51单片机设计报告-温度测量

《MCS-51单片机》课程设计任务书题目：温度测量姓名：学号：学院：专业：年级：指导教师：设计任务一、技术要求使用单总线的DS18B20测量温度，进行LED数码管显示，当温度超过50℃时，指示灯点亮，当温度低于45摄氏度时，指示灯熄灭。

增加拓展功能---按键调节，实现温度上下限可调。

二、拟采用的方法（包括芯片的选型等）我们使用单片机实现对温度的控制，它的主要组成部分有：STC89C51单片机、温度传感器DS18B20、独立键盘、共阴LED数码管显示电路、温度蜂鸣器报警及LED灯指示电路。

它可以实时的显示和设定上、下限温度，实现对设定温度的报警指示。

由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一芯片，与单片机连接简单、方便。

并且选用数字温度传感器DS18B20，省却了采样／保持电路、运放、数／模转换电路以及进行长距离传输时的串／并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。

所以温度传感器采用DS18B20。

根据实验的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机STC89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。

采用传统的七段数码LED显示器。

LED价格便宜，使用简单。

三、该同学在本设计中承担的任务（1）收集整理相关资料；（2）实验方案和结构框图的设计；（3）程序流程图设计；（4）电路原理图设计；（5）完成软件和硬件系统的调试，功能指标达到技术要求；设计任务书1、主要思路与目标：我们使用单片机STC89C51实现对温度的控制；单总线的DS18B20温度传感器实现对温度的测量；将测得的温度用共阴LED数码管显示；增加拓展功能通过三个独立按键实现温度测量和上、下限温度画面的切换和对上、下限温度的设置，即按下按键，由显示测量温度画面切换到显示上限温度，再按下按键，由显示上限温度画面切换到显示下限温度，再次按下按键，画面返回显示测量温度画面。

通过另外两个按键，实现温度上下限的设定。

高于上限值时蜂鸣器响起、指示灯亮起，直到温度低于下限温度时蜂鸣器和指示灯才关闭。

测量温度范围为0℃-99.9℃。

默认上限报警温度为50℃，默认下限报警温度为45℃。

报警可设置范围：最低上限报警温度等于当前下限报警值，最高下限报警值等于当前上限报警值。

2、所用到的主要元件：STC89C51单片机（包括周围复位电路、时钟电路）、DS18B20温度传感器、4位共阴LED数码管、74HC573驱动芯片、3个按键、蜂鸣器、LED灯、ULN2003B、74LS14及若干电阻。

3、从接题开始收集相关材料，学习芯片的使用方法，准备设计；第二天画出设计框图，制定设计方案；第三天、第四天画出硬件电路图，编写软件程序，进行protues 仿真；第五天开始进行硬件系统的调试和完善，同时开始准备编写设计报告。

课程设计报告书课程名称： MCS-51单片机课程设计 题 目： 温度测量 姓 名： 学 号： 学 院：专 业： 年 级： 指导教师：目录1.设计概述 (5)2.硬件电路图 (6)3.软件设计 (8)3.1流程图 (8)3.2程序 (9)4. 结论4.1测试结果 (19)4.2遇到问题和解决办法 (21)5.心得体会 (22)6.参考文献 (23)附录：电路图 (24)组员分工 (25)1、设计概述温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来采集温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。

即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。

在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生，对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。

为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。

本设计采用了单片机对温度进行测量，它测量精度较高，操作简单且价格低廉，能在超限的情况下进指示和报警，并能手动随时设置上、下限报警温度，即高于上限值时蜂鸣器响起、指示灯亮起，直到温度低于下限温度时蜂鸣器和指示灯才关闭。

我们使用单片机STC89C51实现对温度的控制；单总线的DS18B20温度传感器实现对温度的测量；将测得的温度用共阴LED数码管显示；增加拓展功能通过三个独立按键实现温度测量和上、下限温度画面的切换和对上、下限温度的设置，即按下按键，由显示测量温度画面切换到显示上限温度，再按下按键，由显示上限温度画面切换到显示下限温度，再次按下按键，画面返回显示测量温度画面。

