基于单片机温度报警器课程设计报告.doc

目 录毕业设计任务书1一、概述21.1、毕业设计的目的和意义.31.2、任务及要求.31.2.1.31.2.2.31.2.3.31.2.4.31.2.5.31.3、主要温度模块功能.31.4、研究现状.3 二、总体设计要求.42.1、功能简介.42.3、设计思路（器件的选择）.42.4、芯片器件.5 三、硬件设计.53.1、89c516芯片引脚图.63.2温度获取.6ds18b20特点.73.3、时钟芯片特点.7 四、系统组成及原理.104.1、复位电路.104.2、时钟电路.114.3、系统硬件框图.124.4、总体电路图.12 五、系统调试与结论.135.1、出现的问题.135.2、调试结果.14 一 概述【摘 要】 本系统是基于单片机的智能温度报警控制器的设计。以stc89c516为核心，采用温度传感器ds18b20作为温度检测器，在液晶显示屏上显示实时温度。本温度计属于多功能温度计，它不仅可以实时显示温度，还可以设置上下限报警温度。当温度超过设置的上限温度或者低于下限温度时，蜂鸣器鸣响报警.而且还带有万年历，秒表等具有菜单功能的报警器。1.1 毕业设计的目的和意义 通过这次毕业设计,更进一步熟悉了单片机的内部结构和工作原理，掌握了单片机应用系统设计的基本方法和步骤；通过利用单片机，理解单片机在自动化装置中的作用以及掌握单片机的编程调试方法；通过设计一个简单的实际应用输入控制及显示系统，掌握protues和keil以及各种仿真软件的使用。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等，温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。但是，作为应用系统设计人员需要根据系统要求选用适宜的传感器，并与自己设计的系统连接起来，从而构成性能优良的监控系统。1.2 任务及要求1.2.1设计内容：（1）所设计带温度多功能显示应具有以下功能：（2）可以测量能够精确测量0.5摄氏度以内的温度的温度。（3）在液晶上显示调时，闹钟，秒表，查询，报警温度，菜单选项等功能。1.2.2设计要求：（1）根据题目要求进行系统总体设计。 （2）完成系统硬件电路的设计。（3）硬件电路图。（4）硬件电路说明。1.2.3系统程序的设计：（1）程序流程图。（2）完整源程序。1.2.4完成的控制系统能达到题目的要求。 1.2.5书写设计说明书。1.3主要温度模块功能：1.3.1温度测量报警系统的设计要满足以下情况：（1）能及时从温度传感器获取精度较高的温度数值，并将数值传送至单片微型计算机（以下简称单片机）进行数额显示处理。（2）将进行数字显示处理过的温度数据在液晶显示屏上即时显示。对温度报警系统而言，显示现在温度是最基本的功能。（3）能从键盘上输入需要设定的上下限温度。（4）程序自动对输入的上下限温度进行判断。当输入的下限温度高于上限温度时，给出警报提示。（5）将从温度传感器上获得的温度处于用户设定的上下限温度范围内时，不触发报警器报警；当从温度传感器上获得的温度高于用户设定或者低于下限温度设定时，触发报警器。（6）在温度报警系统工作过程中，随时可以对需要设定的上下限温度进行修改。（7）当报警器被触发报警后，可进行用户手动停止报警。如果不手动停止报警，当温度回落至用户设定的上下限温度范围内时，能自动停止报警。 1.4研究现状1.4.1温度测量报警系统的中心设备是温度传感器，温度传感器的发展大致经过了以下的3个阶段：（1）传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间的转换。（2）模拟集成温度传感器/控制器。（3）智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。数字式温度传感器（亦称智能温度传感器）是在20世纪90年代中期问世。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ate）的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度创拿起内部包含温度传感器、a/d传感器型号处理器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（cpu）、随机存取储存器（ram）和只读存储器（rom）。数字式温度传感器能传输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（mcu），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。二 总体设计方案2.1功能简介本设计采用at89c516单片机为主控制器、ds1302时钟芯片和ds18b20、12864显示屏组成一个系统。lcd12864显示的万年历，带温度和星期显示， 平时看成是时钟（时间，日期，星期，当前温度提示）。实际是实现对环境温度的实时检测（报警温度可以设置上下限）当温度高于或低于预设温度时可通过蜂鸣器进行报警。设置多个个功能菜单按键（调时，闹钟，报警温度，万年历查询和秒表等功能）。2.2设计思路（器件的选择）at89c516作为温度控制系统设计的核心器件，具有低电压供电和体积小等特点。stc 单片机的理由：降低成本，提升性能，原有程序直接使用,硬件无需改动。时钟信号用来控制单片机内各种微操作的时间基准，通常有两种形式得到，即内部震荡方式和外部震荡方式。外部震荡方式所得的信号比较稳定，故设计数字温度计的时钟信号选用外部震荡方式，晶振选用36.728khz。复位电路使片内单片机的片内寄存器初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。复位电路有两种基本形式，即上电复位和开关复位。为了保证温度计的正常工作，采用上电且开关复位，也就是cr复位。温度传感器选用达拉斯公司的单线数字温度传感芯片ds18b20。它将地址线、数据线和控制线合为一根双向串行传输数据的信号线，允许在这根信号线上挂接多个ds18b20。每个芯片内有一个64位的rom，其中存有各个器件自身的序列号，作为器件独有的id号码。其测温范围是-55128，测温分辨率在12位时精度为0.0625。ds18b20简化了温度器件与计算机的接口电路，使得电路简单，使用更加方便。显示部分使用lcd12864来作为温度的直接输出。带中文字库的128x64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ascii字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。采用单片机汇编程序语言设计温度计的程序，对ds18b20进行初始化、读、写，读取温度，数据的转换，温度显示和报警处理等等。2.3芯片器材主机：单片机at89c516一片；温度传感器：ds18b20一片；显示电路：lcd128*64液晶显示器；时钟电路：电容，晶振片一个；复位电路：电容，按键；导线若干，+5v电源等等。三 硬件设计3.1 89c516图如图图1 at89c516引脚图 3.2温度获取使用美国dallas半导体公司的数字化温度传感器ds1820,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3.2.1 ds18b20产品的特点 :（1）、只要求一个端口即可实现通信。 （2）、在ds18b20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 （3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 （4）、测量温度范围在55。c到125。c之间。 （5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 （6）、内部有温度上、下限告警设置。ds18b20内部结构2如图3所示：存储和控制逻辑高速暂存器温度传感器高温触发器th低温触发器tl配置寄存器8位crc生成器64位rom和一线端口供电方式图3 ds18b20内部结构3.2.3 ds18b20功能命令2如表1所示：表1 ds18b20功能命令表命令功能描述代码convert启动温度转换44hread scratchpad读取温度寄存器behread rom读ds18b20的序列号33hwrite scratpad将数据写入暂存器的第2、3字节中4ehmatch rom匹配rom55hsearch rom搜索romf0halarm search报警搜索echskip rom跳过读序列号的操作cchread power supply读电源供给方式，0寄生，1外部电源b4h由于ds18b20单线通信功能是分时完成的，所以有严格的时隙概念，读写时序很重要。系统对ds18b20的各种操作必须按协议进行。操作协议为:初始化ds18b20(发复位脉冲)发rom功能命令发存储器操作命令处理数据。3.3 时钟芯片ds1302 简介： ds1302是美国dallas公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态ram，采用spi三线接口与cpu进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和ram数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5v。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。ds1302的外部引脚分配如图1所示及内部结构如图2所示。ds1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。3.3.1 各引脚的功能为： vcc1：主电源；vcc2：备份电源。当vcc2vcc1+0.2v时，由vcc2向ds1302供电，当vcc2 vcc1时，由vcc1向ds1302供电。 sclk：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出； i/o：三线接口时的双向数据线； ce：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，ce开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，ce提供结束单字节或多字节数据传输的方法。 3.3.2 ds1302有下列几组寄存器： ds1302有关日历、时间的寄存器共有12个，其中有7个寄存器（读时81h8dh，写时80h8ch），存放的数据格式为bcd码形式，如图3所示。小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义ds1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时，位5是，当为1时，表示pm。在24小时模式时，位5是第二个10小时位。秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（ch）。当该位置为1时，时钟振荡器停止，ds1302处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。控制寄存器（8fh、8eh）的位7是写保护位（wp），其它7位均置为0。在任何的对时钟和ram的写操作之前，wp位必须为0。当wp位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。有关ram的地址 3.3.3 ds1302中附加31字节静态ram的地址如图4所示:的工作模式寄存器所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和ram数据。突发模式寄存器如图5所示。3.3.4 读写时序说明ds1302是spi总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与ds1302通信，首先要先了解ds1302的控制字。ds1302的控制字如图6。控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到ds1302中。位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取ram数据；位5至位1（a4a0）：指示操作单元的地址； 位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个sclk时钟的上升沿时，数据被写入ds1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个sclk脉冲的下降沿，读出ds1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。 四、系统组成及原理4.1复位电路复位操作是为了完成单片机内部电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。当at89c516单片机的复位引脚rst出现2个机器周期以上，单片机就完成了复位操作。如果rst持续为高电平，单片机就处于循环复位状态1。复位通常有2种基本形式：上电复位和开关复位。上电复位要求要求接通电源后，自动实现复位操作。开关复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。本次采用的是常用的上电且开关复位电路，如图5所示：图5 复位电路上电后，由于电容充电，使rst持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使rst持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。通常选择c=1030f，r=1010000。4.2 时钟电路单片机的时钟信号使用震荡方式产生，其电路图如图所示：i/o接个10k的电阻，晶振选用32.768khz。外部震荡方式所得的时钟信号比较稳定。图总体电路 五、系统调试与结论5.1 出现的问题(1) 在画电路板的时候，没有注意封装，lcd的封装搞错了，后来重新布线浪费了好多时间。(2) 在画电路图的时候把线布的太细。(3) 在焊接一些特殊原件时候，如：二极管、三极管、和电解电容等，要注意它们的方向。 (4) 在焊接的时候要注意不能焊接太久，在焊接电源插座时，因为焊接的时间过长，后来把铜板焊俏皮了，后来只好用一条导线接上。 (5) 在焊接完所有元器件后，要注意检查电路，看是否有焊错、漏焊、或者虚焊等。在程序调试的时候，因为板子上有一个电阻虚焊了，以至于无法点亮lcd液晶屏。后来反复检查才找到原因。 (6) 焊接的时候因为焊接技术不是很熟练，在焊接完后，发现整体元器件不协调，焊点不圆滑，走线也很乱，看上去不美观。 (7) 在程序调试的时候，总会出现这样那