【综合文库】
桂林航天工业学院论文
基于STC89C52单片机的温度报警器的设计与制作
Design and production based STC89C52 microcontroller temperature alarm
专业：应用电子技术 学生：陆星球 指导教师：
桂林航天工业学院电子工程系
二零壹贰年陸月
毕业设计（ 论 文 ）评语
指 导 教 师 评 语 签字： 201年月日 评 阅 教 师 评 语 签字： 201年月日 I
毕业设计（论文）答辩记录成绩及评语
答 辩 提 问 记 录 记录人：201年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 成绩： 主任签字： 201年 月 日 II
毕业设计任务书
桂林航天工业学院
电子工程系
毕 业 设 计 任 务 书
专业： 年级：
姓名 陆星球 学号指导教师（签名）毕业设计题目 基于单片机的温度控制系统的设计与制作 任务下达日期 2022年11月10日 设计提交期限 2022年6月10日 设计主要内容 采用数字温度传感器，基于单片机的数字温度计，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。 主要技装订线 术参数指标成果提交形式 采集到的温度数据通过数码管显示出来，采集的温度范围为0到99度，精确到±0.5度。 设计论文一份，样品一套 1月10日——2月10日收集资料 设计进度安排 2月10日——3月10日方案设计论证 3月10日——4月10日硬件设计与制作 4月10日——5月10日编写程序及调试 5月10日——6月10日书写报告,提交设计成果教研室意见 系主任意见 签名：2022 年 月 日 签名：2022 年 月 日
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毕业设计开题报告
桂林航天工业学院
电子工程系
毕 业 设 计 开 题 报 告
姓名 目 设计陆星球 学号指导教师 杨端 同组毕业设计题基于单片机的温度控制系统的设计与制作 随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、目的各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数显温度计的设计有着实际意义意义 和广泛的应用。 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，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比装订线 方案论证 较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。 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，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。 从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 时间安排指导教师 意见 审核小组意见1月10日——3月10日收集资料，方案设计论证 3月10日——4月10日硬件设计与制作 4月10日——5月10日编写程序及调试 5月10日——6月10日书写报告,提交设计成果签字：年 月 日
组长签字： 年 月 日 IV
摘 要
中文摘要
在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数显温度计的设计有着实际意义和广泛的应用。本文介绍一种利用单片机实现对温度智能控制及显示的方案。本毕业设计主要研究的是高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的测温。测温系统主要包括供电电源、数字温度传感器的数据采集电路、LED显示电路、蜂鸣器报警电路、继电器控制、按键电路、单片机主板电路，数字温度传感器的数据采集电路与单片机主板电路是整个系统的关键。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数显温度计要求测温范围为－55℃～＋125℃，精度误差在0.5℃以内，LED数码管直读显示。数字式温度计完全可以代替传统的水银温度计,可以在家庭中以及工业中都可以应用,实用价值很高。
关键词： 单片机；ds18b20； LED显示； 数字温度计
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ABSTRACT
In our daily life and industrial and agricultural production, the detection and
control of the temperature is extremely important. Therefore, the design of the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications. This article describes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit of digital temperature sensor, LED display circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit, data acquisition circuit of digital temperature sensor and board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmitted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 99 and the low degree is negative 55, the error is less than 0.1,LED can read the number . This digital thermometer could replace the traditional mercurial thermometer , can be used in family or industrial and agricultural production ,it has a great value.
