基于AT89C51單片機(jī)數(shù)字溫度測(cè)量與顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作

1、基于AT89C51單片機(jī)的數(shù)字溫度測(cè)量及顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作系 部: 電子與通信工程系 班 級(jí)： 電信11C1 姓 名： 蔡華 學(xué) 號(hào)： 112221101 指導(dǎo)教師： 周步新 2013年 3月 1 日22目錄摘要第1頁引言第2頁一溫度測(cè)量及顯示系統(tǒng)的概述第3頁（一）本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容第3頁（二）主要芯片的介紹第3頁二系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)第4頁 （一）方案論證第5頁（二） 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路第7頁三溫度傳感器的選擇第8頁（一） 采用DS18B20溫度傳感器第8頁 (二) DS18B20的管腳排列第10頁四 顯示器的選擇第11頁(一)1602顯示器第12頁五 溫度控制電路的設(shè)計(jì)第13-14頁六

2、 系統(tǒng)的控制第14頁 （一）溫控電路及報(bào)警電路的控第15頁（二）LCD顯示電路的控制第16頁五總結(jié)第17頁六參考文獻(xiàn)第18頁七致謝第19頁附錄元器件清單第20頁基于單片機(jī)數(shù)字溫度測(cè)量及顯示系統(tǒng)原理圖第21頁摘要隨著科技的不斷進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù)，而采用單片機(jī)來對(duì)這些被控參數(shù)進(jìn)行控制已成為當(dāng)今的主流。本文介紹了數(shù)字溫度測(cè)量及自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。它的主要組成部分有：AT89C51單片機(jī)、顯示器、傳感器、顯示電路、溫度控制電路。它可以實(shí)時(shí)的顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制。通過測(cè)試表明，本設(shè)計(jì)對(duì)溫度的控制有方便、簡單的特點(diǎn)，從而大幅提高了被控溫

3、度的技術(shù)指標(biāo)。此設(shè)計(jì)精確度較高，可以很好地測(cè)量出溫度并顯示出來！本系統(tǒng)電路簡單、調(diào)試簡單，具有一定的使用價(jià)值！關(guān)鍵詞：單片機(jī)；顯示器；傳感器；AT89C51；引言科技的快速發(fā)展使得單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們的生活的各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)。我在本文中將介紹一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度器，此溫度器屬于多功能溫度器，可以設(shè)置上下報(bào)警溫濕度，當(dāng)溫濕度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警并且進(jìn)行控制溫度的控制和使用已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中，人們使用溫度器來采集溫度，通過人工操作加熱和降溫來控制溫度，這樣不但能控制精度低、實(shí)時(shí)性差的缺點(diǎn)，而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。即使有些用戶采用半導(dǎo)體

4、二極管作溫度傳感器，但由于其互換性差，效果也不理想。在某些行業(yè)中對(duì)溫度的要求較高，由于工作環(huán)境溫度不合理而引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生。對(duì)工業(yè)生產(chǎn)可靠進(jìn)行造成影響，甚至操作人員的安全。為了避免這些缺點(diǎn)，需要在某些特定的環(huán)境里安裝數(shù)字溫度測(cè)量及控制設(shè)備。本設(shè)計(jì)由于采用了新型單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制，以其測(cè)量精度高，操作簡單?？蛇\(yùn)行性強(qiáng)，設(shè)計(jì)簡便等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于生活，醫(yī)療，工業(yè)生產(chǎn)等方面的溫度測(cè)量及控制。本設(shè)計(jì)是一個(gè)數(shù)字溫度測(cè)量及控制系統(tǒng)，并能在超限的情況下進(jìn)行控制、調(diào)整，并報(bào)警。保證環(huán)境保持在限定的溫度中。使用方便，設(shè)計(jì)簡單。可控制性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)和好的融合了溫度傳感器，LED顯示器，AT89C51等功能！一溫

