基于51的溫度報警器設(shè)計..

1、目錄1 概述21.1 研究背景21.2 設(shè)計思想及基本功能22 總體方案設(shè)計32.1 方案選取32.2 系統(tǒng)框圖52.3 總體方案設(shè)計63 硬件電路設(shè)計63.1 電源電路設(shè)計63.2 晶振電路73.3 復位電路73.4 矩陣鍵盤電路83.5 溫度檢測電路93.6 液晶顯示電路103.7 蜂鳴器報警電路114 系統(tǒng)軟件設(shè)計124.1主程序軟件設(shè)計124.2 鍵盤掃描程序設(shè)計144.3 溫度上下限設(shè)定程序設(shè)計154.4 延時程序設(shè)計165 系統(tǒng)調(diào)試166 總結(jié)18參考文獻18附錄1系統(tǒng)原理圖19附錄2程序清單201概述1.1研究背景溫度作為一種最基本的環(huán)境參數(shù)，和人們的安全、生活，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著緊

2、密的聯(lián)系，因此在某些場合對溫度進行檢測，并且在溫度超過期待范圍后進行報警便顯得尤為重要，對能實現(xiàn)溫度檢測并報警的裝置的設(shè)計和研發(fā)也就有了特別的意義。單片機作為一種微控制器，由于具有體積小，質(zhì)量輕，功耗低，價格便宜，可靠性高，功能強大等特點，已經(jīng)進入人們生活，工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，現(xiàn)在很難在某個領(lǐng)域看不到單片機的痕跡。在智能儀表領(lǐng)域，由于單片機的上述優(yōu)點，用單片機作為控制平臺，結(jié)合不同類型的傳感器，可以很容易地對溫度，濕度，流量等物理量進行檢測。針對在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中對溫度進行檢測和監(jiān)控的需求，本課題以AT89C51單片機為核心設(shè)計了一種溫度報警器，它可以通過鍵盤對溫度進行上下限設(shè)置，用液晶進

3、行溫度顯示，并且在超出溫度設(shè)定范圍后發(fā)聲報警。本設(shè)計也具有一定的擴展性，例如可以再加一個煙塵傳感器和光電傳感器，擴展為火災報警器。1.2 設(shè)計思想及基本功能本課題對溫度報警器進行設(shè)計時，在滿足溫度檢測和報警功能的基礎(chǔ)上，為了增加其應用的靈活性，采用了矩陣鍵盤電路，從而可以對溫度報警范圍進行設(shè)定，以適應對溫度有檢測需求的不同應用場合。為了增加人機交互性，采用了功耗低的字符型液晶顯示漢字和溫度。該溫度報警器具有以下基本功能：(1) 手動設(shè)定溫度范圍：該功能使用戶可以根據(jù)不同場合設(shè)定溫度報警范圍，增強了該設(shè)計的應用性。(2) 溫度采集：采用了數(shù)字溫度傳感器對現(xiàn)場溫度在-55°C到+125&

4、#176;C范圍內(nèi)的應用場合進行溫度采集。(3) 液晶顯示：通過常用的液晶模塊對當前溫度傳感器采集的溫度進行顯示。(4) 蜂鳴器報警：當溫度傳感器采集的溫度不在設(shè)定范圍內(nèi)時，使蜂鳴器發(fā)聲，進行報警。2 總體方案設(shè)計2.1方案選取在用單片機作為控制核心進行儀器設(shè)計時，附加的外圍模塊選擇范圍是很寬的，在選用時要多加比較，從而做出最合理的設(shè)計。（1）溫度采集模塊選擇方案一：非數(shù)字型溫度傳感器ptioo，精度高，穩(wěn)定性好，測量范圍大；方案二：數(shù)字型溫度傳感器DS18B20，體積小，精度高，抗干擾能力強，硬件開銷低；這兩個方案都是在對溫度進行檢測時經(jīng)常使用的，考慮到DS18B20的精度和測溫范圍對本設(shè)計

5、已經(jīng)足夠，且在使用時不需要進行AD轉(zhuǎn)換，硬件電路簡單,所以本設(shè)計采用DS18B20作為溫度檢測模塊。（2）顯示模塊選擇方案一：三位數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管是單片機設(shè)計中常見的顯示模塊，可以顯示0至9十個數(shù)字和小數(shù)點，價格便宜。方案二：字符型液晶模塊顯示，液晶模塊顯示清晰，功耗低，可以顯示數(shù)字，漢字，英文字符和某些特殊符號，人機交互性好。考慮到使用數(shù)碼管顯示要占用大量的IO口引腳，且沒有液晶顯示內(nèi)容豐富，所以本溫度報警器采用液晶模塊顯示當前溫度。2.2系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖如圖2.1圖2.1系統(tǒng)框圖2.3總體方案設(shè)計本課題設(shè)計的溫度報警器是在滿足基本功能的基礎(chǔ)上，盡可能的簡化電路，增加人機交互性。在溫度傳感

