单片机课程设计-——多路温度检测及报警系统

1、辽东学院信息技术学院微控制器原理与接口技术课程设计报告设计题目：多路温度检测及报警系统专业班级：电子信息工程、B1006姓 名： 田洪雨教师评语:一、摘要本课程设计是基于DS18B2在LCD1602夜晶显示的多路温度检测 及报警系统。本课题以AT89C51单片机系统为核心，能对多点温度进 行实时巡检。DS18B2C是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由 于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松的组建起传感器网络， 并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经验， 介绍了 DS18B2C温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。关键词：DS18B20 LCD16

2、02高低温报警二、课程设计目的通过单片机原理与应用课程设计，使学生掌握单片机及其扩 展系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。 进一步加深 单片机及其扩展系统设计和应用的理解。三、课程设计题目多路温度检测及报警系统四、课程设计内容及要求1 、设计内容：1 ）有上电指示灯；2）能正确手动复位；3）有4位数码管显示，能按照分秒进制显示时间；4）自定义的扩展功能。2、设计要求：1）独立设计原理图及相应的硬件电路。2）针对选择的设计题目，设计系统软件。软件要做到：操作方 便，实用性强，稳定可靠。3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上设计原 理图及相应的源程序。五、系统硬件电路设计系

3、统主要由硬件和软件两大部分构成，当接收到系统发出的温 度转换命令后，DS18B20开始进行温度转换操作并把转化后的结果 放到16位暂存寄存器中的温度寄存器内，然后与系统进行数据通信，系统将温度读出并驱动LED数码管显示。如果温度值低于设定 下限值或高于设定上限值，则自动启动报警装置。由于DS18B20单总线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙 概念，因此读写时序很重要。该系统结构图按键电路显示电路复位电路测温电路报警电路1、单片机最小系统电路设计AT89S51是低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数 据存

4、储器(RAM,器件采用高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器(CPU和Flash存储单元，功能强大 AT89S51单片机适合于许多 较为复杂控制应用场合。AT89S51单片机为40引脚双列直插芯片，有 四个I/O 口 PO、P1、P2、P3,每一条I/O线都能独立地作输出或输入。AT89S51 DIP管脚封装T2/P1+ 0vcc140T2EX/PL 1239P0. 0 ADOFl, 2338P0.1 ADIPl, 3437PC,2/AD2Pl. 4536P0. 3/AD3PL 5635P0. 1/AD4Pl. 634P0.

5、5.- ADSPE 7833P0, 6/AD6RST932PO. 7/AD7RXD/P3. 01031EATXD/P3. 1LI30ALE/PROG1NT0/P3. 21229PSENINT1/P3. 3W28P2. 7/A15T0/P3. 11427P2. 6/A14T1/P3.51526P2, 5/A13WR/P3t 61625P2. 1/A12RD/P3, 71724P2. 3/A111923P2. 2/A 10XTAL119P2. 1/A9VSS2031P2. 0/A8AT89S51其结构图如图所示P2XTAL1XTAL2寄忍5(SFR)数据存需器 RAMPSEN RESETALE E

6、A配字存储器4KB Flash ROMCPU （运馀器） （控制器）门定器為时1P1L串 行定时擀/计数髀16 2 个断统 中系口W（1）一个8位微处理器CPU（2）片内数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR（3）片内程序存储器ROM（4）两个定时/计数器TO、T1，可用作定时器，也可用以对外部脉 冲进行计数（5）四个8位可编程的并行I/O端口，每个端口既可作输入，也可 作输出（6）个串行端口，用于数据的串行通信（7）中断控制系统（8）内部时钟电路功能特性概述：AT89S51提供以下标准功能：8k字节Flash闪 速存储器，256字节内部RAM，32个I/O 口线，3个16位定时/ 计数器，一

7、个6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，AT89S52可降至OHz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 作直到下一个硬件复位。单片机AT89S52的P0 口作为输入口。P0与DS12887的 AD相连， 进行时间图2-3数据的采集；（RD）与DS12887的17脚DS相连，与 DS12887的 19 脚 IRQ相连，与 DS12887的 13 脚 CS相连;30 脚 ALE 与DS12887的14脚A

