温度采集报警系统设计

本科毕业设计（论文）任务书课程 单片机原理及应用课程设计 题目 温度采集报警系统的设计 专业 姓名 学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等1、主要内容：根据单片机课程所学内容，结合其他相关课程知识，设计一个温度采集报警系统，以加深对单片机知识的理解，锻炼实践动手能力，为以后的毕业设计和工作打下坚实基础。2、基本要求： 本设计以 MCS-51 系列单片机为核心，采用常用电子器件设计。要求可以显示被测的温度并存储，可以设置报警温度，到达报警温度时声光报警。3、主要参考资料：1 张毅坤,陈善久.单片微型计算机原理及应用M.西安:西安电子科技大学出版社,2002.2 张友德,赵志英,徐时亮.单片微机原理应用与实验M.上海:复旦大学出版社,2000.3 蔡美琴,张为民,沈新群,张荣娟.MCS-51 系列单片机系统及其应用M.北京:高等教育出版社,1992.完成期限 指导教师 专业负责人 本科毕业设计（论文）目 录第 1 章 系统设计 .11.1 温度采集报警系统 .1第 2 章 硬件设计 .22.1 测温和控制电路 .22.2 显示控制电路 .52.3 声光报警电路 .6第 3 章 软件设计 .8总结 .9参考文献 .10附录 1 整体电路图 .11附录 2 源程序 .12本科毕业设计（论文）第 1 章 系统设计1.1 温度采集报警系统如图 1.1 所示为温度采集报警系统框图。该课程设计将以单片机控制的温度采集系统为主，利用单片机完成对温度的检测，实现安全温度内正常显示温度值，超出设定的温度上限则进行声光报警。系统在温度采集时主要应用了 DS18B20 芯片，该器件经过初始化后单片机首先进行 ROM 匹配，当受到测温器件发回的信号时证明该器件正常工作，接着单片机发送温度转换命令进行温度采集，测温的精确度很高，可以精确到小数点后四位。设计中还应用了 HD7279 芯片进行数码管显示的驱动，一共应用了 6 位数码管。报警电路采用由 NE555 所组成多谐振荡电路。图 1.1 系统框图测温电路 控制电路声光报警电路显示控制电路显示电路本科毕业设计（论文）第 2 章 硬件设计2.1 测温和控制电路(1) 测温测温使用的 DS18B20 是典型的应用单总线技术的器件。1-wire 单总线是Maxim 全资子公司 Dallas 的一项专有技术。与目前多数标准串行数据通信方式，如 SPI/I2C/MICROWIRE 不同，它采用单根信号线，既传输数据位，又传输数据位的定时同步信号，而且数据传输是双向的。大多数 1-wire 器件不需要额外的供电电源，可直接从单总线上获得足够的电源电流（即寄生供电方式） 。它具有节省 I/O 口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。1-wire 单总线适用于单个主机系统，能够控制一个或多个从机设备。当只有一个从机位于总线上时，系统可按照单节点系统操作；而当多个从机位于总线上时，则系统按照多节点系统操作。为了较为全面地介绍单总线系统，将系统分为三个部分讨论：硬件结构、命令序列和信号方式（信号类型和时序） 。硬件结构：顾名思义，单总线只有一根数据线。设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口，连接至该数据线，这样允许设备在不发送数据时释放数据总线，以便总线被其它设备所使用。单总线端口为漏极开路，其内部等效电路如图 1 所示。单总线要求外接一个约 5k 的上拉电阻；这样，单总线的闲置状态为高电平。不管什么原因，如果传输过程需要暂时挂起，且要求传输过程还能够继续的话，则总线必须处于空闲状态。位传输之间的恢复时间没有限制，只要总线在恢复期间处于空闲状态（高电平） 。如果总线保持低电平超过 480s，总线上的所有器件将复位。另外，在寄生方式供电时，为了保证单总线器件在某些工作状态下（如温度转换期间、EEPROM 写入等）具有足够的电源电流，必须在总线上提供强上拉 1。(2) 控制At89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS8 位单片机；片内含有 4k 字节的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 128 字节的随机存取数据存储器（RAM） ；器件采用 AMTEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标本科毕业设计（论文）准 MCS-51 指令系统；片内置通用 2 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。功能特性概述AT89S51 提供以下标准功能:4k 字节 Flash 闪速存储器、128 字节内部RAM、32 个 I/O 口线、两个 16 位定时/计数器、1 个 5 向量两级中断结构、一个全双工串行通信口、片内振荡器及时钟电路，同时，AT89S51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作并支持两种软件可选的节电工作模式；空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作；掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作一直到下个硬件复位 2。