基于ATC单片机数字温度测量与显示系统的设计和制作.doc

基于AT89C51单片机数字温度测量及显示系统设计和制作
系 部: 电子和通信工程系
班 级： 电信11C1
姓 名： 蔡华
学 号：
指导老师： 周步新

3月 1 日

目录
摘要……………………………………………………………………第1页
引言……………………………………………………………………第2页
一．温度测量及显示系统概述………………………………………第3页
（一）本设计任务和关键内容……………………………………第3页
（二）关键芯片介绍……………………………………………第3页
二．系统关键硬件电路设计………………………………………第4页
（一）方案论证 …………………………………………………第5页
（二） 单片机主机系统电路 …………………………………第7页
三．温度传感器选择…………………………………………………第8页
（一） 采取DS18B20温度传感器……………………………………………第8页 (二) DS18B20管脚排列……………………………………………………第10页四 显示器选择…………………………………………第11页
(一)1602显示器……………………………………………………第12页
五 温度控制电路设计…………………………………………第13-14页
六 系统控制……………………………………………………第14页
（一）温控电路及报警电路控…………………………………第15页
（二）LCD显示电路控制…………………………………第16页
五．总结…………………………………………………………第17页
六．参考文件……………………………………………………第18页
七．致谢……………………………………………………………第19页
附录
元器件清单………………………………………………………………第20页
基于单片机数字温度测量及显示系统原理图………………………………第21页

摘要
伴随科技不停进步，在工业生产中温度是常见被控参数，而采取单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今主流。本文介绍了数字温度测量及自动控制系统设计。本文采取单片机来实现对温度控制。它关键组成部分有：AT89C51单片机、显示器、传感器、显示电路、温度控制电路。它能够实时显示和设定温度，实现对温度自动控制。经过测试表明，本设计对温度控制有方便、简单特点，从而大幅提升了被控温度技术指标。此设计正确度较高，能够很好地测量出温度并显示出来！本系统电路简单、调试简单，含有一定使用价值！

关键词：单片机；显示器；传感器；AT89C51；

引言
科技快速发展使得单片机技术已经普及到我们生活各个领域，单片机技术已经成为一个比较成熟技术。我在本文中将介绍一个基于单片机控制数字温度器，此温度器属于多功效温度器，能够设置上下报警温湿度，当温湿度不在设置范围内时，能够报警而且进行控制
温度控制和使用已经广泛应用于大家生产和生活中，大家使用温度器来采集温度，经过人工操作加热和降温来控制温度，这么不仅能控制精度低、实时性差缺点，而且操作人员劳动强度大。即使有些用户采取半导体二极管作温度传感器，但因为其交换性差，效果也不理想。在一些行业中对温度要求较高，因为工作环境温度不合理而引发事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员安全。为了避免这些缺点，需要在一些特定环境里安装数字温度测量及控制设备。本设计因为采取了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，设计简便等优点，尤其适适用于生活，医疗，工业生产等方面温度测量及控制。
本设计是一个数字温度测量及控制系统，并能在超限情况下进行控制、调整，并报警。确保环境保持在限定温度中。使用方便，设计简单。可控制性强。本设计和好融合了温度传感器，LED显示器，AT89C51等功效！

一．温度测量和显示系统概述
（一）本设计任务和关键内容
本论文关键研究单片机控制温度器，分别对测量、显示、报警及系统设备软、硬件各个部分进行了研究。
关键内容以下：
当温度在安全范围内无任何动作。当温度高于设置报警上限值时风扇转同时红色led亮，当低于时继电器以留出接口，常闭和常开，用来连接设备方便使用
（二）．关键芯片介绍
本课题采取单片机AT89C51控制数字温度测量和显示系统，其功效实现关键经过软件编程来完成，采取单片机AT89C51，它是低功耗、高性能CMOS型8位单片机。片内带有4KBFlash存放器，且许可在系统内改写或用编程器编程。且AT89C51使用寿命很长，数据保留时间也较长，能够达成十年时间。就是因为这部分类特征，和优点。所以此次设计我才会选择使用这一类单片机来作为我实现此系统工具。
附：AT89C51关键引脚及功效：
功效
引脚号