通过另外两个按键，实现温度上下限的设定。

高于上限值时蜂鸣器响起、指示灯亮起，直到温度低于下限温度时蜂鸣器和指示灯才关闭。

测量温度范围为0℃-99.9℃。

默认上限报警温度为50℃，默认下限报警温度为45℃。

报警可设置范围：最低上限报警温度等于当前下限报警值，最高下限报警值等于当前上限报警值。

图1 CPU 部分（略去时钟电路） 图2显示电路部分图3 温度测量部分2、 硬件电路图根据学习开发板的原理图，我们共设计了五个部分，分别为CPU 部分、温度测量部分、LED 显示部分、报警指示部分和独立按键部分。

用protues 画出的各模块电路图如下：共阴LED 数码管显示电路部分如图2所示，我们采用动态显示的方式显示温度及上、下限设置值。

以单片机P2口作为段选口，P0口作为片选口。

其中P2.7是小数点位，将在第二位显示时置1让其显示为小数点。

我们所用的温度传感器DS18B20的主要特性如下：（1）电压范围：3.0～5.5V ； （2）独特的单线接口方式；（3）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，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。

因此如图3所示，我们将DS18B20的DQ 单数据总线与单片机P3.7连接，GND 、VCC 分别和电压地和5伏电源连接。

图4 报警指示部分图5 独立按键部分如图4，在报警指示电路部分，由于反相器和ULN2003的作用，当P1.4、P1.5口输出为“0”时，LIGHT 和BEEP 口输出为低电平，从而点亮LED 灯、使蜂鸣器响，当P1.4、P1.5口输出为“1”时，ULN2003无输出，保证了LED 灯和蜂鸣器处于关闭状态。

如图5，独立按键部分，按键1用于进入设置上限、设置下限、当前温度状态切换；2、3两个按键分别接于单片机的外部中断0和外部中断1口，在中断打开的情况下，当其按下时，即进入中断子程序进行温度上、下限的设置。

