数字温度显示报警系统
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按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管 是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码 管在应用时应将公共极 COM 接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时， 相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管 是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码 管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高 电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
STC8 9 C5 2
图 2 STC89C51 封装图
2. DS18B20 传感器介绍
2.1 DS18B20 概述
美国 DALLAS 公司生产的 DS18B20 可组网数字温度传感器芯片外加不锈钢保 护管封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种 狭小空间设备数字测温和控制领域。有独特的单线接口方式，DS1820 在与微处 理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS1820 的双向通讯；其测温范 围 －55℃～＋125℃，固有测温分辨率 0.5℃；支持多点组网功能；多个 DS1820 可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；工作电源为 3~5V/DC；在使用中不需 要任何外围元件。
31
U1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
P 10 P 11 P 12 P 13 P 14 P 15 P 16 P 17 R ESET P30 / RXD P31 / TXD P32 / INT0 P33 / INT1 P34 / T0 P35 / T1 P36 W R P37 / RD X2 X1 GND
4.温度传感器设计方案论证
方案一: 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在 将随被测温度变化 的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机 进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用 到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。 方案二: 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所 以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可 以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 从以上两种方案，两种都完全能够满足设计需要，很容易看出，采用方案二， 电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
青岛科技大学
本 科 课 程 设 计 （论 文）
题 目 ________数__字_温__度__显__示__报__警__系__统_________
基于 STC89C52 可显示温度的万年历
指导教师 单宝明 __________________________ 学生姓名__王___胜____放___（___3__5__%__）_____ 学生姓名__孔___昊_______（___3__3__%__）_____ 学生姓名__赵___宇____龙___（___3__2__%__）_____
LED
单片机复位
主
显
示 控
报警点按键
制 蜂
器
鸣
器
DS18B20 传感器
报
警
1
图 1 总体设计方框图
3. 单片机芯片的选择方案和论证
方案一: 采用 STC89C51 芯片作为硬件核心。STC89C51 内部具有 8KB ROM 存储空 间,512 字节数据存储空间，带有 2K 字节的 EEPROM 存储空间，与 MCS-51 系列单 片机完全兼容,STC89C51 可以通过串口下载。 方案二: 采用 AT89S51。AT89S51 片内具有 8K 字节程序存储空间，256 字节的数据存 储空间没有 EEPROM 存储空间，也与 MCS-51 系列单片机完全兼容，具有在线编程 可擦除技术。 两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C51 相对 ATS89C52 价格便宜， 且抗干扰能力强。考虑到成本因素，因此选用 STC89C51。
造成高温火灾有：电气线路短路、过载、接触电阻过大等引发高温或火灾； 静电产生高温或或火灾；雷电等强电侵入导致高温或火灾；最主要是机房内电脑、 空调等用电设备长时间工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温；因此 机房内所属的电子产品发热快，在短时间内机房温度升高超出设备正常温度，导 致系统瘫痪或产生火灾，这时温度报警系统就会发挥应有的功能。
3.系统整体电路图
学院（部） 专业 班 _____自___动___化___与___电___子___工___程_____
____测___控___技___术___与___仪___器______
_____1__3_2________
_2_0_1_6__年 _7__月 _1_0_日
目录
一、课程设计的目的··········································· 1 二、设计要求与方案论证······································· 1 三、系统硬件设计············································· 2 四、系统软件设计············································ 9 五、 调试与总结 ············································ 15
5.电路设计最终方案决定
综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用STC89C51 单片机作为主控 制系统;采用DS18B20 为传感器;采用数码管作为显示器件。
三、系统硬件电路设计
1.STC89C51 介绍
