1、電子科技大學 微電子與固體電子學院 畢業設計報告題目：基于AT89S51單片機的數字溫度測量及顯示系統設計課 題 類 別：論文實踐報告 學 生 姓 名： 學 號： 班 級：專業全稱：電子信息工程指 導 教 師 ：李老師2021年 10月24摘要隨著科技的不斷進步，在工業生產中溫度是常用的被控參數，而采用單片機來對這些被控參數進行控制已成為當今的主流。本文介紹了數字溫度測量及自動控制系統的設計。本文采用單片機來實現對溫度的控制。它的主要組成局部有：AT89S51單片機、溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電路。它可以實時的顯示和設定溫度，實現對溫度的自動控制。通過測試說明，本設計對溫度的控制有方

2、便、簡單的特點，從而大幅提高了被控溫度的技術指標。關鍵詞: 單片機 溫度傳感器 鍵盤和顯示 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc202176237 第1 章 方案論證 PAGEREF _Toc202176237 h - 4 - HYPERLINK l _Toc202176238 1.1 題目分析 PAGEREF _Toc202176238 h - 4 - HYPERLINK l _Toc202176239 1.1.1 具體指標 PAGEREF _Toc202176239 h - 4 - HYPERLINK l _Toc202176240 1.1.2 具體控制要

3、求 PAGEREF _Toc202176240 h - 4 - HYPERLINK l _Toc202176245 第2章 系統的硬件設計 PAGEREF _Toc202176245 h - 5 - HYPERLINK l _Toc202176246 2.1 單片機最小系統的設計 PAGEREF _Toc202176246 h - 5 - HYPERLINK l _Toc202176247 2.2 溫度傳感電路設計 PAGEREF _Toc202176247 h - 6 - HYPERLINK l _Toc202176248 2.3 溫度控制電路的設計 PAGEREF _Toc20217624

4、7 h - 6 - HYPERLINK l _Toc202176249 2.4 鍵盤電路的設計 PAGEREF _Toc202176247 h - 6 - HYPERLINK l _Toc202176250 2.5 顯示電路的設計 PAGEREF _Toc202176250 h - 10 - HYPERLINK l _Toc202176252 第3章 系統的軟件設計 PAGEREF _Toc202176252 h - 11 - HYPERLINK l _Toc202176253 3.1 系統的主程序設計 PAGEREF _Toc202176253 h - 11 - HYPERLINK l _T

5、oc202176254 3.2 中斷程序的設計 PAGEREF _Toc202176254 h - 11 - HYPERLINK l _Toc202176256 第4章 系統的控制 PAGEREF _Toc202176256 h - 13 - HYPERLINK l _Toc202176257 4.1 溫控電路及報警電路的控制 PAGEREF _Toc202176257 h - 13 - HYPERLINK l _Toc202176258 4.2 LCD顯示電路的控制 PAGEREF _Toc202176258 h - 14 - HYPERLINK l _Toc202176259 4.3 使用

6、說明 PAGEREF _Toc202176259 h - 14 - HYPERLINK l _Toc202176261 第5章 全文總結 PAGEREF _Toc202176261 h - 15 - HYPERLINK l _Toc202176262 5.1 經濟效益分析 PAGEREF _Toc202176262 h - 15 - HYPERLINK l _Toc202176263 5.2 社會效益分析 PAGEREF _Toc202176263 h - 15 - HYPERLINK l _Toc202176264 致謝 PAGEREF _Toc202176264 h - 17 - HYPE

7、RLINK l _Toc202176265 參考文獻- 17 - HYPERLINK l _Toc202176266 HYPERLINK l _Toc202176267 附錄II 程序 PAGEREF _Toc202176267 h - 18 - 第1章 方案論證本章主要對畢業設計的題目進行了分析，根據要實現的功能，采用一種適宜的方案來完本錢次的設計。1.1 題目分析本設計是一個數字溫度控制系統，能測量溫度，并能在超限的情況下進行控制、調整，并報警。1 具體指標正常工作溫度范圍： 560溫度誤差：1 1 具體控制要求根據設計的要求，要利用溫度傳感器實時溫度。當溫度高于設定的溫度時60，翻開降溫

8、裝置進行調整使溫度在設定的范圍內。當溫度低于設定的溫度時5，翻開升溫裝置進行調整使溫度在設定的范圍內。同時要求能設定溫度。畢業設計的主要任務是能對溫度進行自動的檢測和控制。設計中采用單片機來控制溫度，因此要有溫度的采集電路，鍵盤顯示電路，溫控電路，報警電路等幾個局部。要實現系統的設計要用到的知識點有單片機的原理及其應用，溫度傳感器的原理和應用，及鍵盤和顯示電路的設計等。第2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。