引脚功能说明Vcc：电源电压GND：地P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口；作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或者程序存储器时，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，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时要求外接上拉电阻P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口；P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口；作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低会输出一个电流。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址P2 口：P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口；P2 的输出缓冲级可驱动个（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口；作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低会输出一个电流。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据；在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX RI）时，P2 口线上的内容（即特殊功能寄存器(SFR)区中的 R2寄存器的内容） ，在整个访问期间不改变；Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和其它控制信号。 P3 口：P3 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口；P2 的输出缓冲级本科毕业设计（论文）可驱动个（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口；作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低会输出一个电流。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能；如下表2-1 所示：表 2-1端口引脚 第二功能P3.0 RXD (串行输入口)P3.1 TXD (串行输出口 )P3.2 (外中断 0)0INTP3.3 (外中断 1)1P3.4 T0 (定时/计数器 0)P3.5 T1 (定时/计数器 1)P3.6 (外部数据存储器写选通)WRP3.7 (外部数据存储器读选通)DP3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入；当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节；即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的；要注意的是,每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作，该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活，此外该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应该置 ALE 无效。EA/VPP：外部访问允许；欲使 CPU 仅访问外部程学存储器（地址为 0000H FFFFH） ，EA 端必须保持低电平（接地） 。需要注意的是，如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端的状态 3。本科毕业设计（论文）如 EA 端为高电平（接 Vcc 端） ，CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。XTML1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTML2: 振荡器反相放大器的输出端。AT89S51P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RXD/P3.010TXD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL218XTAL119GND20 P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P27 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 31P0.7 32P0.6 33P0.5 34P0.4 35P0.3 36P0.2 37P0.1 38P0.0 39VCC 40U1DS18B20GND1DQ2VD3T1Y130pFC230pFC3S1K1A-+ MOTOR SERVOMG1Y1Y2Y1Y210KR310uFC1100R2VCCRESRESVCCQ1340R1VCC220VCONTROLCONTROLVCC图 2.1 测温和控制电路2.2 显示控制电路HD7279A 是一片具有串行接口的，可同时驱动 8 位共阴式数码管(或 64 个LED 点阵)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达 64 键的键盘矩阵。