单片机温度报警器报告.doc

单片机原理课程设计 课题名称 课题名称 温度报警器温度报警器 专业班级 专业班级 电子信息工程电子信息工程 07 级级 1 班班 学生学号 学生学号 04140701 学生姓名 学生姓名 指导教师 指导教师 张云张云 马崇霄马崇霄 设计时间 设计时间 2010 6 21 2010 6 25 摘要摘要 随着时代的进步和发展 单片机技术已经普及到我们生活 工作 科研 各个领 域 已经成为一种比较成熟的技术 本文将介绍一种基于单片机控制的药库温度报警系 统 本温度报警系统可以设置报警温度 当温度不在设置范围内时 可以报警 一 设计任务一 设计任务 本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比 具有读数方便 测温范围广 测温准确 其输出温度采用数字显示 主要用于对测温比较准确的场所 或科研实验 室使用 该设计控制器使用单片机 AT89S51 测温传感器使用 DS18B20 用 4 位共阴 极 LED 数码管实现温度显示 能准确达到以上要求 二 方案选择二 方案选择 1 数字温度计设计方案论证 数字温度计设计方案论证 方案一 由于本设计是测温电路 可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应 在将随 被测温度变化的电压或电流采集过来 进行 A D 转换后 就可以用单片机进行数据的 处理 在显示电路上 就可以将被测温度显示出来 这种设计需要用到 A D 转换电路 感温电路比较麻烦 方案二 进而考虑到用温度传感器 在单片机电路设计中 大多都是使用传感器 所以这 是非常容易想到的 所以可以采用一只温度传感器 DS18B20 此传感器 可以很容易 直接读取被测温度值 进行转换 就可以满足设计要求 从以上两种方案 很容易看出 采用方案二 电路比较简单 软件设计也比较简单 故采用了方案 2 总体设计框图 总体设计框图 温度计电路设计总体设计方框图如图 1 所示 控制器采用单片机 AT89S51 温度传感 器采用 DS18B20 用 2 位 LED 数码管以并口传送数据实现温度显示 图 1 总体设计方框图 3 主控制器 主控制器 单片机 AT89S51 具有低电压供电和体积小等特点 四个端口只需要两个口就能满 足电路系统的设计需要 很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电 4 显示电路 显示电路 显示电路采用 2 位共阳 LED 数码管 从 P1 口输出待显示的数据 5 温度传感器 温度传感器 DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度 传感器 与传统的热敏电阻等测温元件相比 它能直接读出被测温度 并且可根据实 际要求通过简单的编程实现 位的数字值读数方式 DS18B20 的性能特点如下 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信 多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上 实现多点组网功能 无须外部器件 可通过数据线供电 电压范围为 3 0 5 5 零待机功耗 温度以 或 位数字 用户可定义报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度 温度报警条件 的器件 负电压特性 电源极性接反时 温度计不会因发热而烧毁 但不能正常工作 DS18B20 采用 脚 PR 35 封装或 脚 SOIC 封装 其内部结构框图如图 2 所示 图 2 DS18B20 内部结构框图 64 位 ROM 的结构开始 位是产品类型的编号 接着是每个器件的惟一的序号 共有 48 位 最后 位是前面 56 位的 CRC 检验码 这也是多个 DS18B20 可以采用一 线进行通信的原因 温度报警触发器 和 可通过软件写入户报警上下限 DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 和一个非易失性的 可电擦除的 EERAM 高速暂存 RAM 的结构为 字节的存储器 结构如图 3 所示 头 个字节包含测得的温度信息 第 和第 字节 和 的拷贝 是易失的 每次 上电复位时被刷新 第 个字节 为配置寄存器 它的内容用于确定温度值的数字转 换分辨率 DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值 该字节各 位的定义如图 3 所示 低 位一直为 是工作模式位 用于设置 DS18B20 在工 作模式还是在测试模式 DS18B20 出厂时该位被设置为 用户要去改动 R1 和 0 决定温度转换的精度位数 来设置分辨率 由表 1 可见 DS18B20 温度转换的时间比较长 而且分辨率越高 所需要的温度 数据转换时间越长 因此 在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑 高速暂存 的第 字节保留未用 表现为全逻辑 第 字节读出 前面所有 字节的 CRC 码 可用来检验数据 从而保证通信数据的正确性 当 DS18B20 接收到温度转换命令后 开始启动转换 