6、器選擇時，為了避免大量的硬件設(shè)計，增加成本，選擇了數(shù)字型溫度傳感器，從而不用在使用時進行AD轉(zhuǎn)換，附加復雜的信號調(diào)理電路；在液晶模塊選擇時，考慮到單片機10口的利用率，舍棄了需占用大量10口并行傳輸?shù)?602，選擇了可以進行串行傳輸?shù)?2864；在報警方式選擇時，舍棄了液晶顯示閃爍報警，選擇了更能引起用戶注意的蜂鳴器發(fā)聲報警方式。3 硬件電路設(shè)計3.1電源電路設(shè)計51單片機，溫度傳感器DS18B20,12864液晶模塊所需正常的工作電壓是5V,因此設(shè)計的電源應能夠提供5V直流電，圖3.1是設(shè)計的電源電路圖。在該電源電路中使用了三端集成穩(wěn)壓芯片LM7805，可以輸出5V直流電壓。圖3.1電源電路

7、圖3.2晶振電路電路中的晶振就是石英晶體震蕩器。石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器常用來產(chǎn)生基準頻率的。此外它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機發(fā)出時鐘信號。圖3.2是設(shè)計的單片機晶振電路。片內(nèi)電路與片外器件構(gòu)成一個時鐘產(chǎn)生電路，晶振頻率一般多在1.2MHz24MHz之間選取。Cl、C2是反饋電容，其值在20pFlOOpF之間選取，一般為3OpF左右。本電路選用的電容為33pF，晶振頻率為12MHz。時鐘周期為lus。3.3復位電路復位電路的主要功能是使單片機進行初始化，在初始化的過程中需要在復位引腳上加大于2個機器周期的高電平。復位后的單片機地址初始化為0

8、000H，然后單片機繼續(xù)從OOOOH單元開始執(zhí)行程序。單片機復位有上電復位和手動復位兩種方式，圖3.3所示的復位電路可以實現(xiàn)上電復位和手動復位兩種基本功能。3.4矩陣鍵盤電路由于采用單個按鍵的方式會提高設(shè)計的復雜性，且占用10口較多，本設(shè)計采用了4*4矩陣鍵盤，矩陣鍵盤的應用可以獲取16個鍵值，降低了設(shè)計難度，節(jié)約了單片機I0口，提高了單片機I0口的利用率。4*4矩陣鍵盤電路在本溫度報警器設(shè)計中起到的作用是設(shè)定報警溫度的上下限，它的四條行線和四條列線占用了單片機的P1口，如圖3.4所示。其中SO至S9用于設(shè)定溫度值，S10按下則啟動設(shè)定溫度下限，S11按下則啟動設(shè)定溫度上限。6P10圖3.4矩

9、陣鍵盤電路圖PllP12P13P14P1516J173.5溫度檢測電路溫度檢測電路采用的是單線數(shù)字型溫度傳感器DS18B20,其外形如圖3.5所示。DS18B20獨特的單總線接口使其僅通過一條數(shù)據(jù)線就可以完成數(shù)據(jù)傳輸。它的供電電壓在3V至5.5V之間，感溫范圍在-55攝氏度至+125攝氏度之間，9至12位可調(diào)分辨率。123DS18B20有3條輸出引線，分別接電源，地，單片機引腳，由于在正常工作時，該傳感器需要約1mA的驅(qū)動電流，所以硬件電路需要在接電源和地的兩條引線之間接一個約5K的電阻，硬件電路圖如圖3.6所示U2VCCR44.7KvccDATAGNDDS18B20圖3.6溫度檢測電路3.6

10、液晶顯示電路本課題設(shè)計的溫度報警器顯示模塊采用的是字符型液晶QC12864B,帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128X64,內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。可以顯示8X4行（即32個）16X16點陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的

