单片机多点温度测量.doc

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建筑工程学院
单片机课程设计报告

题目名称： 多路数字温度测量系统设计
系： 电气工程系
专 业： 电气工程及其自动化
班 级： 电控072
学 号： 2007308203
学生： 朱立娜
指导教师： 龚志广
职 称： 讲师

2011年 1 月 6 日

目录

一、摘要……………………………….3

二、总体方案设计……………………3

三、系统硬件设计…………………….4

四、系统软件设计……………………7

五、结论………………………………20

六、参考文献…………………………20

题目：多路数字温度测量系统设计

〔一〕摘要
本课题AT89C51单片机系统为核心，能对多点的温度进展实时巡检。DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经历，介绍了DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。
〔二〕总体方案设计
〔1〕方案的阐述与特点:
本设计方案以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成多点温度测试系统，该系统包括传感器电路、键盘与显示电路、串口通信电路组成。采用美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。它具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信。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。
1、本方案系统框图为：

本设计运用主从分布式思想，由一位上位机〔pc微型计算机〕，下位机〔单片机〕多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用RS-232串行通讯标准，通过上位机〔PC〕控制下位机〔单片机〕进展现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进展数据处理，由显示器显示。也可以由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进展控制。
下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松地组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进展现场温度测量。
2、它有如下特点：
〔1〕独特的单线接口，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无需变换其他电路，直接输出被测温度值；
〔2〕多点能力使分布式温度检测应用得以简化；
〔3〕不需要外部元件；
〔4〕既可用数据线供电，也可采用外部电源供电；
〔5〕不需备份电源；
〔6〕测量围为-55~125，固有测温分辨率为0.5；
〔7〕通过编程可实现9~12位的数字读数方式；
〔8〕用户可定义非易失性的温度告警设置；
〔9〕警告搜索命令能识别和寻址温度在编定的极限之外的器件〔温度警告情况〕；
〔10〕应用围包括恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热敏系统。
以上特性使得DS18B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。
根据DS18B20以上特点，此方案实现本课题较好。
〔三〕硬件设计
本课题的整个系统是由单片机、显示电路、键盘电路、驱动电路、串口通信等构成。
1、温度传感器DS18B20的连线图：

2、单片机系统设计
本课题运用Intel公司的8051进展系统控制，运用到了复位电路、时钟电路、串口、I/O口。
1)常用的上电复位且开关复位电路如下

2〕时钟电路如下列图左侧局部：

89c51单片机串口主要有两个数据缓冲存放器SBUF和一个输入移位存放器组成，其部还有一个串行控制存放器SCON和一个波特率发生器。接收缓冲器与发送缓冲器占用同一个地址99H，其名称亦同样为SBUF。
3)单片机连线图

4〕显示电路设计
本课题用四个LED数码管，具体连接如下列图〔图中为六个LED，连线时只用四个〕：

5〕键盘电路设计
其原理图如下：

本课题使用行列扫描方式，在单片机的P1口上连接上4*4的键盘，单片机扫描键盘，如果有键按下，单片时机根据键码执行相应的程序，使整个系统的功能更加完善。
6〕报警电路设计
为了实现多点温度检测报警系统，本课题采用AT89C51单片机作为主控制器，采用扫描的方式对多点DS18B20温度传感器获取对应该位置的温度值，经处理后通过串口可以立即发送到上位机，如温度不在设定的围，给出报警信号。系统总体硬件电路图如下所示:

7)通信模块设计
PC机与单片机的串行通信接口电路如下图

〔四〕软件设计
1、软件实现
系统软件设计主要包括系统程序和流程图，根据整个系统的要求，完成温度的测量与控制必须经过以下几个步骤：单片机承受传感器的温度信号，并通过MAX7219驱动显示出来，单片机扫描键盘，承受控制信号，并将温度显示出来，假设温度不在围那么发出报警。
1〕系统主程序流程图

温度测量程序流图

2〕键盘程序设计
根据本课题的系统要求，采用4*4的键盘电路构造，P1.0- P1.3接四条行线，P1.4-P1.7接四条列线，整个系统的功能可以利用16个按键将系统完善化、系统化，对于键盘各键的功能如下列图所示：

