基于AT89C51单片机的温控及显示系统.docx

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基于AT89C51单片机的温控及显示系统

基于AT89C51单片机

的温控及显示系统

班级：

10测控一班

姓名：

赵鸿

学号：

1010131104

基于AT89C51单片机的温控及显示系统

[摘要]随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。

本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。

本系统采用单片机来实现对温度的控制。

它的主要组成部分有：

AT89S51单片机、温度传感器、键盘与显示电路、温度控制电路。

它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。

通过实验测试表明，本设计对温度的控制有方便、简单的特点，从而大幅提高了被控温度的技术指标。

[关键词]:

单片机温度传感器键盘和显示

正文：

1、系统硬件的设计

1.1单片机最小应用系统的设计

目前的单片机开发系统只能够仿真单片机，却没有给用户提供一个通用的最小系统。

由设计的要求，只要做很小集成度的最小系统应用在一些小的控制单元。

其应用特点是:

（1）全部I/O口线均可供用户使用。

（2）内部存储器容量有限（只有4KB地址空间）。

（3）应用系统开发具有特殊性

图1最小系统图

单片机最小系统如图1所示，其中有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制信号。

时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。

MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL2。

这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。

电路中的微调电容通常选择为30pF左右，该电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。

晶体的振荡频率为12MHz。

把EA脚接高电平，单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH（4Kbyte地址范围）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。

MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现。

采用最简单的外部按键复位电路。

按键自动复位是通过外部复位电路的来实现的.我们选用时钟频率为12MHz,C1取47μf。

3.2温度传感电路设计

DS18B20的性能特点：

采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值。

（9位二进制数，含符号位）测温范围为-55℃-+125℃，测量分辨率为0.0625℃，内含64位经过激光修正的只读存储器ROM，适配各种单片机或系统机，用户可分别设定各路温度的上、下限，内含寄生电源。

DS18B20内部结构主要由四部分组成：

64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。

DS18B20的管脚排列如图2所示。

图2DS18B20管脚图

在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是VCC接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。

无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻.我们采用的是第一种连接方法,如图3所示:

把DS18B20的数据线与单片机的13管脚连接,再加上上拉电阻。

图3温度传感电路图

DS18B20有六条控制命令，如表1所示：

表1DS18B20控制命令

指   令

约定代码

操     作   说     明

温度转换

44H

启动DS18B20进行温度转换

读暂存器

BEH

读暂存器9个字节内容

写暂存器

4EH

将数据写入暂存器的TH、TL字节

复制暂存器

48H

把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中

重新调E2RAM

B8H

把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节

读电源供电方式

B4H

启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU

CPU对DS18B20的访问流程是：

先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。

DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。

如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：

每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

1.3温度控制电路的设计

图4温度控制电路

实际电路如图4所示,通过键盘设定温度的上下限。

把实际测量的温度和设定的上下限进行比较,来控制P0.0、P0.1、P0.7端口的高低电平。

把P0.0、P0.1、P0.7端口分别与三极管的基极连接来控制温度和报警。

当测量的温度超过了设定的最高温度,P2.2由高电平变成低电平,就相当于基极输入为“0”，这时三极管导通推动小风扇和控制电路工作，反之,当基极输入为“1”时，三极管不导通，报警器和控制电路都不工作。

只要控制单片机的P0.0、P0.1、P0.7口的高低电平就可以控制模拟电路的工作。

1.4键盘电路的设计

如图3.6所示，用AT89S51的并行口P1接4×4矩阵键盘，以P1.0－P1.3作输入线，以P1.4－P1.7作输出线；液晶显示器上显示每个按键的“0－F”序号。

对应的按键的序号排列如图5所示：

图5按键的序号排列图

图6中微处理单元是AT89S51单片机，X1和X2接12M的两脚晶振,接两个30PF的起振电容,J1是上拉电阻.单片机的P1口8位引脚与行列式键盘输出脚相连,控制和检测行列式键盘的输入.行线通过上拉电阻接到+5V上,无按键按下时,行线处于高电平状态,有键按下时,行线的电平状态将由与此行线相连接的列线的电平决定.键盘输入的信息主要进程是:

1CPU判断是否有键按下.