3、 软件设计3.1流程图主程序流程图如图6所示：按下3次按下1次 按下2次YY N N 定时器初始化开中断 检测温度判断是否有键按下关闭中断 检测温度 显示温度 检测报警报警比较调用显示下限温度子程序结束开始开机画面调用显示上限温度子程序当按下ADD 键时将限值温度进行加运算； 当按下DEC 键时将限值温度进行减运算；超过上限温度报警、指示； 低于下限温度关闭报警指示图6 主程序流程图3.2程序#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charbit f_st=0; //闪烁间隔标志sbit DQ=P3^7; //DS18B20数据端sbit SET=P3^1; //显示温度上、下限键sbit DEC=P3^2; //减少键sbit ADD=P3^3; //增加键sbit BEEP=P1^5; //蜂鸣器sbit light=P1^4; //指示灯sbit dp = P2^7; //小数点位uchar x=0; //计数值uchar m,n; //温度值uchar set_st=0; //状态标志uchar h=50; //上限报警温度，默认值为35uchar l=45; //下限报警温度，默认值为27uchar codeLED[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};/*****延时子程序*****/void Delay(uint num){while( num-- );}/*****初始化定时器0*****/void InitTimer(void){TMOD=0x01;TH0=0x3c;TL0=0xb0; //50ms}/*****定时器0中断服务程序*****/void timer0(void) interrupt 1{TH0=0x3c;TL0=0xb0;x++;}/*****外部中断0服务程序*****/void int0(void) interrupt 0{EX0=0; //关外部中断0if(DEC==0&&(set_st==1||set_st==2)) {Delay(200); //延时去抖if(DEC==0&&set_st==1){h--;if(h<l)h=l;}else if(DEC==0&&set_st==2){l--;if(l<0)l=0;}}}/*****外部中断1服务程序*****/void int1(void) interrupt 2{EX1=0; //关外部中断1if(ADD==0&&(set_st==1||set_st==2)){Delay(200); //延时去抖if(ADD==0&&set_st==1){h++;if(h>99)h=99;}else if(ADD==0&&set_st==2){l++;if(l>h)l=h;}}}/*****初始化DS18B20*****/void Init_DS18B20(void){uchar x=0;P2=0x00;DQ = 1; //DQ复位Delay(8); //稍做延时DQ = 0; //单片机将DQ拉低Delay(80); //精确延时，大于480usDQ = 1; //拉高总线Delay(14);x = DQ; //稍做延时后，如果x=0则初始化成功，x=1则初始化失败Delay(20);}/*****读一个字节*****/unsigned char ReadOneChar(void) {uchar i=0;uchar dat = 0;for (i=8;i>0;i--){DQ = 0; // 给脉冲信号dat>>=1;DQ = 1; // 给脉冲信号if(DQ==1)dat=dat|0x80;Delay(4);}return(dat);}/*****写一个字节*****/void WriteOneChar(uchar dat){uchar i=0;for (i=8; i>0; i--){DQ = 0;DQ = dat&0x01;Delay(5);DQ = 1;dat>>=1;}}/*****读取温度*****/unsigned int ReadTemperature(void) {uchar a=0;uchar b=0;uint t=0;float tt=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); //启动温度转换Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器a=ReadOneChar(); //读低8位b=ReadOneChar(); //读高8位t=b;t<<=8;t=t|a;tt=t*0.0625;t= tt*10+0.5; //放大10倍输出并四舍五入return(t);}/*****读取温度*****/void check_Temperature(void){uint a,b,c;c=ReadTemperature()-5; //获取温度值并减去DS18B20的温漂误差a=c/100; //计算得到十位数字b=c/10-a*10; //计算得到个位数字m=c/10; //计算得到整数位n=c-a*100-b*10; //计算得到小数位if(m<0){m=0;n=0;} //设置温度显示上限if(m>99){m=99;n=9;} //设置温度显示上限}/*****显示开机初始化等待画面*****/void Disp_init(){P2 = 0x40; //显示-P0 = 0xf7;Delay(200);P0 = 0xfb;Delay(200);P0 = 0xfd;Delay(200);P0 = 0xfe;Delay(200);P0 = 0xff;}/*****显示温度子程序*****/void Disp_Temperature(){P0 =0xf7;P2 =0x39; //显示C标示Delay(200);P0 = 0xfb;P2 =LED[n]; //显示小数位Delay(200);P0 = 0xfd;P2 =LED[m%10]; //显示个位dp = 1; //显示小数点Delay(200);P0 = 0xfe;P2 =LED[m/10]; //显示十位Delay(200);P0 = 0xff;}/*****显示报警温度子程序*****/void Disp_alarm(uchar warning){P0 = 0xf7;P2 =0x39; //显示C标示Delay(200);P0 = 0xfb;P2 =LED[warning%10]; //显示个位Delay(200);P0 = 0xfd;P2 =LED[warning/10]; //显示十位Delay(200);P0 = 0xfe;if(set_st==1)P2 =0x76; //上限H标示if(set_st==2)P2 =0x38; //下限L标示Delay(200);P0 = 0xff;}/*****报警子程序*****/void Alarm(){if(m>=h){light=0;BEEP=0;}if(m<l){light=1;BEEP=1;}}/*****主函数*****/void main(void){uint z;InitTimer(); //初始化定时器EA=1; //全局中断开关TR0=1;ET0=1; //开启定时器0IT0=1;IT1=1;check_Temperature();for(z=0;z<100;z++){Disp_init();}while(1){if(SET==0){Delay(200);do{}while(SET==0);set_st++;x=0;f_st=1;if(set_st>2)set_st=0;}if(set_st==0){EX0=0; //关闭外部中断0EX1=0; //关闭外部中断1check_Temperature();Disp_Temperature();Alarm(); //报警检测}else if(set_st==1){BEEP=1; //关闭蜂鸣器light=1; //关闭指示灯EX0=1; //开启外部中断0EX1=1; //开启外部中断1if(x>=10){f_st=~f_st;x=0;}if(f_st){Disp_alarm(h);}}else if(set_st==2){BEEP=1; //关闭蜂鸣器light=1; //关闭指示灯EX0=1; //开启外部中断0EX1=1; //开启外部中断1if(x>=10){f_st=~f_st;x=0;}if(f_st){Disp_alarm(l);}}}}/*****END*****/4、 结论4.1测试结果温度显示：使用仿真软件protues ，系统的仿真图如图所示：图7.1 系统仿真图—正常显示温度图7.2 系统仿真图—闪烁显示上限温度实现了基础的温度测量功能。