基于单片机的智能数字温度报警器 最终版Word下载.docx
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院长（签字）2011年月日
注：
本任务书一式两份，一份交学院，一份学生自己保存。
毕业设计（论文）工作计划
学生姓名学号07311045
指导教师何天祥职称副教授
学院长安学院专业测控技术与仪器
题目名称基于单片机的智能数字温度控制报警器
一、毕业设计（论文）进度
起止时间工作内容
2011年1月05日～3月15日查阅相关资料，了解温度报警器的原理，了解元器件特性，并且设计基本电路图；
2011年3月16日～3月30日学习并使用电子仿真软件；
2011年4月1日～4月12日对设计的电路在仿真软件上进行仿真，并记录数据，并进行进一步的修改与调试；
2011年4月13日～4月30日对电路进行测试并在PROTEL软件中画出电路图并印制成PCB板，根据电路做出温度报警器的实物；
2011年5月1日～5月24日撰写论文，准备论文答辩。
二、主要参考书目（资料）
[1]杨振江，冯军：
《单片机原理与实践指导》，西安电子科技大学出版社，2008.
[2]于海生，丁军航，潘松峰，吴贺荣：
《微型计算机控制技术》，西安电子科技大学出版社，第2版，2009.
[3]曾兴雯：
《高频电子线路》，西安电子科技大学出版社，2003.
[4]江小安：
《模拟电子技术》，西安电子科技大学出版社，2006.
三、主要仪器设备及材料
硬件：
计算机、电子工具包、万用表等
软件：
电子工作台、电子线路设计（Protel）等
四、教师的指导安排情况（场地安排、指导方式等）
检索、阅读资料期间，可以在图书馆、自习教室进行；
每周老师和学生至少讨论一次，并进行考勤。
五、对计划的说明
毕业设计（论文）中期检查表
学院
长安学院
专业
测控技术与仪器
姓名
孙洪强
学号
07311045
班级
07311
导师名称
何天祥
职称
副教授
单位
电子工程学院
题目名称
基于单片机的智能数字温度控制报警器
检查内容
检查结果
题目是否更换及更换原因
否
学生出勤情况
按时出勤
进度评价
（完成工作量的百分比）
80%
质量评价、进度描述
总体进度良好，已完成相关知识的准必阶段和设计方案，现阶段主要进行了主要电路的基本设计通过仿真基本功能可以实现。
总体评价
（按优、良、中、及格、不及格五档评价）
优
存在的问题与建议
进一步完善电路的设计和功能扩展
学院审核（盖章）
学院、专业名均写全称
毕业设计（论文）成绩登记表
007311045
成绩
指导教师
指导教师评语及对成绩的评定意见
孙洪强同学整个论文撰写期间态度认真，查找资料充分，阅读广泛。
能够按时参加每次面试辅导，并通过电话、邮件等其它方式积极主动与指导老师联系，汇报论文进度。
对于指导老师提出的问题和不足之处，能够及时修改和完善
论文对温度传感器DS18B20、硬件制作、软件程序描述详细，论文中的电路图、程序流程图、实物图齐全。
论文资料详实，论述有力，思维活跃，逻辑清晰。
论文反映出该生具有扎实的理论基础与较强的观察问题、分析问题和解决问题的能力。
数字温度计广泛的用于日常生活中，希望该同学能在今后做进一步的研究，把其完善。
建议成绩评定为“优秀”。
签名何天祥2011年月日
评阅人评语及成绩评定意见
签名2011年月日
答辩小组意见
签名2011年月日
学院答辩委员会
意见
答辩委员
会主任签名（学院盖章）2011年月日
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。
本文主要介绍了一个基于89C51单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍。
该系统可以方便的实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度。
它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。
DS18B20与STC89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。
关键词：
89C51单片机数字传感器DS18B20数码管LED
ABSTRACT
Astheeraofprogressanddevelopment,microcontrollertechnologyhasspreadtoourlife,work,scientificresearch,eachdomain,hasbecomeamorematuretechnology.Thispapermainlyintroducesa89C51MCUbasedontemperaturemeasuringsystem,describedindetailbyusingdigitaltemperaturesensorDS18B20developmenttemperaturemeasuringsystem,focusontheprocessofthesensorsinthesingle-chipmicrocomputerhardwareconnecting,softwareprogrammingandeachmodulesystemflowonthedetailedanalysis,partofthecircuitalsointroduced.Thesystemiseasytorealizetherealizetemperaturegatheringanddisplay,andcanaccordingtoneedanysetuppertemperature,itUSESuppoliceisveryconvenient,withhighprecision,rangewide,highsensitivity,smallvolume,lowpowerconsumptionadvantages,suitableforourdailylifeandwork,agricultureoftemperaturemeasurement,alsocanbeusedastemperatureprocessingmodulesinothersystems.Asanyothermainsystemandauxiliaryhelpexpand.CombinedwiththemostSTC89C51realizeDS18B20temperaturetestingsystem，thesystemstructureissimple,stronganti-jammingcapability,suitableforharshenvironmenttemperaturemeasurementonthesite,havebroadapplicationprospect.
