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辽东学院信息技术学院微控制器原理与接口技术课程设计报告设计题目：多路温度检测及报警系统专业班级：电子信息工程、B1006姓名：田洪雨教师评语：成绩评阅教师张俊芳日期一、摘要本课程设计是基于DS18B20在LCD1602液晶显示的多路温度检测及报警系统。本课题以AT89C51单片机系统为核心，能对多点温度进行实时巡检。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，可以使用户轻松的组建起传感器网络，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验，介绍了DS18B20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。关键词：DS18B20、LCD1602、高低温报警二、课程设计目的通过《单片机原理与应用》课程设计，使学生掌握单片机及其扩展系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步加深单片机及其扩展系统设计和应用的理解。三、课程设计题目多路温度检测及报警系统四、课程设计内容及要求1、设计内容：1）有上电指示灯；2）能正确手动复位；3）有4位数码管显示，能按照分秒进制显示时间；4）自定义的扩展功能。2、设计要求：1）独立设计原理图及相应的硬件电路。2）针对选择的设计题目，设计系统软件。软件要做到：操作方便，实用性强，稳定可靠。3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上设计原理图及相应的源程序。五、系统硬件电路设计系统主要由硬件和软件两大部分构成，当接收到系统发出的温度转换命令后，DS18B20开始进行温度转换操作并把转化后的结果放到16位暂存寄存器中的温度寄存器内，然后与系统进行数据通信，系统将温度读出并驱动LED数码管显示。如果温度值低于设定下限值或高于设定上限值，则自动启动报警装置。由于DS18B20单总线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。该系统结构图1、单片机最小系统电路设计AT89S51是低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89S51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。AT89S51单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0、P1、P2、P3,每一条I/O线都能独立地作输出或输入。AT89S51DIP管脚封装单片机AT89S51按键电路复位电路报警电路显示电路测温电路AT89S51其结构图如图所示（1）一个8位微处理器CPU（2）片内数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR（3）片内程序存储器ROM（4）两个定时/计数器T0、T1，可用作定时器，也可用以对外部脉冲进行计数（5）四个8位可编程的并行I/O端口，每个端口既可作输入，也可作输出（6）一个串行端口，用于数据的串行通信（7）中断控制系统（8）内部时钟电路功能特性概述：AT89S51提供以下标准功能：8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。单片机AT89S52的P0口作为输入口。P0与DS12887的AD相连，进行时间图2-3数据的采集；P3.7(RD)与DS12887的17脚DS相连，P3.3与DS12887的19脚IRQ相连，P2.7与DS12887的13脚CS相连；30脚ALE与DS12887的14脚AS相连。单片机的第18引脚和19引脚接时钟电路，XTAL1接外部晶振和微调电容的一端，XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端。对外接电容的值虽然没图2-4主控电路及其最小系统电路图有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为11.0592MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22μF。第9引脚为复位输入端，接上电容，电阻后构成上电复位电路。20引脚为接地端，40引脚为电源端。/EA端（31引脚）接+5V电压。由此就构成了单片机主控模块的最小系统，如图2-4所示。2、DS18B20电路设计DSl820数字温度计是美国Dallas公司生产的数字温度计，它提供9位(二进制)温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出，因此从主机CPU到DSl8B20仅需一条线。DSl820的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。因为每一个DSl820在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多DSl820可以存放在同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。DSl820的测量范围从-55到+125，增量值为0.5，可在ls(典型值)内把温度变换成数字。每一个DSl820包括一个唯一的64位长的序号，该P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1STC89C52VCC24AD59AD48AD37AD26AD15AD04AD711MOT1AD610CS13AS14R/W15DS17RST18SQW23GND12IRQ19U2DS12887RDRDCSCSALEALERWRWINT1INT1VCCVCCS1SW-pbS2SW-pbS4SW-pbS3SW-pb12Y111.0592MHz10KR3Res210KR4Res210KR5Res210KR6Res210KR7Res210KR8Res210KR9Res210KR10Res2D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D722pFC1Cap22pFC2Cap100pFC3Cap1KR1Res2VCCRSTRST1234567891011121314151617181920THS12864-12AU4VCCVCCVCC8B7A6END5DI4DE3RE2RO1U3MAX485VCCRD1RD1TD1TD1bellS5SW-SPSTVSSVDDV0CSSIBSCLKDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7PSBNCRSTNCLEDKLEDA晶振电路复位电路时间调整按键加一按键闹钟调整按键减一按键通信选择按键主控电路通信模块电路显示模块电路时钟模块电路10KR1110KR1210KR?Res210KR?Res210KR?Res2VCC+5V序号值存放在DSl820内部的ROM(只读存贮器)中。开始8位是产品类型编码(DSl820编码均为10H)。接着的48位是每个器件唯一的序号，最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验)码。以下是DS18b20的内部结构图。DS18B20有4个主要的数据部件：①64位激光ROM。64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码(28H)组成。②温度灵敏元件。③非易失性温度报警触发器TH和TL。可通过软件写入用户报警上下限值。④配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。DS18B20在0工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值DS18B20的测温范围为-55℃~+125℃,在-10℃~+85℃范围内，精度为±0.5℃。在电压低于3.4v时精度误差较大。在本系统中使用了两个DS18b20温度传感器，测温范围为0℃~100℃，另外根据器件稳定工作的特点，考虑到驱动能力的不足，采用外加5V电源以满足传感器精度高的要求。本系统为多点温度测试。DS18B20采用外部供电方式，理论上可以在一根数据总线上挂256个DS18B20，但实际应用中发现，如果挂接20个以上的DS18B20就会产生功耗问题。另外单总线长度也不宜超过0.5M，否则会影响到数据的传输。在这种情况下我们可以采用分组的方式，用单片机的多个I/O来驱动多路DS18B20。在实际应用中还可以使用一个MOSFET将I/O口线直接和电源相连，起到上拉的作用。在本电路板的设计中考虑到初步实践的准确性，暂使用2个DS18B20连接单片机的P3.2口。对DS18B20的设计，需要注意以下问题（1）对硬件结构简单的单线数字温度传感器DS18B20进行操作，需要用较为复杂的程序完成。编制程序时必须严格按芯片数据手册提供的有关操作顺序进行，读、写时间片程序要严格按要求编写。尤其在使用DS18B20的高测温分辨力时，对时序及电气特性参数要求更高。（2）有多个测温点时，应考虑系统能实现传感器出错自动指示，进行自动DS18B20序列号和自动排序，以减少调试和维护工作量。（3）测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。DS18B20在三线制应用时，应将其三线焊接牢固；在两线应用时，应将VCC与GND接在一起，焊接牢固。若VCC脱开未接，传感器只送85.0℃的温度值。（4）实际应用时，要注意单线的驱动能力，不能挂接过多的DS18B20，同时还应注意最远接线距离。另外还应根据实际情况选择其接线拓扑结构。3、LCD1602电路设计由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。功耗低相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。LCD1602的实物图如图4，主要参数如下：·显示容量:16×2个字符·芯片工作电压:4.5—5.5V·工作电流:2.0mA(5.0V)·模块最佳工作电压:5.0V·字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm1602液晶显示采用标准的16脚接口，其中：（模块背面有标注）第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址；当RS为高电平、RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15～16脚：空脚1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了不同的点阵字符图形，这些字符有，阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，其中数字与字母同AS