9、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 2.1 最小系統圖單片機最小系統如圖3.1所示，其中有4個雙向的8位并行I/O端口，分別記作P0、P1、P2、P3，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MCS-51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。MCS-51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

10、，該電容的大小會影響到振蕩器頻率的上下、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0FFFH4Kbyte地址范圍時，將自動轉向執行外部程序存儲器內的程序。MCS-5112MHz,C1取47f。2.2 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，測量分辨率為內含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。D

11、S18B20內部結構主要由四局部組成：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。DS18B20的管腳排列如圖3.2所示。 圖2.2 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/O口線要接5K左右的上拉電阻.我們采用的是第一種連接方法,如圖2.3所示:把DS18B20的數據線與單片機的13管腳連接,再加上上拉電阻。圖 2.3 溫度傳感電路圖DS18B20有六條控制命令

12、，如表2.1所示：表2-1 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

13、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。2.3 溫度控制電路的設計圖 2.4 溫度控制電路實際電路如圖2.4所示,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擬,來控制、端口的上下電平。把、端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報警。當測量的溫度超過了設定的最高溫度,P2.2由高電平變成低電平,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

14、“1時，三極管不導通，報警器和控制電路都不工作。只要控制單片機的、口的上下電平就可以控制模擬電路的工作。2.4 鍵盤電路的設計如圖2.6所示，用AT89S51的并行口P1接44矩陣鍵盤，以P1.3作輸入線，以作輸出線；液晶顯示器上顯示每個按鍵的“0F序號。對應的按鍵的序號排列如圖2.5所示：圖 2.5 按鍵的序號排列圖圖2.6中微處理單元是AT89S51單片機，X1和X2接12M的兩腳晶振,接兩個30PF的起振電容,J1是上拉電阻.單片機的P1口8位引腳與行列式鍵盤輸出腳相連,控制和檢測行列式鍵盤的輸入.行線通過上拉電阻接到+5V上,無按鍵按下時,行線處于高電平狀態,有鍵按下時,行線的電平狀態

15、將由與此行線相連接的列線的電平決定.鍵盤輸入的信息主要進程是: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 2.6 鍵盤硬件電路圖2.5 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為液晶顯示器比

16、照度調整端，接正電源時比照度最弱，接地電源時比照度最高，比照度過高時會產生“鬼影，使用時可以通過一個10K的電位器調整比照度 第4腳：RS為存放器選擇，高電平時選擇數據存放器、低電平時選擇指令存放器。 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714腳：D0D7為8位雙向數據線。 第1516腳：空腳。與單片機的連接如圖2.7所示。圖 2.7 液晶顯示電路圖第3章

17、系統的軟件設計3.1 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。流程圖如3.1 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 3.1 系統總體設計流程圖4.2 中斷程序的設計MCS-51單片的中斷系統有5個中斷請求源，用戶

18、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MCS-51響應中斷后，就進入中斷效勞程序，中斷程序的根本流程圖如下列圖 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 3.2 中斷效勞程序根本流程第4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

19、控制電路，報警電路及LCD液晶顯示電路進行說明。4.1 溫控電路及報警電路的控制單片機的、分別與三極管的基極連接來控制控制溫度(圖4.1)和報警圖4.2。利用面包板搭了一個PNP9012的偏置電路電路如圖3-4。基極輸入為“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。只要控制單片機的、P0.7口的上下電平就可以控制模擬電路的工作。 圖 4.1 硬件控制電路 圖 4.2 硬件報警電路4.2 LCD顯示電路的控制把8根數據線和P2口連接，把3根控制線和、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，要調

20、節滑動變阻器使VEE在0.7伏以下顯示器才能工作。4.3 使用說明鍵盤中阿拉伯數字09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5章 全文總結5.1 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。本系統的設計本錢很低，總本錢不超過50元人民幣。如果采用大批量生產的話，生產本錢會更低。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，防

21、止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。使得產品的生產本錢降低，從而使系統的使用者獲得的利潤提高了。通過分析說明：本系統是一個性價比比擬好的系統，不管對于生產者還是使用者來說，它都可以帶來好的經濟效益。5.2 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

