溫度檢測報警器概況

1、 III東北石油大學課程設計課程單片機原理及應用課程設計題目溫度檢測報警器院系電子科學學院專業(yè)班級學生姓名學生學號指導教師2011年3月18日東北石油大學課程設計任務書課程單片機原理及應用課程設計題目溫度檢測報警器專業(yè)班級姓名學號一、設計目的：訓練學生綜合運用己學課程的基本知識，獨立進行單片機應用技術開發(fā)工作，掌握單片機程序設計、調試，應用電路設計、分析及調試檢測二、設計要求：應用MCS-51單片機設計溫度檢測報警器；對單路溫度進行檢測，并用數碼管顯示當前溫度值，溫度范圍為25C-55C,溫度分辨率為1C,小于25C或大于55C報警；硬件設計根據設計的任務選定合適的單片機，根據控制對象設計接口

2、電路。設計的單元電路必須有工作原理，器件的作用，分析和計算過程；軟件設計根據電路工作過程，畫出軟件流程圖，根據流程圖編寫相應的程序，進行調試并打印程序清單；原理圖設計根據所確定的設計電路，利用Protel等有關工具軟件繪制電路原理圖、PCB板圖、提供元器件清單。三、參考資料：單片微型計算機與接口技術，李群芳、黃建編著，電子工業(yè)出版社；單片機原理及應用，張毅剛編著，高等教育出版社；51系列單片機及C51程序設計，王建校，楊建國等編著，科學出版社；單片機原理及接口技術，李朝青編著，北京航空航天大學出版社；完成期限2011.3.142011.3.18指導教師專業(yè)負責人2011年3月13日目錄TOC

3、o 1-5 h z目錄I HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第1章概述4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第2章總體設計方案5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 溫度計電路設計總體方框圖5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2.2DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路8 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第3章硬件電路設計9 HYPERLINK l

4、 bookmark14 o Current Document 主板電路9 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 顯示電路9 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 電路圖9 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第4章系統(tǒng)軟件算法分析10 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4.1主程序10 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 讀出溫度子程序11 HYPERLINK

5、 l bookmark26 o Current Document 溫度轉換命令子程序11 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 計算溫度子程序12 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 顯示數據刷新子程序12總結14參考文獻15附錄1系統(tǒng)電路圖16附錄2設計源程序17第1章概述隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經普及到我們生活，工作，科研，各個領域，已經成為一種比較成熟的技術,本文將介紹一種基于單片機控制的數字溫度計，本溫度計屬于多功能溫度計，可以設置上下報警溫度，當溫度不在設置范圍內時，可以報警。隨著

6、人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設施就需要從數單片機技術入手，一切向著數字化控制，智能化控制方向發(fā)展。當今，計算機技術帶來了科研和生產的許多重大飛躍，微型計算機的應用已滲透到生產、生活的各個方面。其中單片微型計算機雖然問世不久，然而體積小、價廉、功能強，其銷售額以每年近80%的速率增長。他的性能不斷提高，適用范圍愈來愈寬，在計算機應用領域已占有日益重要的地位。單片微型計算機簡稱單片機，又成為控制器。他是在一塊半導體上，集成了CP

7、U、ROM、RAM、I/O接口、定時器/計數器、中斷系統(tǒng)等功能部件，構成了一臺完整的數字計算機。單片機在生產生活中的許多方面得到廣泛的應用，例如，生活中五彩變幻的霓虹燈，手機通信，溫度檢測，流量控制等都涉及到單片機。本設計所介紹的數字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設計控制器使用單片機AT89S51,測溫傳感器使用DS18B20，用3位共陽極LED數碼管以串口傳送數據,實現溫度顯示,能準確達到以上要求。單片機課程設計 第2章總體設計方案溫度計電路設計總體方框圖考慮到用溫度傳感器，在單片機電路

8、設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20,此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉換，就可以滿足設計要求。如圖2.1所示，控制器采用單片機AT89S51,溫度傳感器采用DS18B20,用3位LED數碼管以串口傳送數據實現溫度顯示。圖2.1總體設計方框圖主控制器單片機AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。顯示電路顯示電路采用3位共陽LED數碼管，從P3口RXD.TXD串口輸出段碼。溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半