系统程序
;****************************************************************
;常数定义
;****************************************************************
TMEL EQU 0E0H ；20ms，定时器0时间常数
TMEH EQU 0B1H
TMEPHEAD EQU 36H
;****************************************************************
;工作存定义
;****************************************************************
BITST DATA 20H
TIMEISOK BIT BITST.1
TEMPONEOK BIT BITST.2
TEMPL DATA 26H
TEMPH DATA 27H
TEMPHC DATA 28H
TEMPLC DATA 29H
;****************************************************************
; 引脚定义
;****************************************************************
TEMPDIN BIT P3.7
;****************************************************************
; 中断向量区
;****************************************************************
ORG 000H
LJMP START
ORG 00BH
LJMP T0IT
;****************************************************************
;系统初始化
;****************************************************************
ORG 100H
START: MOV SP,#60H
CLSMEM: MOV R0,#20H
MOV R1,#60H
CLSMEM1: MOV R0,#00H
INC R0
DJNZ R1,CLSMEM1
MOV TMOD,#00100001B
MOV TH0,#TIMEL
MOV TL0,#TIMEH
SJMP INIT
ERROR: NOP
LJMP START
NOP
INIT: NOP
SETB ET0
SETB TR0
SETB EA
MOV PSW,#00H
CLR TEMPONEOK
LJMP MAIN
;****************************************************************
; 定时器0中断效劳程序
;****************************************************************
T0IT: PUSH PSW
MOV PSW,#10H
MOV TH0,#TIMEH
MOV TL0,#TIMEL
INC R7
CJNE R7,#32H，T0ITI
MOV R7,#00H
SETB TIMEISOK
TOIT1: POP PSW
RETI
;****************************************************************
; 主程序
;****************************************************************
MAIN: LCALL DISP1
JNB TIME1SOK,MAIN
CLR TIME1SOK
JNB TEMPONEOK,MAIN2
LCALL READTEMP1
LCALL CONVTEMP
LCALL DISPBCD
LCALL DISP1
MAIN2: LCALL READTEMP
SETB TEMPONEOK
LJMP MAIN
;****************************************************************
;****************************************************************
;子程序区
;****************************************************************
; RESET DS18B20
;****************************************************************
INITDS1820: SETB TEMPDIN
NOP
NOP
CLR TEMPDIN
MOV R6,#0A0H
DJNZ R6,$
MOV R6,#0A0H
DJNZ R6,$
SETB TEMPDIN
MOV R6,#32H
DJNZ R6,$
MOV R6,#3CH
LOOP1820: MOV C,TEMPDIN
JC INITDS1820OUT
DJNZ R6,LOOP1820
MOV R6,#064H
DJNZ R6,$
SJMP INITDS1820
RET
;
INITDS1820OUT: SETB TEMPDIN
RET
; ****************************************************************
; 读DS18B20的程序，从DS18B20中读出一个字节的数据
; ****************************************************************
READDS1820: MOV R7,#08H
SETB TEMPDIN
NOP
NOP
READDS1820LOOP: CLR TEMPDIN
NOP
NOP
NOP
SETB TEMPDIN
MOV R6,#07H
DJNZ R6,$
MOV C,TEMPDIN
MOV R6,#3CH
DJNZ R6,$
RRC A
SETB TEMPDIN
DJNZ R7,READDS1820LOOP
MOV R6,#3CH
DJNZ R6,$
RET
; ****************************************************************
; 写DS18B20的程序，从DS18B20中写一个字节的数据
; ****************************************************************
WRITEDS1820: MOV R7,#08H
SETB TEMPDIN
NOP
NOP
WRITEDS1820LOP: CLR TEMPDIN
MOV R6,#07H
DJNZ R6,$
RRC A
MOV TEMPDIN,C
MOV R6,#34H
DJNZ R6,$
SETB TENPDIN
DJNZ R7,WRITEDS1820LOP
RET
; ****************************************************************
; READ TEMP
; ****************************************************************
READTEMP: LCALL INITEDS1820
MOV A,#0CCH
LCALL WRITEDS1820
MOV R6,#34H
DJNZ R6,$
MOV A,#44H
LCALL WRITEDS1820
MOV R6,#34H
DJNZ R6,$
RET
READTEMP1: LCALL INITDS1820
MOV A,#0CCH
LCALL WRITEDS1820
MOV R6,#34H
DJNZ R6,$
MOV A,#0BEH
LCALL WRITEDS1820
MOV R6,#34H
DJNZ R6,$
MOV R5,#09H
MOV R0,#TEMPHEAD
MOV B,#00H
READTEMP2: LCALL READDS1820
MOV R0,A
INC R0
READTEMP21: LCALL CRC8CAL
DJNZ R5,READTEMP2
MOV A,B
JNZ READTEMPOUT
MOV A,TEMPHEAD+0
MOV TEMPL,A
MOV A,TEMPHEAD+1
MOV TEMPH,A
READTEMPOUT: RET
; ****************************************************************
; 处理温度BCD码子程序
; ****************************************************************
CONVTEAMP: MOV A,TEMPH
ANL A,#80H
JZ TEMPC1
CLR C
MOV A,TEMPL
CPL A
ADD A,#01H
MOV TEMPL,A
MOV A,TEMPH
CPL A
ADDC A,#00H
MOV TEMPH,A
MOV TEMPHC,#0BH
SJMP TEMPCH
TEMPC1: MOV TEMPHC,#0AH
TEMPC11: MOV A,TEMPHC
SWAP A
MOV TEMPHC,A
MOV A,TEMPL
ANL A,#0FH
MOV DPTR,#TEMPDOTTAB
MOVC A,A+DPTR
MOV TEMPLC,A
MOV A,TEMPL
ANL A,#0F0H
SWAP A
MOV TEMPL,A
MOV A,TEMPH
ANL A,#0FH
SWAP A
ORL A,TEMPL
LCALL HEX2BCD1
MOV TEMPL,A
ANL A,#0F0H
SWAP A
ORL A,TEMPHC
MOV TEMPHC,A
MOV A,TEMPL
ANL A,#0FH
SWAP A
ORL A,TEMPLC
MOV TEMPLC,A
MOV A,R7
JZ TEMPC12
ANL A,#0FH
SWAP A
MOV R7,A
MOV A,TEMPHC
ANL A,#0FH
ORL A,R7
MOV TEMPHC,A
TEMPC12: RET
; ****************************************************************
; 小数局部码表
; ****************************************************************
TEMPDOTTAB: DB 00H, 01H, 01H, 02H, 03H, 03H, 04H,04H,05H,06H
DB 06H,07H,08H,09H,09H
; ****************************************************************
; 显示区BCD码温度值刷新子程序
; ****************************************************************
DISPBCD: MOV A,TEMPLC
ANL A,#0FH
MOV 70H,A
MOV A,TEMPLC
SWAP A
ANL A,#0FH
MOV 71H,A
MOV A,TEMPHC
ANL A,#0FH
MOV 72H,A
MOV A,TEMPHC
SWAP A
ANL A,#0FH
MOV 73H,A
MOV A,TEMPHC
ANL A,#0F0H
CJNZ A,#010H,DISPBCD0
SJMP DISPBCD2
DISPBCD0: MOV A,TEMPHC
ANL A,#0FH
JNZ DISPBCD2
MOV A,TEMPHC
SWAP A
ANL A,#0FH
MOV 73H,#0AH
MOV 72H,A
DISPBCD2: RET
; ***************************************************************
; 显示子程序
; ****************************************************************
; 显示数据在70H—73H单元，用4位LED共阳数码管显示，P1口输出段码数据，；P3口作扫描控制，每个LED数码管亮1ms时间再逐位循环。
DISP1: MOV R1,#70H
MOV R5,#0FEH
PLAY: MOV P1,#0FFH
MOV A,R5
MOV P3,A
MOV A,R1
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,A+DPTR
MOV P1,A
MOV A,R5
ACC.1,LOOP5
CLR P1.7
LOOP5: LCALL DLIMS
INC R1
MOV A,R5
JNB ACC.3,ENDOUT
RL A
MOV R5,A
AJMP PLAY
ENDOUT: MOV P1,#0FEH
MOV P3,#0FEH
RET
TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH
;共阳段码表 “0” “1” “2” “3”“4” “5” “6” “7” “8” “9” “不亮〞“—〞
DL1MS: MOV R6,#14H
DL1: MOV R7,#19H
DL2: DJNZ R7,DL2
DJNZ R6,DL1
RET
; ****************************************************************
; 单字节十六进制转BCD
; ****************************************************************
HEX2BCD1: MOV B,#064H
DIV AB
MOV R7,A
MOV A,#0AH
XCH A,B
DIV AB
SWAP A
ORL A,B
RET
; ****************************************************************
; Calculate CRC—8 Values. Uses The CCITT—8 Polynomial,Expressed As
; X^8+X^5+X^4+1
; ****************************************************************
CRC8CAL: PUSH ACC
MOV R7,#08H
CRC8LOOP1: XRL A,B
RRC A
MOV A,B
JNC CRC8LOOP2
XRL A,#18H
CRC8LOOP2: RRC A
MOV B,A
POP ACC
RR A
PUSH ACC
DJNZ R7,CRC8LOOP1
POP ACC
RET
END

