基于C51单片机的数字温度报警器的设计

中国地质大学（武汉）

——基于C51单片机的数字温度报警器的设计

指导老师：

姓名：

班级：072

学号：

专业：机械设计制造及其自动化

院系：机电学院

日期：2016.01.10

基于单片机的数字温度报警器的设计摘要：

随着现代信息化技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能独立工作的温度检测系统已广泛应用于各种不同的领域。

本次课程设计是基于AT89C51单片机进行温度传测定及报警等功能的设计，利用数字温度传感器DS18B20的测温系统，通过LED数码管和LCD液晶显示屏同时显示实时温度和报警预设温度，报警指示通过蜂鸣器的声音和16X16点阵屏同时报警，并能采取降温措施（直流电动机启动）。同时本次设计的报警温度采用键盘输入的方式，确保各种报警温度可以方便的设定和调节。

本次课程设计的系统电路简单、操作简便，能任意设定报警温度，系统具有可靠性高、成本低、功耗小等优点。

关键词：单片机、温度检测、AT89C51、DS18B20

目录

基于单片机的数字温度报警器的设计 (1)

一、引言： (3)

二、设计方案 (3)

1.基本要求 (3)

2.扩展功能 (3)

3.方案选定 (3)

4.总体设计方案 (4)

三、功能模块分析 (4)

1.复位电路 (4)

2.键盘电路 (5)

3.DS18B20温度检测电路 (6)

4.显示电路 (7)

5.报警电路 (10)

6.降温风扇电路 (10)

四、软件设计分析 (11)

1.主函数模块 (11)

2.温度检测模块 (12)

3.键盘扫描模块 (13)

4.LCD液晶显示模块 (14)

5.中断模块 (15)

五、课程设计体会 (15)

附录： (18)

一、引言：

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是不可否定的，各种数字系统的应用也使人们的生活更加舒适。数字化控制、智能控制为现代人的工作、生活、科研等方面带来方便。其中数字温度计就是一个典型的例子。

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、测温精确、功能多样话等优点。其主要用于对测温要求准确度比较高的场所，或科研实验室使用，该设计使用STC89C51单片机作控制器，数字温度传感器DS18B20测量温度，单片机接受传感器输出，经处理用LED数码管和LCD液晶屏实现温度值显示。

二、设计方案

1.基本要求

实现实时温度显示，测温范围-55℃~~+125℃。报警通过扬声器和发光二极管显示。

2.扩展功能

任意设定设置温度报警，通过键盘直接设定温度，设定报警温度通过LCD液晶屏显示。

报警同时采取风扇降温措施。

3.方案选定

本次课程设计在实验室进行，基于现有的实验器材，本次选用DS18B20温度传感器作为温度测量传感器，此传感器为单总线数字温度传感器，起体积小、构成的系统结构简单，它可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理，即可实现温度显示。

另外DS18B20具有3引脚的小体积封装，测温范围为-55℃~+125℃摄氏度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，其测量范围与精度都能符合设计要求。

4.总体设计方案

图：总体设计

三、功能模块分析

1.复位电路

复位操作是为了完成单片机内部电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。当AT89C51单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上，单片机就完成了复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态[1]。

复位通常有2种基本形式：上电复位和开关复位。上电复位要求要求接通电源后，自动实现复位操作。开关复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。本次采用的是常用的上电且开关复位电路，电路如下图所示：

图：复位电路

上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。通常选择C=10~30μF，R=10~1000Ω。复位操作使单片机进入初始化过程，其中包括使程序计数器PC=0000H，P0~P3=FFH,SP=07H,其它寄存器处于零。

2.键盘电路

本次使用实验仪提供的一个6×4的小键盘，向列扫描码地址(0X002H)逐列输出低电平，然后从行码地址(0X001H)读回。如果有键按下,则相应行的值应为低,如果无键按下，由于上拉的作用，行码为高。这样就可以通过输出的列码和读取的行码来判断按下的是什么键。在判断有键按下后，要有一定的延时，防止键盘抖动。地址中的X是由KEY/LED CS 决定，参见地址译码。做键盘和LED实验时，需将KEY/LED CS 接到相应的地址译码上。以便用相应的地址来访问。例如将KEY/LED CS信号接CS0上，则列扫描地址为08002H，行码地址为08001H。列扫描码还可以分时用作LED的位选通信号。

键盘在由单片机控制的温度报警器系统中的主要作用是通过按键向单片机输入指令，其中主要是输入控制温度的上下限，是人工控制单片机的主要手段。在此温度报警系统由于使用伟福试验箱进行设计，本次使用的伟福试验箱的键盘原理图如下所示：

图：键盘扫描电路

3. DS18B20温度检测电路

使用美国Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820,支持 “一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD ）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。 同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C ～+125°C ，在-10～+85°C 范围内，精度为±0.5°C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V ～5.5V 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小，DS18B20产品的特点 :

（1） 只要求一个端口即可实现通信。

（2） 在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。

（3） 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。

（4） 测量温度范围在－55。C 到＋125。C 之间。

（5） 数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。

（6） 内部有温度上、下限告警设置。

DS18B20内部结构如图所示：

图：DS18B20内部结构

由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，所以有严格的时隙概念，读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为:

初始化