KEY WORDS：MCU； DS18B20；LED display；Digital thermometer
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目录
目录
毕业设计（ 论 文 ）评语 .....................................I 毕业设计（论文）答辩记录成绩及评语 .................................II 毕 业 设 计 任 务 书 ..............................................III 毕 业 设 计 开 题 报 告 ............................................IV 中文摘要 ............................................................V ABSTRACT ...........................................................VI 目录 ............................................................i 第一章 引言 .........................................................1 第二章 方案选择及总体设计 ...........................................2
2.1 数字温度计设计方案论证 ....................................................................... 2
2.1.1 方案一 ............................................................................................. 2 2.1.2 方案二 ............................................................................................. 2 2.1.3 终选 ................................................................................................. 2 2.2 系统概述 ................................................................................................... 3 2.3 总体设计 ................................................................................................... 3
2.3.1 实现功能 ......................................................................................... 3 2.3.2 扩展功能 ......................................................................................... 4
第三章 硬件设计 .....................................................5
3.1 总体电路设计 ........................................................................................... 5
3.1.1 主控制器（STC89C52） ................................................................. 5 3.1.2 显示电路 ......................................................................................... 9 3.1.3 报警温度调整按键 ......................................................................... 9 3.1.4报警电路 ............................................................................................. 11 3.1.5控制加温电路 ..................................................................................... 12 3.2 DS18B20温度传感器 ............................................................................. 12
3.2.1温度传感计DS18B20电路设计 ................................................. 17
第四章 程序流程图设计 ..............................................19
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4.1 主程序 ..................................................................................................... 19 4.2 读出温度子程序 ..................................................................................... 20 4.3 温度转换命令子程序 ............................................................................. 20 4.4 计算温度子程序与报警程序 ................................................................. 21 4.5 显示数据刷新子程序 ............................................................................. 21 4.6 按键扫描处理子程序 ............................................................................. 22
第五章 系统调试与运行 ..............................................23 第六章 结论 ........................................................24 致谢 ...........................................................25 附 录 ..............................................................26
A电路总原理图 ............................................................................................. 26 B程序清单 ..................................................................................................... 27
参考文献 ...........................................................36
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第一章 引言
温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。最常见到的测量温度的工具是各种各样的温度计，例如，水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，又直观准确。
在传统的温度测量系统设计中，往往采用模拟技术进行设计,这样就不可避免地遇到诸如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题；而其中某一环节处理不当，就可能造成整个系统性能的下降。随着现代科学技术的飞速发展,特别是大规模集成电路设计技术的发展，微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DSl8B20，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；用户可编程设定9～12位的分辨率。以上特性使得DSl8B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。
本课题设计的数字温度计选用DS18B20数字温度传感器，它与单片机组成一个测温系统，具有线路简单、体积小等特点，而且一条总线可连接多个器件，可以构成一个低电压低功耗的多点数字测温系统，十分方便，也适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。
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第二章 方案选择及总体设计
2.1 数字温度计设计方案论证 2.1.1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，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。
2.1.2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，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。
2.1.3终选
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，数字温度计选用DS18B20数字温度传感器，它与单片机组成一个测温系统，具有线路简单、体积小等特点，而且一条总线可连接多个器件，可以构成一个低电压低功耗的多点数字测温系统，十分方便，也适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。