2确定是按下的是哪个键.

3把此键所代表的信息翻译成计算机可以识别的代码或者其他的特征符号.

图6键盘硬件电路图

1.5显示电路的设计

液晶显示器是一种将液晶显示器件,连接器件,集成电路,PCB线路板,背光源,结构器件装配在一起的组件。

根据显示内容和方式的不同可以分为,数显LCD,点阵字符LCD,点阵图形LCD在此设计中我们采用点阵字符LCD，这里采用常用的2行16个字的1602液晶模块。

1602采用标准的14脚接口，其中:

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为低电平RW为高电平时可以读忙信号，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。

与单片机的连接如图7所示。

图7液晶显示电路图

第2章系统的软件设计

2.1系统的主程序设计

主程序是系统的监控程序，在程序运行的过程中必须先经过初始化，包括键盘程序，中断程序，以及各个控制端口的初始化工作。

流程图如4.1所示。

系统在初始化完成后就进入温度测量程序，实时的测量当前的温度并通过显示电路在LCD上显示。

程序中以中断的方式来重新设定温度的上下限。

根据硬件设计完成对温度的控制。

按下4*4键盘上的A键可以设定温度上限，按下B键可以设定温度下限。

系统软件设计的总体流程图如下：

Y

N

图8系统总体设计流程图

2.2中断程序的设计

MCS-51单片的中断系统有5个中断请求源，用户可以用关中断指令“CLREA”来屏蔽所有的中断请求，也可以用开中断指令“SETEA”来允许CPU接收中断请求。

在本设计中我们选用INTO来作为中断请求源。

INT1—外部中断请求0，由INTO引脚输入，中断请求标志为IE0。

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0003H（中断入口地址）

JMPINT0

ORG0038H（主程序的起始地址）

MAIN:

（主程序）

MCS-51响应中断后，就进入中断服务程序，中断程序的基本流程图如下图

图9中断服务程序基本流程

第3章系统的控制

本章对系统的硬件控制进行概述。

分别对温度控制电路，报警电路及LCD液晶显示电路进行说明。

3.1温控电路及报警电路的控制

单片机的P0.0、P0.1、P0.7分别与三极管的基极连接来控制控制温度（图8）和报

警（图9）。

利用面包板搭了一个PNP9012的偏置电路电路如图4-4。

基极输入为“0”时，这时三极管导通推动报警器和控制电路工作，当基极输入为“1”时，三极管不导通，报警器和控制电路都不工作。

只要控制单片机的P0.0、P0.1、P0.7口的高低电平就可以控制模拟电路的工作。

图10硬件控制电路

图11硬件报警电路

3.2LCD显示电路的控制

把8根数据线和P2口连接，把3根控制线和P2.5、P2.6、P2.7连接。

给VCC端加上+5V的电压，GND端接地。

VEE端的驱动电压不要过大，要调节滑动变阻器使VEE在0.7伏以下显示器才能工作。

3.3使用说明

键盘中阿拉伯数字0~9是数据输入键，A键是写上限的功能键，B键是写下限的功能键，C键是取消键，其他的键置空。

四、系统的改进及不足

4.1在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此，当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。

4.2在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环，这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。

4.3系统的软件设计采用了汇编语言，使得程序非常庞大，可以用高级语言进行改写，简化程序结构并且增加可读性。

附录1：

程序

DIEQUP3.3

DOEQUP3.4

CLKEQUP3.5

CSEQUP3.6;LCD端口定义

D2RSEQUP2.7

D2RWEQUP2.6

D2EEQUP2.5

KEYPORTEQUP1;DS18B20端口定义

TEMPER_LEQU36H

TEMPER_HEQU35H

TEMPER_NUMEQU38H

FLAG1BIT00H

DQBITP2.4

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0003H

JMPINT00

ORG0038H

MAIN:

MOVSP,#60H

SETBP2.0

SETBP2.1

SETBP2.2

SETBEA

SETBEX0

SETBP2.0

SEETBP2.1

SETBP2.2

MOVR0,#01H;清屏并置地址计数器AC为0

LCALLDIS_CMD_WRT

MOVR0,#38H;8位数据接口，双行显示，5*7点阵

LCALLDIS_CMD_WRT

CALLDIS_CUR_OFF

MOV42H,#20

MOV43H,#32

XIAN:

LCALLGET_TEMPER

LCALLDISP

LCALLDELAY43MS

MOVA,TEMPER_NUM

SUBBA,42H

JCZZZL

MOVA,TEMPER_NUM

SUBBA,43H

JNCZZZ2

SETBP2.0

SETBP2.1

SETBP2.2

JMPXIAN

ZZZL:

CLRP2.0

CLRP2.2

JMPXIAN

ZZZ2:

CLRP2.0

CLRP2.1

JMPXIAN

INT0:

;扫描键盘程序

LCALLASK

SAO:

CLR01H

LCALLKEY

JNB01H,SAO

CJNEA,#10,PAN

LCALLANSW

RETI

PAN:

CJNEA,#12,SAO

RETI;显示函数部分，可供调用

DIS_CUR_OFF:

MOVR0,#0CH

LCALLDIS_CMD_WRT

RET

DIS_CUR_ON:

MOVR0,#0EH

LCALLDIS_CMD_WRT

RET

CHK_BUSY_FLG:

MOVP0,#0FFH

CLRD2RS

NOP

NOP

NOP

LCALLDISPLAY_RD

JBACC.7,CHK_BUSY_FLG

RET

CLEAR_DIS:

MOVR0,#01H

LCALLDIS_CMD_WRT

RET

DIS_CMD_WRT:

LCALLCHK_BUSY_FLG

MOVP0,R0

CLRD2RS

NOP

NOP

NOP

LCALLDISPLAY_WRT

RET

DIS_DATA_WRT:

LCALLCHK_BUSY_FLG

CJNEA,#10H,DIS_DAT_WRT1

MOVP0,#0C0H;1100,00000行起始地址为40

CLRD2RS

NOP

NOP

NOP

LCALLDISPLAY_WRT

DIS_DAT_WRT1:

MOVP0,R0

SETBD2RS

NOP

NOP

NOP

LCALLDISPLAY_WRT

RET

DISPLAY_WRT:

CLRD2RW

NOP

NOP

NOP

SETBD2E

NOP

NOP

NOP

CLRD2E

NOP

NOP

NOP

RET

DISPLAY_RD:

SETBD2RW

NOP

NOP

NOP

SETBD2E

NOP

NOP

NOP

MOVA,P0

NOP

NOP

NOP

CLRD2E

NOP

NOP

NOP

RET

DIS_DATA_RD:

LCALLCHK_BUSY_FLG

MOVP0,#0FFH

SETBD2RS

LCALLDISPLAY_RD

RET;键盘程序，出口：

A为按键值01H：

0无键按下1有键按下

KEY:

MOVKEYPORT,#0FH

MOVA,KEYPOR

CJNEA,#0FH,KEYDOWN

MOVA,#0FFH

RET

KEYDOWN:

LCALLDELAY43MS

MOVKEYPORT,#0FH

MOVA,KEYPORT

CJNEA,#0FH,KEYDOWN_YES

MOVA,#0FFH

RET

KEYDOWN_YES:

MOVB,A

MOVKEYPORT,#0F0H

MOVA,KEYPORT

ORLA,B

PUSH30H

MOV30H,A

MOVR3,#10H

MOVDPTR,#KEYVALUE

NEXT_KEY:

MOVA,R3

MOVCA,@a+dptr

CJNEA,30h,NEXTKEYVALUE

DECR3

POP30H

WAITKEY_F:

MOVKEYPORT,#0FH

MOVA,KEYPORT

CJNEA,#0FH,WAITKEY_F

MOVA,R3

SETB01H

RET

NEXTKEYVALUE:

DJNZR3,NEXT_KEY

DECR3

POP30H

WAITKEY_FREE:

MOVKEYPORT,#0FH

MOVA,KEYPORT

CJNEA,#0FH,WAITKEY_FREE

MOVA,R3

SETB01H

RET

KEYVALUE:

DB0FFH,7EH,7DH,7BH,77H,0BEH,0BDH,0BBH,0B7H,0DEH,0DDH,0DBH,0D7H,0EEH,0EDH,0EBH,0E7H

DELAY43MS:

PUSHA

MOVA,R3

PUSHA

MOVA,R2

PUSHA

MOVR3,#43

DELAY:

MOVR2,#0FAH

LOOP:

NOP;内层循环为1MS

NOP

DJNZR2,LOOP

DJNZR3,DELAY

POPA

MOVR2,A

POPA

MOVR3,A

POPA

RET;确认是否修改温度设定

ASK:

MOVR0,#01H;清屏并置地址计数器AC为0

LCALLDIS_CMD_WRT

MOV40H,#0

ZDZ:

MOVDPTR,#LINE

MOVA,40H

MOVCA,@A+DPTR

MOVR0,A

LCALLDIS_DATA_WRT

INC40H

MOVA,40H

MOVCA,@A+DPTR

CJNEA,#00H,ZDZ

RET

LINE:

DB"AREYOUSURE

CHANGET（Y/N）?

",00H

ANSW:

MOVR6,42H

MOVR7,43H

MOVR0,#01H

LCALLDIS_CMD_WRT

MOVR0,#44H

CALLDIS_DATA_WRT

MOVR0,#6FH

CALLDIS_DATA_WRT

MOVR0,#77H

CALLDIS_DATA_WRT

MOVR0,#6EH

CALLDIS_DATA_WRT

MOVR0,#3AH

CALLDIS_DATA_WRT

MOV40H,#0

CLR00H

JMPSAO1

GAI:

MOVR0,#0FEH

CALLDIS_DATA_WRT

MOVR0,#55H

CALLDIS_DATA_WRT

MOVR0,#70H

CALLDIS_DATA_WRT

MOVR0,#3AH

CALLDIS_DATA_WRT

MOV40H,#0

SAO1:

CLR01H

LCALLKEY

JNB01H,SAO1

MOVR1,A

MOVB,#10

DIVAB

JZNEXT2

MOVA,A1

CJNEA,#11,XU

JB00H,DOWN

MOV42H,40H

CPL00H

JMPGAI

DOWN:

MOV43H,40H

RETI

XU:

CJNEA,#12,SAO1

MOV42H,R6

MOV43H,R7

RETI

NEXT2:

MOVA,R1

ADDA,#30H

MOVR0,A

LCALLDIS_DATA_WRT

MOVA,R1

XCHA,40H

MOVB,#10MULAB

NOP

CLRDQ

CLRC

WR1:

CLRDQ

MOVR3,#6

DJNZR3,$

RRR4,#2R1,#36H;低位存入36H（TEMPER_L）,高位存入35H（TEMPER_

NOP

NOP

SETBDQ

MOVR3,#7

DJNZR3,$

MOVC,DQ

MOVR3,#23

DJNZR3,$

RRCA

DJNZR2,RE01

MOV@R1,A

DECR1

DJNZR4,RE00

RET;将从DS18B20中读出的温度数据进行转换

TEMPER_COV:

MOVA,#0f0H

ANLA,TEMPER_L;舍去温度低位中小数点后的四位温度数值

SWAPA

MOVTEMPER_NUM,A

MOVA,TEMPER_L

JNBACC.3,TEMPER_COV1;四舍五入去温度值

INCTEMPER_NUM

TEMPER_COV1:

MOVA,TEMPER_H

ANLA,#07H

SWAPA

ORLA,TEMPER_NUM

MOVTEMPER_NUM,A;保存变换后的温度数据

RET；AD0832:

SETBDI

SETBDO

SETBCLK

CLRCS

NOP

SETBCS

CLRCLK

CLRCS

CALLDELAY1

SETBDI

SETBCLK

NOP

CLRCLK

SETBDI

SETBCLK

NOP

CLRCLK

CLRDI

SETBCLK

NOP

CLRCLK

NOP

SETBCLK

NOP

CLRCLK

NOP

SETBCLK

MOVC,DO

CLRCLK

RLCA;7

SETBCLK

MOVC,DO

CLRCLK

RLCA6

SETBCLK

MOVC,DO

CLRCLK

RLCA;5

SETBCLK

MOVC,DO

CLRCLK

RLCA;4

SETBCLK

MOVC,DO

CLRCLK