8、S相连。单片机的第18引脚和19引脚接时钟电 路，XTAL1接外部晶振和微调电容的一端，XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端。对外接电容的值虽然没图2-4主控电路及其最小系统电路图有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳 定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡 器的值为，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22卩F。第9引脚为复位输入端，接上电容，电阻后构成上电复位电路。 20引脚 为接地端，40引脚为电源端。/EA端（31引脚）接+5V电压。由此就构成了单片机主控模块的最小系统，如图2-4所示。2、DS18B20电路设计DSI820数字温度计是美

9、国Dallas公司生产的数字温度计，它 提供9位（二进制）温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送 入DSI8B20或从DSI8B20送出，因此从主机CPU到DSI8B20仅需一条 线。DSl820的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。因为 每一个DSl820在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多DSl820可以存放在同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度敏 感器件。DSl820的测量范围从-55到+ 125，增量值为，可在I s（典 型值）内把温度变换成数字。每一个 DSI820包括一个唯一的64位长 的序号，该序号值存放在DSI820内部的ROM只读存贮器）中。开始8

10、 位是产品类型编码（DSI820编码均为10H）。接着的48位是每个器件 唯一的序号，最后8位是前面56位的CRC循环冗余校验）码。以下是DS18b20的内部结构图。电源桂测DS18B2C有4个主要的数据部件: 64位激光ROM 64位激光ROM从高位到低位依次为 8位CRC 48位序列号和 8 位家族代码 (28H) 组成。 温度灵敏元件。 非易失性温度报警触发器TH和TL。可通过软件写入用户报警上下限值。 配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。DS18B2C在0工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值DS18B20的测温范围为-55 C +125C ,在-10

11、C +85C范围内，精度为士 0.5 C。在电压低于时精度误差较大。在本系统中使用了两个DS18b20温度传感器，测温范围为0C 100C，另外根据器件稳定工 作的特点，考虑到驱动能力的不足，采用外加 5V电源以满足传感器 精度高的要求。本系统为多点温度测试。DS18B2C采用外部供电方式，理论上可 以在一根数据总线上挂256个DS18B20但实际应用中发现，如果挂 接20个以上的DS18B2C就会产生功耗问题。另外单总线长度也不宜 超过，否则会影响到数据的传输。 在这种情况下我们可以采用分组的 方式，用单片机的多个I/O来驱动多路DS18B20在实际应用中还可 以使用一个MOSFE将I/O

12、口线直接和电源相连，起到上拉的作用。 在本电路板的设计中考虑到初步实践的准确性，暂使用2个DS18B20连接单片机的口。对DS18B2啲设计，需要注意以下问题(1)对硬件结构简单的单线数字温度传感器 DS18B20进行操作,需要用较为复杂的程序完成。 编制程序时必须严格按芯片数据手册提 供的有关操作顺序进行，读、写时间片程序要严格按要求编写。尤其在使用DS18B20的高测温分辨力时，对时序及电气特性参数要求更( 2)有多个测温点时，应考虑系统能实现传感器出错自动指示，进行自动DS18B20序列号和自动排序，以减少调试和维护工作量。(3) 测温电缆线建议采用屏蔽 4 芯双绞线，其中一对线接地线与

13、信号线，另一组接VCC口地线，屏蔽层在源端单点接地。DS18B20在 三线制应用时，应将其三线焊接牢固；在两线应用时，应将 VC与GND 接在一起，焊接牢固。若VC脱开未接，传感器只送 C的温度值。(4) 实际应用时，要注意单线的驱动能力， 不能挂接过多的 DS18B20， 同时还应注意最远接线距离。 另外还应根据实际情况选择其接线拓扑 结构。3、LCD1602电路设计由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和 亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器(CRT那样需要不断刷 新新亮点。因此， 液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口液晶显 示器都是数字式的， 和单片机系统的接口更加简单