22、。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，但它為以后更加智能化、人性化的自動控制系統的設計，作了鋪墊。因此這種系統的設計具有比擬好的社會效益。經過四個多月的方案論證、系統的硬件和軟件的設計、系統的調試。查閱了大量的關于傳感器、單片機及其接口電路、以及控制方面的理論。經過了一番特殊的體驗后，經歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學的專業知識來解決問題。檢查了自己的知識水平，使我對自己有一個全新的認識。通過這次畢業設計，不僅鍛煉自己分析問題、處理問題的能力，還提高了自己的動手能力。

23、這些培養和鍛煉對于我們這些即將走向工作崗位的大學生來說，是很重要的。這次畢業設計根本的完成了任務書的要求，實現了溫度的控制。通過測試說明系統的設計是正確的，可行的。但是由于設計者的設計經驗和知識水平有限，系統還存在許多缺乏和缺陷。致謝在本次畢業設計中，不僅自己付出了很多心血，也得到了很多老師和同學的支持，為我創造了很多有利條件，在這里，我要特別感謝我的導師魏宏老師，在畢業設計的開始，魏老師給了我很多幫助，指導我了解了很多單片機的相關知識，并在當我設計遇到困難時，及時的給予幫助和鼓勵，同時，對我其他學科的鼓勵也滲透在畢業設計的同時，給了我莫大的信心，為我順利完成畢業設計起到了非常重要的作用。同時

24、。我還要感謝實習組及實驗室的所有老師，為我的畢業設計提供了非常便利的條件。最后還要感謝幫助我的同學，在我遇到困難時給予我耐心的幫助。再次對在本次畢業設計中給予過我幫助的老師和同學至上我最真摯的謝意。參考文獻1 沙占友. 集成溫度傳感器原理與應用. 北京：機械工業出版社，2002， 8495.2 劉君華. 智能傳感器系統. 西安：西安電子科技大學出版社，1999，83105.3 沙占友. 智能化傳感器原理與應用. 北京：電子工業出版社，2004，99108.4 趙負圖. 傳感器集成電路手冊. 北京：化學工業出版社，2002，692703.5 張毅剛. MCS-51單片機原理及應用. 哈爾濱：哈爾

25、濱工業大學出版社，2004，8194 附錄 = 2 * ROMAN II 程序DI EQU P3.3CS EQU P ; LCD端口定義D2RW EQU PKEYPORT EQU P1 ; DS18B20端口定義TEMPER_L EQU 36HTEMPER_H EQU 35HTEMPER_NUM EQU 38HFLAG1 BIT 00HORG 0000HLJMP MAINORG 0003HJMP INT00ORG 0038HMAIN: MOV SP,#60H SETB EA SETB EX0 MOV R0,#01H ;清屏并置地址計數器AC為0 LCALL DIS_CMD _WRT MOV R

26、0,#38H ;8位數據接口，雙行顯示，5*7點陣 LCALL DIS_CMD _WRT CALL DIS_CUR_OFF MOV 42H,#20 MOV 43H,#32XIAN: LCALL GET_TEMPER LCALL DISP LCALL DELAY43MS MOV A,TEMPER_NUM SUBB A,42H JC ZZZL MOV A,TEMPER_NUM SUBB A,43H JNC ZZZ2 JMP XIANZZZL: JMP XIANZZZ2: JMP XIANINT0: ;掃描鍵盤程序 LCALL ASKSAO: CLR 01H LCALL KEY JNB 01H,SA

27、O CJNE A,#10,PAN LCALL ANSW RETIPAN: CJNE A,#12,SAO RETI ;顯示函數局部，可供調用DIS_CUR_OFF: MOV R0,#0CH LCALL DIS_CMD_WRT RETDIS_CUR_ON: MOV R0,#0EH LCALL DIS_CMD_WRT RETCHK_BUSY_FLG: MOV P0,#0FFH CLR D2RS NOP NOP NOP LCALL DISPLAY_RD JB ACC.7,CHK_BUSY_FLG RETCLEAR_DIS: MOV R0,#01H LCALL DIS_CMD_WRT RETDIS_CM

28、D_WRT: LCALL CHK_BUSY_FLG MOV P0,R0 CLR D2RS NOP NOP NOP LCALL DISPLAY_WRT RETDIS_DATA_WRT: LCALL CHK_BUSY_FLG CJNE A,#10H,DIS_DAT_WRT1 MOV P0,#0C0H ;1100,00000行起始地址為40 CLR D2RS NOP NOP NOP LCALL DISPLAY_WRTDIS_DAT_WRT1: MOV P0,R0 SETB D2RS NOP NOP NOP LCALL DISPLAY_WRT RETDISPLAY_WRT: CLR D2RW NOP

