單片機(jī)課程設(shè)計之---溫度控制及報警系統(tǒng)的設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上題 目單片機(jī)溫度控制及報警系統(tǒng)的設(shè)計 一、 設(shè)計目的學(xué)習(xí)溫度的顯示、控制及報警，實現(xiàn)了溫度的實時顯示及控制。溫度控制部分，提出了用DS18B20、89C52單片機(jī)及LED的硬件電路完成對溫度的實時檢測及顯示，利用DS18B20與單片機(jī)連接由軟件與硬件電路配合來實現(xiàn)實時控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報警系統(tǒng)。課題設(shè)計的目的：1.掌握用51單片機(jī)控制LCD顯示字符的方法。 2.掌握用單片機(jī)進(jìn)行顯示系統(tǒng)開發(fā)的方法。3.掌握單片機(jī)軟件、硬件調(diào)試技術(shù)。4.了解單線器件DS18B20的驅(qū)動方法。 5.了解LCD顯示器的一般驅(qū)動原理二、使用主要電子元件1單片機(jī)89C52 2. 溫度傳

2、感器DS18B203. 顯示器LCD16024. 排插5.發(fā)光二極管6.電容若干7.電阻若干8.按鈕開關(guān)若干。9.導(dǎo)線若干10. 12MHZ晶振1個三系統(tǒng)設(shè)計思想及主要應(yīng)用器件3.1 系統(tǒng)設(shè)計的總體思想 根據(jù)單片機(jī)溫度控制要實現(xiàn)的功能，設(shè)計了基于ATMEL公司的AT89C52芯片的溫度測量系統(tǒng)。這是一種低成本的利用單片機(jī)多余I/O口實現(xiàn)的溫度檢測電路。整個系統(tǒng)硬件部分包括溫度檢測系統(tǒng)、信號放大系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、I/O設(shè)備、控制執(zhí)行系統(tǒng)等.。溫度控制部分用DS18B20、89C52單片機(jī)及LED的硬件電路完成對溫度的實時檢測及顯示。3.2 系統(tǒng)硬件簡介硬件大致構(gòu)成：核心控制器件AT89C

3、52 ，溫度傳感器DS18B20，顯示器1602A 報警控制LED。3.2.1 硬件設(shè)計思想 本設(shè)計是以AT89C52為單片機(jī)作為控制核心，提出了一種基于DS18B20的單總線多點溫度測控系統(tǒng)，多個溫度傳感節(jié)點通過單總線與單片機(jī)相聯(lián)形成分布式系統(tǒng)。單片機(jī)通過實時監(jiān)控溫度的變化，通過LCD1602字符型液晶顯示各節(jié)點溫度的數(shù)值，當(dāng)溫度值超出所設(shè)定的值時，報警器開始報警，從而遠(yuǎn)程實現(xiàn)對整個溫度系統(tǒng)的管理和控制。這種分布式溫度測量系統(tǒng)具有成本低廉、傳感精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定、易于管理等優(yōu)點。3.3 系統(tǒng)主要器件3.3.1 核心控制器件AT89C52 AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，

4、片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲

5、器可有效地降低開發(fā)成本1。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性：· 兼容MCS51指令系統(tǒng) · 32個雙向I/O口 · 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷 · 2個串行中斷 · 2個外部中斷源 · 2個讀寫中斷口線 · 低功耗空閑和掉電模式 AT89C52各引腳及管腳如圖3-1所示圖3-1 AT89C52各引腳概述：AT89C52為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚

6、調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為N1 功能控制端

7、口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。3.3.2 DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理DS18B20數(shù)字溫度傳感器是DALLAS公司生產(chǎn)的1Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。1.DS18B20產(chǎn)品的特點：l 只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。l

8、在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。l 實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。l 測量溫度范圍在55.C到125.C之間。l 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。l 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。TO92封裝的DS18B20的引腳排列見圖3-3所示。 圖3-3 DS18B20的引腳排列DS18B20引腳功能描述見表3-4所示。表3-4 DS18B20引腳功能序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)字輸入輸出引腳,開漏單總線接口引腳,當(dāng)使用寄生電源時,可向電源提供電源3VDD可選擇的VDD引腳,當(dāng)工作于寄生電源時,該引腳必須接地2. DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS1