故采用了方案二。
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2.2 系统概述
在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬度支持，硬件电路[1]复杂，软件调试复杂，制作成本高。
故本设计使用集成传感器DS18B20作为测温传感器。系统主要分为温度采集模块，数据传输模块，报警模块，LED显示模块和供电模块。系统设计原理图如图2-1所示。
DS18B20 采集温度 数据传输 报警功能 LED显示温度值 供电电源
图2-1基于单片机的温度控制系统设计原理图
本数字温度计设计采用美国DALLS半导体公司继DS18B20之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为－55℃～＋125℃，最大分辨率可达0.0625℃。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
2.3 总体设计
2.3.1 实现功能
*采用数字温度传感器，基于单片机的数字温度计，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。
*采集到的温度数据通过数码管显示出来，采集的温度范围为0到99度，精确到1度。
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2.3.2 扩展功能
*测温范围 -55～~+125 ℃。
*误差±0.5℃以内。采用LED数码管直读显示。
* 温度上下限调节功能：能够调节测温范围为-55～+125 ℃的上线温度和下线温度
* 报警功能：能在上限和下限温度时蜂鸣器报警发光二极管闪烁并控制继电器的开闭；
* LED数码管直读显示，当温度为“负”,则显示负号；最低位显示摄氏度符号“C”
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第三章 硬件设计
3.1 总体电路设计
温度计电路设计原理图如图2-1所示，控制器使用单片机，温度传感器使用DS18B20，用4位共阳LED数码管以动态扫描法实现温度显示。采用USB烧入程序及供电，用12M晶振。电路还包括按键电路，复位电路，报警电路，控制加温电路，单片机外设电路等。整个系统的原理图如下图所示：
2-1总体设计原理框图
3.1.1 主控制器（STC89C52）
STC89C52 是低电压， 高性能 CMOS 8 位单片机， 片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 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
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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 STC89C52 单片机适合于许多 较为复杂控制应用场合。STC89C52 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。STC89C52 PDIP 管脚封装，如图 3-1所示。
图3-1
STC89c52 包含以下部分： （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
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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 STC89c52部分引脚说明：
1. 时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2：
XTAL2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；在8051 片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。
要检查8051/8031 的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脉冲信号输出。
XTAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。
1. 控制信号引脚RST,ALE,PSEN 和EA：
RST/VPD(9 脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将＋5V 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端，为RAM 提供备用电源，以保证存储在RAM 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。
ALE/PROG(30 脚)：地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fOSC 的1/6。CPU 访问片外存储器时，ALE 输出信号作为锁存低8 位地址的控制信号。
平时不访问片外存储器时，ALE 端也以振荡频率的1/6 固定输出正脉冲，因而ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。
ALE 端的负载驱动能力为8 个LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。 此引脚的第二功能PROG 在对片内带有4KB EPROM 的8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。
PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM 的OE 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效，即允许读出EPROM／ROM 中的指令码。PSEN 端同样可驱动8 个LS 型TTL 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后CPU 能否正常到EPROM／ROM 中读取指令码，也可用示波器看PSEN 端有
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无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。
EA/Vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA 引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA 引脚接低电平(接地)时，CPU 只访问外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内ROM 的8031 或8032,需外扩EPROM，此时必须将EA 引脚接地。此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12V～21V)的输入端。
3. 输入/输出端口P0/P1/P2/P3：
P0口(P0.0～P0.7，39~32 脚)：P0口是一个漏极开路的8 位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU 访问片外存储器时，P0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。
P1口(P1.0～P1.7，1~8 脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。
P2口(P2.0～P2.7，21~28 脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在访问片外EPROM/RAM 时，它输出高8 位地址。
P3口(P3.0～P3.7，10~17 脚)：P3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：
P3.0：(RXD)串行数据接收。 P3.1：(RXD)串行数据发送。 P3.2：(INT0#)外部中断0输入。 P3.3：(INT1#)外部中断1输入。
P3.4：(T0)定时/计数器0的外部计数输入。 P3.5：(T1)定时/计数器1的外部计数输入。 P3.6：(WR#)外部数据存储器写选通。 P3.7：(RD#)外部数据存储器读选通
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3.1.2 显示电路
显示电路采用8位共阴极LED数码管其中的前5位，P0口高电平有效，作为段码输出并作为数码管的驱动。P2口的低3位作为数码管的位选端。采用动态扫描的方式显示。如图3-2所示。
1. 74HC573 11脚接ACC，锁存不起作用，相当于直通。相应的段赋值“1”有效。
2. 74HC138 ABC赋值 0~7，则输出端分别是Y0~Y7 置“0”，如P2=0，则Y0=0； P2=6；则Y6=0；即选通第七个数码管。
图3-2显示电路
3.1.3 报警温度调整按键
本系统设计四个按键，采用查询方式，当跳线连接1和2是用的事独立按键，S1对应P3.0口，当按第一次按下S1时，可以用S2或者S3设置上限报警温度，再次按下S1则可以用S2或者S3设置下限报警温度，第三次按下显示当前测到的温度值，还有按下复位键S17则还原为默认的上下限报警温度。均采用软 件消抖。硬件连接如下图所示：
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图3-3按键电路
复位按键；
图3-4 复位按键电路图
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附桂林航天工业学院毕业论文
参考文献
[1]《51单片机课程设计》周向红/主编—— 武汉：华中科技大学出版社2022.1
[2]《单片机原理与应用》李精华/主编 李兴富/副主编—— 北京：高等教育出版社，2022.5
[3]《数字电子技术基础》刘守义 钟苏/主编 ——北京：清华大学出版社，2022.1
[4]《C语言程序设计》谭浩强/主编，——北京：华夏出版社，2022.6 [5]《DS18B20 数字式温度传感器的特性与应用电子技术》江太辉,邓展威/主编 . 2022年第12 期
[6]《单片机的 C 语言应用程序设计》马忠梅/主编——北京：北京航空航天大学出版社，2022
[7]《Protel 99 SE原理图与PCB设计教程》及力/主编——北京：电子工业出版社，2022.8
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