數(shù)字溫度顯示報警系統(tǒng)

1、工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計（ 論 文 ）題 目： 數(shù)字溫度顯示報警系統(tǒng) 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 06（2）班 姓 名： 曹乾坤 學(xué) 號： 2006654212 指導(dǎo)教師： 葉愛芹 日 期： 2010年6月5日 目 錄引言22. 設(shè)計要求22.1基本功能22.2擴展功能23. 總體設(shè)計方案33.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證33.1.1 方案一33.1.2 方案二33.2 總體設(shè)計框圖33.3單片機的選擇33.4 溫度傳感器的選擇53.4.1 ds18b20的介紹53.5 顯示模塊選擇73.5.1數(shù)碼管的分類83.5.2數(shù)碼管驅(qū)動原理84. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計94.1系統(tǒng)整體電路圖94.2 單

2、片機最小系統(tǒng)104.3 溫度傳感器系統(tǒng)104.3.1 ds18b20的測溫原理114.4 報警電路設(shè)計124.5 顯示電路設(shè)計124.6電源電路設(shè)計135. 系統(tǒng)軟件設(shè)計145.1主程序145.2讀出溫度子程序155.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序155.4 計算溫度子程序155.4 鍵盤掃描流程圖176. 測試與結(jié)果分析176.1仿真軟件介紹176.2 仿真結(jié)果186.2.1 用keil進行程序編譯186.2.2 在proteus中仿真197. 總結(jié)與致謝22參考文獻(xiàn)：23英文摘要：24附錄：源程序25數(shù)字溫度顯示報警系統(tǒng)摘要：隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，

3、已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本文將介紹一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計，利用單片機at89s52設(shè)計了一種數(shù)字溫度計，它由單片機、ds18b20傳感器以及l(fā)ed 數(shù)碼管等部件組成，本溫度計屬于多功能溫度計,功能較強，可以設(shè)置上下限報警溫度，且測量準(zhǔn)確、誤差小。當(dāng)測量溫度超過設(shè)定的溫度上下限時，啟動蜂鳴器和指示燈報警。 關(guān)鍵詞：單片機at89s52；溫度計；ds18b20；溫度顯示引言溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。對于不同場所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同，則采用的測溫元件、測溫方法以及對溫度的控制方法也將不

4、同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時效不同，則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，對溫度的測控方法多種多樣。隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用1。利用微機對溫度進行測控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展2。本設(shè)計即用單片機對溫度進行

5、實時檢測與控制，本文所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實驗室使用，該設(shè)計控制器使用單片機at89s52，測溫傳感器使用ds18b20，用4位共陽極led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到設(shè)計要求。本溫度計屬于多功能溫度計,功能較強，可以設(shè)置上下限報警溫度，且測量準(zhǔn)確、誤差小。當(dāng)測量溫度超過設(shè)定的溫度上下限時，啟動蜂鳴器和指示燈報警。2. 設(shè)計要求2.1基本功能 基本范圍0-99 精度誤差小于0.5 led數(shù)碼直讀顯示2.2擴展功能 實現(xiàn)聲光報警 可以任意設(shè)定溫度的上下限報警功能3.

6、總體設(shè)計方案3.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證3.1.1 方案一由于本設(shè)計是測溫電路，根據(jù)設(shè)計要求可以使用熱敏電阻之類的感溫器件利用其感溫效應(yīng)，然后將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C進行數(shù)據(jù)的處理，然后在顯示電路上顯示，這樣就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。3.1.2 方案二 在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，這是非常容易想到利用數(shù)字溫度傳感器，所以可以采用一只溫度傳感器ds18b20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，然后傳輸給單片機進行數(shù)據(jù)處理，就可以滿足設(shè)計要求。從以上兩種方案，很容易看出，

7、采用方案二，電路設(shè)計比較簡潔，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用方案二。3.2 總體設(shè)計框圖溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖3.2.1所示，控制器采用單片機at89s52，溫度傳感器采用ds18b20，用4位led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。led顯 示主 控 制 器單片機復(fù)位報警點按鍵蜂鳴器報警ds18b20傳感器圖3.2.1總體設(shè)計方框圖3.3單片機的選擇方案一：選擇microchip公司的pic系列單片機作為世界上最為頂尖的單片機研發(fā)與生產(chǎn)企業(yè)，微芯公司設(shè)計的pic系列單片機一度風(fēng)靡全球，其優(yōu)秀的性能和卓越的品質(zhì)受到了許多人的青睞，其優(yōu)點毋庸贅述。但是，高知名度的缺點也顯而易見，價格昂貴，