5、度測(cè)量與顯示系統(tǒng)的概述（一）本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容本論文主要研究單片機(jī)控制的溫度器，分別對(duì)測(cè)量、顯示、報(bào)警及系統(tǒng)設(shè)備的軟、硬件各個(gè)部分進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下：當(dāng)溫度在安全范圍內(nèi)無任何動(dòng)作。當(dāng)溫度高于設(shè)置報(bào)警的上限值時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)同時(shí)紅色led亮，當(dāng)?shù)陀跁r(shí)繼電器以留出接口，常閉和常開，用來連接設(shè)備以便使用（二）主要芯片的介紹本課題采用單片機(jī)AT89C51控制的數(shù)字溫度測(cè)量與顯示系統(tǒng)，其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過軟件編程來完成，采用單片機(jī)AT89C51，它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機(jī)。片內(nèi)帶有4KB的Flash存儲(chǔ)器，且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。且AT89C51的使用壽命很長，數(shù)據(jù)保留時(shí)間也較長

6、，可以達(dá)到十年的時(shí)間。就是因?yàn)檫@一些類的特性，與優(yōu)點(diǎn)。所以本次設(shè)計(jì)我才會(huì)選擇使用這一類的單片機(jī)來作為我實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)的工具。附：AT89C51主要引腳及功能： 功能引腳號(hào)VCC供電電壓GND接地P0口八位漏級(jí)開路雙向I/O口。每個(gè)腳可吸收八個(gè)TTL門電流。P1口是一個(gè)提供上拉電阻的八位雙向I/O口。P1口的緩沖器能接收輸出四個(gè)TTL門電流。P2口是一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的八位雙向I/O口，P2口的緩沖器可接收輸出四個(gè)TTL門電流。P3口P3的管腳是具有八個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，它可以接收輸出四個(gè)TTL門電流。P3.0RXD亦可以理解為單片機(jī)的串行輸入口P3.1TXD亦可以理解為單片機(jī)的串行輸出口

7、P3.2(外部中斷0)P3.3(外部中斷1)P3.4T0(記時(shí)器0外部輸入)P3.5T1(記時(shí)器1外部輸入)P3.6 (外部RAM的寫選通)P3.7(外部RAM的讀選通)外部RAM的選通信號(hào)。ALE/當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才

8、起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。EA/APP當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2反向振蕩器的輸出RST具有復(fù)位輸入的功能。二系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)（一）方案論證主要對(duì)課程設(shè)計(jì)的題目進(jìn)行了分析，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，綜合比較幾種設(shè)計(jì)方法，提出了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的最佳方案。本設(shè)計(jì)

9、是一個(gè)數(shù)字溫度控制系統(tǒng)，能測(cè)量溫度，并能在超限的情況下進(jìn)行控制、調(diào)整，并報(bào)警。該系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)AT89C51作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運(yùn)算控制、信號(hào)識(shí)別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。由于用了單片機(jī)，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來方便、簡單并且單片機(jī)周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能的擴(kuò)張和更改。MCS-51單片機(jī)特點(diǎn)如下：可靠性好單片機(jī)按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)，抵抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的CPU，程序指令和數(shù)據(jù)都可以燒寫在ROM上，因此可靠性高。易擴(kuò)充單片機(jī)有一般電腦所必須的器件，如三態(tài)雙向總線，串并行的輸入及輸出引腳，可擴(kuò)充為各種規(guī)模

10、的微電腦系統(tǒng)控制功能強(qiáng)單片機(jī)指令除了輸入輸出指令，邏輯判斷指令外還有更豐富的條件分支跳躍指令。原理框圖如圖所示： 原理框圖具體工作指標(biāo)AT89C51顯示電路溫度傳感器報(bào)警電路溫度控制正常工作范圍:-560誤差：1（二）單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路AT89C51單片機(jī)是屬于51系列單片機(jī)里的。它的內(nèi)部自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能COMS 8位微處理器。AT89C51單片機(jī)還與Intel MCS-51系列單片機(jī)的輸出管腳和指令相互兼容。由于AT89C51將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器結(jié)合在單個(gè)的芯片里，所以，AT89C51構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是所有系統(tǒng)里結(jié)構(gòu)最簡便，價(jià)格最便宜，使用效率最高

