBIT00HH_ALMBITP3.0L_ALMBITP3.1SOUNDBITP3.7CLOCKBITP2.4ST BIT P2.5EOC BIT P2.6OE BIT P2.7ORG 00HSJMPSTARTORG0BHLJMPINT_T0ORG1BHLJMPI

21、NT_T1START:MOVLED_0,#00HMOVLED_1,#00HMOVLED_2,#00HMOVDPTR,#TABLEMOVH_TEMP,#153MOVL_TEMP,#77MOVTMOD,#12HMOVTH0,#245MOVTL0,#0MOVTH1,#(65536-1000)/256MOVTL1,#(65536-1000)MOD 256MOVIE,#8aHCLRCSETBTR0;為ADC0808提供時(shí)鐘WAIT:SETBH_ALMSETBL_ALMCLR STSETB STCLR ST;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 JNB EOC,$SETB OE MOV ADC,P1;讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果CLR OEMOVA,ADCSUBBA,#77 ;判斷是否低于下限JCLALMMOVA,H_TEMPMOVR0,ADCSUBBA,R0;判斷是否高于上限JCHALMCLRTR1LJMPPROCLALM:;低溫報(bào)警CLRL_ALMSETBTR1CLRFLAGLJMPPROCHALM: ;高溫報(bào)警CLRH_ALMSETBTR1SETBFLAGLJMPPROCPROC:MOV A,ADC ;數(shù)值轉(zhuǎn)換M