8、性價比不高是其軟肋3。方案二：選擇德州儀器的msp430系列單片機msp430單片機是一個 16 位的、具有精簡指令集的混合型單片機，它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段。但是，由于msp430單片機系列價格較高，比較適合于較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)4。方案三：選擇atmel公司的at89s52單片機at89s52單片機是一個低功耗,高性能cmos 8位單片機,片內(nèi)含8k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的flash只讀程序存儲器,器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)

9、構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲單元,片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器,在功能強大的微型計算機的at89s52單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案5。at89s52引腳結(jié)構(gòu)圖如圖3.3.1：圖3.3.1 at89s52結(jié)構(gòu)圖at89s52 實物圖如圖3.3.2：圖 3.3.2 at89s52 實物圖基于對成本和性能的比較，我們選擇at89s52單片機。3.4 溫度傳感器的選擇3.4.1 ds18b20

10、的介紹溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時 dallas（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的 ds18b20 溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得 ds18b20 更受歡迎。ds18b20 的主要特征： 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出； 最高 12 位分辨率，精度可達(dá)土 0.5攝氏度； 12 位分辨率時的最大工作周期為 750 毫秒； 可選擇寄生工作方式； 檢測溫度范圍為55c+125c (67f +257f)； 內(nèi)置 eeprom，限溫報警功能。用戶可定義報警設(shè)置 ； 64 位光刻 rom，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接； 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系

11、統(tǒng)； 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； 多個ds18b20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； 無須外部器件； 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5v； 零待機功耗； 溫度以9 或12 位數(shù)字； 報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； 負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；ds18b20它有64 位rom 的結(jié)構(gòu)開始8 位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48 位，最后8 位是前面56位的crc 檢驗碼，這也是多個ds18b20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器th 和tl，可通過軟件寫入戶報

12、警上下限6。另外，由于ds18b20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對ds18b20 的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom 功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。ds18b20芯片封裝結(jié)構(gòu)如圖3.4.1： 圖 3.4.1 ds18b20芯片封裝結(jié)構(gòu) ds18b20采用3腳pr35封裝或8腳soic封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3.4.2所示。i/oc64位rom和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器th低溫觸發(fā)器tl配置寄存器8位crc發(fā)生器vdd圖 3.4.2 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框ds18b20 工作原

13、理 ds18b20 的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18b20的內(nèi)部存儲器資源。ds18b20 共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： rom 只讀存儲器，用于存放 ds18b20id 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ds18b20 的編碼是19h），后面48 位是芯片唯一的序列號，最后 8位是以上 56的位的 crc碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。ds18b20 共 64 位 rom。 ram 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，ds18b2

14、0 共9 個字節(jié) ram，每個字節(jié)為 8 位。第1、2 個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 3、4 個字節(jié)是用戶 eeprom（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第 5 個字節(jié)則是用戶第 3 個 eeprom的鏡像。第 6、7、8 個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第 9 個字節(jié)為前 8個字節(jié)的 crc碼。eeprom 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，ds18b20共3位eeprom，并在 ram 都存在鏡像，以方便用戶操作7。ds18b20工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換

15、為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3.4.3所示。低5位一直為，tm是工作模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式，ds18b20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶要去改動，r1和r0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。溫度 lsb溫度 msbth用戶字節(jié)1tl用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留crctmr1r011111圖3.4.3ds18b20字節(jié)定義3.5 顯示模塊選擇數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。 3.5.1數(shù)碼管的分類數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1

16、位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(com)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到+5v，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到地線gnd上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮8。如圖3.5.1 圖3.5.1 八段數(shù)碼管事物圖3.5.2數(shù)碼管驅(qū)動原理

17、 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，在有些時候需要做一個簡單的顯示系統(tǒng)。那么在單片機i/o資源夠用的情況下可以直接用單片機的i/o口驅(qū)動數(shù)碼管，也可以根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。（1）靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的i/o端口進行驅(qū)動，或者使用如bcd碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用i/o端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根i/o端口來驅(qū)動，要知道一個89s51單片機可用的i/o端口才32個呢），實際應(yīng)用時必

18、須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性8。（2）動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮9。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的com端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動

