基于单片机的温度检测系统设计31847

1、课程设计课程名称：基于单片机的温度检测系统设计学 院： 专 业： 电自 082姓 名： 学 号：年 级： 三年级 任课教师：2011 年 6 月 26 日目录前言第一章 单片机概述第二章 总体方案设计2.1 课题的意义2.2 系统整体硬件电路2.2.1 芯片简介2.2.2 硬件电路设计及描述第三章 系统软件算法设计3.1 主程序3.2 读温度子程序3.3 串行收发数据子程序3.4 程序流程图课程设计体会参考文献前言一个好的课程设计作品和一份优秀的报告可以让你在应聘工作时被优先录取.a 因此,2 学生应该静下心来好好想想毕业设计应该做些什么?如何进行 ?整个设计过程 ,2 对于一般的学生而言是陌

2、生的 ,2 特别是刚入门的初学者 ,2 从无到有地设计出较复杂、特殊的软硬件系统更是一件困难的工作 .a 若设 计者手上有了基本的软、硬件设计资源当作参考 ,2 只是在已有的基础上做 功能扩充或系统集成 ,2 这样设计起来将会很方便 ,2 还可以省下设计者收集 数据及测试源程序代码是否正确的时间. 这次的课程设计就是为锻炼学生的综合能力为前提而开展的。第一章 单片机概述单片机诞生于 20 世纪 70 年代末，经历了 SCM、 MCU、SoC 三大阶段。 单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有 数据处理能力的中央处理器 CP

3、U随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器 / 计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调 制电路、模拟多路转换器、 A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一 个小而完善的计算机系统。早期单片机主要由于工艺及设计水平不高、功 耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：即采用较高的分频系数 对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。以后的CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施， 但这种状态并未被彻底改观 （51 以及 51 兼容 ） 。此间虽有某些精简指令集单片机（RISC） 问世 , 但依然沿袭对时钟分频的作法。单片机问世以来所走的路与

4、微处理器是不同的。微处理器向 着高速运算、数据分析与处理能力、大规模容量存储等方向发展，以提高 通用计算机的性能。其接口界面也是为了满足外设和网络接口而设计的 。 单片机则是从工业测控对象、环境、接口特点出发，向着增强控制功能、 提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面接口的 方向发展。因此，单片机有着自已的特点，主要是：1 2 品种多样，型号繁多。品种型号逐年扩充以适应各种需要。使系统开 发者有很大的选择自由。提高性能，扩大容量。集成度已达200 万个晶体管以上。总线工作速度已达数十微秒。 工作频率达到 30MHz甚至 40MHz。指令执行周期减到数十 微秒。存储器容量 R

5、AM发展到 1K、 2K， RO M发展到 32K、 64K；增加控制功能，向外部接口延伸。把原属外围芯片的功能集成到本芯 片内。现今的单片机已发展到在一块含有CPU的芯片上，除嵌入 RAM、 ROM存储器和 I O接口外，还有 AD、PWM、U ART、Timer Counter 、DMA、 Watchdog 、 Serial Port 、 Sensor 、 driver 、还有显示驱动、键盘控制、函 数发生器、比较器等，构成一个完整的功能强的计算机应用系统；低功耗。供电电压从 5V降到 3V、2V 甚至 1V 左右。工作电流从 mA级 降到 A级。在生产工艺上以 CMOS代替 NMOS，并

6、向 HCMOS过渡；应用软件配套。提供了软件库，包括标准应用软件，示范设计方法。 使用户开发单片机应用系统时更快速、方便。使有可能做到用一周时间开 发一个新的应用产品；系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三总线结构DB、AB、CB，以方便构成各种应用系统。根据单片机网络系统、多机系统的特点专门开发 出单片机串行总线。此外，还特别配置有传感器，人机对话、网络多通道等接口，以便构成网络和多机系统。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有 单片机的踪迹全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及 程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域 的机器人、