11、價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。本設(shè)計采用的是該液晶的串行方式，其串行方式引腳接法如表1所示，硬件電路圖如圖3.7所示。表1：QC12864B串行方式引腳接線圖管腳號名稱LEVEL功能1VSS0V電源地2VDD+5V電源正3Vo-對比度調(diào)整4CSH/L片選，咼電平有效5SIDH/L串行數(shù)據(jù)輸入6CLKH/L串行同步時鐘，上升沿讀取SID數(shù)據(jù)15PSBLL：串行方式19AVDD背光源電壓+5V20KVSS背光源負端0V圖3.7液晶顯示電路3.7蜂鳴器報警電路當溫度超過設(shè)定范圍時，采用蜂鳴器模塊電路報警，電路中跳線帽的作用是可以人為地接通或斷開該電路，電阻起到限流的作用。電路工作原理是當溫度超

12、出溫度設(shè)定范圍時，通過程序編程給P0口第7個引腳賦為低電平，三極管導通，蜂鳴器發(fā)聲。圖3.8蜂鳴器報警電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括鍵盤掃描子程序，溫度上下限設(shè)定子程序，延時子程序等幾部分構(gòu)成。本章節(jié)系統(tǒng)的介紹了溫度報警器的主程序和各主要功能子程序的設(shè)計流程，具體的程序代碼見附錄2。4.1主程序軟件設(shè)計主程序構(gòu)成無限循環(huán)，主要完成相關(guān)模塊初始化，溫度采集，設(shè)定溫度上下限，液晶顯示，溫度超出設(shè)定范圍時蜂鳴器報警等功能，主程序的流程圖如圖4.1所示。圖4.1主程序流程圖程序首先進行相關(guān)宏定義，定義變量和數(shù)組，編寫所需要的子函數(shù)，然后在主函數(shù)中調(diào)用液晶初始化子函數(shù)對液晶進行初始化，并在液晶

13、第一行顯示溫度顯示'四個漢字，調(diào)用溫度采集函數(shù)對當前溫度進行采集，調(diào)用溫度上下限設(shè)定子函數(shù)設(shè)定適合現(xiàn)場的溫度范圍，然后將采集到的溫度值同設(shè)定的溫度上下限進行比較。若在設(shè)定范圍內(nèi)，則調(diào)用液晶顯示函數(shù)顯示當前溫度并返回到溫度采集子函數(shù)調(diào)用處；若不在設(shè)定范圍內(nèi)，則調(diào)用液晶顯示函數(shù)顯示當前溫度，使蜂鳴器報警，程序返回溫度采集子函數(shù)調(diào)用處。4.2 鍵盤掃描程序設(shè)計圖4.2鍵盤掃描程序流程圖該鍵盤掃描程序采用行掃描的方式，從第一行掃描到第四行，首先將第一行設(shè)為低電平，其余行為高電平，通過讀取P1口高四位電平情況判斷是否有鍵按下，若無鍵按下則掃描下一行，若有鍵按下，延時5ms消抖，再次判斷是否有鍵按

14、下，若無鍵按下則掃描下一行，若有鍵按下則通過switch語句獲取相應鍵值，松手檢測后掃描下一行。4.3 溫度上下限設(shè)定子程序設(shè)計圖4.3溫度上下限設(shè)定子程序流程圖該程序功能是設(shè)定溫度上下限，程序開始，調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)獲取一個鍵值，通過第一個訐語句判斷該鍵值是否為10,若是則通過for循環(huán)執(zhí)行三次依次獲取三個鍵值并賦給數(shù)組b,從而計算出溫度下限1,然后再次調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)通過第二個訐語句進行所得鍵值是否為11的判斷；在第一個訐語句判斷中若鍵值不為10,則通過第二個訐語句進行所得鍵值是否為11的判斷。在第二個訐語句進行所得鍵值是否為11的判斷中，若鍵值為11,則通過for循環(huán)執(zhí)行三次依次獲取三個鍵

15、值并賦給數(shù)組c,從而計算出溫度上限h,然后程序結(jié)束；若不為11,則程序結(jié)束。4.4延時子程序設(shè)計圖4.4延時子程序流程圖由于單片機采用的是12MHZ晶振,則執(zhí)行一條空指令所用時間恰為1us,子函數(shù)中設(shè)定的參數(shù)x是空指令執(zhí)行次數(shù)，所以這是一個us級的軟件延時函數(shù)。5系統(tǒng)調(diào)試由于實驗室的儀器較老，有些損壞，為了更好地調(diào)試，最終采用了自己買的51開發(fā)板。首先利用Keil軟件進行編程，反復調(diào)試無錯后生成了一個Hex文件，然后將程序燒錄進單片機里面，進行運行。單片機運行后采集到當時室內(nèi)溫度為11.6°C,如圖5.1,用矩陣鍵盤將溫度上下限設(shè)為10°C15°C,用手捏住溫度傳

