课程设计（论文）-基于51系列单片机温度报警器课程设计.docVIP

唐山学院课程设计一 概述1.1 课程设计的目的和意义 通过这次课程设计,我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mcs-51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 任务及要求设计内容：所设计数字电压表应具有以下功能：（1）可以测量-50到110摄氏度内的温度。（2）在4位led数码管上显示温度，分别为百位、十位、个位和小数点后一位。（3）测量精度误差在0.5摄氏度以内。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。（1）硬件电路图。（2）硬件电路说明。3.系统程序的设计。（1）程序流程图。（2）完整源程序。4完成的控制系统能达到题目的要求。 5书写设计说明书。二 总体设计方案1 功能简介lcd液晶显示器直接显示ds18b20所测量的温度，超出-50110范围时喇叭报警并且数码管开始闪烁，在温度范围内时喇叭停止报警并且数码管停止闪烁，运行期间可以随时进行复位操作。2 设计思路at89c51作为温度测试系统设计的核心器件，具有低电压供电和体积小等特点。该器件是intel公司生产的mcs-5l系列单片机中的基础产品，采用了可靠的cmos工艺制造技术，具有高性能的8位单片机，属于标准的mcs-51的cmos产品。芯片中集成了cpu、ram、rom、定时/计数器和多功能i/o接口等计算机所需的基本功能部件。程序存储在单片机的程序存储器中，运行过程由程序控制。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。内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内部震荡方式，晶振选用12mhz。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lm016l来作为温度的直接输出，当温度超出-50110时，喇叭报警和数码管闪烁来提示。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。3 芯片器材主机：单片机at89c51一片；温度传感器：ds18b20一片，显示电路：lm0 16l液晶显示器；时钟电路：电容两个，晶振片一个；复位电路：电容一个，开关按钮一个；导线若干，+5v电源等等。三 硬件设计1 89c51如图1图1 at89c51引脚图本次设计需要注意的几个端口：p0口（3932）：是一组8位漏极开路行双向i/o口，也既地址/数据总线复用口。可作为输出口使用时，每位可吸收电流的方式驱动8个ttl逻辑电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入输入端用。在访问外部数据存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在flash编程时，po口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求接上拉电阻。p3口（1017）：是一组带有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输出端口。作输出端口时，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流。p3口除可作为一般的i/o口线外，更重要的用途是它的第二功能，如图2所示：图2 端口引脚p3/vpp(31):内部和外部程序存储器选择线。=0时访问外部rom 0000hffffh；=1时，地址0000h0fffh空间访问内部rom，地址1000hffffh空间访问外部rom。本次设计接高电平。xtal1（19）和xtal2（18）：使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。rst/vpd（9）：复位信号输入端。at89s51接能电源后，在时钟电路作用下，该脚上出现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。第二功能是vpd，即备用电源输入端。当主电源vcc发生故障，降低到低电平规定值时，vpd将为ram提供备用电源，发保证存储在ram中的信号不丢失。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其连线使用如图4所示（2接p3.6）：图4 ds18b20连线图由于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 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at89c51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=101000。复位操作使单片机进入初始化过程，其中包括使程序计数器pc=0000h，p0p3=ffh,sp=07h,其它寄存器处于零。4 时钟电路单片机的时钟信号使用内部震荡方式产生，其电路图如图6所示：图6 内部震荡电路电容器c、c1起稳定震荡频率、快速起振的作用，电容值一般为5-30pf，晶振通常选用6mhz、12mhz、24mhz。内部震荡方式所得的时钟信号比较稳定。五 温度显示电路 四位共阴极数码管，能够显示带一位小数的正负温度。零下时：1显示负号，2显示十位，3显示个位，4显示小数位。零上时：1显示百位，2显示十位，3显示个位，4显示小数位。