11、的控制系統(tǒng)，它還節(jié)省了外部的RAM與ROM和接口器件，削減了硬件方便的開銷。節(jié)省了制造成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)圖根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，要利用溫度傳感器實(shí)時(shí)溫度。當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)（60），當(dāng)溫度高于設(shè)置報(bào)警的上限值時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)同時(shí)紅色led亮，當(dāng)?shù)陀跁r(shí)繼電器以留出接口。同時(shí)要求能設(shè)定溫度。畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是能對(duì)溫度進(jìn)行自動(dòng)的檢測(cè)和控制。設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)來控制溫度，因此要有溫度的顯示電路，溫控電路，報(bào)警電路等幾個(gè)部分。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要用到的知識(shí)點(diǎn)有單片機(jī)的原理及其應(yīng)用，溫度傳感器的原理和應(yīng)用，及顯示電路的設(shè)計(jì)等。三 溫度傳感器的選擇（一） 采用DS18B20溫度傳感器DS18B2

12、0主要由四部分組成：溫度傳感器、配置寄存器、64位ROM、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL。DS18B20數(shù)字溫度傳感器，亦可稱作“一線器件”，它具有以下的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):1） 測(cè)量的范圍廣-55125。2） 使用的過程中不需要?jiǎng)e的外圍元件。3） DS18B20的接口方式它是單總線。DS18B20與微處理器連接的時(shí)候僅僅只需要一條線。單總線有以下幾個(gè)特點(diǎn):經(jīng)濟(jì)、可以抗干擾、使用方便、在惡劣環(huán)境下頁可以測(cè)量出現(xiàn)場(chǎng)的溫度。4） 供電方式多種多樣。5） 可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。6） DS18B20的測(cè)量分辨率科以達(dá)到912位。7） 負(fù)壓特性電源極接反時(shí)，溫度器不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒掉，但是卻不能正常工作。8） DS1

13、8B20還具有掉電保護(hù)功能，在系統(tǒng)掉電以后它仍可以保護(hù)分辨率及報(bào)警溫度的設(shè)定值。DS18B20還具有體積小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。適合于構(gòu)建自己的測(cè)溫系統(tǒng)。DS18B20的引腳排列：GND:電源接地。VDD：外接電源輸入端。DQ：數(shù)字信號(hào)端。 （二）DS18B20的管腳排列如圖所示。DS18B20的管腳排列圖DS18B20有六條控制命令，如表所示：表 DS18B20控制命令指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng)DS18B20來轉(zhuǎn)換溫度 讀暫存器 BEH 讀暫存器里的9個(gè)字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4EH 寫入數(shù)據(jù)島暫存器的TH、TL字節(jié)中 復(fù)制暫存器 48H 暫存器的TH、TL

14、字節(jié)可以寫到E2RAM中 重新調(diào)E2RAM B8H E2RAM中的TH、TL字節(jié)保存到暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU 在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC與外部電源連接，GND 接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。如圖所示:溫度傳感器DS18B20原理圖四 顯示器的選擇（一） LED1602顯示器工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。雖然LCD顯示器的價(jià)格比數(shù)碼管要貴。但是它有一個(gè)非常本質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)就是它的顯示效果好，所以采

15、用LCD 作為顯示器。（二）LCD引腳圖1602有16個(gè)引腳：引腳功能或作用VSS接電源地VCC接5V電源正極V0液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端RS具有寄存器選擇功能。高電平1是數(shù)據(jù)寄存器。低電平0屬于指令寄存器RW屬于讀寫信號(hào)線，具有讀寫功能。高電平1讀操作，低電平0寫操作E端為使能端,高電平1時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令D0-D7八位的雙向數(shù)據(jù)端其他15腳屬于背光正極，16腳屬于背光負(fù)極1602顯示質(zhì)量高，功耗小。與單片機(jī)的連接如圖所示。 圖： 液晶顯示電路圖sbit rs=P27;/LCD數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)sbit rw=P26;/LCD讀/寫選擇端(H/L)sbit en=P25;/L

16、CD使能控制uchar code table=STC89C52+DS18B20;/液晶固定顯示部分五 溫度控制電路的設(shè)計(jì) 圖：溫度控制電路實(shí)際電路如圖所示,通過按鍵設(shè)定溫度的上下限。把實(shí)際測(cè)量的溫度和設(shè)定的上下限進(jìn)行比較。來控制P1.1、P01.2、P2.0端口的高低電平。把P1.1、P01.2、P2.0端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報(bào)警。#include#define uchar unsigned char/宏定義#define uint unsigned intsbit DQ = P10; sbit k1=P31;sbit k2=P32;sbit k3=P33;sbit beep=