转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 字节 单片机可以 通过单线接口读出该数据 读数据时低位在先 高位在后 数据格式以 0 0625 LSB 形式表示 当符号位 时 表示测得的温度值为正值 可以直接将二进制位转换为十进 制 当符号位 时 表示测得的温度值为负值 要先将补码变成原码 再计算十 进制数值 DS18B20 完成温度转换后 就把测得的温度值与 RAM 中的 TH T 字节内容作 比较 若 TH 或 T TL 则将该器件内的报警标志位置位 并对主机发出的报警搜 索命令作出响应 因此 可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行报警搜索 在 64 位 ROM 的最高有效字节中存储有循环冗余检验码 CRC 主机 ROM 的前 56 位来计算 CRC 值 并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比较 以判断主机收到的 ROM 数据是否正确 DS18B20 的测温原理是这这样的 器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响 很小 用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 高温度系数晶振随温度变化 其振荡频率明显改变 所产生的信号作为减法计数器 的脉冲输入 器件中还有一个 计数门 当计数门打开时 DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数 进而完成温度测量 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定 每次测量前 首 先将 55 所对应的一个基数分别置入减法计数器 温度寄存器中 计数器 和温 度寄存器被预置在 55 所对应的一个基数值 减法计数器 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数 当减法计数器 的预置值减到 时 温度寄存器的值将加 减法计数器 的预置将重新被装入 减 法计数器 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数 如此循环直到减法 计数器计数到 时 停止温度寄存器的累加 此时温度寄存器中的数值就是所测温度 值 其输出用于修正减法计数器的预置值 只要计数器门仍未关闭就重复上述过程 直到温度寄存器值大致被测温度值 6 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路温度传感器与单片机的接口电路 DS18B20 可以采用两种方式供电 一种是采用电源供电方式 此时 DS18B20 的 1 脚接地 2 脚作为信号线 3 脚接电源 另一种是寄生电源供电方式 单片机端口接单 线总线 为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流 可用一个 MOSFET 管来完成对总线的上拉 当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A D 转换操作时 总线上必须有强的上拉 上拉开启时间最大为 10us 采用寄生电源供电方式时 VDD 端接地 由于单线制只有 一根线 因此发送接口必须是三态的 三 系统硬件设计三 系统硬件设计 1 主板电路 主板电路 系统整体硬件电路包括 传感器数据采集电路 温度显示电路 报警调整电路 单 片机主板电路等 如图 4 所示 图 4 中有 2 个独立式按键可以分别调整温度计的报警温度设置 图中 LED 可以在 被测温度不在上下限范围内时 发出闪烁 同时 LED 数码管将没有被测温度值显示 这时可以调整报警上限 从而测出被测的温度值 2 显示电路 显示电路 显示电路是使用的并口显示 这种显示最大的优点就是使用简单 只用 P1 口 图 4 3 原理图及 原理图及 PCB 板图板图 显 示 EEPROM 传感器 报警灯 图 5 原理图 图 5 PCB 板图 四 系统软件设计四 系统软件设计 系统程序主要包括主程序 读出温度子程序 温度转换命令子程序 计算温度子程序 显示数据刷新子程序等 1 主程序 主程序 主程序的主要功能是负责温度的实时显示 读出并处理 DS18B20 的测量的当前温度值 温度测量每 1s 进行一次 这样可以在一秒之内测量一次被测温度 其程序流程见图 6 所示 图 6 程序流程图 2 读出温度子程序 读出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的 9 字节 在读出时需进行 CRC 校验 校 验有错时不进行温度数据的改写 其程序流程图如图 7 所示 表 7 读出子程序流程图 3 温度转换命令子程序 温度转换命令子程序 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令 当采用 12 位分辨率时转换时间约为 750ms 在本程序设计中采用 1s 显示程序延时法等待转换的完成 温度转换命令子程 序流程图如上图 图 6 所示 4 计算温度子程序 