基于at89s51的單片機的數字溫度測量及顯示系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數據傳送距離大大縮短，運行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結構達到最優化，工作也相對穩定。51的優點是價錢便宜,I/O口多,程序空間大。因此，測控系統中，使用51單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統，所以它是低端控制系統最佳器件。單片機的開發環境要求較低，軟件資源十分豐富，開發工具和語言也大大簡化。單片機的典型代表是Intel公司在20世紀80年代初研制出來的MCS51系列單片機。MCS51單片機很快在我國得到廣泛的推廣應用，成為電子系統中最普遍的應用手段，并在工業控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領域取得了大量應用成果。以MCS51技術核心為主導的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機，同時增加了一些新的功能,所以用AT89S51。第3章 系統的硬件設計 單片機最小系統的設計目前的單片機開發系統只能夠仿真單片機，卻沒有給用戶提供一個通用的最小系統。由設計的要求，只要做很小集成度的最小系統應用在一些小的控制單元。其應用特點是:（1）全部I/O口線均可供用戶使用。 （2）內部存儲器容量有限（只有4KB地址空間）。 （3）應用系統開發具有特殊性圖 最小系統圖，其中有4個雙向的8位并行I/O端口，分別記作P0、PPP3，都可以用于數據的輸出和輸入，P3口具有第二功能為系統提供一些控制信號。時鐘電路用于產生MCS51單片機工作所必須的時鐘控制信號，內部電路在時鐘信號的控制下，嚴格地按時序指令工作。MCS51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳XTAL1，輸出端為XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調電容，就構成了一個穩定的自激振蕩器。電路中的微調電容通常選擇為30pF左右，該電容的大小會影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為12MHz。把EA腳接高電平，單片機訪問片內程序存儲器，但在PC值超過0FFFH（4Kbyte地址范圍）時，將自動轉向執行外部程序存儲器內的程序。MCS51的復位是由外部的復位電路來實現。采用最簡單的外部按鍵復位電路。,C1取47μf。 溫度傳感電路設計DS18B20的性能特點：采用單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機接口，無須經過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進制數，含符號位）測溫范圍為55℃+125℃，℃內含64位經過激光修正的只讀存儲器ROM適配各種單片機或系統機用戶可分別設定各路溫度的上、下限內含寄生電源。DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM,溫度傳感器,非揮發的溫度報警觸發器TH和TL,高速暫存器。 圖 DS18B20管腳圖在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。無論是內部寄生電源還是外部供電，I/,:把DS18B20的數據線與單片機的13管腳連接,再加上上拉電阻。圖 溫度傳感電路圖DS18B20有六條控制命令，：表31 DS18B20控制命令指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉換 44H 啟動DS18B20進行溫度轉換 讀暫存器 BEH 讀暫存器9個字節內容 寫暫存器 4EH 將數據寫入暫存器的TH、TL字節 復制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節寫到E2RAM中 重新調E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節寫到暫存器TH、TL字節 讀電源供電方式 B4H 啟動DS18B20發送電源供電方式的信號給主CPU CPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數據操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協議。如主機控制DS18B20完成溫度轉換這一過程，根據DS18B20的通訊協議，須經三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發送一條ROM指令，最后發送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。 