基于51单片机环境温度检测及显示教材.docx

基于51单片机环境温度检测及显示教材.docx

《基于51单片机环境温度检测及显示教材.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机环境温度检测及显示教材.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于51单片机环境温度检测及显示教材

摘要

本次的温度检测设计及显示以AT89C51单片机系统进行温度采集，AT89C51单片机系统进行控制，温度信号由温度传感器18b20采集，通过8255键盘控制输入89C51，温度数据传输采用12864液晶显示模块来实现。

本次设计实现了：

⏹检测温度范围：

0℃--100℃。

⏹检测器单元可显示检测的温度值。

⏹采用12864液晶显示模块显示。

⏹采用8255控制键盘。

本次的温度检测及显示设计主要研究了单片机与12864液晶显示模块、温度检测芯片18b20接口之间的作用，学会根据外围电路设计进行软件编程及系统调试，练习撰写实训总结报告，培养我们运用专业知识设计智能仪器的能力。

为以后的改进和发展奠定了很好的基础。

关键词：

温度检测、AT89C51单片机系统、温度传感器18b20、8255键盘、12864液晶显示模块

目录

第一章绪论4

1.1环境温度检测的概述4

1.2环境温度检测的现状和发展前景4

1.2.1环境温度检测的现状4

1.2.2环境温度检测的发展前景5

1.3环境温度检测研究的主要内容5

第二章环境温度检测及显示总体的设计方案6

2.1环境温度检测及显示的各个部分的设计方案6

2.1.1测量部分6

2.1.2远程通信部分6

2.1.3显示部分6

2.2环境温度检测及显示的总体的设计结构7

第三章环境温度检测及显示主要模块的组成8

3.1温度检测芯片DS18B20模块8

3.1.1DS18B20的技术参数8

3.1.2DS18B20数字温度计的封装与外形尺寸8

3.1.3DS1820使用中注意事项8

3.212864液晶显示模块9

3.2.1OCM4X8C汉字液晶屏引脚表9

3.2.2OCM4X8C接口方式与时序10

3.38255按键模块11

3.3.1引脚说明11

3.3.2内部结构11

3.3.3工作方式控制电路12

3.3.4总线数据缓冲器12

3.3.58255三种基本工作方式12

3.3.6读/写控制逻辑电路12

第四章系统的软件实现13

4.1主程序的流程图13

4.2按键的流程图13

4.3时间功能的流程图14

第五章环境温度检测系统显示15

5.1应用DXP2004绘制环境温度检测及显示原理图15

5.1.1电路原理图的PCB显示15

5.2环境温度显示16

5.2.1环境温度显示使用和操作说明16

第六章心得体会18

参考文献19

附录20

程序代码20

1.头文件20

2.DS18B20的主要程序代码20

3.12864的主要程序代码22

4.8255的主要程序代码24

5.时钟的主要程序24

6.动画的主要程序代码25

第一章绪论

1.1环境温度检测的概述

环境温度检测实质上就是对周围环境温度的测量，周围环境的温度变化，检测到的温度会随着周围环境的变化而变化。

温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。

一、接触式测温仪表测温仪表：

比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。

二、非接触式仪表测温：

通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快。

但是，在本设计中，我们采用的是DS18B20温度传感器，通过检测周围环境而显示当前的温度值。

温度是影响传感器性能的一个关键因素,温度补偿对于提高传感器的性能起到关键作用,在研制新一代的传感器中,温度测量的难题以再一次摆在人们的面前。

因此,如何在传感器极小的空间内精确地测量、传输、处理温度信息是制约传感器性能和体积的关键,采用进口高性能、小体积、数字化温度元件DS18B20可以很好地解决这个问题,另外,有些传感器需要多点温度补偿,只需将多个DS18B20并联就可以解决这个问题,无需增加硬件,电路非常简单。

故而，我们采用DS18B20温度传感器检测周围环境，显示当前温度值。

1.2环境温度检测的现状和发展前景

1.2.1环境温度检测装置的现状

据网上信息的显示，我国环境温度检测装置在的应用宏观环境分析：

图1.1我国温度检测装置产业宏观经济环境分析

1.2.2环境温度检测装置的发展前景

环境温度检测装置的发展前景：

图1.2国内温度检测装置供给分布图

图1.3国内温度检测装置的需求结构分布图

1.3环境温度检测研究的主要内容

本次的温度检测及显示设计主要研究了单片机与12864液晶显示模块、温度检测芯片DS18B20接口之间的联系，学会根据外围电路设计进行软件编程及系统调试。

通过这些的结合，使得该设计达到一个目标：

通过对周围环境的检测来显示当前的温度值。

第二章环境温度检测及显示总体的设计方案

2.1环境温度检测及显示的各个部分的设计方案

2.1.1测量部分

方案一、采用热敏电阻，可满足40~90℃的测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性都比较差,对于检测小于1℃的温度信号是不适用的。