计算温度子程序 计算温度子程序将 RAM 中读取值进行 BCD 码的转换运算 并进行温度值正负的判定 其程序流程图如图 8 所示 图 8 计算温度流程图 5 程序 程序 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP JIA ORG 0013H LJMP JIAN ORG 0030H FLAG1 BIT F0 DS18B20 存在标志位 DQ BIT P2 2 TEMPER L EQU 29H TEMPER H EQU 28H A BIT EQU 35H B BIT EQU 36H START MOV IE 85H MOV 30H 30 SHEZHI MOV R1 30H ACALL DISPLAY MOV P2 0FFH MOV A P2 MOV C ACC 0 JNC SHEZHI LJMP MAIN DISPLAY MOV A R1 将 29H 中的十六进制数转换成 10 进制 MOV B 10 10 进制 10 10 进制 DIV AB MOV B BIT A 十位在 A MOV A BIT B 个位在 B MOV DPTR TAB 指定查表启始地址 SETB P3 7 选中第一个数码管 MOV A A BIT 取个位数 MOVC A A DPTR 查个位数的 7 段代码 MOV P1 A 送出个位的 7 段代码 LCALL DELAY 调用延时 CLR P3 7 SETB P3 6 选中第二个数码管 MOV A B BIT 取十位数 MOVC A A DPTR 查十位数的 7 段代码 MOV P1 A 送出十位的 7 段代码 LCALL DELAY CLR P3 6 RET JIA MOV P2 0FFH MOV A P2 MOV C ACC 0 JC OUT INC R1 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY OUT RETI JIAN MOV P2 0FFH MOV A P2 MOV C ACC 0 JC OUT1 DEC R1 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY OUT1 RETI DELAY 延时子程序 MOV R5 120 NOP NOP D1 MOV R6 100 D2 DJNZ R6 D2 DJNZ R5 D1 RET 主程序开始 MAIN LCALL INIT 18B20 LCALL RE CONFIG LCALL GET TEMPER LJMP CHANGE DS18B20 复位程序 INIT 18B20 SETB DQ NOP CLR DQ MOV R0 0FBH TSR1 DJNZ R0 TSR1 延时 SETB DQ MOV R0 25H TSR2 JNB DQ TSR3 DJNZ R0 TSR2 TSR3 SETB FLAG1 置标志位 表明 DS18B20 存在 CLR P0 5 二极管指示 AJMP TSR5 TSR4 CLR FLAG1 LJMP TSR7 TSR5 MOV R0 06BH TSR6 DJNZ R0 TSR6 TSR7 SETB DQ 表明不存在 RET 读转换后的温度值 GET TEMPER SETB DQ LCALL INIT 18B20 JB FLAG1 TSS2 RET 若不存在则返回 TSS2 MOV A 0CCH 跳过 ROM LCALL WRITE 18B20 MOV A 44H 发出温度转换命令 LCALL WRITE 18B20 LCALL DISPLAY 延时 LCALL INIT 18B20 MOV A 0CCH 跳过 ROM LCALL WRITE 18B20 MOV A 0BEH 发出读温度换命令 LCALL WRITE 18B20 LCALL READ2 18B20 读两个字节的温度 RET 写 DS18B20 程序 WRITE 18B20 MOV R2 8 CLR C WR1 CLR DQ MOV R3 6 DJNZ R3 RRC A MOV DQ C MOV R3 23 DJNZ R3 SETB DQ NOP DJNZ R2 WR1 SETB DQ RET 读 18B20 程序 读出两个字节的温度 READ2 18B20 MOV R4 2 低位存在 29 H 高位存在 28H MOV R1 29H RE00 MOV R2 8 RE01 CLR C SETB C NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3 7 DJNZ R3 MOV C DQ MOV R3 23 DJNZ R3 RRC A DJNZ R2 RE01 MOV R1 A DEC R1 DJNZ R4 RE00 RET 读出的温度进行数据转换 CHANGE MOV A 29H MOV C 28H 0 将 28H 中的最低位移入 C RRC A MOV C 28H 1 RRC A MOV C 28H 2 RRC A MOV C 28H 3 RRC A MOV 29H A MOV R1 29H LCALL DISPLAY 调用数码管显示子程序 CLR C MOV A 30H SUBB A 29H JC BJ LJMP MAIN BJ CPL P0 0 C