9、導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現912位的數字值讀數方式DS18B20的內部結構框圖如圖2.2所示。圖2.2DS18B20內部結構64位ROM的結構開始8位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器TH和TL,可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結構為8字節(jié)的存儲器，結構如

10、圖3所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數值。該字節(jié)各位的定義如圖3所示。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式,DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶要去改動，R1和R0決定溫度轉換的精度位數,來設置分辨率。TM|R11RO|1|1|1|1|1圖2.3DS18B20字節(jié)定義由表1可見，DS18B20溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間越長。

11、因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。當DS18B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數據，讀數據時低位在先，高位在后，數據格式以0.0625C/LSB形式表示。當符號位S=0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位S=1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數值。表2是一部分溫

12、.度值對應的二進制溫度數據。.RT分辨率/位溫度最大轉向時間/msOO993.75OTTO-187.5O375T275O表1DS18B20溫度轉換時間表DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內容作比較。若TTH或TvTL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令做出響應。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（CRC）。主機ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機收到的ROM數據是否正確。DS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度

13、系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1；高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入。器件中還有一個計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55C所對應的一個基數分別置入減法計數器1、溫度寄存器中，計數器1和溫度寄存器被預置在-55C所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數器1的預置將重新被裝入，減法計

14、數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到減法計數器計數到0時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數器的預置值，計數器門仍未關閉就重復上述過程。表2一部分溫度對應值表溫度/C一進制表示十六進制表示+25.062500000001100100000191H+10.125000000001010000100A2H+0.500000000000000100008H000000000000010000000H-0.51111111111110000FFF8H-10.1251111111101011110FF5EH-25.062511

15、11111001101111FE6FH-551111110010010000FC90HDS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，另一種是寄生電源供電方式，單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。第3章硬件電路設計3.1主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數據采集電路，溫度

16、顯示電路，上下限報警調整電路，單片機主板電路等，如圖所示。圖中有三個獨立式按鍵可以分別調整溫度計的上下限報警設置，圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時LED數碼管將沒有被測溫度值顯示，這時可以調整報警上下限，從而測出被測的溫度值。圖3.1中的按健復位電路是上電復位加手動復位，使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現復位。顯示電路顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點就是使用口資源比較少，只用p3口的RXD，和TXD，串口的發(fā)送和接收，四只數碼管采用74LS164右移寄存器驅動，顯示比較清晰。電路圖見附錄1圖3.1單片機

17、主板電路、圖3.2溫度顯示電路第4章系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數據刷新子程序等。4.1主程序主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度，其程序流程見圖4.1所示。圖4.1主程序流程圖讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數據的改寫。其程序流程圖如圖4.2示。溫度轉換命令子程序在本程序設計中采用Is顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換命令子程序流程圖如上圖，圖

18、4.3所示。圖4.3溫度轉換流程圖計算溫度子程序計算溫度子程序將RAM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖4.4所示。圖4.4計算溫度流程圖顯示數據刷新子程序顯示數據刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數據進行刷新操作，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖4.5?？偨Y經過這段時間的單片機課程設計，終于完成了我的第一次設計歷程，雖然沒有完全達到設計要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設計讓自己收獲頗豐，高興之余不得不深思呀！在本次設計的過程中，我發(fā)現很多的問題，雖然以前還做過這樣的設計但這次設計真的讓我長進了很多，單片機課程設計重點就在

19、于軟件算法的設計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，舉個例子，以前寫的那幾次，數據加減時，我用的都是BCD碼，這一次，我全部用的都是16進制的數直接加減，顯示處理時在用除法去拆分,感覺效果比較好，有好多的東西，只有我們去試著做了，才能真正的掌握，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。我想我會在今后的學習生活中更加努力的去學習單片機的知