方案二、采用DS18B20。

DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5°C。

可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。

分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。

DS18B20的性能是新一代产品中最好的！

性能价格比也非常出色！

它是DALLAS公司专利产品，在20~75℃范围内精度为0.5℃，但是在此范围外的温度测量却误差虽然比较大，而且其串行数字输出方式采用软件处理比较困难，但是，正好锻炼我们在面对困难时克服困难的精神。

综上比较分析，我们选择方案二，以实现较好的温度测量实现。

2.1.2远程通信部分

方案一、一般微机提供的标准接口为RS232，它的接口是一种用于近距离（最大30－60米）、慢速度、点对点通讯的通讯协议，在RS232中一个信号只用到一条信号线，采取与地电压参考的方式，因而在长距离传输后，发送端和接收端地电压有出入，容易造成通讯出错或速度降低。

方案二、采用89C51编码后以并行方式传输数据。

它的优点是方便实现，软件开销小。

综上比较分析，方案二容易实现，我们选择方案二。

2.1.3显示部分

方案一、向每一个数码管发送数据，通过控制器控制显示顺序，由于显示速度快，肉眼看不出闪烁，完成显示。

但是占用控制器资源太多。

方案二、通过12864液晶显示模块显示，用键盘通过8255控制液晶显示模块显示，控制器资源占用少。

综合分析，我们决定使用方案二。

2.2环境温度检测及显示的总体的设计结构

图2.1系统总体的设计结构图

由系统的总体结构可知，本系统主要由电源供给、89C51单片机、温度传感器DS18B20、8255按键、12864液晶显示模块这五大部分组成。

第三章环境温度检测及显示主要模块的组成

3.1温度检测芯片DS18B20模块

DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。

因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

3.1.1DS18B20的技术参数

序号

 项目

 内容

 1

 内置传感器

 DS18B20

 2

 温度精度

 ±0.5℃（-10°～+85°C范围内）

 3

 测温范围

 -55℃～+125℃

 4

 温度分辨率

  9-12位（0.0625℃）

 5

 测温速度 

 750ms（12位分辨率）

 6

 电源要求

  3V-5.5V

 7

 支持通讯电缆长度

 100m

 8

 材质

 314不锈钢

 9

 外型尺寸 

  φ6mm 长度25mm，30mm可选

 10

 运行环境

 -55℃～+80℃

表3.1DS18B20的技术参数表

3.1.2DS18B20数字温度计的封装与外形尺寸

图3.1DS18B20的封装图图3.2DS18B20的外形尺寸图

3.1.3DS1820使用中注意事项

（1）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿。

（2）单总线上所挂DS1820超过8小时，需要解决微处理器的总线驱动问题。

（3）连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。

（4）在DS1820测温程序设计中DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。

3.212864液晶显示模块

12864液晶显示模块也就是OCM4X8C液晶显示模块，是通过串行扫描方式与单片机连接，用来显示文字，图像。

3.2.112864液晶显示模块的概述和比较

概述：

带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。

利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。

可以显示8×4行16×16点阵的汉字。

也可完成图形显示。

低电压低功耗是其又一显著特点。

比较：

该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

3.2.1OCM4X8C汉字液晶屏引脚表

如下所示：

引脚

名称

方向

说明

引脚

名称

方向

说明

1

VSS

-

GND（0V）

11

DB4

I/O

数据4

2

VDD

-

SupplyVoltageForLogic

（+5v）

12

DB5

I/O

数据5

3

VO

-

SupplyVoltageForLCD

（悬空）

13

DB6

I/O

数据6

4

RS（CS）

H/L

H:

DataL:

InstructionCode

14

DB7

I/O

数据7

5

R/W

（STD）

H/L

H:

ReadL:

Write

15

PSB

H/L

H:

ParallelMode

L:

SerialMode

6

E（SCLK）

H,H/L

EnableSignal

16

NC

-

空脚

7

DB0

I/O

数据0

17

/RST

H/L

ResetSignal

低电平有效

8

DB1

I/O

数据1

18

NC

-

空脚

9

DB2

I/O

数据2

19

LEDA

-

背光源正极（LED+5V）

10

DB3

I/O

数据3

20

LEDK

-

背光源负极（LED-OV）

表3.2OCM4X8C汉字液晶屏引脚表

3.2.2OCM4X8C接口方式与时序

（1）4/8位并行接口方式当模块的PSB脚接高电平时，模块即进入并行接口模式。

在并行模式下可由功能设定指令的“DL”位来选择8位或4接口方式，主控制系统将配合“RS”、“RW”、“E”DB0～DB7来完成指令/数据的传送，其操作时序与其它并行接口液晶显示模块相同。

