单片机温度传感器设计报告

泰州职业技术学院电子与信息工程系课程名称： 51 单片机开发 课题名称：用 1602LCD与 DS18B20设计的温度报警器班 级： 10 信息 课题小组成员： 林淑云 朱翠竹 刘苏慧 指导老师： 蔡菁 摘要现代社会是信息社会，随着现代农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度，所以对于温度的测量控制具有十分重要的意义。随着全球温度的普遍升高，高温火灾更是无处不在：电气线路短路、过载、接触电阻过大等引发高温火灾；静电产生高温火灾；雷电等强电入侵导致高温火灾；最主要是机房内电脑、空调等用电设备长时间工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温。因此，机房内所属的电子产品发热快，在短时间内机房温度升高超出设备正常温度，导致系统瘫痪或产生火灾，这时温度报警系统就会发挥应有的功能。本课题介绍的就是利用温度传感 DS18B20 制作的温度报警器，自动测量当前环境温度。由单片机 AT89C52 控制，并通过 1602LCD 显示，若当前环境温度超过此温度，系统发出报警。目 录一、系统总体设计要求二、系统硬件设计三、系统程序设计四、调试与性能分析五、源程序清单六、心得体会一、系统总体设计要求1.本设计采用集成温度传感器的的 s18b20，设计一个数字显示的温度报警器。定安全温度值范围为 20C30C（可根据具体需要在程序中进行调整） ，对在这一范围内的温度变化采集后送入 A/D 转换器，A/D 转换器的模拟电压范围为 05V。例如传感器采集的温度为 25C，则对应液晶显示器的显示值为 25C。而温度高出 30C 或者低于 20C 时，不在安全温度范围之内，喇叭会进行报警、二极管发光显示 2 总体设计框图本设计采用 AT89C52 作为主控芯片，蜂鸣器作为输出设备产生报警声，LCD1602 能够实时的显示当前的的温度。其中 P3.3 和 P3.2外接按键，P0 口用作 LCD 输出数据端口，P2.3 接蜂鸣器端口。详细原理图见附件设计框图如图一所示。按键主控芯片（ 8 9 C 5 2 ）L C D 显示蜂鸣器二、系统硬件设计1 主控芯片设计中所采用主控芯片为 AT89C52。因其价格便宜，在市场上已经很成熟，各个方面都能够满足设计要求故选择它。其采用标准双列直插式引脚 DIP-40 大规模集成电路封装。它的引脚排列如下图二所示图二 AT89C52 的引脚排列引脚介绍：VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：P3 口管脚 备选功能:P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外部中断 0）P3.3 INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。PSEN： 外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2、液晶模块显示原理：在智能控制系统中越来越多的使用了液晶显示屏LCD。LCD 是一种介于液体和固体之间热力学的中间稳定相，它本身不会发光，是利用外部光的反射原理进行显示。液晶显示功耗小，字形美观，在系统中可用集成电池来供电。字符型液晶显示模块是一种专门用于字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1,16*2,20*2,40*行等的模块，下面以 1602 字符型液晶显示器为例介绍其用法：1.1602LCD采用标准的 14脚(无背光)或 16脚(带背光)接口,各引脚接口说明如表所示:2.1602液晶模块内部的控制器共 11条指令：（1）.清屏指令功能：清除液晶显示器，即将 DDRAM 的内容全部填入 “空白“的 ASCII码 20H;光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方;指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0清显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 1将地址计数器(AC)的值设为 0。（2）.光标归位指令功能： 把光标撤回到显示器的左上方;把地址计数器(AC)的值设置为 0;保持 DDRAM 的内容不变。（3）.进入模式设置指令功能：设定每次定入 1 位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。参数设定的情况如下所示： 位名设置I/D0=写入新数据后光标左移 1=写入新数据后光标右移S 0=写入新数据后显示屏不移动1=写入新数据后显示屏整体右移 1 个字符（4）.显示开关控制指令功能：控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。参数设定的情况如下：位名 设置D 0=显示功能关 1=显示功能开指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0显示开/关控制指令 0 0 0 0 0 0 1 D C BC 0=无光标 1=有光标B 0=光标闪烁 1=光标不闪烁（5）.设定显示屏或光标移动方向指令功能：使光标移位或使整个显示屏幕移位。