该芯片内部含有译码器，可直接接受 16 进制码，HD7279A 还同时具有 2 种译码方式，HD7279(A)还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。HD7279 与单片机仅需 4 条接口线，其中 CS 为片选信号。当 MCU 访问 HD7279 时，应将片选端置为低电平。DATA 为串行数据/输出端，当向 HD7279 发送数据时，DATA 为输入端；当 HD7279A 输出键盘代码时，DATA 为输出端。其特点为：-串行接口，无需外围元件可直接驱动 LED本科毕业设计（论文）-各位独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性-（循环）左移/（循环）右移指令-具有段寻址指令，方便控制独立 LED-64 键键盘控制器，内含去抖动电路-有 DIP 和 SOIC 两种封装形式供选择EA/VP 31X1 19X218RESET 9RD 17WR16INT0 12INT1 13T0 14T1 15P10 1P112P12 3P13 4P145P15 6P16 7P178P0039 P0138 P0237P0336 P0435 P0534P0633 P0732P2021 P2122 P2223P2324 P2425 P2526P2627 P2728PSEN29 ALE/P30TXD11 RXD1089S51VDD1 VDD2NC3 VSS4NC5 CS6CLK7 DATA8KEY9 SG10SF11 SE12SD13 SC14 SB 15SA 16DP17DIG0 18DIG1 19DIG220DIG3 21DIG4 22DIG523DIG6 24DIG7 25CLKO26RC 27RESET 28HD7279abfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS2abfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS1R14200R15200R16200R17200R18200R19200R20200R21200 DPSASBSCSDSESFSGDPDPSASA SBSBSCSC SDSDSESE SFSFSGSGabfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS3SASBSCSDSESFSGDPabfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS4abfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS5abfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS6 SASASASBSBSB SCSCSCSDSDSD SESESESFSFSF SGSGSGDPDPDP470 LED VCCVCC图 2.2 显示控制电路2.3 声光报警电路555 集成定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。它结构简单，使用灵活，用途十分广泛，可以组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延时电路、双稳触发电路、报警电路、检测电路、频率变换电路等。555 定时器的电路原理图及管脚排列图分别如图 2.3 和 2.4 所示。本科毕业设计（论文）555 含有两个比较器 A1、A 2，其中 5 端为电压控制端，通过外接一个参考电源，可以改变上、下触发电位值，不用时，可通过一个 0.01F 旁路电容接地。4端为触发器复位端，不用时应接高电平。总之，555 相当于一个可用模拟电压来控制翻转的 R-S 触发器。图 2.5 就是用 555 构成的多谐振荡电路，产生的振荡脉冲信号经过三极管放大后驱动扬声器报警，由单片机的 P1.5 端口输出高电平发出报警。TRIG 2Q3 R 4CVolt 5THR6DIS7VCC8GND1NE55515K68K5101K0.1uFVCCVCCGND NPNCAPVCCP1.5HP图 2.5 报警电路5551 2 3 45678图 2.4 555 定时器的引脚图5k-+ +A1-+ +A2-15k5kRD-SD-QQUCC电源地WR485627图 2.3 555 定时器的原理图路3OUTGNDDISTLTHVC复位端输出端高触发端放电端低触发端电压控制端电源端T本科毕业设计（论文）第 3 章 软件设计该课程设计中主要利用了 DS18B20 芯片进行测温，该芯片是单总线器件，顾名思义单总线只有一根数据线，因此在通信时时序就显得十分重要，我们在编程时也要十分注意这一点。在程序中测温时首先要对 DS18B20 进行初始化，初始化过程由单片机发出的复位脉冲和芯片响应的应答脉冲组成，应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。由于总线上只挂接了一片测温芯片，因此可直接跳过 ROM 匹配发出测温命令。该设计可实时显示温度值，便于连续观测。系统源程序见附录 2。