温度检测报警器概况.docx
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温度检测报警器概况
东北石油大学
课程设计
课程单片机原理及应用课程设计
题目温度检测报警器
院系电子科学学院
专业班级
学生姓名
学生学号
指导教师
2011年3月18日
东北石油大学课程设计任务书
课程单片机原理及应用课程设计
题目温度检测报警器
专业班级姓名学号
一、设计目的：
训练学生综合运用己学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术开发工作，掌握单片机程序设计、调试，应用电路设计、分析及调试检测。
二、设计要求：
1.应用MCS-51单片机设计温度检测报警器；
2.对单路温度进行检测，并用数码管显示当前温度值，温度范围为25℃-55℃，温度分辨率为±1℃，小于25℃或大于55℃报警；
3.硬件设计根据设计的任务选定合适的单片机，根据控制对象设计接口电路。
设计的单元电路必须有工作原理，器件的作用，分析和计算过程；
4.软件设计根据电路工作过程，画出软件流程图，根据流程图编写相应的程序，进行调试并打印程序清单；
5.原理图设计根据所确定的设计电路，利用Protel等有关工具软件绘制电路原理图、PCB板图、提供元器件清单。
三、参考资料：
[1]单片微型计算机与接口技术，李群芳、黄建编著，电子工业出版社；
[2]单片机原理及应用，张毅刚编著，高等教育出版社；
[3]51系列单片机及C51程序设计，王建校，杨建国等编著，科学出版社；
[4]单片机原理及接口技术，李朝青编著，北京航空航天大学出版社；
完成期限2011.3.14—2011.3.18
指导教师
专业负责人
2011年3月13日
概述
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,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
当今，计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃，微型计算机的应用已渗透到生产、生活的各个方面。
其中单片微型计算机虽然问世不久，然而体积小、价廉、功能强，其销售额以每年近80%的速率增长。
他的性能不断提高，适用范围愈来愈宽，在计算机应用领域已占有日益重要的地位。
单片微型计算机简称单片机，又成为控制器。
他是在一块半导体上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等功能部件，构成了一台完整的数字计算机。
单片机在生产生活中的许多方面得到广泛的应用，例如，生活中五彩变幻的霓虹灯，手机通信，温度检测，流量控制等都涉及到单片机。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89S51，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。
总体设计方案
温度计电路设计总体方框图
考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。
如图2.1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
图2.1总体设计方框图
主控制器
单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
显示电路
显示电路采用3位共阳LED数码管，从P3口RXD.TXD串口输出段码。
温度传感器
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的内部结构框图如图2.2所示。
图2.2DS18B20内部结构
64位ROM的结构开始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。
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3所示。
头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。
该字节各位的定义如图3所示。
低5位一直为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
保留
保留
CRC
图2.3 DS18B20字节定义
由表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。
因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。
第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。
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。
单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。
当符号位S=0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S=1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表1DS18B20温度转换时间表
DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。
若T>TH或T因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。
主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。
器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值，计数器门仍未关闭就重复上述过程。
表2 一部分温度对应值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，另一种是寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。
硬件电路设计
主板电路
系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等，如图所示。
图中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，图中蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时LED数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。
图3.1中的按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。
显示电路
显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收，四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。
电路图
见附录1图3.1单片机主板电路、图3.2温度显示电路
系统软件算法分析
系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。
主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图4.1所示。
图4.1主程序流程图
读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。
其程序流程图如图4.2示。
图4.2读温度流程图
温度转换命令子程序
在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换命令子程序流程图如上图，图4.3所示。
图4.3温度转换流程图
计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图4.4所示。
图4.4 计算温度流程图
显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。
程序流程图如图4.5。
图4.5 显示数据刷新流程图
总结
经过这段时间的单片机课程设计，终于完成了我的第一次设计历程，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计让自己收获颇丰，高兴之余不得不深思呀！
在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，举个例子，以前写的那几次，数据加减时，我用的都是BCD码，这一次，我全部用的都是16进制的数直接加减，显示处理时在用除法去拆分,感觉效果比较好，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。
从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。
我想我会在今后的学习生活中更加努力的去学习单片机的知识，不断加强自己的理论知识，努力完成更多的设计与创作。
参考文献
[1] 李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：
北京航空航天大学出版社，1998
[2] 李广弟.单片机基础［Ｍ］.北京：
北京航空航天大学出版社，1994
[3] 阎石.数字电子技术基础（第三版）.北京：
高等教育出版社，1989
[4] 廖常初.现场总线概述［J］.电工技术，1999.
[5]SatoNoboru，YagiKazuhiko，SakuraiTakeshi.ControltechnologyofNi-MHbatteriesforelectricvehicles［Z］.EVS215，Bruxelles，1998.
[6]张毅刚，彭喜源.MCS-51单片机应用设计［M］.哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，1997.
[7]阎石.数字电子技术基础［M］.北京：
高等教育出版社，1998.