Keyword：
Singlechip89C51digitalthermometerDS18D20DigitaltubeLED
目录
第一章绪论1
1.1数字温度计的介绍1
1.2单片机的简介2
1.3单片机的应用领域3
第二章系统硬件组成5
2.1DS18B20温度传感器介绍5
2.27段LED数码管电路及原理13
2.3系统方案的选择15
2.4系统整体硬件电路17
第三章系统程序的设计19
3.1主程序19
3.2读出温度子程序20
3.3温度转换命令子程序20
3.4计算温度子程序20
3.5显示数据刷新子程序20
第四章实验、调试及测试结果分析23
4.1硬件调试23
4.2软件调试23
第五章Protel软件、电路设计25
5.1软件介绍25
5.2基本操作介绍26
5.3PROTELDXP原理图操作27
5.4制板印制电路板（PCB）35
总结41
致谢43
参考文献45
附录程序代码47
第一章绪论
1.1数字温度计的介绍
温度是我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量，但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能指示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。
数字温度计采用进口芯片组装精度高、高稳定性，误差≤0.5%，内电源、微功耗、不锈钢外壳，防护坚固，美观精致。
数字温度计采用进口高精度、低温漂、超低功耗集成电路和宽温型液晶显示器，内置高能量电池连续工作≥5年无需敷设供电电缆，是一种精度高、稳定性好、适用性极强的新型现场温度显示仪。
是传统现场指针双金属温度计的理想替代产品，广泛应用于各类工矿企业，大专院校，科研院所。
数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。
这样就完成了数字温度计的基本测温功能。
数字温度计根据使用的传感器的不同，AD转换电路，及处理单元的不同，它的精度，稳定性，测温范围等都有区别，这就要根据实际情况选择符合规格的数字温度计。
1.2单片机的简介
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CPU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。
单片机也被称为微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备 和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
早期的单片机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。
此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。
基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。
随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。
目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端[1]的型号也只有10美元。
当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。
而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。
事实上单片机是世界上数量最多的计算机。
现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。
手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。
而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。
汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！
单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。
1.3单片机的应用领域
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。
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、智能仪表、医疗器械了。
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，大致可分如下几个范畴：
1.在智能仪器仪表上的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。
2.在工业控制中的应用
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。
3.在家用电器中的应用
可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。
4.在计算机网络和通信领域中的应用
现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。
5.单片机在医用设备领域中的应用
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
6.在各种大型电器中的模块化应用
某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。
如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。
如：
音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。
在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。
7.单片机在汽车设备领域中的应用
单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，abs防抱死系统，制动系统等等。
此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
第二章系统硬件组成
2.1DS18B20温度传感器介绍
1、DS18B20简单介绍:
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９～１２位的数字值读数方式。
DS18B20的性能特点如下：
●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
●DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温
●DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内
●适应电压范围更宽，电压范围：
3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电
●温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±
0.5℃
●零待机功耗
●可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温
●在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快
●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
●测量结果直接输出数字温度信号，以"
一线总线"
串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力
●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
TO－92封装的DS18B20的引脚排列见下图2.1，其引脚功能描述见下：
1．GND地信号
2．DQ
数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。
3．VDD
可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
图2.118B20管脚图
2、DS18B20使用中的注意事项：
DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：
●DS18B20从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间，这是必须保证的，不然会出现转换错误的现象，使温度输出总是显示85。
●在实际使用中发现，应使电源电压保持在5V左右，若电源电压过低，会使所测得的温度精度降低。
●较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。
在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。
●在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此，当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。
●在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环，这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。
3、DS18B20内部结构：
图为DS1820的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分。
DS18B20采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图2.2所示
图2.2DS18B20内部结构框图
开始８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８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ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入户报警上下限。
主机操作ROM的命令有五种，如表所列
Byte0
温度测量值LSB（50H）
Byte1
温度测量值MSB（50H）
Byte2
TH高温寄存器
Byte3
TL低温寄存器
Byte4
配位寄存器
Byte5
预留（FFH）
Byte6
预留（OCH）
Byte7
预留（IOH）
Byte8
循环冗余码校验（CRC）
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存ＲＡＭ和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构如图2.3所示。
便笺式储存器（上电状态）
E²
PROM
图2.3高速暂存RAM结构图
前２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。
第５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。
温度低位
温度高位
TH
TL
配置
保留
8位CRC
LSBMSB
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1，2字节。
单片机可通过
升级会员 