STC89C51 是由深圳宏晶科技公司生产的与工业标准 MCS-51 指令集和输出管 脚相兼容的单片机。
1.1 STC89C51 主要功能及 PDIP 封装
STC89C51 主要功能如表 1 所示，其 PDIP 封装如图 2 所示
21
主要功能特性
兼容 MCS51 指令系统
8K 可反复擦写 Flash ROM
32 个双向 I/O 口
256x8bit 内部 RAM
3 个 16 位可编程定时/计数器中断
时钟频率 0-24MHz
DS18B20 的性能特点如下： （1） 采用 DALLAS 公司独特的单线接口方式：DS18B20 与微处理器连接时 仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯； （2）在使用中不需要任何外围元件； （3）可用数据线供电，供电电压范围：+3.0V～+5.5V； （4）测温范围：-55～+125℃。固有测温分辨率为 0.5℃。当在-10℃～+85℃ 范围内，可确保测量误差不超过 0.5℃，在-55～+125℃范围内，测量误差也不 超过 2℃； （5）通过编程可实现 9～12 位的数字读数方式； （6）用户可自设定非易失性的报警上下限值； （7）支持多点的组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现 多点测温 （8）负压特性，即具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能 保护 DS18B20 不会因发热而烧毁，但此时芯片无法正常工作； （9）DS18B20 的转换速率比较高，进行 9 位的温度值转换只需 93.75ms； （10）适配各种单片机或系统； （11）内含 64 位激光修正的只读存储 ROM，扣除 8 位产品系列号和 8 位循 环冗余校验码(CRC)之后，产品序号占 48 位。出厂前产品序号存入其 ROM 中。在 构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片 DS18B20。
2 个Байду номын сангаас行中断
可编程 UART 串行通道
2 个外部中断源
共 6 个中断源
2 个读写中断口线
3 级加密位
低功耗空闲和掉电模式
软件设置睡眠和唤醒功能
表 1 STC89C51 主要功能
1.2 STC89C51 引脚介绍
① 主电源引脚（2 根） VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V 电源 GND(Pin20)：接地线 ②外接晶振引脚（2 根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 ③控制引脚（4 根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机 复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读 指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 ④可编程输入/输出引脚（32 根） STC89C51 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口， 每个口有 8 位（8 根引脚），共 32 根。 P0 口（Pin39～Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0～P0.7 P1 口（Pin1～Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0～P1.7 P2 口（Pin21～Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0～P2.7 P3 口（Pin10～Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0～P3.7
41
2.2 DS18B20 引脚介绍
图 3 DS18B20 芯片封装结构 各引脚功能为：I/O 为数据输入/输出端（即单线总线），它属于漏极开路输 出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。UDD 是可供选用的外部电源端，不用时 接地，GND 为地，NC 空脚。
2.3 数码管介绍
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分 为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元 （多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为 1 位、2 位、4 位等等数码 管；
二、设计要求与方案论证
首先明确设计要求，再讨论方案，一一攻破设计的难点。
1.设计要求
基本范围 0℃-99℃ ； 精度误差小于 0.1℃ ； 数码管直读显示； 扩展功能：可以任意设定温度的上下限报警功能； 供电电压：5V
2.总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图 1 所示，控制器采用单片机 AT89S52， 温度传感器采用 DS18B20，用 4 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。
VCC P 00 P 01 P 02 P 03 P 04 P 05 P 06 P 07
EA/VP ALE/ P P SEN
P 27 P 26 P 25 P 24 P 23 P 22 P 21 P 20
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
2.4 数码管概述
LED
51
12 S4 11 A 10 F 9 S3 8 S2 7B
S1 a f S2 S3 b
e d dp c g S4
E1 D2 dp 3 C4 G5 S1 6
图 4 数码管 数码显示器是一种由 LED 发光二极管组合显示字符的显示器件，它使用了 8 个 Led 发光二极管，其中七个用于显示字符，一个显示小数点，所以通称为七段 发光二极管数码显示器。4 位一体数码管，其内部段已连接好，引脚如图 5 所示 （数码管的正面朝自己，小数点在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dp 为段引脚， S1、S2、S3、S4 分别表示四个数码管的位。
一、课程设计的目的
单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比 较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度器，本温度计属于多 功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。
