温度报警器硬件设计.docx

1、温度报警器硬件设计温度报警器硬件设计摘 要温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。本文从硬件和软件两方面介绍了基于AT89C51单片机的温度报警系统的设计思路，对硬件原理图和程序框图作了简捷的描述。系统选用ADC0808转换器，仿真时利用可调电阻调节电压进行温度的输入量模拟，当温度低于30时，扬声器发出长“嘀”报警和绿光报警，当温度高于60时，发出短“嘀”报警和红光报警。 测量的温度范围在0250，并能实时显示当前温度值。关键词：AT89C51单片机

2、；温度检测；声光报警1 绪 论1.1 课题背景 温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。日常生活中也可以见到，如电冰箱的自动制冷，空调器的自动控制等等。在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行监控。然而，用常规的监控方法，潜力是有限的，难以满足较高的性能要求。采用单片机来对它们

3、进行监控不仅具有监控方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的监控问题是一个工业生产中经常会遇到的监控问题。现代社会是信息化的社会，随着安全化程度的日益提高，而通过温度报警器及时报警，避免不必要的损失。1.2 本设计任务设计一款基于AT89C51单片机的温度报警器。利用可调电阻调节电压作为模拟温度的输入量，当温度低于30时，扬声器发出长“嘀”报警和绿光报警，当温度高于60时，发出短“嘀”报警和红光报警。 测量的温度范围在0250，并能实时显示当前温度值。2 温度报警器硬件设计2.1 系统总体框图基于单片机的温度报警器

4、系统总体框图如图2.1所示。它分为以下几个模块：单片机控制模块。AD转换模块、报警模块、显示模块。其中温度检测模块采用ADC0808转换器，仿真时采用滑动变阻器来代替其输出的电压信号。显示模块采用动态数码显示管。芯片作为显示屏，以显示实时检测到的温度信号。报警模块分为扬声器声音报警和LED灯光报警两个部分，其中，当检测温度低于30时，扬声器发出长“嘀”报警和绿光报警，当温度高于60时，发出短“嘀”报警和红光报警。利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基本的温度报警功能。不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级。具体电路参见“温度报警器总体电路

5、图”。 图2.1 单片机方案图2.2单片机控制系统的设计AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2

6、051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2.2.1 单片机最小系统设计 复位电路的设计 复位电路的功能：本电路是采用上电自动复位，它是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图2.2.1（1）所示。RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期（即两个机器周期）以上。 图2.2.1（1） 复位电路图 振荡电路设计在80C51芯片内部有一个高增益反响放大器，其输入端为引脚XTAL1,其输出端为引脚XTAL2。只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚跨接晶体振荡器或在引脚与地之间加接微调电容，形

7、成反馈电路，振荡器即可工作。振荡器的结构和振荡电路原理图如图2.2.1（2）所示。a 振荡器的结构 b 振荡电路工作原理图2.2.1（2） 振荡器的结构和振荡电路原理2.2.2 单片机系统资源分配XTAL1: 输入到振荡器的反响放大器。XTAL2：反方放大器的输出，输入到内部时钟发生器。RST: 复位输入信号，高电平有效。在RST上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。EA/: 片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。P1.0P1.7: 分别接到ADC0808转换器的OUT1OUT8。P0.0P0.7: 分别接到数码显示管的八个接口处。P2.0P2.7: 低四位接到数码显示管的字位输出端口

8、。高四位接到ADC0808转换器的四个接口处，位转换器提供时钟脉冲。P3.0/PXD: 接高温报警灯。P3.1/TXD：接低温报警灯。P3.7/RD/: 接报警喇叭。 2.3 ADC0808转换器模块设计图2.3（1） ADC0808的结构框图图2.3（2）ADC0808的引脚图各引脚功能说明如下： IN0IN7：8路模拟输入端。 ALE：地址锁存器允许信号输入端。当它为高电平时， 地址信号进入地址锁存器中。CLOCK：外部时钟输入端。时钟频率典型值为640 kHz，允许范围为101280 kHz。时频种频率降低时，AD转换速度也降低。START： AD转换信号输入端。有效信号为一正脉冲。 在

9、脉冲上升沿，AD转换器内部寄存器均被清零，在其下降沿开始AD转换。EOC： AD转换结束信号。在START信号上升沿之后0到（2 s8个时钟周期）时间内，EOC变为低电平。当AD转换结束后，EOC立即输出一正阶跃信号，可用来作为AD 转换结束的查询信号或中断请求信号。 OE： 输出允许信号。当OE输入高电平信号时，三态输出锁存器将AD转换结果输出。D0D7：数字量输出端。D0为最低有效位（LSB），D7为最高有效位（MSB）。 3 系统软件设计3.1 程序流程图设计 如图3.1所示图3.1 系统流程图3.2系统主程序设计LED_0 EQU 30HLED_1 EQU 31HLED_2 EQU 3

10、2HADC EQU 35HTCNTA EQU 36HTCNTB EQU 37HH_TEMP EQU 38H ;温度上限L_TEMP EQU 39H ;温度下限FLAG BIT 00HH_ALM BIT P3.0L_ALM BIT P3.1SOUND BIT P3.7CLOCK BIT P2.4ST BIT P2.5EOC BIT P2.6OE BIT P2.7ORG 00H SJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 ORG 1BH LJMP INT_T1START : MOV LED_0, #00H MOV LED_1, #00H MOV LED_2, #00H MOV D