参数设定的情况如下：S/CR/L 设定情况00 光标左移 1 格，且 AC 值减 101 光标右移 1 格，且 AC 值加 110 显示器上字符全部左移一格，但光标不动1 1 显示器上字符全部右移一格，但光标不动(6).功能设定指令功能：设定数据总线位数、显示的行数及字型。参数设定的情况如下：位名设置DL0=数据总线为 4位1=数据总线为 8 位0=显示 1 行 1=显示 2 行指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0置功键 0 0 0 0 1 DL N F * *NF0=57 点阵/每字符1=510 点阵/每字符(7).设定 CGRAM 地址指令功能：设定下一个要存入数据的 CGRAM 的地址。(8).设定 DDRAM 地址指令功能：设定下一个要存入数据的 CGRAM 的地址。（9）.读取忙信号或 AC 地址指令功能： 读取忙碌信号 BF 的内容，BF=1 表示液晶显示器忙，暂时无法接收单片机送来的数据或指令;当 BF=0时，液晶显示器可以接收单片机送来的数据或指令;读取地址计数器(AC)的内容。（10）.数据写入 DDRAM 或 CGRAM 指令一览指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0置字符发生存贮器地址0 0 0 1 字符发生存贮器地址指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0写数到 DDRAM 1 0 要写的数据内容功能： 将字符码写入 DDRAM，以使液晶显示屏显示出相对应的字符;将使用者自己设计的图形存入 CGRAM。（11）.从 CGRAM 或 DDRAM 读出数据的指令一览功能：读取 DDRAM 或 CGRAM 中的内容。3.1602LCD 基本操作时序：读状态输入RS=L，RW=H，E=H 输出 D0D7=状态字写指令输入RS=L，RW=L，E=高脉冲,D0D7=指令码输出 无读数据输入RS=H，RW=H，E=H 输出 D0D7=数据写数据输入RS=H，RW=L，E=高脉冲，D0D7=数据输出 无3、DS18B20 温度传感器介绍传感器 DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。或 CGRAM指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0从 CGRAM 或DDRAM 读数1 1 读出数据内容美国 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的 DS18B20 体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。 同 DS1820 一样，DS18B20 也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C 范围内，精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持 3V5.5V 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小8。1. DS18B20 的特性 9（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，寄生电源方式下可由数据线供。（2）独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。（3）DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（4）DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5。（6）可编程的分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和 0.0625，可实现高精度测温。（7）在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快。（8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2.DS18B20 内部结构及 DS18B20 的管脚排列64 位光刻 ROM 是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL,高速暂存器。 DS18B20 的引脚定义：(1)DQ 为数字信号输入/输出端(2)GND 为电源地(3)VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）(4)NC 空三、系统程序设计/名称：用 1602LCD 与 DS18B20 设计的温度报警器（含 ROM CODE，温度上下限显示）/说明：本例将报警器温度设为高：70 摄氏度，低-20 摄氏度，当 DS18B20 感知温度达到此临界值时，对应的 LCD 闪烁，且发出报警声音。/本例还可以单独显示 DS18B20 的 ROM CODE 及报警温度上下限。