14、可靠， 操作更加方 便。体积小、 重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状 态来达到显示的目的， 在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得 多。功耗低相对而言， 液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和 驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。LCD1602的实物图如图 4，主要参数如下：-显示容量:16 X2个字符-芯片工作电压：一-工作电流：-模块最佳工作电压：-字符尺寸：x (WZX H)mm1602液晶显示采用标准的16脚接口，其中：(模块背面有标注)第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3 脚: V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱， 接地电源时

15、对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以 通过一个10K的电位器调整对比度第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时 选择指令寄存器第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行 写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址；当RS为高电平、RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶 模块执行命令。第714脚：D0- D7为8位双向数据线。第1516脚：空脚1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGRO已经存储了不同的 点阵字符图形，这些字符有，阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用 的符号、和日文假名等

16、，每一个字符都有一个固定的代码，其中数字 与字母同ASCII码兼容。它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置指令2:光标复位，光标返回到地址 00H指令3：光标和显示模式设置 I/D :光标移动方向，高电平右移， 低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 高 电平表示有效，低电平则无效指令4:显示开关控制。D:控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C:控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B:控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁指令5:光标或显示移

17、位 S/C:高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标指令6:功能设置命令 DL高电平时为4位总线，低电平时为8 位总线 N:低电平时为单行显示，高电平时双行显 示 F:低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示 5x10的点阵字符（有些模块是 DL:高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）指令7:字符发生器RAM地址设置指令& DDRA地址设置指令9:读忙信号和光标地址 BF:为忙标志位，高电平表示忙， 此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不 忙。指令10:写数据指令11:读数据指令表:序号指令RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01清屏00000000012光标

18、返回000000001 *3输入模式00 00 0 001 I/DS4显示控制0000001 DCB5光标/字符移 位0 00 001 S/C R/L *6功能00 001 DL N F *7置字符发生器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志和地址01BF计数器地址10写数据到指 令所设地址1 0要写的数据11从指令所设 的地址读数 据11读出的六、系统软件设计软件是系统的主要组成部分，也是整个调试的重点和难点工作。 本系统的软件由C语言编写，程序的主要功能是负责温度的实时显 示、读出并处理DS18B20勺测量的当前温度值。七、实验结果62II210

19、21 az*HZ-FL1 -EH 二 FEiAJSS FD JKUtiFD 5 rE.s-ij&5FG?Wrz-imsPZiftH2P2u.in fizmls当温度小于10度或者高于60度时，报警灯亮#3 FiA 匸iTBra.-usi i听iiuF3J*IT IJJpIJra-kHUt- ft* Risr 1 r*-2 ra ?z- 2 ci nlacl -w 2-2uKszz工 o Dzcmi】 mi:P 乂叵P沁PilTOP昴 P-DT：P-47CPC：AD0K1AE1K1AT： P031D 哄心 叱山 Ki ADS K7AE?血 pi:m KlEu Pl-IO Pl；】 Pl沁 PL熔

20、 PL於KillK11P pmw P13A11 PUAE PUA13 P1SA14 =：.U5 5 DLP3K51R：3BP附录B:程序清单 #include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define data 1000#define lcd_date P0sbit lcd_e n=P2八2;sbit lcd_rw=P2A1;sbit lcd_rs=P2A0；sbit key0=P1A0;sbit key1=P1A1;sbit led=P1A7;uchar code lcdtable=09- ;ucha

21、r code error12=no facility;ucharrom_id38= 0x28,0xc4,0x14,0x11,0x00,0x00,0x00,0x8950x28,0xc4,0x14,0x10,0x00,0x00,0x00,0x06;uchar dispbuf8;uchar dispbuf18;uint data1=50000;uchar tem1,tem2,temt1,temt2;uint temper1;Write_dat(lcdtabledispbuf3);Write_com(0xc9);Write_dat(2);Write_dat(:);Write_dat(lcdtabledispbuf4);Write_dat(lcdtabledispbuf5);Write_dat(lcdtabledispbuf6);Write_dat(.);Write_dat(lcdtabledispbuf7);Write_com(0x80);Write_dat(L);Write_dat(:);Write_dat(lcdtabledispbuf10);Write_dat(lcdtabledispbuf11);Write_dat(lcdtabledispbuf12);Write_dat(.);Write_dat(lcdtabledispbuf13)