11、PTR, #TABLE MOV H_TEMP, #60 MOV L_TEMP, #30 MOV TMOD, #12H MOV TH0, #245 MOV TL0, #0 MOV TH1, # (65536-1000)/256 MOV TL1, # (65536-1000) %256 MOV IE, #8aH CLR C SETB TR0 ;为ADC0808提供时钟 WAIT:SETB H_ALM SETB L_ALM CLR ST SETB STCLR ST ;启动转换 JNB EOC, $ SETB OE MOV ADC, P1 ;读取AD转换结果 CLR OE MOV A, ADCSUBB

12、 A, #30 ;判断是否低于下限JC LALMMOV A, H_TEMPMOV R0, ADCSUBB A, R0 ;判断是否高于上限JC HALMCLR TR1LJMP PTOCLALM: ;低温报警 CLR L_ALM SETB TR1 CLR FLAG LJMP PTOC HALM: ;高温报警 CLR H_ALM SETB TR1 SETB FLAG LJMP PtOCPTOC: MOV A, ADC ;数值转换 MOV B, #100 DIV AB MOV LED_2, A MOV A, B MOV B,#10 DIV AB MOV LED_1,A MOV LED_0,B LCAL

13、L DISP SJMP WAITINT_T0: CPL CLOCK ;提供ADC0808时钟 RETIINT_T1: MOV TH1, #(65536-1000)/256 MOV TL1, #(65536-1000)%256 CPL SOUND INC TCNTA MOV A, TCNTA JB FLAG,I1 ;判断是高温警报还是低温警报 CJNE A，#30,RETUNE ;低温警报声 SJMP I2 I1:CJNE A, #20, RETUNE ;高温警报声 I2:MOV TCNTA, #0 INC TCNTB MOV A, TCNTB CJNE A, #25, RETUNE MOV T

14、CNTA, #0 MOV TCNTB, #0 LCALL DELAY2RETUNE: RETIDISP: MOV A, LED_0 ;数码显示子程序 MOVC A,A+DPTR CLR P2.3 MOV P0, A LCALL DELAY SETB P2.3 MOV A, LED_1 MOVC A,A+DPTR CLR P2.2 MOV P0, A LCALL DELAY SETB P2.2 MOV A, LED_2 MOVC A,A+DPTR CL R P2.1 MOV P0, A LCALL DELAY SETB P2.1 RET DELAY: MOV R6, #10 D1: MOV R7

15、, #250 DJNZ R7, $ DJNZ R6, D1 RETDELAY2: MOV R5,#20 D2: MOV R6, #20 D3: MOV R7, #250 DJNZ R7, $ DJNZ R6, D3 DJNZ R5, D2 RETTABLE: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H DB 6DH, 7DH, 07H, 7FH, FH END4 系统调试与测试结果分析4.1 仿真软件介绍Proteus是模拟电路、数字电路、模数混合电路的设计与仿真平台；更是单片机系统先进的设计与仿真平台。它真正实现了在计算机上完成从原理图与电路设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与

16、仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整的设计与仿真过程。它得到了从事单片机事业的教师、工程技术人员以及众多的大学生和单片机技术爱好者的青睐。基于Proteus的单片机虚拟开发环境有效的将理论与实验联系起来，在这个开发环境里面可以很好地将演示、硬件电路设计和软件设计结合起来，在教学和具体的工程项目中应用这个开发环境不但有助于提高效率，而且可以降低开发成本和风险。Wave6000是一款功能强大的优秀的单片机程序编辑、调试、仿真中文Windows软件。该软件可以配合硬件进行单片机的硬件仿真，也可以单独进行单片机的软件仿真。利用该软件进行单片机软件的编辑调试和模拟仿真，结合一台写码器，就可进行低投

17、入的单片机的开发工作。4.2 仿真过程根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试。我先是把电路图画好，然后接着编写程序，再将所编写的程序调入电路图中，进行仿真。经过多次调试，最终成功了。4.3仿真结果说明 仿真图如下： 图4.3（1） 大于30度小于60不报警不发光图 4.3（2） 小于30度时报警且蓝灯亮图4.3（3） 小于60度大于30度不报警不发光图4.3（4） 大于60度报警且红灯亮4.4 测试结果分析 该温度报警器在大于60度时报警并且发出红光，小于30度时报警且发出绿光。测量的温

18、度范围在0250。试验很成功。结束语这种温度报警器结构简单。工作时，温度测量范围为0250。当温度达到预定值时，立刻发出报警信号，从而防止因温度升高或过低而带来的不必要的损失。通过本次课程设计，又使我学到了许多书本上无法学到的知识,也使也深该体会到单片机技术应用领域的广泛，不仅使我对学过的单片机知识有了很多的巩固，同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。其次，我学会了在网络上查找有关本设计的各硬件的资源，其中包括：AT89C51单片机及其引脚说明、ADC0808引脚图及其引脚功能等，为本次课程设计提供了一定的资料。参考文献：1 单片机中级教程 张俊谟主编 北京航空航天大学出版社 2006、10.2 电子产品开发设计与制作 王俊峰主编 北京人民邮电出版社.3 数字电子技术基础 张克农主编 高等教育出版社.2008. . .