19、。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低10。靜態(tài)驅(qū)動方式簡單不容易出錯，如果電路設(shè)計合適，也能夠用較少的線完成多個數(shù)碼管的驅(qū)動。但是動態(tài)驅(qū)動方式省單片機的資源，如今已經(jīng)有很多這樣成熟的基于動態(tài)掃描的芯片。所以能滿足本文顯示設(shè)計要求，采用lg3641bh led數(shù)碼管做為顯示電路,數(shù)碼管顯示電路采用4位共陽led數(shù)碼管從p14,p15,p16,p17串口輸出段碼。

20、4. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1系統(tǒng)整體電路圖該系統(tǒng)電路主要包括：單片機最小系統(tǒng)、ds18b20溫度傳感器系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、led顯示模塊電路及電源接口和數(shù)據(jù)下載接口等電路，如圖 4.1.1所示。圖中有三個獨立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計的上下限報警設(shè)置，圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時led數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示，這時可以調(diào)整報警上下限，從而測出被測的溫度值。圖中的按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復(fù)位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現(xiàn)復(fù)位。 圖 4.1.1 系統(tǒng)整體電路圖4.2 單片機最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)包括晶振電路、復(fù)位電

21、路、按鍵設(shè)置部分，at89s52單片機最小系統(tǒng)的電路如圖：4.2.1單片機at89s52具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要11，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。 圖 4.2.1 單片機最小系統(tǒng)電路4.3 溫度傳感器系統(tǒng)ds18b20溫度傳感器電路，如圖 4.3.1。圖 4.3.1 ds18b20溫度傳感器系統(tǒng)ds18b20采用單線進行數(shù)據(jù)傳輸，外接一個4.7k上拉電阻與單片機的p10口相連進行數(shù)據(jù)的雙向傳輸12。4.3.1 ds18b20的測溫原理器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)

22、器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，ds18b20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1、溫度寄存器中，計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到

23、0時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值13。由表1可見，ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存ram的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的crc碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)ds18b20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機

24、可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625lsb形式表示。當(dāng)符號位s=0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)符號位s=1時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表2是一部分溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)14。表1 ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時間表r1r0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms00993.750110187.510113751112750ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與ram中的th、tl字節(jié)內(nèi)容作比較。若tth或ttl，則將該器件內(nèi)的報警標(biāo)志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此

25、，可用多只ds18b20同時測量溫度并進行報警搜索。在64位rom的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（crc）。主機rom的前56位來計算crc值，并和存入ds18b20的crc值作比較，以判斷主機收到的rom數(shù)據(jù)是否正確。表2一部分溫度對應(yīng)值表溫度/二進制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00000191h+10.1250000 0000 1010 000100a2h+0.50000 0000 0000 00100008h00000 0000 0000

26、10000000h-0.51111 1111 1111 0000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h4.4 報警電路設(shè)計報警電路中加一pnp三極管驅(qū)動，基極接單片機p11口，當(dāng)端口變成低電平時，驅(qū)動三極管會導(dǎo)通，vcc電壓加載到蜂鳴器使其發(fā)聲、報警發(fā)光二極管亮，如圖4.4.1。圖 4.4.1 報警電路4.5 顯示電路設(shè)計如圖4.5.1，采用lg3641bh led數(shù)碼管顯示電路采用4位共陽led數(shù)碼管從p14,p15,p16,p17串口輸出段

27、碼。用pnp三極管進行驅(qū)動，當(dāng)相應(yīng)的端口變成低電平時，驅(qū)動相應(yīng)的三極管會導(dǎo)通，驅(qū)動三極管給數(shù)碼管相應(yīng)的位供電，這時只要p0口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示數(shù)字。圖 4.5.1 數(shù)碼管顯示電路4.6電源電路設(shè)計我們選用的是串聯(lián)起來的4節(jié)1.5v的5號電池，從經(jīng)濟的角度考慮的，干電池比較便宜，但其還有不足之處，干電池存儲的是電量。隨著電量的消耗，它的供電電壓就會不斷的下降，所有我們需要使用一個穩(wěn)壓器，來保證電源供給的是標(biāo)準(zhǔn)的5v電壓。4節(jié)1.5v串聯(lián)起來產(chǎn)生的和電壓最大是6v，而本文的at89s52單片機工作電壓的范圍是4v5.5v，在該系統(tǒng)中我們使用的電壓是5v。這時我們可以用lm780

