基于单片机的温度检测系统设计.docx
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基于单片机的温度检测系统设计
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
XX：
学号：
年级：
三年级任课教师：
2011年6月26日
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?
如何进展?
整个设计过程,2对于一般的学生而言是陌生的,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假设设计者手上有了根本的软、硬件设计资源当作参考,2只是在已有的根底上做功能扩大或系统集成,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。
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开展，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。
单片机那么是从工业测控对象、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开展。
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。
品种型号逐年扩大以适应各种需要。
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。
工作频率到达30MHz甚至40MHz。
指令执行周期减到数十微秒。
存储器容量RAM开展到1K、2K，ROM开展到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。
现今的单片机已开展到在一块含有CPU的芯片上，除嵌入RAM、ROM存储器和I／O接口外，还有A／D、PWM、UART、Timer／Counter、DMA、Watchdog、SerialPort、Sensor、driver、还有显示驱动、键盘控制、函数发生器、比拟器等，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μA级。
在生产工艺上以CMOS代替NMOS，并向HCMOS过渡； ·应用软件配套。
提供了软件库，包括标准应用软件，示X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构造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、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：
消化与稳固?
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，对所学的知识进展了稳固与消化。
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，系统开场监测温度，并将温度通过串行口方式传送给计算机，按下停顿键，系统停顿监测。
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系列单片机的硬件构造根本一样，主要区别在于芯片上ROM的形式和配置。
8051的根本构造由：
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个特殊功能存放器、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。
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X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/Y0~Y7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，它是由假设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a~g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展准确测量，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展采集，单片机作为控制器件，数据通过串行口传至计算机，进展温度的采集。
〔3〕系统工作流程
〔4〕总体方案的介绍
利用DS18B20对温度进展下采集，通过单片机的处理，在LED上显示出数据，利用两个开关控制，开场键按下，开场测试，停顿按键，按下后停顿检测，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
DS18B20
1个
74LS138
1个
LED数码管
3个
蜂鸣器
1个
二极管
1个
电容
假设干
电阻
假设干
开关
假设干
4详细介绍温度检测系统电路主要局部的工作原理
〔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存储器开场，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，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1~10MS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上的分压到达高电平的值，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，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
/G2B
C
B
A
/Y0
/Y1
/Y2
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
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，振荡源QSC晶体振荡器或陶瓷振荡器，频率为1.2~~12MHz，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
Org0000h
Sjmpmain
Org0030h
DO:
;显示0
Movp0,#3fh
Movp2,#00h
Acalldelay1ms
Movp0,#3fh
Movp2,#01h
Acalldelay1ms
Movp0,#3fh
Movp2,#02h
Acalldelay1ms
Jnbp2.1,loop
Loop:
jnbp2.2,DO
p2.1,p-key1
p2.2,p-key2
SjmpDO
p-kye1:
acalltemp
acalldisp
p2.2,p-key2
acallDisp
sjmp$
p-key2:
disp
end
3.2键盘扫描子程序
Disp:
movro,#10h
MovA,11h
XchdA,r0
Mov12h,r0
MovA,12h
SwapA
Mov12h,A
MovB,#100
DivAB
Mov13h,A
MovB,A
MovB,#10
DivAB
Mov14h,A
Mov15h,B
MovDPTR,#Led-table
MovA,13h
MovcA,A+DPTR
Movp0,A
Movp2,#00h
Acalldelay1ms
MovA,14h
MovcA,A+DPTR
Movp0,A
Movp2,#01h
Acalldelay1ms
MovA,15h
MovcA,A+DPTR
Movp0,A
Movp2,#02h
Acalldelay1ms
3.3检测温度子程序
org0100h
Check_Temperature:
data_acqure:
acallreset_pulse;发送复位脉冲
mova,#0cch
acallwrite_byte;sendskipROMmand
mova,#44h
acallwrite_byte;初始化温度模块
jnbp1.5,$;读DS18B20状态
acallreset_pulse
mova,#0cch
acallwrite_byte
mova,#0beh
acallwrite_byte;sendscratchpadmand
acallread_byte;readeeprombyte0
movr7,a;存储LSB在R7中
acallread_byte
movr6,a;存储MSB在R6中
acallreset_pulse
ret
reset_pulse:
setbp1.5
nop
nop
clrea
clrp1.5
movr2,#250;delay500us
djnzr2,$
setbp1.5
movr2,#20;delay40us
djnzr2,$
clrc
orlc,p1.5
jcreset_pulse
movr2,#80;注意这两条指令是否真的需要
djnzr2,$
ret
;theendoftheinitiation
3.4串行收发数据子程序
读数据子程序：
read_byte:
movr3,#8
setbp1.5
nop
nop
read1:
clrp1.5
nop
nop
setbp1.5
nop
nop
nop
movr5,a
movc,p1.5
mova,r5
movr2,#30
djnzr2,$
rrca
djnzr3,read1
ret
写数据子程序
write_byte:
movr3,#8
write：
rrca
jcwrite1
setbp1.5
nop
nop
clrp1.5
movr2,#30
djnzr2,$
setbp1.5
nop
nop
nop
nop
djnzr3,write
ret
write1:
setbp1.5
nop
nop
clrp1.5
nop
nop
nop
nop
setbp1.5
movr2,#30
djnzr2,$
djnzr3,write
ret
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，可以说是比拟繁忙的。
但是这次课程设计是教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，最后经过教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。
在这点教师就带着了我们。
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.随着科学技术开展的日新日异。
如今单片机已经成为当今计算机应用中空前活泼的领域，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是十分重要的。
在此我就更深的体会出这门课程的重要性。
我们在绘图编程的过程中，也遇见了不少难题，起初拿给教师看的很多图很多都是差这样或那样的元器件，或者又是连法不对，经历了很屡次修改才最终完成，就在最后次检查的时候又出现了问题，课件是困难重重啊。
然后接下来的两天是程序的编译，这个我拿着的时候真是无从下手，就去请教成绩优秀的同学，但是他们自己写出来的东西很多也是自己也不敢肯定，所以为了这个程序可是费尽心思。
最后就勉强写出一份自己也不是很清楚对与否的拿给教师看，然后教师就很细心的给我讲解差什么和错在什么地方，还帮我们纠正。
最终在教师帮助之下才能得以完成。
造成这些原因的也许是以前在上课的时候很多没听讲的缘故吧。
但是通过这次课程设计相当于把以前不清楚的局部给补上了吧。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会效劳，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的缺乏之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够结实，比方说不懂一些元器件的使用方法，对单片机汇编语言掌握得不好……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故，希望在今后遇见此难题的时候不会说不会解决或无从着手的境地，以此为鼓励今后的遇见困难的时候也能够知道该怎么做了。
感觉到课程设计的意义并不是外表做设计那么简单，最重要的是锻炼我们自己的动手动脑的能力，分析并解决问题的能力，这个在今后在社会中是必不可少的。
所以感觉这次设计给我们带来的东西受益匪浅.
参考文献
1.XX文库
2.?
单片机原理及其应用?
佟云峰
3.?
单片机原理及应用?
陈立周//陈宇
4.?
单片机原理及接口技术?
段晨东
5.维库开发网
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