7、智能仪表、。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算 机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安医疗器械以及各种智能机械了 因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的 科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航 空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。第二章 总体方案设计2.1 课题设计的意义 一：消化与巩固单片机原理及接口技术课程所学的知识。一切问题来源于书本，在做课题的时候，有很多的问题都需要在课本中找到答 案，这就使得把这学期的单片机原理及接口技术有了一次系统的复习，对 所

8、学的知识进行了巩固与消化。二：理论联系实际，用理论知识解决实际的问题。 三：培养设计能力，初步掌握设计的步骤和方法。 四：设计一个具有一定功能的温度检测系统，该系统上电或按键复位后监 测准备状态，按监测启动键，系统开始监测温度，并将温度通过串行口方式传 送给计算机，按下停止键，系统停止监测。要求使用DS18B20监测温度，有上电复位和按键复位，要有声光报警。2.2 系统整体硬件电路2.2.1 芯片介绍 本次设计一共用到了以下几个芯片： 80C51、DS18B20、74LS138、LED 数码管显 示器。80C51 的介绍： MCS-51 系列单片机的硬件结构基本相同，主要区别在于芯片 上 RO

9、M的形式和配置。 8051 的基本结构由： 1 个 8 位的 CPU、 1 个片内时钟振荡 器、4KB的片内程序存储器、 128个字节的片内数据存储器、 4 个并行的 I/O 口， 具有 32 个双向的、可独立操作的 I/O 线、2 个 16位的定时 /计数器、 1 个全双 工的串行口、 5 个中断源，可设置成 2 个优先级、 21 个特殊功能寄存器、具有 很强的布尔处理功能有机结合在一起，共有 40 个引脚。DS-18B20 数字温度传感器的介绍： DS18B20 可组网数字温度传感器芯片 封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各 种狭小空间设备数字测温和控制领域。

10、独特的单线接口方式， DS18B20在与 微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围 55+125，固有测温分辨率 0.5 ，支持多点组网功能， 多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8 个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 DS18B20数字温度计提供 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 BS1820，因此从主机 CPU到 DS1820仅需一条线盒地线， DS1820 的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。74LS138 的介绍： 74LS138 是一种常

11、用的 3-8 译码器芯片。其中， A、B、C 为数据输入端， /G2A. 、/G2B 、和 G1 为数据输入允许端， /YO-/Y7 为译码器的 输出端，低电平有效，显然，当输入 C、B 和 A 的状态确定时，译码器输出 /Y0Y7 只有 1 个为低电平，其余为高电平。LED 数码显示器的介绍： LED 数码显示管是单片机应用产品中常用的廉价输 出设备，它是由若干个发光二极管组成显示字段，当二极管导通时，相应的一 个点或一个笔画发光，就能显示出各种字符，常用的 8 段 LED 显示 ag 和 dp 为显示字段控制端。2.2.2硬件电路的描述及设计二 硬件电路的描述1. 温度采集系统功能说明及总

12、体方案的介绍（1）温度测量功能利用 DS18B20 数字温度传感器实现对温度进行精确测量， 是温度值显示在数码 管上。（2）温度采集功能利用 DS18B20 数字传感器对温度进行采集， 单片机作为控制器件， 数据通过串 行口传至计算机，进行温度的采集。（3）系统工作流程（4）总体方案的介绍利用 DS18B20对温度进行下采集， 通过单片机的处理， 在 LED 上显示出数据， 利用两个开关控制，开始键按下，开始测试，停止按键，按下后停止检测，数 码管显示最近一次检测值。超过 60 度，声光报警。2 绘制硬件电路图，如下3 温度检测系统的原件清单器件名称数量80C51 单片机1个DS18B201个