9、8B20的內(nèi)部框圖下圖3-5所示。64位ROM存儲器件獨一無二的序列號。暫存器包含兩字節(jié)（0和1字節(jié)）的溫度寄存器，用于存儲溫度傳感器的數(shù)字輸出。暫存器還提供一字節(jié)的上線警報觸發(fā)（TH）和下線警報觸發(fā)（TL）寄存器（2和3字節(jié)），和一字節(jié)的配置寄存器（4字節(jié)），使用者可以通過配置寄存器來設(shè)置溫度轉(zhuǎn)換的精度。暫存器的5、6和7字節(jié)器件內(nèi)部保留使用。第八字節(jié)含有循環(huán)冗余碼（CRC ）。 圖3-5 DS18B20的內(nèi)部框圖3.3.3 LCD1602A內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理工作原理 LCD內(nèi)部結(jié)構(gòu)：由CGRAM（自建字型產(chǎn)生器）、DDRAM（數(shù)據(jù)顯示存儲器）、CGROM(內(nèi)含字型產(chǎn)生器)、指令寄存器、數(shù)據(jù)

10、寄存器、地址計數(shù)器、指令譯碼器等組成 LCD顯示原理：利用旋光效應(yīng)對光進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，再利用偏振片濾去不需要透過光的相應(yīng)像素，從而實現(xiàn)圖像顯示。 LCD驅(qū)動原理：分成兩大步，即寫指令，寫數(shù)據(jù)，其中寫數(shù)據(jù)之前要找到顯示的位置。本實驗所采用的液晶型號為LCD1602A 。它位數(shù)多，可顯示32位，32個數(shù)碼管體積相當(dāng)龐大了，顯示內(nèi)容豐富，可顯示所有數(shù)字和大、小寫字母，程序簡單，如果用數(shù)碼管動態(tài)顯示，會占用很多時間來刷新顯示，而LCD1602A自動完成此功能。1602A采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口如圖3-12所示。圖3-12 1602A的接口圖第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器

11、對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度（建議接地，弄不好有的模塊會不顯示）第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳：空腳（有的用來接背光） 1602A液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了不同的點陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，

12、每一個字符都有一個固定的代碼，其中數(shù)字與字母同ASCII碼兼容。其內(nèi)部還有自定義字符（CGRAM），可用業(yè)存儲自已定義的字符。四系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件設(shè)計總體思路及主程序流程圖本系統(tǒng)采用C語言編寫，主程序主要由四部分構(gòu)成,系統(tǒng)通電后首先初始化系統(tǒng),依次完成溫度采集、溫度處理、數(shù)據(jù)顯示、鍵盤處理等四項功能。溫度采集部分主要完成溫度測試點的溫度數(shù)據(jù)采集任務(wù)；溫度處理部分主要是將采集到的溫度數(shù)據(jù)與用戶設(shè)定的各點上下限溫度值進(jìn)行比較處理，并判斷是否超出設(shè)定的上下限值，如果超出則led燈亮報警；數(shù)據(jù)顯示部分主要實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的顯示，顯示方式根據(jù)設(shè)計要求支持溫度測試點的輪流循環(huán)顯示和固定顯示兩種方式；鍵盤

13、處理部分主要實現(xiàn)用戶對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，結(jié)合顯示部分，實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的人機(jī)接口。系統(tǒng)軟件主流程如圖4-1所示。 開始系統(tǒng)初始化溫度采集溫度處理數(shù)據(jù)顯示鍵盤處理圖4-1 系統(tǒng)軟件總流程圖4.2 測溫模塊測溫流程圖4-2所示。讀溫度初始化溫度傳感器掃描鍵盤選定所需芯片選定所需芯片進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度調(diào)試顯示子程序子程序返回圖4-2 DSl8B20操作流程圖4.2.1 溫度的采集DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)ROM中，主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須逐一接入DSl8B20，用讀ROM(33H)命令將該DSl8B20的序列號讀出并登錄。當(dāng)主機(jī)需要對眾多在線DSl8B

14、20的某一個進(jìn)行操作時首先要發(fā)出匹配ROM命令(55H)，緊接著主機(jī)提供64位序列(包括該DSl8B20的48位序列號)之后的操作就是針對該DSl8B20的，而所謂跳過ROM命令即為之后的操作，是對所有DSl8B20的框圖中先有跳過ROM即是啟動所有DSl8B20進(jìn)行溫度變換之后通過匹配ROM再逐一地讀回每個DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)在DSl8B20組成的測溫系統(tǒng)中主機(jī)在發(fā)出跳過ROM命令之后再發(fā)出統(tǒng)一的溫度轉(zhuǎn)換啟動碼44H就可以實現(xiàn)所有DSl8B20的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換再經(jīng)過1s后就可以用很少的時間去逐一讀取這種方式，使其T值往往小于傳統(tǒng)方式7。4.2.2 溫度的測量單總線已經(jīng)掛接了DS18B20。由于