#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define delayNOP() _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();sbit HI_LED=P23;sbit LO_LED=P26;sbit DQ=P32;sbit BEEP=P15;sbit RS=P10;sbit RW=P11;sbit EN=P12;sbit k1=P35;sbit k2=P34;sbit k3=P36;uchar code RomCodeStr=“ - ROM CODE - “;uchar RomCode8=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar code Temp_Disp_Title = “ Current Temp : “;uchar Current_Temp_Display_Buffer = “ TEMP: “;uchar code Temperature_Char8 = 0x0c,0x12,0x12,0x0c,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar code Alarm_Temp = “ALARM TEMP Hi Lo“;uchar Alarm_HI_LO_STR = “Hi: Lo: “;uchar temp_data2 = 0x00,0x00;uchar temp_alarm2 = 0x00,0x00;uchar display5 = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar display13 = 0x00,0x00,0x00;uchar code df_Table = 0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9;char Alarm_Temp_HL2 = 20,-20;uchar CurrentT=0;uchar Temp_Value=0x00,0x00;uchar Display_Digit=0,0,0,0;bit HI_Alarm=0,LO_Alarm=0;bit DS18B20_IS_OK =1;uint Time0_Count = 0;void DelayXue(int x)uchar i;while(x-) for(i=0;i=1; DQ=1;_nop_();_nop_();if(DQ) dat |=0x80;Delay(30);DQ=1;return dat;/写一字节void WriteOneByte(uchar dat)uchar i;for (i=0;i=1;/读取温度值void Read_Temperature()if(Init_DS18B20() =1) /DS18B20 故障DS18B20_IS_OK=0;elseWriteOneByte(0xcc); /跳过序列号WriteOneByte(0x44); /启动温度转换Init_DS18B20();WriteOneByte(0xcc); /跳过序列号WriteOneByte(0xbe); /读取温度寄存器Temp_Value0=ReadOneByte(); /温度低 8 位Temp_Value1=ReadOneByte(); /温度高 8 位Alarm_Temp_HL0=ReadOneByte(); /报警温度 THAlarm_Temp_HL1=ReadOneByte(); /报警温度 TLDS18B20_IS_OK=1;/设置 DS18B20 的温度报警值void Set_Alarm_Temp_Value()Init_DS18B20();WriteOneByte(0xcc); /跳过序列号WriteOneByte(0x4e); /将设定的温度报警值写入DS18B20WriteOneByte(Alarm_Temp_HL0); /写 THWriteOneByte(Alarm_Temp_HL1); /写 TLWriteOneByte(0x7f); /12 位精度Init_DS18B20();WriteOneByte(0xcc); /跳过序列号WriteOneByte(0x48); /温度报警值存入 DS18B20void Display_Temperature()uchar i;uchar t =150;uchar ng =0;char Signed_Current_Temp;/if(Temp_Value1Temp_Value0=Temp_Value0+1;if (Temp_Value0=0x00) Temp_Value1+;ng = 1;Display_Digit0=df_Table Temp_Value0 CurrentT=(Temp_Value0 LO_Alarm = Signed_Current_Temp 4);if(t9) t += 0x37;else t +=0;Write_LCD_Data(t);t = RomCodei if(t9) t += 0x37;else t +=0;Write_LCD_Data(t);void Read_Rom_Code()uchar i;Init_DS18B20();WriteOneByte(0x33);for (i=0;i8;i+) RomCodei = ReadOneByte();void Display_RomCode()uchar i;Set_LCD_POS(0x00);for (i=0;i16;i+)Write_LCD_Data(RomCodeStri);Read_Rom_Code();Display_Rom_Code();void Disp_Alarm_Temperature()uchar