13、74LS1381个LED 数码管3个蜂鸣器1个二极管1个电容若干电阻若干开关若干4 详细介绍温度检测系统电路主要部分的工作原理（ 1） 单片机型号的选择及引脚的工作情况本设计用到了 80C51共有 40个引脚，其中用到的引脚有： 控制引脚、 RESET 、/EA、P0、P1、P2口，还用到了 XTAL1 、和 XTAL2 的晶整信号的输入、输出 引脚。RESET 引脚：复位信号，在 RESET 引脚上保持 2 个机器周期以上的高电平， 单片机复位，通过按键上电复位电路输入信号，控制单片机。/EA 引脚：内外程序存储器选择控制端， /EA 接高电平， CPU 对程序存储器 的操作从单片机内部程序

14、存储器开始，并可延伸到单片机的外部程序存储器。P0口引脚： 8 位双向的三态 I/O 口，单片机有外部扩展时，作为低 8位地址 线和数据总线使用，可以驱动 8 个 TTL 负载，在设计中 P0.0 和 P0.1控制开关 K1 和 K2，P0.2、P0.3、P0.4 控制 74LS138 译码器的选通。P1口引脚： 8 位准双向 I/O 口，可以驱动 4个 TTL 负载，在设计中 P1.0接的 是 GND 接地引脚， P1.1和 P1.2接的是声光报警器， P1.3 接的是 DS18B20的温 度检测器。P2口引脚： 8 位准双向的 I/O 口，当单片机有外部扩展时，作为高 8位的地 址线使用，

15、可以驱动 4个 TTL 负载，设计中用 P2口控制三个共阴级的 LED。XTAL1 、XTAL2 引脚：晶体振荡器信号输入输出引脚，用来控制设计中的晶 振电路。（2）复位电路的原理复位电路的目的是产生持续时间小于2 个机器周期的高电平。通常，在设计时，使复位电路在单片机上能产生 110MS 的高 电平，保证可靠的实现复位。按键开关及上电自动复位电路：上图为按键开关及上电自动复位电路，当按 键开关 S按下时， +5V 电源通过 S接通电阻 R 和 R1 构成电路网咯，设计时使 电阻 R1 上的分压达到高电平的值，就可以是单片机复位，因为按动按钮开关使 其闭合的时间远远大于单片机复位随需要的时间，

16、通常把上电复位和按钮开关 复位电路综合在一起，这样就可以在每一次电源接通时系统复位，也可以满足 强制复位的要求， C 取 22uf， R取 1000，R1取 200左右。（3）74LS138 译码器的工作原理原理：当一个选通端 G为高电平，另外两个选通端 /G2A、/G2B 为低电平 时可以将地址端（ A 、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平输出。其真值表如下：/G/G2A/G2BCBA/Y0/Y1/Y2100000011100001101100010110当 C、B、A 输出为 000时， 74LS138选中 LED1 ，LED1 管发亮，输出 001 时， LED2 管发亮，输

17、出为 010 时，LED3 管发亮。（4）晶振电路利用单片机芯片上提供的反相放大器电路， 在 XTAL1 和 XTAL2 引脚之 间 外 接 振 荡 源 构 成 单 片 机 的 时 钟 电 路 ， 有 振 荡 源 OSC 和 电容 C1 和 C2 构成了并联谐振回路作为定时元件，荡源 QSC 晶体振荡器或陶瓷振荡器， 频率为 1.212MHz，电容 C1、C2 为 30pF， 起频率微调作用，在单片机的应用系统中，晶振的频率越高，单片机的运行速 度越快。（5）声光报警系统 声光报警器的主要源器件是由感应器、二极管、蜂鸣器等构成整个报警器， 当温度超过 60 是，就自动报警。（6）DS18B20

18、 温度检测器的原理DS18B20 工作过程中的协议如下： 初始化，ROM 操作指令，存储器操作指令， 数据处理。多路测量，当每一片 DS18B20 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位系列号， 在出厂前，与写入片内 ROM ，主机在进入操作程序前必须接入 1820 用读，ROM 命令将 1820 的系列号读出并登陆，在 1820 组成的测温系统中，主机在发出跳 过 ROM 命令之后，再发出系统的温度转换启动码，就可以实现所有1820 的统一转换，在经过一秒后，就可以用很少的时间逐一读取。第三章 系统软件算法设计3.1 主程序Org 0000h Sjmp main Org 0030hDO:;