16、感器DS18B20段時間，當傳感器采集到的溫度大于15C時，如圖5.2,蜂鳴器成功報警,說明該單片機系統(tǒng)能夠很好地完成預期的功能。6總結(jié)經(jīng)過一周多的努力，終于完成了單片機課程設(shè)計，我們小組的題目是基于89C51的溫度報警器設(shè)計，在經(jīng)過大量的資料查閱后，我經(jīng)過比較論證，進行了以AT89C51單片機為微控制器的溫度報警器設(shè)計。該設(shè)計圍繞單片機附加了矩陣鍵盤電路，可以對溫度上下限進行設(shè)定，增強了該設(shè)計的適應性；附加了溫度檢測模塊，液晶模塊，蜂鳴器電路分別對溫度進行檢測和顯示，并在溫度超出設(shè)定值時發(fā)聲報警。由于基礎(chǔ)和時間有限，在設(shè)計過程中存在一些考慮不周的地方，例如在選擇顯示模塊時，只考慮到和數(shù)碼管相

17、比，液晶具有顯示內(nèi)容豐富，低功耗的特性，在價格上考慮較少，此外，由于程序較復雜，還存在一些可以簡化的地方?？傊?，通過一個完整的課程設(shè)計，讓我對所學的單片機知識有了更加深刻的理解和掌握，了解了用C語言對單片機進行編程的方法，此外使我復習了protel畫電路圖，visio畫流程圖，從而為以后的畢業(yè)設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。參考文獻1 張迎新.單片微型計算機原理、應用及接口技術(shù)（第2版）M.北京：國防工業(yè)出版社，20042 偉福LAB6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)使用說明書3 閻石數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，20064 郭天祥.新概念51單片機C語言教程.北京：電子工業(yè)出版社，200

18、918附錄1系統(tǒng)原理圖附錄2程序清單#include<reg51.h>19包含_nop_()的定義/對無符號整型數(shù)據(jù)類型進行宏定義/對無符號字符型數(shù)據(jù)類型進行宏定義對P0口的相關(guān)引腳進行位定義#include<intrins.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitP03=P0A3;sbitP04=P0A4;sbitP05=P0A5;sbitP06=P0A6;sbitP07=P0A7;#definers_1P03=1#definers_0P03=0#definerw_1P04=1#definerw_0P04

19、=0#defineen_1P05=1#defineen_0P05=0#defineDS_0P06=0#defineDS_1P06=1#defineDS_HDS_1#defineDS_LDS_0uintTEMP_Result,te;uchartable="溫度顯示"uinti,a3,b3,c3,l=100,h=300uchartemp_low,temp_high，num;ucharkey,temp;voiddelay_us(uintx)for(i=0;i<x;i+)/宏定義rs_1表示寄存數(shù)據(jù)/宏定義rs_0表示寄存指令/宏定義rw_1表示讀操作/宏定義rw_0表示寫操

20、作/宏定義en_1表示使能/宏定義en_0表示禁止/設(shè)P0.6引腳為低電平設(shè)P0.6引腳為高電平設(shè)P0.6引腳為輸入設(shè)P0.6引腳為輸出/定義整型變量/定義無符號字符型數(shù)組/定義無符號整型變量和數(shù)組/定義無符號字符型變量/定義us級延時函數(shù)_nop_();ucharkeyscan()/定義鍵盤掃描函數(shù)/*掃描第一行*/P1=0xfe;temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)/將第一行設(shè)為低電平/讀取P1口電平/獲取列線電平狀態(tài)/當有鍵按下時掃描第一行delay_us(5000);/延時5ms消抖temp=Pl;temp=temp&0xf0

21、;讀取Pl口電平/獲取列線電平狀態(tài)while(temp!=0xf0)/當有鍵按下時temp=P1;讀取Pl口電平switch(temp)/switch語句獲取鍵值caseOxee:key=1;若Pl口電平為Oxee,break;caseOxde:key=2;若Pl口電平為Oxde,break;caseOxbe:key=3;若Pl口電平為Oxbe,break;case0x7e:key=4;若Pl口電平為0x7e,則得到鍵值l則得到鍵值2則得到鍵值3則得到鍵值4break;while(temp!=OxfO)/松手檢測temp=Pl;temp=temp&OxfO;21/*掃描第二行*/P1=

22、0xfd;temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay_us(5000);temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P1;switch(temp)case0xed:key=5;break;case0xdd:key=6;break;case0xbd:key=7;break;case0x7d:key=8;break;while(temp!=0xf0)temp=P1;temp=temp&0xf0;/*掃描第三行*/P1=0xfb;temp=P1;temp=temp&0xf0;