〔五〕结论
1、课题总结
本课题主要是实现对温度进展多点同时测量并准确显示。整个系统由单片机控制，要能够承受传感器的数据并显示出来，可以从键盘输入命令，系统根据命令选择对应的传感器，并由驱动电路驱动温度显示，对异常情况进展报警。
2、心得
通过这次课程的设计，将课本的知识实际应用，摆脱考试的局限，锻炼自己的解决问题的能力，独立思考能力。本课题使我熟悉了单片机设计原那么，对51系列单片机部构造、与其它芯片的接口技术及其工作情况有了更进一步了解，虽然是很简单的运用，但比为了考试而瞬时记忆的知识结实多了，工作需要独立解决问题的的能力，还是希望多一些这样的时机。

〔六〕参考文献
[1]周慈航著·单片机程序设计根底[M]·：航空航天大学，2003
[2]方佩敏编著·智能化集成温度传感器原理与应用[M]·：电子工业，2002
[3]毅刚主编·单片机原理及应用[M]·：高等教育，2021
[4]道玲，玲，朱艳编著·传感器电路分析与设计[M]·：大学，2003
[5]笃人，保军编著。传感器及应用技术[M]·：电子科技大学，2003
[6]小忠等，单片机接口技术实用子程序·：人民邮电，2005
[7]群芳编著 ，单片机原理、接口及应用—嵌入式系统计数根底·：清华大学

数字温度及设计电路原理图

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