VCC
供电电压
GND
接地
P0口
八位漏级开路双向I/O口。每个脚可吸收八个TTL门电流。
P1口
是一个提供上拉电阻八位双向I/O口。P1口缓冲器能接收输出四个TTL门电流。
P2口
是一个内部上拉电阻八位双向I/O口，P2口缓冲器可接收输出四个TTL门电流。

P3口
P3管脚是含有八个带内部上拉电阻双向I/O口，它能够接收输出四个TTL门电流。
P3.0
RXD亦能够了解为单片机串行输入口
P3.1
TXD亦能够了解为单片机串行输出口
P3.2
(外部中止0)
P3.3
(外部中止1)
P3.4
T0(记时器0外部输入)
P3.5
T1(记时器1外部输入)
P3.6
(外部RAM写选通)
P3.7
(外部RAM读选通)

外部RAM选通信号。
ALE/
当访问外部存放器时，地址锁存许可输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编
程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。所以它可用作对外部输出脉冲或用于定时目标。然而要
注意是：每当用作外部数据存放器时，将跳过一个ALE脉冲。如想严禁ALE输出可
在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在实施MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。假如微处理器在外部实施状态ALE严禁，置位无效。
EA/APP
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存放器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序
存放器。注意加密方法1时，/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时，此间内
部程序存放器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1
反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。
XTAL2
反向振荡器输出
RST
含有复位输入功效。

二．系统关键硬件电路设计
（一）方案论证
关键对课程设计题目进行了分析，依据要实现功效，综合比较多个设计方法，提出了实现系统功效最好方案。
本设计是一个数字温度控制系统，能测量温度，并能在超限情况下进行控制、调整，并报警。
该系统采取MCS-51系列单片机AT89C51作为控制关键，该系统能够完成运算控制、信号识别和显示功效实现。因为用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单而且单片机周围辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统含有极其灵活可编程性，能方便地对系统进行功效扩张和更改。MCS-51单片机特点以下：

可靠性好
单片机根据工业控制要求设计，抵御工业噪声干扰优于通常CPU，程序指令和数据全部能够烧写在ROM上，所以可靠性高。
易扩充
单片机有通常电脑所必需器件，如三态双向总线，串并行输入及输出引脚，可扩充为多种规模微电脑系统
控制功效强
单片机指令除了输入输出指令，逻辑判定指令外还有更丰富条件分支跳跃指令。

原理框图图所表示：

原理框图
具体工作指标
AT89C51
显示电路
温度传感器
报警电路
温度控制

正常工作范围:-5℃~60℃
误差：<1℃

（二）单片机主机系统电路
AT89C51单片机是属于51系列单片机里。它内部自带2K字节可编程FLASH存放器低电压、高性能COMS 8位微处理器。AT89C51单片机还和Intel MCS-51系列单片机输出管脚和指令相互兼容。因为AT89C51将多功效8位CPU和闪速存放器结合在单个芯片里，所以，AT89C51组成单片机系统是全部系统里结构最简便，价格最廉价，使用效率最高控制系统，它还节省了外部RAM和ROM和接口器件，削减了硬件方便开销。节省了制造成本，提升了系统性价比。
·

· 单片机主机系统图
依据设计要求，要利用温度传感器实时温度。当温度高于设定温度时（60℃），当温度高于设置报警上限值时风扇转同时红色led亮，当低于时继电器以留出接口。同时要求能设定温度。毕业设计关键任务是能对温度进行自动检测和控制。设计中采取单片机来控制温度，所以要有温度显示电路，温控电路，报警电路等多个部分。
要实现系统设计要用到知识点有单片机原理及其应用，温度传感器原理和应用，及显示电路设计等。