附录1系统电路图
图3.1单片机主板电路
图3.2温度显示电路
附录2设计源程序
数字温度计程序清单
S1OK EQU5FH
TEMPUTER EQU39H
TEMPHEQU5EH
TEMPL EQU5DH
MS50 EQU5CH
SIGN EQU5BH
S1BITP1.0
S2BITP1.1
S3BITP1.2
S4BITP1.3
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG000BH
LJMP TOIT
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#60H
MOVTMOD,#01H
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
SETBET0
SETBTR0
SETBEA
MOVTEMPH,#30
MOVTEMPL,#9
MOVTEMPUTER,#15;温度最始值
MOVS1OK,#00H
MOVSIGN,#00H
MOV38H,#0BH
MOV37H,#0CH
MOV36H,#0BH
ACALLDISP
ACALLT1S
;*****************************************
;主程序
START:
JBS1,NET1
ACALLT12MS
JBS1,NET1
JNBS1,$
INCSIGN
MOVA,SIGN
CJNEA,#1,TIAO
ACALLTIAOTL
TIAO:
CJNEA,#2,NET1
MOVSIGN,#0
ACALLTIAOTH
;*****************************************
NET1:
MOVA,S1OK
CJNEA,#1,START
MOVA,TEMPUTER
SUBBA,TEMPH
JNBACC.7,ALEM
MOVA,TEMPUTER
SUBBA,TEMPL
JBACC.7,ALEM
SETBP2.1
ACALLWENDU
ACALLDISP
MOVS1OK,#00H
AJMPSTART
ALEM:
MOV36H,#0CH
MOV37H,#0CH
MOV38H,#0CH
CLRP2.1
ACALLDISP
ACALLT1S
LCALLWENDU
LCALLDISP
MOVS1OK,#00H
SJMPSTART
;*****************************************
TIAOTL:
MOV50H,TEMPUTER
MOV37H,TEMPL
ACALLBIN_BCD
ACALLDISP
ACALLT12MS
ACALLT12MS
ACALLT12MS
ACALLT12MS
MOV36H,#0AH
MOV37H,#0AH
MOV38H,#0AH
ACALLDISP
ACALLT12MS
ACALLT12MS
ACALLT12MS
ACALLT12MS
JBS2,ADD1
ACALLT12MS
JBS2,ADD1
JNBS2,$
INCTEMPL
MOVA,TEMPL
CJNEA,#100,ADD1
MOVTEMPL,#0
ADD1:
JBS3,ADD2
ACALLT12MS
JBS3,ADD2
JNBS3,$
DECTEMPL
MOVA,TEMPL
CJNEA,#00,ADD2
MOVTEMPL,#100
ADD2:
JBS4,TIAOTL
ACALLT12MS
JBS4,TIAOTL
JNBS4,$
MOVTEMPUTER,50H
LJMPSTART
;高位调整
;*****************************************
TIAOTH:
MOV50H,TEMPUTER
MOV37H,TEMPH
ACALL BIN_BCD
ACALL DISP
ACALL T12MS
ACALL T12MS
ACALL T12MS
ACALL T12MS
MOV 36H,#0AH
MOV 37H,#0AH
MOV 38H,#0AH
ACALL DISP
ACALL T12MS
ACALL T12MS
ACALL T12MS
ACALL T12MS
JB S2,ADD11
ACALLT12MS
JBS2,ADD11
JNBS2,$
INCTEMPH
MOVA,TEMPH
CJNEA,#100,ADD11
MOVTEMPH,#0
ADD11:
JBS3,ADD22
ACALLT12MS
JBS3,ADD22
JNBS3,$
DECTEMPH
MOVA,TEMPH
CJNEA,#00,ADD22
MOVTEMPH,#100
ADD22:
JBS4,TIAOTH
ACALLT12MS
JBS4,TIAOTH
JNBS4,$
MOVTEMPUTER,50H
LJMPSTART
;一秒定时中段
;*****************************************
TOIT:
PUSHPSW
PUSHACC
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
INCMS50
MOVA,MS50
CJNEA,#14H,RETURN
MOVS1OK,#1
MOVMS50,#00H
RETURN:
POPACC
POPPSW
RETI
;*****************************************
;温度总子程序
;*****************************************
wendu:
ACALLINIT_1820
ACALLRE_CONFIG
ACALLGET_TEMPER
ACALLTEMPER_COV
RET
;*****************************************
;DS18B20初始化程序
;*****************************************
INIT_1820:
SETBP2.0
NOP
CLRP2.0
MOVR0,#06BH
MOVR1,#03H
TSR1:
DJNZR0,TSR1;延时
MOVR0,#6BH
DJNZR1,TSR1
SETBP2.0
NOP
NOP
NOP
MOVR0,#25H
TSR2:
JNBP2.0,TSR3
DJNZR0,TSR2
LJMPTSR4;延时
TSR3:
SETB20H.1;置标志位,表示DS1820存在
LJMPTSR5
TSR4:
CLR20H.1;清标志位,表示DS1820不存在
LJMPTSR7
TSR5:
MOVR0,#06BH
MOVR1,#03H
TSR6:
DJNZR0,TSR6;延时
MOVR0,#6BH
DJNZR1,TSR6
TSR7:
SETBP2.0
RET
;*****************************************
;重新写DS18B20暂存存储器设定值
;*****************************************
RE_CONFIG:
JB20H.1,RE_CONFIG1;若DS18B20存在,转RE_CONFIG1
RET
RE_CONFIG1:
MOVA,#0CCH;发SKIPROM命令
LCALLWRITE_1820
MOVA,#4EH;发写暂存存储器命令
LCALLWRITE_1820
MOVA,#00H;TH（报警上限）中写入00H
LCALLWRITE_1820
MOVA,#00H;TL（报警下限）中写入00H
LCALLWRITE_1820
MOVA,#1FH;选择9位温度分辨率
LCALLWRITE_1820
RET
;*****************************************
;读出转换后的温度值
;*****************************************
GET_TEMPER:
SETBP2.0;定时入口
LCALLINIT_1820
JB20H.1,TSS2
RET;若DS18B20不存在则返回
TSS2:
MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配
LCALLWRITE_1820
MOVA,#44H;发出温度转换命令
LCALLWRITE_1820
LCALLINIT_1820
MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配
LCALLWRITE_1820
MO
升级会员 