当温度超过109.5或低于49.5时，四个数码闪烁。 其如图8图8 总体电路 四 软件设计1 程序流程图程序流程图如图9所示：n跳过读序列号的操作yny读温度命令将温度高、低位读出处理数据到百、十、个、小数位，并在数码管上显示超出限制？报警器报警和数码管闪烁初始化ds18b20开始初始化ds18b20应答脉冲？跳过读序列号的操作发出温度转换的命令等待温度转换完成图9 程序流程图2 初始化子程序使用ds18b20时，单片机先向ds18b20送出复位信号，单片机将数据拉低并保持480960s；再释放数据线，由上拉电阻拉高1560s；然后再由ds18b20发出低电平60240s，就完成了复位操作3。3 读子程序读数据之前，单片机先将数据线拉低，再释放。ds18b20在数据线从高电平跳低后15s内将数据送到数据线上。单片机在15s后读数据线。4 写子程序在单片机对ds18b20写数据时，应先将数据线拉低1s以上，再写入数据(写1为高，写0为低)。待单片机写入的数据变化1560s后，ds18b20将对数据线采样。单片机写入数据到ds18b20的保持时间为60120s。5 数据处理子程序先判断温度高8位的cy，如果cy为1，则将高、低8八位求补；对高、低8位的数据按权整合称一个整数，判断是否在-50110之间，超出范围则置报警灯为亮；将该数按百、十、个位分别存入相应的存储单元。流程图如图10所示： yyn符号为正？求补码n高、低8位整合成为一个整数存入a中-50110之间？报警分别存入百、十、个、小数位取温度值图10 数据处理流程图6 显示子程序将百、十、个、小数位的数据查表，送到对应的数码管显示，程序流程图如11所示：ynyyn温度为负？显示百位，延时显示负号，延时显示十位，延时显示个位，延时显示1000遍？取温度返回显示小数位，延时延时n超过范围？图11 显示程序流程图五 试验仿真1 总线路图六 课程设计体会这两个礼拜的单片机课程设计已接近尾声，回顾这个过程，收获颇多！单片机课程是我们上个学期学的内容，经过两个月的寒假，遗忘了很多东西！再加上初次认识和使用系统仿真软件protues和编译软件keil，自己动手设计电路，所以在刚开始的课程设计遇到了很大困难！说到这确实深感惭愧，但这也给自己创造了一个学习的机会！重新回顾上个学期学过的内容，并且在图书馆和网上查阅了很多资料，通过和同学之间的交流，还有老师的辅导，自己开始熟悉并掌握有关单片机的设计！经过两个礼拜的努力，看到了自己的成果！同时对单片机有了一个新的认识，产生了很大的兴趣！我认识到：我们要认真对待每一门课程，并且要从中有所收获！我们要不断温习以前学过的知识，而不能学过去了就把它扔在一边！这样自己才能有进步！课程设计检验的是综合能力，自己不仅要掌握课本上的东西，还有自己的动手能力，组织能力等等，要认真对待课程设计，学以致用，理论联系实际，尽自己的最大努力把它做好！这个经历会磨练袭击的意志，我相信对自己以后的学习和工作有很大的帮助。七 参考文献1、何立民主编，单片机中级教程，北京航空航天大学出版社2、丁元杰主编，单片机原理与应用，机械工业出版社3、彭伟编，单片机c语言程序设计实训，电子工业出版社附录程序清单：#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define delaynop() _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); sbit dq =p33;sbit lcd_rs = p20; sbit lcd_rw = p21; sbit lcd_en = p22;uchar code temp_disp_title = current temp:;uchar current_temp_display_buffer = c;uchar code temperature_char8 = 0x0c,0x12,0x12,0x0c,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar code df_table = 0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9 ;uchar currentt = 0;uchar temp_value = 0x00,0x00 ;uchar display_digit = 0,0,0,0;bit ds18b20_is_ok = 1; void delayx(int x)uchar i;while(x-) for(i=0;i120;i+);bit lcd_busy_check()bit result;lcd_rs = 0; lcd_rw = 1; lcd_en = 1; delaynop(); result =(bit)(p0 & 0x80); lcd_en=0;return result;void write_lcd_command(uchar cmd)while(lcd_busy_check();lcd_rs = 0;lcd_rw = 0;lcd_en = 0;_nop_();_nop_();p0=cmd;delaynop();lcd_en=1;delaynop();lcd_en=0;void write_lcd_date(uchar dat) while(lcd_busy_check();lcd_rs = 1;lcd_rw = 0;lcd_en = 0;p0=dat;delaynop();lcd_en=1;delaynop();lcd_en = 0;void lcd_initialise()write_lcd_command(0x01); 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