20、識，不斷加強自己的理論知識，努力完成更多的設計與創(chuàng)作。參考文獻李朝青.單片機原理及接口技術（簡明修訂版）.杭州：北京航空航天大學出版社，1998李廣弟單片機基礎M北京：北京航空航天大學出版社，1994閻石.數字電子技術基礎（第三版）.北京：高等教育出版社，1989廖常初.現場總線概述J.電工技術，1999.SatoNoboru，YagiKazuhiko，SakuraiTakeshi.ControltechnologyofNi-MHbatteriesforelectricvehiclesZ.EVS215，Bruxelles，1998.張毅剛，彭喜源.MCS-51單片機應用設計M哈爾濱：哈爾濱工業(yè)

21、大學出版社，1997.7閻石數字電子技術基礎M北京：高等教育出版社，1998.單片機課程設計191 Tr-Tr-k-Tr-Tr-Tr-Tr-Tr-11附錄1系統(tǒng)電路圖8051.P10P00.P11P01.P12P02.P13P03P14P04.P15P05P16P06P17P07INT1P20INTOP21P22.T1P23TOP24P25EA/VPP26P27.X1X2RESETRXDTXDRDALE/PL-wrPSEN圖3.1單片機主板電路abcdefTP81234567345601237q6q5q4q3q2qIQrlrBNIRES)VJRLr2821OS9RLr283qBNIRES鹵雷L

22、?bcdefId234567845(0123a7q6q5q4qBNIRES6DEL7q&5q4q3q2q7q6q5q4q3q2qBNIRESANNIIKRLECS圖3.2溫度顯示電路單片機課程設計 附錄2設計源程序BITP1.0BITP1.1BITP1.2BITP1.30000HMAIN000BHTOIT0030HSP,#60HTMOD,#01HTH0,#3CHTL0,#0B0HET0TR0EATEMPH,#30TEMPL,#9;溫度最始值數字溫度計程序清單S1OKEQU5FHTEMPUTEREQU39HTEMPHEQU5EHTEMPLEQU5DHMS50EQU5CHSIGNEQU5BHS1S

23、2S3S4ORGLJMPORGLJMPORGMAIN:MOVMOVMOVMOVSETBSETBSETBMOVMOVMOVTEMPUTER,#15MOVS1OK,#00HMOVSIGN,#00HMOV38H,#0BHMOV37H,#0CHMOV36H,#0BHACALLDISPACALLT1S;主程序START:JBS1,NET1ACALLT12MSJBS1,NET1JNBS1,$INCSIGNMOVA,SIGNCJNEA,#1,TIAOACALLTIAOTLTIAO:CJNEA,#2,NET1MOVSIGN,#0ACALLTIAOTHNET1:MOVA,S1OKCJNEA,#1,STARTMO

24、VA,TEMPUTERSUBBA,TEMPHJNBACC.7,ALEMMOVA,TEMPUTERSUBBA,TEMPLJBACC.7,ALEMSETBP2.1ACALLWENDUACALLDISPMOVS1OK,#00HAJMPSTARTALEM:MOV36H,#0CHMOV37H,#0CHMOV38H,#0CHCLRP2.1ACALLDISPACALLT1SLCALLWENDULCALLDISPMOVS1OK,#00HSJMPSTART;*TIAOTL:MOV50H,TEMPUTERMOV37H,TEMPLACALLBIN_BCDACALLDISPACALLT12MSACALLT12MSAC

25、ALLT12MSACALLT12MSMOV36H,#0AHMOV37H,#0AHMOV38H,#0AHACALLDISPACALLT12MSACALLT12MSACALLT12MSACALLT12MSJBS2,ADD1ACALLT12MSJBS2,ADD1JNBS2,$INCTEMPLMOVA,TEMPLCJNEA,#100,ADD1MOVTEMPL,#0ADD1:JBS3,ADD2ACALLT12MSJBS3,ADD2JNBS3,$DECTEMPLMOVA,TEMPLCJNEA,#00,ADD2MOVTEMPL,#100ADD2:JBS4,TIAOTLACALLT12MSJBS4,TIAOT