15、已經(jīng)在上面獲取了DS18B20的ROM代碼并在AT89C52單片機(jī)內(nèi)部的中建立了測量位置點和傳感器64位ROM代碼之間的關(guān)系表,因此對溫度的巡回測量的步驟如下:(1)發(fā)跳過ROM命令CCH。(2)發(fā)啟動所有在線的DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換命令44H。(3)延遲1s。(4)發(fā)匹配ROM命令55H。(5)按照AT89C51中建立的關(guān)系表的順序取出64位ROM代碼發(fā)送到單總線。(6)發(fā)讀溫度值命令BEH,讀取溫度值。(7)進(jìn)行CRC校驗和數(shù)據(jù)處理后送LCD顯示器顯示。(8)重復(fù)第4步到第7步,直到所有的DS18B20測量處理完。(9)再重復(fù)第1步到第8步,進(jìn)行下一輪的巡回測量。溫度測量電路流程如圖4

16、-3所示。初始化跳過ROM等待1S初始化設(shè)置18B20符合ROM讀存儲器緩沖指針增一初始化B1=0?否 圖4-3 溫度測量電路流程4.3 顯示模塊流程圖4-4所示。 忙判斷P0.7=1?結(jié)束開始液晶初始化送顯示地址寫指令送顯示字符Y忙判斷P0.7=1?寫數(shù)據(jù)YNN專心-專注-專業(yè)圖4-4 LCD顯示流程圖 4.4 鍵盤掃描流程圖按鍵處理程序通過掃描按鍵情況，讀取鍵值。主要完成各點溫度傳感器上下限報警參數(shù)設(shè)置和顯示模式設(shè)置。（1）通過掃描鍵盤讀取鍵值，流程圖如圖4-5所示。YN鍵盤掃描有鍵閉合延時去鍵抖動動掃描鍵盤找到閉合鍵計算鍵值閉合鍵釋放建立有效標(biāo)志返回建立無效標(biāo)志NYNY圖4-5 鍵盤掃描

17、程序流程圖（2）設(shè)置報警上、下限值 DS18B20設(shè)有溫度上下限報警功能。DSl8B20的存儲器由兩部分組成：一個是9字節(jié)的靜態(tài)RAM，其中第0和第1字節(jié)用于存儲16位的溫度轉(zhuǎn)換值，第2(高溫限TH)和第3字節(jié)(低溫限TL)作為溫度報警限值或通用存儲器單元供用戶使用；另一個是非易失性的E²PROM。當(dāng)靜態(tài)RAM作為溫度報警限值使用時，可以在系統(tǒng)安裝和工作前，用寫RAM命令4EH將高溫限TH和低溫限TL寫入第2和第3字節(jié)單元。由于靜態(tài)RAM掉電后信息即丟失，因此需要再通過拷貝RAM命令48H將第2和第3字節(jié)單元的溫度報警限值拷貝到E²PROM中。主程序只要在初始化部分使用重調(diào)

18、E²PROM命令B8H，就可以將E²PROM中的溫度報警限值重新拷貝到靜態(tài)RAM中。讀取DDRAM或CGRAM中的內(nèi)容。五電路圖和程序1.最終原理圖2實物圖正面圖背面圖六本設(shè)計總結(jié)1、通過本次實驗，我們學(xué)習(xí)了單片機(jī)和溫度傳感器的工作原理、放大器和數(shù)碼管的工作原理；學(xué)會了電路組合設(shè)計的方法，掌握了單片機(jī)的中斷系統(tǒng)與延時程序的編寫方法及程序調(diào)試方法，仿真機(jī)的使用及在線調(diào)試的方法，硬件布線設(shè)計及焊接工藝等。2、這次實驗的不足之處：由于本次設(shè)計任務(wù)準(zhǔn)備的時間不夠充分，造成準(zhǔn)備的很倉促，出現(xiàn)了許多問題；資料查找不完全，因為單片機(jī)型號對不上沒燒進(jìn)單片機(jī)，浪費(fèi)時間和精力。 附錄1 軟件程

19、序/調(diào)用頭文件和初始化模塊#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include <DigThermo.h>sbit RS =P27;sbit RW =P26;sbit EN =P25;sbit DB0 =P00;sbit DB1 =P01;sbit DB2 =P02;sbit DB3 =P03;sbit DB4 =P04;sbit DB5 =P05;sbit DB6 =P06;sbit DB7 =P07;uchar alarm1 =0x28;uchar alarm2 =0x19;sbit LED1 =P10;sbit LE

20、D2 =P11;sbit MODE =P24;sbit UP =P23;sbit DOWN =P22;/LCD驅(qū)動模塊void Delay100ms();void InitInterupt();void DelayL();void DelayS();void WriteCommand(unsigned char c);void WriteData(unsigned char c);void ShowChar(unsigned char pos,unsigned char c);void ShowString(unsigned char line,char *ptr);void InitLcd(