17、P20;sbit js=P12; sbit jx=P10; uchar temp_value,num,t,s1num; /溫度值uchar htemp=60,ltemp=-5;/溫度上下線初始化bit yyp=1,lalarm=0六 系統(tǒng)的控制本章對(duì)系統(tǒng)的硬件控制進(jìn)行概述。分別對(duì)溫度控制電路，報(bào)警電路及LCD液晶顯示電路進(jìn)行說明。 （一）溫控電路及報(bào)警電路的控制單片機(jī)的P1.1、P01.2、P2.0分別與三極管的基極連接來控制控制溫度和報(bào)警。只要控制單片機(jī)的P1.1、P01.2、P2.0口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。 圖：溫度控制和報(bào)警 （二）LCD顯示電路的控制把8根數(shù)據(jù)線和P0口連

18、接，把3根控制線和P2.5、P2.6、P2.7連接。給VCC端加上+5V的電壓，GND端接地。 圖：LCD顯示電路總結(jié)：本次設(shè)計(jì)的軟件是以AT89C51為主，是利用了軟件和硬件互相結(jié)合的自動(dòng)控制溫度的經(jīng)典例行。在當(dāng)今社會(huì)單片機(jī)的運(yùn)用已經(jīng)實(shí)踐到了我們的生活和生產(chǎn)中，我們也學(xué)會(huì)了用單片機(jī)來控制一些類的模擬電路。這次的設(shè)計(jì)也是用單片機(jī)來控制的溫度。在這個(gè)設(shè)計(jì)里，我實(shí)現(xiàn)了用單片機(jī)來改變了我們傳統(tǒng)的對(duì)溫度的控制方法，這一設(shè)計(jì)為控制溫度開辟了另一條的道路。據(jù)現(xiàn)在我們國家的科技和工業(yè)水平的發(fā)展，這個(gè)實(shí)物的設(shè)計(jì)很符合工業(yè)生產(chǎn)的需求，不鋪張浪費(fèi)。不僅可以實(shí)現(xiàn)我國工業(yè)化的發(fā)展，更可以拓展我們自己的知識(shí)面。經(jīng)過四個(gè)

19、多月的方案論證、系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的調(diào)試。我還查閱了大量有溫度傳感器、單片機(jī)及其接口電路、控制方面的理論。經(jīng)過了一番特殊的體驗(yàn)后，不僅經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。這是我第一次靠用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來解決問題。通過這一事件可以檢查了自己的知識(shí)水平，讓我對(duì)自己有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我鍛煉了自己分析問題處理問題的能力，頁提高了自己的動(dòng)手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉的機(jī)會(huì)對(duì)于我們這些即將畢業(yè)走向工作崗位的大學(xué)生來說，是非常重要的，也是非常重要的經(jīng)驗(yàn)和財(cái)富這次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本的完成了任務(wù)書的要求，實(shí)現(xiàn)了溫度的控制與顯示。通過測(cè)試表明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是正確的，可行的。但是由于我本身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

20、和知識(shí)水平的有限，實(shí)物方面還存在許多不足和缺陷。參考文獻(xiàn)1 沙占友. 集成溫度傳感器原理與應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002， 8495.2 劉君華. 智能傳感器系統(tǒng). 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999，83105.3 沙占友. 智能化傳感器原理與應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，2004，99108.4 趙負(fù)圖. 傳感器集成電路手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，692703.5 張毅剛. MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004，81946 李玉峰，倪虹霞 MCS-51系列單片機(jī)原理與接口技術(shù). 北京：人民郵電出版社，2004，187216.7 林伸茂. 8051單片機(jī)徹底研究經(jīng)驗(yàn)篇. 北京：人民郵電出版社，2004，714.8 沙占友. 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì). 北京：電子工業(yè)出版社，2003，3748.9 何希才. 傳感器及其應(yīng)用電路. 北京：電子工業(yè)出版社，2001，3647.10 Intel：MCS-51 Family of Single Chip Mirocomputers Users Manual,1990，39.11 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051