溫度控制電路的設計圖 溫度控制電路,通過鍵盤設定溫度的上下限。把實際測量的溫度和設定的上下限進行比較,、。、。當測量的溫度超過了設定的最高溫度,就相當于基極輸入為“0”，這時三極管導通推動小風扇和控制電路工作，反之,當基極輸入為“1”時，三極管不導通，報警器和控制電路都不工作。、。 鍵盤電路的設計，用AT89S51的并行口P1接44矩陣鍵盤，－，－；液晶顯示器上顯示每個按鍵的“0－F”序號。：圖 按鍵的序號排列圖，X1和X2接12M的兩腳晶振,接兩個30PF的起振電容,+5V上,無按鍵按下時,行線處于高電平狀態,有鍵按下時,:1 CPU判斷是否有鍵按下.2 確定是按下的是哪個鍵.3 把此鍵所代表的信息翻譯成計算機可以識別的代碼或者其他的特征符號. 圖 鍵盤硬件電路圖 顯示電路的設計液晶顯示器是一種將液晶顯示器件,連接器件,集成電路,PCB線路板,背光源,結構器件裝配在一起的組件。根據顯示內容和方式的不同可以分為,數顯LCD,點陣字符LCD,點陣圖形LCD在此設計中我們采用點陣字符LCD，這里采用常用的2行16個字的1602液晶模塊。1602采用標準的14腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數據。 第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線。 第15～16腳：空腳。圖 液晶顯示電路圖第4章 系統的軟件設計 系統的主程序設計主程序是系統的監控程序，在程序運行的過程中必須先經過初始化，包括鍵盤程序，中斷程序，以及各個控制端口的初始化工作。 所示。系統在初始化完成后就進入溫度測量程序，實時的測量當前的溫度并通過顯示電路在LCD上顯示。程序中以中斷的方式來重新設定溫度的上下限。根據硬件設計完成對溫度的控制。按下4*4鍵盤上的A鍵可以設定溫度上限，按下B鍵可以設定溫度下限。系統軟件設計的總體流程圖開始系統初始化開中斷Int0=0？YN溫度上下限設定溫度測量溫度測量顯示系統圖 系統總體設計流程圖 中斷程序的設計MCS51單片的中斷系統有5個中斷請求源，用戶可以用關中斷指令“CLR EA”來屏蔽所有的中斷請求，也可以用開中斷指令“SET EA”來允許CPU接收中斷請求。在本設計中我們選用INTO 來作為中斷請求源。INT1—外部中斷請求0，由INTO引腳輸入，中斷請求標志為IE0。ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H （中斷入口地址）JMP INT0ORG 0038H （主程序的起始地址） MAIN: （主程序）MCS51響應中斷后，就進入中斷服務程序，中斷程序的基本流程圖如下圖 關 中 斷 現場保護開 中 斷中斷處理關 中 斷現場恢復開 中 斷中斷返回圖 中斷服務程序基本流程第50頁 第5章 系統的控制本章對系統的硬件控制進行概述。分別對溫度控制電路，報警電路及LCD液晶顯示電路進行說明。 溫控電路及報警電路的控制、()和報警（）。利用面包板搭了一個PNP9012的偏置電路電路如圖44?；鶚O輸入為“0”時，這時三極管導通推動報警器和控制電路工作，當基極輸入為“1”時，三極管不導通，報警器和控制電路都不工作。、。 圖 硬件控制電路 圖 硬件報警電路 LCD顯示電路的控制把8根數據線和P2口連接，、。給VCC端加上+5V的電壓，GND端接地。VEE端的驅動電壓不要過大。 使用說明鍵盤中阿拉伯數字0~9是數據輸入鍵，A鍵是寫上限的功能鍵，B鍵是寫下限的功能鍵，C鍵是取消鍵，其他的鍵置空。第6章 全文總結 經濟效益分析本系統的設計，是為了保證某特定環境溫度維持在設定的范圍內，以保證工作系統在穩定的狀態下工作。本系統的設計成本很低，總成本不超過50元人民幣。如果采用大批量生產的話，生產成本會更低。在市場上的溫度自動控制系統的價格在百元人民幣以上。對于本系統的使用者來說，本系統能夠很穩定的控制溫度而且穩定性很高。只要配上適當的溫度傳感器，這個系統便還可以實現很多領域的溫度自動控制。這對于提高系統的利用率，避免重復設計有很大的幫助的。在本系統的作用下，可以為工作系統提供一個良好的環境，使產品的數量和質量有很大的提高。使得產品的生產成本降低，從而使系統的使用者獲得的利潤提高了。通過分析表明：本系統是一個性價比比較好的系統，不論對于生產者還是使用者來說，它都可以帶來好的經濟效益。 社會效益分析本設計是以AT89S51為核心，利用軟硬件相結合的自動控制的典型例子。在單片機自動控制已經廣泛的應用于人們的生產和生活的今天，傳統用模擬電路來控制溫度的做法，已經逐漸被淘汰。這個系統的實現，改變了傳統的溫度控制方法，為溫度的控制開辟了一條新的道路。根據我國的科技和工業水平，這個系統的設計是符合工業生產的需要。實現我國的工業化，自動控制是其中的一個重要目標，自動控制系統正廣泛的應用于工業生產和人們的日常生活。本系統的設計成功知識實現自動控制的“冰山一角”，但它為以