三 温度传感器选择
（一） 采取DS18B20温度传感器
DS18B20关键由四部分组成：温度传感器、配置寄存器、64位ROM、非挥发温度报警触发器TH和TL。
DS18B20数字温度传感器，亦可称作“一线器件”，它含有以下多个优点:
1） 测量范围广-55℃——125℃。
2） 使用过程中不需要别外围元件。
3） DS18B20接口方法它是单总线。DS18B20和微处理器连接时候仅仅只需要一条线。单总线有以下多个特点:经济、能够抗干扰、使用方便、在恶劣环境下页能够测量出现场温度。
4） 供电方法多个多样。
5） 能够实现多点测温。
6） DS18B20测量分辨率科以达成9—12位。
7） 负压特征电源极接反时，温度器不会因为发烧而烧掉，不过却不能正常工作。
8） DS18B20还含有掉电保护功效，在系统掉电以后它仍能够保护分辨率及报警温度设定值。
DS18B20还含有体积小、适用电压更宽、更经济等优点。适合于构建自己测温系统。
DS18B20引脚排列：
GND:电源接地。
VDD：外接电源输入端。
DQ：数字信号端。

（二）DS18B20管脚排列图所表示。

DS18B20管脚排列图

DS18B20有六条控制命令，如表所表示：
表 DS18B20控制命令
指    令
约定代码
操      作    说      明
温度转换
44H
开启DS18B20来转换温度
读暂存器
BEH
读暂存器里9个字节内容
写暂存器
4EH
写入数据岛暂存器TH、TL字节中
复制暂存器
48H
暂存器TH、TL字节能够写到E2RAM中
重新调E2RAM
B8H
E2RAM中TH、TL字节保留到暂存器TH、TL字节
读电源供电方法
B4H
开启DS18B20发送电源供电方法信号给主CPU
在硬件上，DS18B20和单片机连接有两种方法，一个是VCC和外部电源连接，

GND 接地，I/O和单片机I/O线相连；另一个是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。图所表示:

温度传感器DS18B20原理图

四 显示器选择
（一） LED1602显示器
工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。即使LCD显示器价格比数码管要贵。不过它有一个很本质优点就是它显示效果好，所以采取LCD 作为显示器。
（二）LCD引脚图
1602有16个引脚：

引脚
功效或作用
VSS
接电源地
VCC
接5V电源正极
V0
液晶显示器对比度调整端
RS
含有寄存器选择功效。高电平1是数据寄存器。低电平0属于指令寄存器
RW
属于读写信号线，含有读写功效。高电平1读操作，低电平0写操作
E端
为使能端,高电平1时读取信息，负跳变时实施指令
D0-D7
八位双向数据端
其它
15脚属于背光正极，16脚属于背光负极

1602显示质量高，功耗小。和单片机连接图所表示。
图： 液晶显示电路图
sbit rs=P2^7;//LCD数据/命令选择端(H/L)
sbit rw=P2^6;//LCD读/写选择端(H/L)
sbit en=P2^5;//LCD使能控制
uchar code table[]={"STC89C52+DS18B20"};//液晶固定显示部分

五 温度控制电路设计

图：温度控制电路
实际电路图所表示,经过按键设定温度上下限。把实际测量温度和设定上下限进行比较。来控制P1.1、P01.2、P2.0端口高低电平。把P1.1、P01.2、P2.0端口分别和三极管基极连接来控制温度和报警。

#include<reg52.h>
#define uchar unsigned char //宏定义
#define uint unsigned int
sbit DQ = P1^0;
sbit k1=P3^1;
sbit k2=P3^2;
sbit k3=P3^3;
sbit beep=P2^0;
sbit js=P1^2;
sbit jx=P1^0;
uchar temp_value,num,t,s1num; //温度值
uchar htemp=60,ltemp=-5; //温度上下线初始化
bit yyp=1,lalarm=0

六 系统控制

本章对系统硬件控制进行概述。分别对温度控制电路，报警电路及LCD液晶显示电路进行说明。

（一）温控电路及报警电路控制
单片机P1.1、P01.2、P2.0分别和三极管基极连接来控制控制温度和报警。只要控制单片机P1.1、P01.2、P2.0口高低电平就能够控制模拟电路工作。