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。本文通过采用蜂鸣器作为电声元件的温度报警器的设计，阐明 了该装置进行设计与制作的具体过程及方法。这种温度报警器结构简单，可操作 性强，应用广泛。工作时，温度测量范围为 5—38ºＣ。当前环境温度若超过设 定的高温临界温度，由单片机发出报警信号，从而防止带来的不必要的损失。
STC8 9 C5 2
图 2 STC89C51 封装图
2. DS18B20 传感器介绍
2.1 DS18B20 概述
美国 DALLAS 公司生产的 DS18B20 可组网数字温度传感器芯片外加不锈钢保 护管封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种 狭小空间设备数字测温和控制领域。有独特的单线接口方式，DS1820 在与微处 理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS1820 的双向通讯；其测温范 围 －55℃～＋125℃，固有测温分辨率 0.5℃；支持多点组网功能；多个 DS1820 可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；工作电源为 3~5V/DC；在使用中不需 要任何外围元件。
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U1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
P 10 P 11 P 12 P 13 P 14 P 15 P 16 P 17 R ESET P30 / RXD P31 / TXD P32 / INT0 P33 / INT1 P34 / T0 P35 / T1 P36 W R P37 / RD X2 X1 GND
4.温度传感器设计方案论证
方案一: 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在 将随被测温度变化 的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机 进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用 到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。 方案二: 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所 以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可 以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 从以上两种方案，两种都完全能够满足设计需要，很容易看出，采用方案二， 电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
青岛科技大学
本 科 课 程 设 计 （论 文）
题 目 ________数__字_温__度__显__示__报__警__系__统_________
基于 STC89C52 可显示温度的万年历
指导教师 单宝明 __________________________ 学生姓名__王___胜____放___（___3__5__%__）_____ 学生姓名__孔___昊_______（___3__3__%__）_____ 学生姓名__赵___宇____龙___（___3__2__%__）_____
LED
单片机复位
主
显
示 控
报警点按键
制 蜂
器
鸣
器
DS18B20 传感器
报
警
1
图 1 总体设计方框图
3. 单片机芯片的选择方案和论证
方案一: 采用 STC89C51 芯片作为硬件核心。STC89C51 内部具有 8KB ROM 存储空 间,512 字节数据存储空间，带有 2K 字节的 EEPROM 存储空间，与 MCS-51 系列单 片机完全兼容,STC89C51 可以通过串口下载。 方案二: 采用 AT89S51。AT89S51 片内具有 8K 字节程序存储空间，256 字节的数据存 储空间没有 EEPROM 存储空间，也与 MCS-51 系列单片机完全兼容，具有在线编程 可擦除技术。 两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C51 相对 ATS89C52 价格便宜， 且抗干扰能力强。考虑到成本因素，因此选用 STC89C51。
造成高温火灾有：电气线路短路、过载、接触电阻过大等引发高温或火灾； 静电产生高温或或火灾；雷电等强电侵入导致高温或火灾；最主要是机房内电脑、 空调等用电设备长时间工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温；因此 机房内所属的电子产品发热快，在短时间内机房温度升高超出设备正常温度，导 致系统瘫痪或产生火灾，这时温度报警系统就会发挥应有的功能。
3.系统整体电路图
学院（部） 专业 班 _____自___动___化___与___电___子___工___程_____
____测___控___技___术___与___仪___器______
_____1__3_2________
_2_0_1_6__年 _7__月 _1_0_日
目录
一、课程设计的目的··········································· 1 二、设计要求与方案论证······································· 1 三、系统硬件设计············································· 2 四、系统软件设计············································ 9 五、 调试与总结 ············································ 15
5.电路设计最终方案决定
综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用STC89C51 单片机作为主控 制系统;采用DS18B20 为传感器;采用数码管作为显示器件。
三、系统硬件电路设计
1.STC89C51 介绍
STC89C51 是由深圳宏晶科技公司生产的与工业标准 MCS-51 指令集和输出管 脚相兼容的单片机。
1.1 STC89C51 主要功能及 PDIP 封装
STC89C51 主要功能如表 1 所示，其 PDIP 封装如图 2 所示
21
主要功能特性
兼容 MCS51 指令系统
8K 可反复擦写 Flash ROM
32 个双向 I/O 口
256x8bit 内部 RAM
3 个 16 位可编程定时/计数器中断
时钟频率 0-24MHz