（2）2/3线串行接口方式

当模块的PSB脚接低电平时，模块即进入串行接口模式。

串行模式使用串行数据线SID与串行时钟线SCLK来传送数据，即构成2线串行模式。

本系统选择的是串行接口控制方式，工作原理如下：

OCM4X8C还允许同时接入多个液晶显示模块以完成多路信息显示功能。

此时，要利用片选端“CS”构成3线串行接口方式，当“CS”接高电位时，模块可正常接收并显示数据，否则模块显示将被禁止。

通常情况下，当系统仅使用一个液晶显示模块时，“CS”可连接固定的高电平。

线串行工作操作时序如图1所示。

由图1可以看出，单片机与液晶模块之间传送1字节的数据共需24个时钟脉冲。

首先，单片机要给出数据传输起始位，这里是以5个连续的“1”作数据起始位，如模块接收到连续的5个“1”，则内部传输被重置并且串行传输将被同步。

紧接着，“RW”位用于选择数据的传输方向（读或写），“RS”位用于选择内部数据寄存器或指令寄存器，最后的第8位固定为“0”。

在接收到起始位及“RW”和“RW”的第1个字节后，下一个字节的数据或指令将被分为2个字节来串行传送或接收。

数据或指令的高4位，被放在第2个字节串行数据的高4位，其低4位则置为“0”；数据或指令的低4位被放在第3个字节的高4位，其低4位也置为“0”，如此完成一个字节指令或数据的传送。

需要注意的是，当有多个数据或指令要传送时，必须要等到一个指令完成执行完毕后再传送下一个指令或数据，否则，会造成指令或数据的丢失。

这是因为液晶模块内部没有发送/接收缓冲区。

图3.3OCM4X8C的2线串行工作模式操作时序图

3.38255按键模块

8255A具有3个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，可通过程序改变其功能，因而使用灵活方便，通用性强，可作单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。

3.3.1引脚说明

8255共有40个引脚，采用双列直插式封装。

各引脚功能如下：

D7~D0：

三个态双向数据线，与单片机数据总线连接，用来传送数据信息。

CS：

片选信号线，低电平有效，表示芯片被选中。

RD：

读出信号线，低电科有效，控制数据的读出。

WR：

写入信号线，低电平有效，控制数据的写入。

VCC：

+5V电源。

PA7~PA0：

A的输入/输出线。

PB7~PB0：

B口输入/输出线。

PC7~PC0：

C口输入/输出线。

RESET：

复位信号线。

A1~A0：

地址线，用来选择8255内部端口。

GND：

地线。

3.3.2内部结构

8255内部结构其中包括三个并行数据输入/输出端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和8位总线缓冲器。

各部分功能概括如下：

端口A、B、C

A口：

是一个8位数据出锁器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。

B口：

是一个8位数据输入/输出锁存器和一个8位数据输入结冲器。

C口：

是一个8位数据输入/输出端口。

C作为控制/状态住处缓冲器（输入不锁存）。

通常A口、B口作为数据输入/输出端口。

C口作为控制/状态信息端口，它在“方式控制字”的控制下可分为二个4位端口。

每个端口有一个4位锁存器，分别与A口和B口配合使用，作为控制信号输出或状态信息输入端口。

3.3.3工作方式控制电路

工作方式控制电路有两个，一个是A组控制电路，另一个是B组控制电路。

这两组控制电路具有一个控制命令寄存器，用来接收中央处理器发来的控制字，以决定两组端口的工作方式，也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或者位置“1”。

A组控制电路用来控制A口和C口的上半部分（PC7~PC4）。

B组控制电路用来控制B口和C口的下半部分（PC3~PC0）。

3.3.4总线数据缓冲器

总线数据缓冲器是一个三态双向8位缓冲器，作为8255与系统总线之间的接口，用来传送数据、指令、控制命令以及外部状态信息。

3.3.58255三种基本工作方式

方式0：

（MODE0）：

基本输入输出

方式1（Mode1）：

选通输入输出

方式2（Mode2）：

双向传送

3.3.6读/写控制逻辑电路

读/写控制逻辑电路接收CPU发来的控制信号WR、RD、RESET、地址信号A1~A0等，然后根据控制信号的要求，将端口数据读出，送往CPU，或者将CPU送来的数据写入端口。