28、5穩(wěn)壓器來產(chǎn)生穩(wěn)定的5v電壓15。穩(wěn)壓電路如下圖4.6.1所示:圖4.6.1 lm7805穩(wěn)壓電路在該電路中，c12是極性電容，起到穩(wěn)壓的作用，而c2是非極性電容，它起的作用是濾除輸出電壓中不是直流的成分，即濾波。lm7805穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓壓差為2v左右，在實際使用中容易出現(xiàn)電壓過低的狀態(tài)，此時提供的電源達(dá)不到系統(tǒng)的電源要求，會出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，而另一款lm2904的穩(wěn)壓壓差可以達(dá)到40mv，效果比lm7805好很多，但考慮到經(jīng)濟原因我們采用lm7805，只要在穩(wěn)壓前端提供較大的電源供應(yīng)即可。5. 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，按鍵掃

29、描。5.1主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)讀出并處理ds18b20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度的實時顯示，并根據(jù)設(shè)置的上下限判斷是否報警。系統(tǒng)開始運行時，溫度傳感器測量并計算溫度值通過p1.0口傳輸進單片機里進行處理，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)再通過p0口傳輸?shù)綌?shù)碼管進行顯示。通過按鍵設(shè)置溫度報警界限，當(dāng)超過報警界限時單片機將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過p1.1口傳輸進行聲光報警。溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖5.1.1所示。初始化調(diào)用溫度模塊程序ds18b20存在？是處理溫度值轉(zhuǎn)換bcd碼送at89s52處理按鍵掃描模塊顯示模塊，led顯示溫度是否越限？開始是報警否否錯誤處理，顯

30、示8.8.8.8.圖5.1.1 主程序流程圖5.2讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出ram中的9字節(jié)，在讀出時需進行crc校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖5.2.1示 開始發(fā)ds18b20復(fù)位命令發(fā)跳過rom命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，crc校驗結(jié)束nyyn移入溫度緩存器9字節(jié)完？crc校驗？圖5.2.1讀溫度流程圖5.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成16。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖5.3.1所示5.4 計算溫度子程序計算溫度子程

31、序?qū)am中讀取值進行bcd碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖5.4.1所示。發(fā)ds18b20復(fù)位命令開始發(fā)跳過rom命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束圖 5.3.1 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 開始溫度零下?溫度值取補碼置“”標(biāo)志計算小數(shù)位溫度bcd值 計算整數(shù)位溫度bcd值 結(jié)束置“+”標(biāo)志ny圖 5.4.1計算溫度流程圖5.4 鍵盤掃描流程圖開始enter_flag為1是否有up按下display顯示退出子程序(ret)返回主程序enter子程序flag=1down子程序否是是否否是否否是是enter按鍵是否按下是否有enter按下是否有down按下up子程序圖 5.4.1 按鍵掃描流程

32、圖6. 測試與結(jié)果分析6.1仿真軟件介紹本次仿真用了proteus軟件，proteus(海神)的isis是一款labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和ic，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機軟件仿真系統(tǒng)17。該軟件的特點：（1）全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。（2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs一232動態(tài)仿真、1 c調(diào)試器、spi調(diào)試器、鍵盤和lcd系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。（3）目前支持的單片機類型有：68000系列、

33、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各種外圍芯片。（4）支持大量的存儲器和外圍芯片。總之該軟件是一款集單片機和spice分析于一身的仿真軟件，功能極其強大 ，可仿真51、avr、pic。proteus與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機cpu的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補了實驗和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和

34、現(xiàn)象18。程序編譯用keil軟件， keil c51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。6.2 仿真結(jié)果6.2.1 用keil進行程序編譯運用keil軟件編譯c語言程序，其結(jié)果如下圖6.2.1和圖6.2.2所示，在結(jié)果欄顯示“cao cx”0 error(s),0 warning(s).說明此程序在軟件編譯上無語法等錯誤。將此程序生成*.hex文件調(diào)入硬件中用proteus進行調(diào)試仿真。圖6.1.1 keil編譯c語言程序圖6.1.2 keil編譯c語言程序6.2.2 在proteus中仿真將生成的cao.hex文件調(diào)入p

35、roteus電路圖的單片機中，點擊圖左下角的開始鍵運行，程序的開始界面如圖6.2.1，數(shù)碼管顯示“ ”。圖6.2.1 仿真程序初始化程序初始化后通過調(diào)節(jié)ds18b20溫度傳感器的數(shù)值，數(shù)碼管會顯示相應(yīng)的數(shù)值，例如10，其結(jié)果如圖6.2.2所示。圖6.2.2 仿真程序正常運行結(jié)果在設(shè)置系統(tǒng)報警溫度上下限時，按下按鍵s1，數(shù)碼管會顯示“h38c”（系統(tǒng)默認(rèn)上限為38）,此時進入溫度上限設(shè)置模式，可通過調(diào)節(jié)s2和s3分別增加和減小數(shù)碼管上顯示的數(shù)字，例如設(shè)置上限為39，如圖6.2.3所示。接著再次按下鍵s1，數(shù)碼管會顯示“l(fā)05c”（系統(tǒng)默認(rèn)下限為5），此時進入溫度下限設(shè)置模式，可通過調(diào)節(jié)s2和s3