DS18B20 的性能特点如下： （1） 采用 DALLAS 公司独特的单线接口方式：DS18B20 与微处理器连接时 仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯； （2）在使用中不需要任何外围元件； （3）可用数据线供电，供电电压范围：+3.0V～+5.5V； （4）测温范围：-55～+125℃。固有测温分辨率为 0.5℃。当在-10℃～+85℃ 范围内，可确保测量误差不超过 0.5℃，在-55～+125℃范围内，测量误差也不 超过 2℃； （5）通过编程可实现 9～12 位的数字读数方式； （6）用户可自设定非易失性的报警上下限值； （7）支持多点的组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现 多点测温 （8）负压特性，即具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能 保护 DS18B20 不会因发热而烧毁，但此时芯片无法正常工作； （9）DS18B20 的转换速率比较高，进行 9 位的温度值转换只需 93.75ms； （10）适配各种单片机或系统； （11）内含 64 位激光修正的只读存储 ROM，扣除 8 位产品系列号和 8 位循 环冗余校验码(CRC)之后，产品序号占 48 位。出厂前产品序号存入其 ROM 中。在 构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片 DS18B20。
2 个Байду номын сангаас行中断
可编程 UART 串行通道
2 个外部中断源
共 6 个中断源
2 个读写中断口线
3 级加密位
低功耗空闲和掉电模式
软件设置睡眠和唤醒功能
表 1 STC89C51 主要功能
1.2 STC89C51 引脚介绍
① 主电源引脚（2 根） VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V 电源 GND(Pin20)：接地线 ②外接晶振引脚（2 根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 ③控制引脚（4 根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机 复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读 指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 ④可编程输入/输出引脚（32 根） STC89C51 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口， 每个口有 8 位（8 根引脚），共 32 根。 P0 口（Pin39～Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0～P0.7 P1 口（Pin1～Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0～P1.7 P2 口（Pin21～Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0～P2.7 P3 口（Pin10～Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0～P3.7
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2.2 DS18B20 引脚介绍
图 3 DS18B20 芯片封装结构 各引脚功能为：I/O 为数据输入/输出端（即单线总线），它属于漏极开路输 出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。UDD 是可供选用的外部电源端，不用时 接地，GND 为地，NC 空脚。
2.3 数码管介绍
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分 为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元 （多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为 1 位、2 位、4 位等等数码 管；
二、设计要求与方案论证
首先明确设计要求，再讨论方案，一一攻破设计的难点。
1.设计要求
基本范围 0℃-99℃ ； 精度误差小于 0.1℃ ； 数码管直读显示； 扩展功能：可以任意设定温度的上下限报警功能； 供电电压：5V
2.总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图 1 所示，控制器采用单片机 AT89S52， 温度传感器采用 DS18B20，用 4 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。
VCC P 00 P 01 P 02 P 03 P 04 P 05 P 06 P 07
EA/VP ALE/ P P SEN
P 27 P 26 P 25 P 24 P 23 P 22 P 21 P 20
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
2.4 数码管概述
LED
51
12 S4 11 A 10 F 9 S3 8 S2 7B
S1 a f S2 S3 b
e d dp c g S4
E1 D2 dp 3 C4 G5 S1 6
图 4 数码管 数码显示器是一种由 LED 发光二极管组合显示字符的显示器件，它使用了 8 个 Led 发光二极管，其中七个用于显示字符，一个显示小数点，所以通称为七段 发光二极管数码显示器。4 位一体数码管，其内部段已连接好，引脚如图 5 所示 （数码管的正面朝自己，小数点在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dp 为段引脚， S1、S2、S3、S4 分别表示四个数码管的位。
一、课程设计的目的
单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比 较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度器，本温度计属于多 功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。
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。本文通过采用蜂鸣器作为电声元件的温度报警器的设计，阐明 了该装置进行设计与制作的具体过程及方法。这种温度报警器结构简单，可操作 性强，应用广泛。工作时，温度测量范围为 5—38ºＣ。当前环境温度若超过设 定的高温临界温度，由单片机发出报警信号，从而防止带来的不必要的损失。