软件流程图如下所示：启动系统初始化 DS18B20跳过 ROM发出温度转换命令并读取温度值显示温度值温度是否大于 50 度声光报警YN图 3.1 软件流程图本科毕业设计（论文）总结这次课程设计使我掌握了很多实践知识，在老师和同学的帮助下对单片机有了进一步的了解。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，进而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。整个设计过程可以说不是很顺利，因为有很多知识已经淡忘，还有很多新的东西没有掌握，所以这次设计在不断的复习、学习中度过，使我受益匪浅，也使我对单片机的运用有了进一步的了解和掌握，也为今后的学习生活和工作打下良好的基础。最后我要衷心感谢老师的辛勤指导，感谢帮助我同学。本科毕业设计（论文）参考文献1 张毅坤,陈善久.单片微型计算机原理及应用M.西安:西安电子科技大学出版社,2002.2 张友德,赵志英,徐时亮.单片微机原理应用与实验M.上海:复旦大学出版社,2000.3 蔡美琴,张为民,沈新群,张荣娟.MCS-51 系列单片机系统及其应用M.北京:高等教育出版社,1992.本科毕业设计（论文）附录 1 整体电路图TRIG 2Q3 R 4CVolt 5THR6DIS7VCC8GND1NE55515K68K5101K0.1uFVCCVCCGND NPNCAPVCCEA/VP 31X1 19X218RESET 9RD 17WR16INT0 12INT1 13T0 14T1 15P10 1P112P12 3P13 4P145P15 6P16 7P178P0039 P0138 P0237P0336 P0435 P0534P0633 P0732P2021 P2122 P2223P2324 P2425 P2526P2627 P2728PSEN29 ALE/P30TXD11 RXD1089S51VDD1 VDD2NC3 VSS4NC5 CS6CLK7 DATA8KEY9 SG10SF11 SE12SD13 SC14 SB 15SA 16DP17DIG0 18DIG1 19DIG220DIG3 21DIG4 22DIG523DIG6 24DIG7 25CLKO26RC 27RESET 28HD7279a bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS2a bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS1R14200R15200R16200R17200R18200R19200R20200R21200 DPSASBSCSDSESFSGDPDPSASA SBSBSCSC SDSDSESE SFSFSGSGa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS3SASBSCSDSESFSGDPP1.5HPa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS4a bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS5a bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS6 SASASASBSBSB SCSCSCSDSDSD SESESESFSFSF SGSGSGDPDPDP470 LED VCCDQVCCRSTX1X2GND1QD2VD3DS18B20VCCDQ30P30PX1X210K10010uFVCC RST本科毕业设计（论文）附录 2 源程序TEMPH EQU 35HTEMPL EQU 34HDQ EQU P1.2 ;18B20BIT_COUNT EQU 30HTIMER EQU 31HTEN EQU 32HDATA_IN EQU 20H DATA_OUT EQU 21H TIMER1 EQU 33HDAT BIT P1.0CLK BIT P1.1CS BIT P1.3ORG 0000HAJMP STARTORG 0003HLJMP INT0ORG 0030HMAIN:MOV SP,#60HMOV P1,#11011101START:LCALL GET_TEMPERLCALL CHULI_1 ;36H-37H-38H 存有温度值LCALL DELAYLCALL DELAYSETB P1.4 ;报警灯灭CLR P1.5 ;报警铃停AJMP START;-GET_TEMPER:SETB DQLCALL INIT_1820 ;复位本科毕业设计（论文）MOV A,0CCH ;跳过 ROMLCALL WRITE_1820MOV A,#44HLCALL WRITE_1820LCALL DELAYLCALL INIT_1820 ;复位MOV A,0CCH ;跳过 ROMLCALL WRITE_1820MOV A,#0BEH ;读取温度值LCALL WRITE_1820LCALL READ_1820 ;29H(低),28H( 高)RET;-INT0:PUSH PSWPUSH ACCMOV DATA_OUT,#15HLCALL SENDLCALL RECEIVESETB CSMOV R2,DATA_INPOP ACCPOP PSWRETI;-发射子程 -SEND:MOV BIT_COUNT,#8CLR CSCALL LONG_DELAYSEND_LOOP:MOV C,DATA_OUT.7MOV DAT,CSETB CLKMOV A,DATA_OUT本科毕业设计（论文）RL AMOV