23、while(temp!=0xf0)delay_us(5000);temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P1;switch(temp)case0xeb:key=9;break;case0xdb:key=0;break;case0xbb:key=10;break;case0x7b:key=11;break;while(temp!=0xf0)temp=P1;temp=temp&0xf0;/*掃描第四行*/23P1=0xf7;temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay_us(50

24、00);temp=P1;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=P1;switch(temp)case0xe7:key=12;break;case0xd7:key=13;break;case0xb7:key=14;break;case0x77:key=15;break;while(temp!=0xf0)temp=P1;temp=temp&0xf0;returnkey;/將鍵值返回至鍵盤掃描函數(shù)調(diào)用處voidarea()溫度上下限設(shè)定函數(shù)，程序設(shè)定溫度上下限最大范圍為00.0到99.9keyscan();調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)獲取鍵值if(key=10

25、)如果鍵值為10，開始設(shè)定溫度下限for(i=0;i<3;i+)keyscan();bi=key;delay_us(5000);l=100*b0+10*b1+b2;/b0為十位數(shù)值，b1為個位數(shù)值，b2為十分位數(shù)值keyscan();if(key=11)如果鍵值為11，開始設(shè)定溫度上限for(i=0;i<3;i+)keyscan();ci=key;delay_us(5000);h=100*c0+10*c1+c2;voidSendbyte(uchardat)串行發(fā)送數(shù)據(jù)子函數(shù)for(i=0;i<8;i+)en_0;if(dat&0x80)如果最高位數(shù)據(jù)被發(fā)送25rw_1

26、;elserw_0;en_1;dat=datvvl;左移一位voidwrite_com(ucharcom)/寫指令子函數(shù)rs_l;Sendbyte(0xf8);Sendbyte(com&0xfO);取高四位，數(shù)據(jù)分兩次傳送/每字節(jié)的內(nèi)容被送入兩個字節(jié)/高四位放在第一個字節(jié)的高四位Sendbyte(com&0x0f)vv4);低四位放在第二個字節(jié)的高四位rs_0;voidwrite_date(uchardate)/寫數(shù)據(jù)子函數(shù)rs_l;Sendbyte(0xfa);Sendbyte(date&0xf0);Sendbyte(date&0x0f)vv4);rs_0;v

27、oidlcd_init()液晶初始化子函數(shù)write_com(0x0l);/清除顯示屏幕write_com(0x30);/基本指令集動作write_com(0x0c);/開顯示，無游標write_com(0x06);/設(shè)定光標右移，整屏不移動24write_com(0x02);/清DDRAM位址歸位write_com(0x82);/將第一行顯示位置設(shè)為第3個漢字位for(num=0;num<8;num+)/在第一行顯示漢字“溫度顯示”write_date(tablenum);voidlcd_display()/lcd顯示函數(shù)write_com(0x92);/設(shè)定溫度值顯示的位置write

28、_date(0x30+a0);顯示溫度十位數(shù)值write_date(0x30+al);顯示溫度個位數(shù)值write_date(0x2e);/顯示小數(shù)點write_date(0x30+a2);顯示溫度十分位數(shù)值write_date(0xAl);/*lcd顯示溫度值符號*/write_date(0xE6);intDSl8B20_init(void)intt;DS_H;delay_us(50);_nop_();/_nop_();是單周期指令，實現(xiàn)短時間延時_nop_();DS_L;DS_0;/主器件拉低delay_us(500);/最少480usDS_H;/電阻上拉delay_us(60);/等待l5

29、60usif(P06=0)t=l;elset=0;判斷存在脈沖，DS18B20是否拉低31delay_us(3);/延時大于1usDS_H;高，/IO口設(shè)為輸出，DS18B20拉低，則讀出0；電阻上拉拉delay_us(3);/延時小于15usif(P06=1)date=1;elsedate=0;判斷10輸入狀態(tài)delay_us(80);/延時大于45us/主器件拉低開始DS_0;DS_H;delay_us(480);return(t);voidDS18B20_w(uchardate)DS_L;DS_0;delay_us(3);if(date)DS_H;elseDS_L;DS_0;delay_us(80);DS_H;delay_us(60);ucharDS18B20_r(void)chardate;DS_L;/最小480us/若DS18B20復位，返回值t=1/主器件拉低開始/最少延時1us/電阻上拉，寫1/主器件拉低，寫0/寫時隙必須至少持續(xù)60ms/大于1us延時即可delay_us(60);return(date);voidwrite_byte(unsignedcharbyte)for(i=0;i<8;i+)DS18B20_w(byte&0x01);時