21、);void delay(unsigned int);void convert();void RdTemp();void check();static char line0=" 00:00 "static char line1=" . C "/* 延時t毫秒 */void delay(uint t)uint i;while(t-)/* 對于11.0592M時鐘，約延時1ms */for (i=0;i<125;i+) /* 產(chǎn)生復(fù)位脈沖初始化DS18B20 */*主程序，讀取的溫度值最終存放在tplsb和tpmsb變量中。 tplsb其中低4位為二進(jìn)

22、制的“小數(shù)”部分；tpmsb其中高 5位為符號位。真正通過數(shù)碼管輸出時，需要進(jìn)行到十進(jìn) 制有符號實數(shù)（包括小數(shù)部分）的轉(zhuǎn)換。*/ void main(void)char code str1=" zhong guo ! "char code str2="2008-11-15 "unsigned char i; DelayL (); InitLcd (); DelayL (); ShowString (0,str1); ShowString (1,str2); for (i=0;i<15;i+) Delay100ms(); InitInterupt()

23、;do line10=0x20;delay(1);/ 延時1msconvert();/ 啟動溫度轉(zhuǎn)換，需要750msdelay(1000);/ 延時1sRdTemp(); line10=0x20; i=tpmsb; if(i>99) line10=0x31; i-=100; line11=i/10+0x30; line12=i%10+0x30; line14=tplsb+0x30; line18=alarm1/10+0x30; line19=alarm1%10+0x30; line110='' line111='C' line112=alarm2/10+0

24、x30; line113=alarm2%10+0x30; line114='' line115='C' ShowString (0,line1);Delay100ms(); check();if(!MODE&&!UP&&DOWN) alarm1=alarm1-0x01; else if(!MODE&&UP&&!DOWN) alarm1=alarm1+0x01; else if(MODE&&!UP&&DOWN) alarm2=alarm2+0x01; else if(M

25、ODE&&UP&&!DOWN) alarm2=alarm2-0x01;elsealarm1=alarm1;alarm2=alarm2; / 讀取溫度while(1); void TxReset(void)uint i;DQ = 0;/* 拉低約900us */i = 100;while (i>0)i-;DQ = 1;/ 產(chǎn)生上升沿i = 4;while (i>0)i-;/* 等待應(yīng)答脈沖 */void RxWait(void)uint i;while(DQ);while(DQ);/ 檢測到應(yīng)答脈沖i = 4;while (i>0)i-;/* 讀

26、取數(shù)據(jù)的一位，滿足讀時隙要求 */bit RdBit(void)uint i;bit b;DQ = 0;i+;DQ = 1;i+;i+;/ 延時15us以上，讀時隙下降沿后15us，DS18B20輸出數(shù)據(jù)才有效b = DQ;i = 8;while(i>0) i-;return (b);/* 讀取數(shù)據(jù)的一個字節(jié) */uchar RdByte(void)uchar i,j,b;b = 0;for (i=1;i<=8;i+)j = RdBit();b = (j<<7)|(b>>1);return(b);/* 寫數(shù)據(jù)的一個字節(jié)，滿足寫1和寫0的時隙要求 */void

27、 WrByte(uchar b)uint i;uchar j;bit btmp;for(j=1;j<=8;j+)btmp = b&0x01;b = b>>1;/ 取下一位（由低位向高位）if (btmp)/* 寫1 */DQ = 0;i+;i+;/ 延時，使得15us以內(nèi)拉高DQ = 1;i = 8;while(i>0) i-;/ 整個寫1時隙不低于60uselse DQ = 0;i = 8;while(i>0) i-;/ 保持低在60us到120us之間DQ = 1;i+;i+;/溫度轉(zhuǎn)化模塊void convert(void)TxReset();/ 產(chǎn)

28、生復(fù)位脈沖，初始化DS18B20RxWait();/ 等待DS18B20給出應(yīng)答脈沖delay(1);/ 延時WrByte(0xcc);/ skip rom 命令WrByte(0x44);/ convert T 命令/讀取溫度值模塊void RdTemp(void)TxReset();/ 產(chǎn)生復(fù)位脈沖，初始化DS18B20RxWait();/ 等待DS18B20給出應(yīng)答脈沖delay(1);/ 延時WrByte(0xcc);/ skip rom 命令WrByte(0xbe);/ read scratchpad 命令tplsb = RdByte();/ 溫度值低位字節(jié)（其中低4位為二進(jìn)制的&qu

29、ot;小數(shù)"部分）tpmsb = RdByte();/ 高位值高位字節(jié)（其中高5位為符號位）tpmsb=tpmsb<<4; tpmsb+=(tplsb&0xF0)>>4;tplsb=(tplsb&0x08)?5:0;/LCD驅(qū)動子程序模塊 void DelayL () unsigned char i,j; i=0xF0; j=0xFF; while (i-) while (j-); void DelayS () unsigned char i; i=0x1F; while (i-); void WriteCommand (unsigned char c) DelayS(); P0=c; EN=0; RS=0; RW=0;