DATA_OUT,ACALL SHOUT_DELAYCLR CLKCALL SHOUT_DELAYDJNZ BIT_COUNT,SEND_LOOPCLR DATRET;-RECEIVE:MOV BIT_COUNT,#8SETB DATCALL LONG_DELAYRECEIVE_LOOP:SETB CLKCALL SHOUT_DELAYMOV A,DATA_INRL AMOV DATA_IN,AMOV C,DATMOV DATA_IN.0,CCLR CLKCALL SHOUT_DELAYDJNZ BIT_COUNT,RECEIVE_LOOPCLR DATRET;-LONG_DELAY:MOV TIMER,#25 ;50USDELAY_LOOP:DJNZ TIMER,DELAY_LOOPRETSHOUT_DELAY:MOV TIMER,#4 ;8US本科毕业设计（论文）DELAY_LOOP1:DJNZ TIMER,DELAY_LOOP1RET;-处理的数据从 36H 起始-CHULI_1:MOV 36H,#00HMOV 37H,#00HMOV 38H,#00HMOV C,28H.7JC FUSHUMOV TEMPH,28H ;高位MOV TEMPL,29H ;低位INC TEMPH ;修正S1:MOV A,36HADD A,#25HDA AMOV 36H,AMOV A,37HADDC A,#06HDA AMOV 37H,AMOV A,38HADDC A,#00HDA AMOV 38H,ADJNZ TEMPL,S1DJNZ TEMPH,S1LCALL DISPLAY_1RETFUSHU:MOV TEMPH,28HMOV TEMPL,29HXRL TEMPL,#0FFH ;变为原码本科毕业设计（论文）XRL TEMPH,#0FFHMOV A,TEMPLADD A,#01HMOV TEMPL,AMOV A,TEMPHADDC A,#00HMOV TEMPH,AINC TEMPH ;修正S2:MOV A,36HADD A,#25HDA AMOV 36H,AMOV A,37HADDC A,#06HDA AMOV 37H,AMOV A,38HADDC A,#00HDA AMOV 38H,ADJNZ TEMPL,S2DJNZ TEMPH,S2LCALL DISPLAY_2RET;-复位子程序-INIT_1820:SETB DQNOPCLR DQ ;主机发出延时 480 微秒的复位低脉冲MOV R1,#3TSR1:MOV R0,#80本科毕业设计（论文）DJNZ R0,$DJNZ R1,TSR1SETB DQ ;然后拉高数据线NOPNOPNOPMOV R0,#25HTSR2:JNB DQ,TSR3 ;等待 DS18B20 回应DJNZ R0,TSR2LJMP TSR4 ;延时TSR3:SETB F0 ;置标志位,表示 DS1820 存在LJMP TSR5TSR4:CLR F0 ;清标志位 ,表示 DS1820 不存在LJMP TSR7TSR5:MOV R0,#117TSR6:DJNZ R0,TSR6 ;时序要求延时一段时间TSR7:SETB DQRET;-;写 DS18B20 的子程序(有具体的时序要求 )WRITE_1820:MOV R2,#8 ;一共 8 位数据CLR CWR1:CLR DQ ;置低电平，开始写输出MOV R3,#6DJNZ R3,$RRC A本科毕业设计（论文）MOV DQ,CMOV R3,#23DJNZ R3,$SETB DQNOPDJNZ R2,WR1SETB DQRET;-;读 DS18B20 的程序,从 DS18B20 中读出两个字节的温度数据READ_1820:MOV R4,#2 ;将温度高位和低位从 DS18B20 中读出MOV R1,#29H ;低位存入 29H(TEMPER_L),高位存入 28H(TEMPER_H)RE00:MOV R2,#8 ;数据一共有 8 位RE01:CLR CSETB DQNOPNOPCLR DQNOPNOPNOPSETB DQMOV R3,#9RE10:DJNZ R3,RE10MOV C,DQMOV R3,#23RE20:DJNZ R3,RE20RRC ADJNZ R2,RE01本科毕业设计（论文）MOV R1,ADEC R1DJNZ R4,RE00RET;-显示程序-DISPLAY_1:MOV DATA_OUT ,#0A4H ;复位LCALL SENDSETB CSMOV A,36HANL A,#0FHMOV R3,AMOV DATA_OUT,#10000000BLCALL SENDMOV DATA_OUT,R3LCALL SENDMOV A,36HSWAP AANL A,#0FHMOV R3,AMOV DATA_OUT,#10000001BLCALL SENDMOV DATA_OUT,R3LCALL SENDMOV A,37HANL A,#0FHMOV R3,AMOV DATA_OUT,#10000010BLCALL SENDMOV DATA_OUT,R3LCALL SENDMOV A,37HSWAP AANL A,#0FH本科毕业设计（论文）MOV R3,AMOV DATA_OUT,#10000011BLCALL SENDMOV DATA_OUT,R3LCALL SENDMOV A,38HANL A,#0FHORL A,#80H ;DP=1MOV R3,AMOV DATA_OUT,#84HLCALL SENDMOV DATA_OUT,R3LCALL SENDMOV A,38HSWAP AANL A,#0FHMOV R3,AMOV DATA_OUT,#