各端口的工作状态如表二所求。

表二  8255接口工作状态表

A1      A2

RD     WR     CS

工作状态

0     0

0     1

1     0

0       1       0

0       1       0

0       1       0

A口数据   数据总线

B口数据   数据总线

C口数据   数据总线

0     0

0     1

1     0

1     1

1       0       0

1       0       0

1       0       0

1       0       0

总线数据   A口

总线数据    B口

总线数据    C口

总线数据    控制字寄存器

╳    ╳

1     1

╳    ╳

╳     ╳       1

0      1        0

1      1        0

数据总线    三态

非法状态

数据总线    三态

表3.38055各端口的工作状态

本系统采用方式0工作，通过控制字设PB口为输入，检测哪个键被按下，将数据通过P0口送给单片机处理。

第四章系统的软件实现

4.1主程序的流程图

图4.1主程序的流程图

4.2按键的流程图

图4.2按键的流程图

4.3时间功能的流程图

图4.3时间功能的流程图

第五章环境温度检测系统显示

5.1应用DXP2004绘制环境温度检测及显示原理图

我们设计的是一种有P89V51单片机控制的OCM4X8C汉字液晶屏。

采用串行扫描方式进行显示，有占用I/O口小的特点。

整个系统由单片机、74HC138、74HC373、OCM4X8C液晶屏，8255A和按键组成，以P89V51单片机为控制核心。

5.1.1电路原理图的PCB显示

显示如下：

图5.1电源及单片机等模块

图5.2按键及8255等模块

图5.3串行口及液晶显示等模块

5.2环境温度显示

5.2.1环境温度显示使用和操作说明

我们使用的开发环境为Flashmagic，打开Flashmagic，打开附录里的工程文件，编绎出hex文件，将hex文件下载到单片机里，复位一下。

此时液晶屏会出现如图所示：

图5.4智能仪器实训图显示图5.5主界面（或者按键）显示

按液晶屏上的提示，按K4键。

如按下K4，会出现：

图5.6设计人员的显示

如按下K5，会出现：

图5.7当前温度的显示

如按下K6，会出现动画：

图5.8动画“谢谢”的显示

如按K7，则显示时间：

图5.9时间的显示

总的实物图：

图5.10总的实物图

参考文献

［1］祁伟.单片微型计算机原理与接口技术教程［M］.北京：

北京航空航天大学出版社，2007.

［2］马忠梅.单片机的C语言应用程序设计［M］.北京：

北京航空航天大学出版社，2007.

［3］杨欣荣.智能仪器原理、设计与发展.中南大学出版社，2006.7.

［4］李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）[M].北京：

北京航空航天大学出版社，1998.

［5］何立民.单片机高级教程[M].北京航空航天大学出版社，2000年5月第一版.

附录

程序代码

1.头文件

#include"REG51.h"

#include

#include

#include<12864.h>

#include

#include<8255.h>

#include<时钟.h>

#include<图片.h>

2.DS18B20的主要程序代码

/********定义通信端口*******/

sbitDQ=P3^4;

/***********1us延时子函数***************/

voiddelay（unsignedinti）

{

while（i--）;

}

/*********1ms延时子函数*********/

voiddelay1（unsignedintz）

{

unsignedintx,y;

for（x=z;x>0;x--）

for（y=110;y>0;y--）;

}

/********初始化函数*********/

Init_DS18B20（void）

{

unsignedcharx=0;

DQ=1;//DQ复位

delay（8）;//稍做延时

DQ=0;//单片机将DQ拉低

delay（80）;//精确延时大于480us

DQ=1;//拉高总线

delay（14）;

x=DQ;//稍做延时后如果x=0则初始化成功x=1则初始化失败

delay（20）;

}

/*********读一个字节******/

ReadOneChar（void）

{

unsignedchari=0;

unsignedchardat=0;

for（i=8;i>0;i--）

{

DQ=0;//给脉冲信号

dat>>=1;

DQ=1;//给脉冲信号

if（DQ）

dat|=0x80;

delay（10）;

}

return（dat）;

}

/***********写一个字节*********************/

WriteOneChar（unsignedchardat）

{

unsignedchari=0;

for（i=8;i>0;i--）

{

DQ=0;

DQ=dat&0x01;

delay（10）;

DQ=1;

dat>>=1;

}

}

/************读取温度*********************/

floatReadTemperature（void）

{

unsignedchara=0;

unsignedcharb=0;

unsignedintt=0;

floattt=0;

Init_DS18B20（）;

WriteOneChar（0xCC）;//跳过读序号列号的操作

WriteOneChar（0x44）;//启动温度转换

Init_DS18B20（）;

WriteOneChar（0xCC）;//跳过读序号列号的操作

WriteOneChar（0xBE）;//读取温度寄存器等（共可读9个寄存器）前两个就是温度

a=ReadOneChar（）;

b=ReadOneChar（）;

t=b;

t<<=8;

t=t|a;

tt=t*0.0625;

//t=tt*10+0.5;//放大10倍输出并四舍五入---此行没用

return（tt）;

}

3.12864的主要程序代码

sbitLCD_RS=P1^4;//定义引脚

sbitLCD_RW=P1^5;

sbitLCD_E=P1^6;

sbitPSB=P1^7;//PSB脚为12864-12系列的串、并通讯功能切换，我们使用8位并行接口