i,ng;ng=0;if(Alarm_Temp_HL00)Alarm_Temp_HL0=Alarm_Temp_HL0 +1;ng=1;Alarm_HI_LO_STR4=Alarm_Temp_HL0/100+0;Alarm_HI_LO_STR5=Alarm_Temp_HL0/10%10+0;Alarm_HI_LO_STR6=Alarm_Temp_HL0%10+0;if(Alarm_HI_LO_STR4=0) Alarm_HI_LO_STR4= ;if(Alarm_HI_LO_STR4= if (ng)if(Alarm_HI_LO_STR5= ) Alarm_HI_LO_STR5=-;elseif(Alarm_HI_LO_STR4= ) Alarm_HI_LO_STR4=-;elseAlarm_HI_LO_STR3=-;ng=0;if(Alarm_Temp_HL10)Alarm_Temp_HL1=Alarm_Temp_HL1+1;ng=1;Alarm_HI_LO_STR12=Alarm_Temp_HL1/100+0;Alarm_HI_LO_STR13=Alarm_Temp_HL1/10%10+0;Alarm_HI_LO_STR14=Alarm_Temp_HL1%10+0;if(Alarm_HI_LO_STR12=0) Alarm_HI_LO_STR12= ;if(Alarm_HI_LO_STR12= if (ng)if(Alarm_HI_LO_STR13= ) Alarm_HI_LO_STR13=-;elseif(Alarm_HI_LO_STR12= ) Alarm_HI_LO_STR12=-;elseAlarm_HI_LO_STR11=-;Set_LCD_POS(0x00);for (i=0;i16;i+) Write_LCD_Data(Alarm_Tempi);Set_LCD_POS(0x40);for (i=0;i16;i+) Write_LCD_Data(Alarm_HI_LO_STRi);void main()uchar Current_Operation=1;Initialize_LCD();IE=0x82;TMOD=0x01;TH0=-1000/256;TL0=-1000%256;TR0=0;HI_LED=0;LO_LED=0;Set_Alarm_Temp_Value();Read_Temperature();Delay(50000);Delay(50000);while(1)if(k1=0) Current_Operation =1;if(k2=0) Current_Operation =2;if(k3=0) Current_Operation =3;switch (Current_Operation)case 1:Read_Temperature();if(DS18B20_IS_OK)if(HI_Alarm=1|LO_Alarm=1)TR0=1;else TR0=0;Display_Temperature();DelayXue(100);break;case 2:Read_Temperature();Disp_Alarm_Temperature();DelayXue(100);break;case 3:Display_RomCode();DelayXue(50);break;四、调试与性能分析1 功能说明该温度报警器电路是由但是 18B20 温度传感器作为温度传感器材,由 AT89C2052 单片机进行数据处理.,由电脑 USB 接口供电,也可外接 6V16V 的直流电源.温度显示(和控制)的范围为:-55到125之间，精度为 1，也就是显示整数。如果设定报警的温度为20,则当环境温度达到 21时,报警发光二级管发光,同时继电器工作,如果不需要对温度控制(报警),可以将报警温度值设置高些.如果控制的是某局部的温度,可将但是 18B20 用引线引出,但距离不宜过大,注意其引脚绝缘.2 电路操作说明如电路正常,接通电源后,只显示“”符号,无温度值:按下 AN3,先显示上次存贮下来的设定温度(报警控制)值,然后再显示环境温度值,并随环境温度的变化而变化:再按下 AN3,温度数字闪烁,得调节:接着按 AN1 或 AN2:按 AN1 为报警温度值变大,最大为 125:按 AN2 为报警温度值变小,最小为-55:调好后再按一下 AN3,调好的报警温度值被存贮,数码管又显示环境温度,当温度达到存贮的报警值时,电路发出报警信号和动作.3 本设计是基于 89C52 的温度报警器，它可以时实显示当前温度，报警温度，只读编码；设计中有三个按键，其中第一个按键为显示当前温度，第二个按键为报警温度的显示， 第三个按键为只读编码的显示。五、源程序清单主函数 void main() uchar Current_Operation=1; Initialize_LCD(); IE=0x82; TMOD=0x01; TH0=-1000/256; TL0=-1000%256; TR0=0; HI_LED=0; LO_LED=0; Set_Alarm_Temp_Value(); Read_Temperature(); Delay(50000); Delay(50000); while(1) if(k1=0) Current_Operation =1; if(k2=0) Current_Operation =2; if(k3=0) Current_Operation =3; switch (Current_Operation) case 1: Read_Temperature(); if(DS18B20_IS_OK) if