36、分別增加和減小數(shù)碼管上顯示的數(shù)字，例如設(shè)置下限為5，如圖6.2.4所示。圖6.2.3 仿真設(shè)置最高溫度報警線圖6.2.4仿真設(shè)置溫度報警最低線當(dāng)溫度超過設(shè)置的上下限時，系統(tǒng)會進行聲光報警，蜂鳴器會發(fā)出“滴滴滴”蜂鳴聲，同時led燈會閃爍。當(dāng)系統(tǒng)未檢測的到ds18b20溫度傳感器或運行錯誤時，數(shù)碼管會顯示錯誤的數(shù)字“8.8.8.8”,如圖6.2.5所示。圖6.2.5 仿真程序出錯7. 總結(jié)與致謝做為對大學(xué)四年所學(xué)知識的總結(jié)，通過本次的畢業(yè)論文設(shè)計，我學(xué)到了很多東西，同時在做的過程中也發(fā)現(xiàn)很多的問題，從最初的課題選擇到對相關(guān)課題資料的搜集與摘選，再到自己論文內(nèi)容的思路的設(shè)計、編寫以致最后階段的修改

37、與完善。在這一過程中，我對我們大學(xué)四年所學(xué)習(xí)的相關(guān)電子知識又有了更深一層的學(xué)習(xí)和理解，讓我對自己所學(xué)的又有了更深的掌握。雖然以前還做過這樣的設(shè)計但這次設(shè)計真的讓我長進了很多，單片機課程設(shè)計重點就在于軟件算法的設(shè)計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，舉個例子，以前寫的那幾次，數(shù)據(jù)加減時，我用的都是bcd碼，這一次，我全部用的都是16進制的數(shù)直接加減，顯示處理時在用除法去刪分,感覺效果比較好，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西而不結(jié)合實踐是很難理解的，更談不上掌握。從這次的畢業(yè)設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的

38、學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。在此過程中，我也要感謝對我一直悉心指導(dǎo)和幫助的指導(dǎo)教師葉愛芹老師。正是在她不厭其煩的指導(dǎo)和對我們的啟發(fā)中，讓我對我的論文設(shè)計思路逐漸清晰明朗，每當(dāng)在我論文設(shè)計中遇到困難時充滿希望，總能迎刃而解，總之非常感謝她這段時間對我們的鼓勵和指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)：1 李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）.杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，19982 李廣弟.單片機基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19943 江力.單片機原理與應(yīng)用技術(shù) .清華大學(xué)出版社

39、.20064 蔡美琴等mcs一51系列單片機系統(tǒng)及其應(yīng)用m北京：高等教育出版社，19995 王樹勛mcs一51單片微型計算機原理與開發(fā)北京：機械工業(yè)出版社，19956 何希才傳感器及其應(yīng)用電路北京：電子工業(yè)出版社，20017 劉迎春、葉湘濱傳感器原理設(shè)計與應(yīng)用(第三版) m長沙：國防科技大學(xué)出版社，19978 靳達(dá).單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航.北京:人民郵電出版社，2003. 9 潘新民，王燕芳.微型計算機實用系統(tǒng)設(shè)計m.北京:人民郵電出版社，1992.10 胡漢才單片機原理及接口技術(shù)北京：清華大學(xué)出版社，199611 何力民mcs一51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19

40、9312 江曉安.等數(shù)字電子技術(shù) . 編著. 西安電子科技大學(xué)出版社 .199313 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）. 北京：高等教育出版社，198914 廖常初.現(xiàn)場總線概述j.電工技術(shù)，1999.15 靳達(dá).單片機典型模塊設(shè)計實例導(dǎo)航.北京:人民郵電出版社，2003.16 王松武，于鑫，武思軍.電子創(chuàng)新設(shè)計與實踐.北京:國防工業(yè)出版社，200517 artori s，zhang g x. geometric error measurement and compensation of machines.annals of the cirp. 199518 bolton w. instrum