图：温度控制和报警

（二）LCD显示电路控制
把8根数据线和P0口连接，把3根控制线和P2.5、P2.6、P2.7连接。给VCC端加上+5V电压，GND端接地。

图：LCD显示电路

总结：
此次设计软件是以AT89C51为主，是利用了软件和硬件相互结合自动控制温度经典例行。在当今社会单片机利用已经实践到了我们生活和生产中，我们也学会了用单片机来控制部分类模拟电路。这次设计也是用单片机来控制温度。在这个设计里，我实现了用单片机来改变了我们传统对温度控制方法，这一设计为控制温度开辟了另一条道路。据现在我们国家科技和工业水平发展，这个实物设计很符合工业生产需求，不铺张浪费。不仅能够实现中国工业化发展，更能够拓展我们自己知识面。
经过四个多月方案论证、系统硬件和软件设计和系统调试。我还查阅了大量有温度传感器、单片机及其接口电路、控制方面理论。经过了一番特殊体验后，不仅经历了失败痛苦，也尝到了成功喜悦。这是我第一次靠用所学专业知识来处理问题。经过这一事件能够检验了自己知识水平，让我对自己有一个全新认识。经过这次毕业设计，我锻炼了自己分析问题处理问题能力，页提升了自己动手能力。这些培养和锻炼机会对于我们这些立即毕业走向工作岗位大学生来说，是很关键，也是很关键经验和财富
这次毕业设计基础完成了任务书要求，实现了温度控制和显示。经过测试表明系统设计是正确，可行。不过因为我本身设计经验和知识水平有限，实物方面还存在很多不足和缺点。

参考文件

[1] 沙占友. 集成温度传感器原理和应用. 北京：机械工业出版社，， 84~95.
[2] 刘君华. 智能传感器系统. 西安：西安电子科技大学出版社，1999，83~105.
[3] 沙占友. 智能化传感器原理和应用. 北京：电子工业出版社，，99~108.
[4] 赵负图. 传感器集成电路手册. 北京：化学工业出版社，，692~703.
[5] 张毅刚. MCS-51单片机原理及应用. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，，81~94
[6] 李玉峰，倪虹霞 MCS-51系列单片机原理和接口技术. 北京：人民邮电出版社，，187~216.
[7] 林伸茂. 8051单片机根本研究经验篇. 北京：人民邮电出版社，，7~14.
[8] 沙占友. 单片机外围电路设计. 北京：电子工业出版社，，37~48.
[9] 何希才. 传感器及其应用电路. 北京：电子工业出版社，，36~47.
[10] Intel：MCS-51 Family of Single Chip Mirocomputers User’s Manual,1990，3~9.
[11] 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.《8051单片机实践和应用》[M].北京：清华大学出版社，.
[12] 高峰，《单片微型计算机和接口技术》[M].北京：科学出版社，.
[13] 黄卜夫．欧洲设备安装总线综述[M]．电子技术应用，（No.4）:7-10
[14] 戚作钧.无线电技术基础[M].第一版．北京：人民教育出版社，1959：165-183
[15] Wayne Tomasi.电子通信系统[M].王曼珠，许萍，曾萍等译.第四版.北京：电子工业出版社，：137-141

致谢
在此次毕业设计中，自己不仅付出了很多心血，很多老师和同学也给了我很大支持，为我设计发明了很多有利条件，在这里，我要尤其感谢我指导老师周步新老师，在课程设计开始，周步新老师给了我很多帮助，指导我了解了很多单片机和protel软件相关知识，并在当我设计碰到困难时，立即给帮助和激励，同时，对我其它学科激励也渗透在课程设计同时，给了我莫大信心，为我顺利完成毕业设计起到了很关键作用。同时。我还要感谢老师，为我课程设计提供了很便利条件。最终还要感谢帮助我同学，在我碰到困难时给我耐心帮助。

附录I 元器件清单

名 称
型 号 、 名称
数量
单片机
AT89C51
1个
LCD显示器
LCM-1602
1个
晶 振
12MHZ
1个
灯泡

2个
接头
CON2、CON3
2个
蜂鸣器
SPEAKER
1个
小风扇

1个
温度传感器
DS18B20
1个
滑动变阻器
10K
2个
电 阻
4.7K,10K
若干个
按 键
K1，K2，K3
3个
温度传感器
DS18B20
1片
瓷片电容
22pF
2片
电位器
10K
一个
继电器

2个
电解电容
10uF
1片

附录Ⅱ：

基于单片机控制温度控制和显示系统原理图