26、LJNBS4,$MOVTEMPUTER,50HLJMPSTART;高位調整;*TIAOTH:MOV50H,TEMPUTERMOV37H,TEMPHACALLBIN_BCDACALLDISPACALLT12MSACALLT12MSACALLT12MSACALLT12MSMOV36H,#0AHMOV37H,#0AHMOV38H,#0AHACALLDISPACALLT12MSACALLT12MSACALLT12MSACALLT12MSJBS2,ADD11ACALLT12MSJBS2,ADD11JNBS2,$INCTEMPHMOVA,TEMPHCJNEA,#100,ADD11MOVTEMPH,#0AD

27、D11:JBS3,ADD22ACALLT12MSJBS3,ADD22JNBS3,$DECTEMPHMOVA,TEMPHCJNEA,#00,ADD22MOVTEMPH,#100ADD22:JBS4,TIAOTHACALLT12MSJBS4,TIAOTHJNBS4,$MOVTEMPUTER,50HLJMPSTARTTOIT:PUSHPSWPUSHACCMOVTHO,#3CHMOVTLO,#OBOHINCMS5OMOVA,MS5OCJNEA,#14H,RETURNMOVS1OK,#1MOVMS5O,#OOHRETURN:POPACCPOPPSWRETI;一秒定時中段MOVR0,#6BHDJNZR1,

28、TSR1SETBP2.0NOPNOPNOPMOVR0,#25HTSR2:JNBP2.0,TSR3DJNZR0,TSR2LJMPTSR4;延時TSR3:SETB20H.1;置標志位,表示DS1820存在LJMPTSR5TSR4:CLR20H.1;清標志位,表示DS1820不存在LJMPTSR7TSR5:MOVR0,#06BHMOVR1,#03HTSR6:DJNZR0,TSR6;延時MOVR0,#6BHDJNZR1,TSR6TSR7:SETBP2.0RET;重新寫DS18B20暫存存儲器設定值;*RE_CONFIG:JB20H.1,RE_CONFIG1;若DS18B20存在,轉RE_CONFIG1

29、RETRE_CONFIG1:MOVA,#0CCH;發(fā)SKIPROM命令LCALLWRITE_1820MOVA,#4EH;發(fā)寫暫存存儲器命令LCALLWRITE_1820MOVA,#00H;TH（報警上限）中寫入OOHLCALLWRITE_1820MOVA,#00H;TL（報警下限）中寫入OOHLCALLWRITE_182OMOVA,#1FH;選擇9位溫度分辨率LCALLWRITE_182ORET;溫度總子程序wendu:ACALLINIT_182OACALLRE_CONFIGACALLGET_TEMPERACALLTEMPER_COVRET;DS18B20初始化程序;*INIT_182O:SE

30、TBP2.ONOPCLRP2.OMOVRO,#O6BHMOVR1,#O3HTSR1:DJNZRO,TSR1;延時;讀出轉換后的溫度值;*GET_TEMPER:SETBP2.O;定時入口LCALLINIT_182OJB2OH.1,TSS2RET;若DS18B20不存在則返回TSS2:MOVA,#0CCH;跳過ROM匹配LCALLWRITE_182OMOVA,#44H;發(fā)出溫度轉換命令LCALLWRITE_182OLCALLINIT_182OMOVA,#OCCH;跳過ROM匹配LCALLWRITE_182OMOVA,#OBEH;發(fā)出讀溫度命令LCALLWRITE_182OLCALLREAD_182OOMOV37H,A;將讀出的溫度數據保存RETSWAPA;*;寫DS18B20的程序，WRITE_1820:MOVR2,#8CLRCWR1:CLRP2.0NOPNOPNOPNOPRRCAMOVP2.0,CMOVR3,#35DJNZR3,$SETBP2.0NOPDJNZR2,WR1SETBP2.0RETADDA,37HMOV37H,A;保存變換后的溫度數據LCALLBIN_BCDRET;將16進制的溫度數據轉換成壓縮BCD碼;38H中放百位，37十位，36個位;*BIN_BCD:MOV39