29、NOP NOP SETB D2E NOP NOP NOP CLR D2E NOP NOP NOP RETDISPLAY_RD: SETB D2RWNOPNOPNOPSETB D2ENOPNOPNOPMOV A,P0NOPNOPNOPCLR D2ENOPNOPNOPRETDIS_DATA_RD: LCALL CHK_BUSY_FLGMOV P0,#0FFHSETB D2RSLCALL DISPLAY_RDRET ;鍵盤程序，出口：A為按鍵值 01H：0無鍵按下 1 有鍵按下KEY: MOV KEYPORT,#0FH MOV A,KEYPOR CJNE A,#0FH,KEYDOWN MOV A,#

30、0FFH RETKEYDOWN:LCALL DELAY43MS MOV KEYPORT,#0FH MOV A,KEYPORT CJNE A,#0FH,KEYDOWN_YES MOV A,#0FFH RETKEYDOWN _YES: MOV B,A MOV KEYPORT,#0F0H MOV A,KEYPORT ORL A,B PUSH 30H MOV 30H,AMOV R3,#10H MOV DPTR,#KEYVALUENEXT_KEY:MOV A,R3 MOVC A,a+dptr CJNE A,30h,NEXTKEYVALUE DEC R3 POP 30HWAITKEY_F:MOV KEYP

31、ORT,#0FH MOV A,KEYPORT CJNE A,#0FH, WAITKEY_F MOV A,R3 SETB 01H RETNEXTKEYVALUE: DJNZ R3,NEXT_KEY DEC R3 POP 30HWAITKEY_FREE: MOV KEYPORT,#0FH MOV A,KEYPORT CJNE A,#0FH, WAITKEY_FREE MOV A,R3 SETB 01H RETKEYVALUE:DB 0FFH,7EH,7DH,7BH,77H,0BEH,0BDH,0BBH,0B7H,0DEH,0DDH,0DBH,0D7H,0EEH,0EDH,0EBH,0E7HDELA

32、Y43MS: PUSH A MOV A,R3 PUSH A MOV A,R2 PUSH AMOV R3,#43DELAY:MOV R2,#0FAHLOOP:NOP ;內層循環為1MS NOP DJNZ R2,LOOPDJNZ R3,DELAY POP A MOV R2,A POP A MOV R3,A POP A RET ;確認是否修改溫度設定ASK: MOV R0,#01H ;清屏并置地址計數器AC為0 LCALL DIS_CMD_WRT MOV 40H,#0ZDZ: MOV DPTR,#LINE MOV A,40H MOVC A,A+DPTR MOV R0,A LCALL DIS_DATA

33、_WRT INC 40H MOV A,40H MOVC A,A+DPTR CJNE A,#00H,ZDZ RETLINE: DB ARE YOU SURE CHANGE T(Y/N)?,00HANSW: MOV R6,42H MOV R7,43H MOV R0,#01H LCALL DIS_CMD_WRT MOV R0,#44H CALL DIS_DATA_WRT MOV R0,#6FH CALL DIS_DATA_WRT MOV R0,#77H CALL DIS_DATA_WRT MOV R0,#6EH CALL DIS_DATA_WRT MOV R0,#3AH CALL DIS_DATA_

34、WRT MOV 40H,#0 CLR 00H JMP SAO1GAI: MOV R0,#0FEH CALL DIS_DATA_WRT MOV R0,#55H CALL DIS_DATA_WRTMOV R0,#70H CALL DIS_DATA_WRT MOV R0,#3AH CALL DIS_DATA_WRT MOV 40H,#0SAO1: CLR 01H LCALL KEY JNB 01H,SAO1 MOV R1,A MOV B,#10 DIV AB JZ NEXT2 MOV A,A1 CJNE A,#11,XU JB 00H,DOWN MOV 42H,40H CPL 00H JMP GAIDOWN: MOV 43H,40H RETIXU: CJNE A,#12,SAO1 MOV 42H,R6 MOV 43H,R7 RETINEXT2: MOV A,R1 ADD A,#30H MOV R0,A LCALL DIS_DATA_WRT MOV A,R1 XCH A,40H MOV B,#10 MUL AB NOP CLR DQ CLR CWR1: CLR DQ MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RR R4,#2 R1,#36H ; 低位存入36H(TEMPER_L),高位存入35H(TEMPER_ NOP NO