19、显示 0Mov p0,#3fh Mov p2,#00h Acall delay 1ms Mov p0,#3fh Mov p2,#01h Acall delay 1ms Mov p0,#3fh Mov p2,#02h Acall delay 1ms Jnb p2.1,loop Loop: jnb p2.2,DOJb p2.1,p-key1 Jb p2.2,p-key2 Sjmp DOp-kye1:acall acall jb acall sjmpp-key2:disp endtempdisp p2.2,p-key2 Disp$3.2 键盘扫描子程序Disp: movro,#10hMovA,11h

20、XchdA,r0Mov12h,r0MovA,12hSwapAMov12h,AMovB,#100DivABMov13h,AMovB,AMovB,#10DivABMov14h,AMov15h,BMovDPTR,#Led-tableMovA,13hMovcA,A+DPTRMovp0, AMovp2,#00hAcalldelay 1msMovA,14hMovcA,A+DPTRMovp0,AMovp2,#01hAcalldelay 1msMovA,15hMovcA,A+DPTRMovp0,AMovp2,#02hAcalldelay 1ms3.3 检测温度子程序org 0100hCheck_Tempera

21、ture: data_acqure:acallreset_pulse ; 发送复位脉冲mova,#0cchacallwrite_byte;send skip ROM commandmova,#44hacallwrite_byte;初始化温度模块jnbp1.5,$;读 DS18B20 状态acallreset_pulsemova,#0cchacallwrite_bytemova,#0behacallwrite_byte;send scratchpad commandacallread_byte;read eeprom byte 0movr7,a; 存储 LSB 在 R7 中acallread_b

22、ytemovr6,a; 存储 MSB 在 R6 中acallreset_pulseretreset_pulse:setbp1.5nopnopclr eaclr p1.5mov r2,#250 ;delay 500us djnz r2,$ setb p1.5mov r2,#20 ;delay 40usdjnz r2,$clr corl c,p1.5jc reset_pulsemov r2,#80; 注意这两条指令是否真的需要djnz r2,$ ret;the end of the initiation3.4 串行收发数据子程序 读数据子程序： read_byte: mov r3,#8 setb

23、p1.5 nop nop read1: clr p1.5 nopnopsetbp 1.5nopnopnopmovr5,amovc,p1.5mova,r5movr2,#30djnzr2,$rrc adjnzr3,read1ret写数据子程序 write_byte: mov r3,#8 write ：rrc a jc write1 setb p1.5 nop nop clr p1.5 mov r2,#30 djnz r2,$ setbp 1.5 nop nop nop nop djnz r3,write ret write1: setb p1.5 nop nopclr p1.5nopnopnopn

24、opsetbp 1.5movr2,#30djnzr2,$djnzr3,writeret心得体会这次课程设计总共是经历了两个星期，在此期间我们同时也在上课、 考试，可以说是比较繁忙的。但是这次课程设计是老师一步一步引导我们 做的。如果是我们自己肯定是无从着手了。我们是分成了几个小组在做这 个设计。我们组是 6 人团队。从中我向懂的同学学习这个的目的和作图方 法。还请教了同学程序的编译，最后经过老师的辅导总算成型了。总的来 说从中学习了不少。我认为课程设计其实它本身的内容不是非常重要，重 要的是我们从中学到了什么，做一个课程设计首先应该做什么，自己要有 个概念和步骤。在这点老师就带领了我们。在今后做其他事的时候，这次 的课程设计经历就是个借鉴。所以说课程设计是培养学生综合运用所学知 识, 发现,提出 ,分析和解决实际问题 ,锻炼实践能力的重要环节 ,是对学生 实际工作能力的具体训练和考察过程. 随着科学技术发展的日新日异。如今单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是 无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术