41、entation&process measurement. longman scientific&technical. 1991英文摘要：digital temperature display alarming systemabstract: along with the progress of the times and development, technology has spread to our life, work, scientific research, each domain, has become a more mature technology, this paper i

42、ntroduces a method based on single-chip microcomputer control, the digital thermometer at89s52 scm design using a digital thermometer, it by mcu, led digital sensors and ds18b20 pipe etc components, this thermometer belongs to the multi-function thermometer, function, can install strong upper temper

43、ature, and the measurement accuracy alarm and small error. when measuring temperature exceeds the upper limit set temperature, light buzzer and alarm.keywords: scm at89s52; thermometer; ds18b20; temperature display附錄：源程序/*程序名稱：ds18b20溫度測量、報警系統(tǒng)簡要說明：ds18b20溫度計，溫度測量范圍099.9攝氏度 可設(shè)置上限報警溫度、下限報警溫度 即高于上限值或者低

44、于下限值時蜂鳴器報警 默認(rèn)上限報警溫度為38、默認(rèn)下限報警溫度為5 報警值可設(shè)置范圍：最低上限報警值等于當(dāng)前下限報警值 最高下限報警值等于當(dāng)前上限報警值 將下限報警值調(diào)為0時為關(guān)閉下限報警功能 */#include #include ds18b20.h #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定義#define set p3_1 /定義調(diào)整鍵#define dec p3_2 /定義減少鍵#define add p3_3 /定義增加鍵#define beep p3_7 /定義蜂鳴器bit shanshuo_st; /閃爍間隔標(biāo)

45、志bit beep_st; /蜂鳴器間隔標(biāo)志sbit dian = p27; /小數(shù)點uchar x=0; /計數(shù)器signed char m; /溫度值全局變量uchar n; /溫度值全局變量uchar set_st=0; /狀態(tài)標(biāo)志signed char shangxian=38; /上限報警溫度，默認(rèn)值為38signed char xiaxian=5; /下限報警溫度，默認(rèn)值為5uchar code leddata=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff;/*延時子程序*/void delay(uint num) w

46、hile( -num );/*初始化定時器0*/void inittimer(void) tmod=0x1; th0=0x3c; tl0=0xb0; /50ms（晶振12m）/*定時器0中斷服務(wù)程序*/void timer0(void) interrupt 1 th0=0x3c; tl0=0xb0; x+;/*外部中斷0服務(wù)程序*/void int0(void) interrupt 0 ex0=0; /關(guān)外部中斷0 if(dec=0&set_st=1) shangxian-; if(shangxianxiaxian)shangxian=xiaxian; else if(dec=0&set_st

47、=2) xiaxian-; if(xiaxian99)shangxian=99; else if(add=0&set_st=2) xiaxian+; if(xiaxianshangxian)xiaxian=shangxian; /*讀取溫度*/void check_wendu(void) uint a,b,c; c=readtemperature()-5; /獲取溫度值并減去ds18b20的溫漂誤差 a=c/100; /計算得到十位數(shù)字 b=c/10-a*10; /計算得到個位數(shù)字 m=c/10; /計算得到整數(shù)位 n=c-a*100-b*10; /計算得到小數(shù)位 if(m99)m=99;n=

48、9; /設(shè)置溫度顯示上限 /*顯示開機初始化等待畫面*/disp_init() p2 = 0xbf; /顯示- p1 = 0xf7; delay(200); p1 = 0xfb; delay(200); p1 = 0xfd; delay(200); p1 = 0xfe; delay(200); p1 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示溫度子程序*/disp_temperature() /顯示溫度 p2 =0xc6; /顯示c p1 = 0xf7; delay(300); p2 =leddatan; /顯示個位 p1 = 0xfb; delay(300); p2 =leddatam%10; /顯

49、示十位 dian = 0; /顯示小數(shù)點 p1 = 0xfd; delay(300); p2 =leddatam/10; /顯示百位 p1 = 0xfe; delay(300); p1 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示報警溫度子程序*/disp_alarm(uchar baojing) p2 =0xc6; /顯示c p1 = 0xf7; delay(200); p2 =leddatabaojing%10; /顯示十位 p1 = 0xfb; delay(200); p2 =leddatabaojing/10; /顯示百位 p1 = 0xfd; delay(200); if(set_st=1)p2 =0x89; else if(set_st=2)p2 =0xc7; /上限h、下限l標(biāo)示 p1 = 0xfe; delay(200); p1 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*報警子程序*/void alarm() if(x=10)beep_st=beep_st;x=0;