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1、.目 录目 录11设计内容与要求21.1 设计内容21.2 设计要求21.3 问题分析21.4 系统框图22系统分析与方案流程图32.1系统分析：32.2方案流程图43系统设计43.1 硬件电路设计43.1.1采集电路（温度传感器DS18B20）53.1.2控制电路（51单片机）83.1.3显示电路（数码显示管LED）103.1.4报警电路113.2软件设计113.2.1 程序按模块分析123.2.2软件设计流程图如下：133.2.3详细程序清单如下：134 Proteus仿真电路设计及结果184.1温度显示仿真184.2高温报警仿真19.1设计内容与要求 1.1 设计内容l 选择51单片机，
2、晶振采用12MHz；l 温度传感器选择DS18B20，温度范围为0到；l 将采集的温度值显示在LED数码管上（两位）；l 如果温度超过，蜂鸣器发出声音进行警报。1.2 设计要求l 按照任务书的要求完成系统分析及方案设计；l 完成硬件原理图的设计，并选择相关原器件；l 完成控制软件流程图的设计，并编写相应的单片机控制程序；l 撰写设计报告。1.3 问题分析l DS18B20的测温范围在满足所要求得的l DS18B20具有温度上下限的设置故可以设定温度上限；l 采用蜂鸣器接到51单片机的管脚上通过软件编程即可实现蜂鸣报警。1.4 系统框图时钟振荡电路MCS51复位电路电源电路LED显示DS18B2
3、0温度传感器图一2系统分析与方案流程图2.1系统分析：传感器DS18B20将温度信号转换成电流信号，再转换为电压信号，然后送入MCS51单片机中，本系统采用单总线操作，线路简单，测量值精确，可实现多点测量，并对温度超过限制值，产生报警和数据采集。我们设置所测的温度高于70摄氏度时发生报警。图2:系统硬件原理图 2.2方案流程图3系统设计3.1 硬件电路设计硬件电路主要包括以下几个部分：51单片机、DS18B20测温电路、串口通信电路模块、鸣蜂报警器及数码显示电路。器件名称数量MCS51单片机1个LED发光二级管2个蜂鸣器1个数码管（两个一组）1个三极管2个DS18B201个电容若干电阻若干导线
4、若干 表一3.1.1采集电路（温度传感器DS18B20）u DS18B20温度传感器简介图3：DS18B20管脚图 DS18B20是美国Dallas公司生产的单总线数字温度传感器，在内部使用了在版（ON-BOARD）专利技术，全部传感器及转换元件电路集成在形如一只三极管的集成电路内，封装如图：NC：空引脚，悬空不用。VDD：可选电源脚，电源电压范围35.5V，当器件工作，在寄生电源时，此引脚必须接地。DQ（4脚）：数据输入输出脚。漏极开路，常态下高电平。GND:电源地u DS18B20主要特性 1. 温度测量范围为，固有测温分辨率为0.5V；2. 测量结果以9为数字量方式进行串行传送；3. 用
5、户可设置报警温度上下限；4. 在使用中不需任何外围器件；工作原理该传感器的与众不同是利用温敏振荡器的频率随温度的变化关系，通过对震荡周期的计数来实现温度的测量。为了扩大测温范围和提高分辨率，使用了一个低温系数振荡器和一个高温系数震荡器分别进行计数，并采用了非线性累加器等电路来改善线性。故DS18B20具有良好的特性，而且售价低廉u DS18B20温度与输出关系表 表二实际温度值数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+
6、0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6EH-551111 1100 1001 0000FC90Hu DS18B20与51的连接利用51单片机I/O口中的任一位都可以与单总线进行双向数据，通过单总线可以方便的构建分布式单片机测控系统。u 工作过程51单片机首先发复位DS18b20的负脉冲，接着收DS18B20的应答脉冲，这时51单片机再发ROM命令，最后发
7、存储和控制命令。DS18B20的存储器由RAM和非易失性电擦写EERAM组成，后者用于存储和的值。数据先写入RAM，经校检后再传给EERAM。RAM占9个字节，包括温度信息（第1、2字节），和的值（第3、4字节），计数存储器（第7、8字节），CRC（第9字节），第5、6字节不用。u DS18B20执行序列1 初始化（发一个不少于480us的低电平脉冲）；2 执行ROM命令，主要用于寻址；3 执行DS18B20存储命令，用于转换和读数据；4 DS18B20的I/O信号有复位脉冲，应答脉冲，写0，读0，写1，读1等几种，除应答脉冲由DS18B20发出，其余由主机发出。全部转换结束？发出复位信号发R
8、OM命令依次读出N个DS18S20的机器码发匹配命令（55H）发转换命令（44H）置P1.0为高电平（大约1.5S）发读RAM的低9位值命令（BEH）求补转换成十进制并处以2后保存结束图4：单片机采样流程图u 单片机采样程序框图3.1.2控制电路（51单片机） 单片机SCM(Single Chip Microcomputer)，即Microcontroller，是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。主要包括了微处理器(CPU)、存储器(ROM, RAM)、输入/输出口(I/O口)和定时器/计数器、中断系统等功能部件。图5:51单片机管脚图u 51单片机管脚功能如下： 1.
9、 VCC：供电电压。 GND：接地。 2. P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 3. P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
10、 4. P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 5. P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。P3口也可作为51的一些特殊功能口。 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P
11、3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 6. RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：
12、当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 u 51系列单片机的特点1. 8位cpu2. 片内带振荡器，频率范围为1.2MHz12MHz3. 片内带128B的数据存储器4. 片内带4KB的程序存储器5. 程序存储器的寻址空间为64KB6. 片外数据存储器的寻址空间为64KB7. 128个用户位寻址空间8. 21个字节特殊功能寄存器9. 4个8位的I/O并行接口：P0、P1、P2、P31
13、0. 两个16位定时、计数器11. 两个优先级别的五个中断源12. 一个全双工的串行I/O接口，可多机通信13. 111条指令，包含乘法指令和除法指令14. 片内采用单总线结构3.1.3显示电路（数码显示管LED）u LED介绍图6：LED数码显示LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器件，在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示器有共阴极和共阳极两种，共阴极LED显示器的发光二极管阴极接地当发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。共阳极LED显示器的发光二极管的阳极接+5V。 +Uabcdefg图7：共阳极0驱动abcdefg图8：共阴极1驱动u LED显示方式 由于每一位的段选码都接在一个I/O口上，因此每送一个段选码，8位就显示同一个字符，这种显示器是不能用的。解决此问题的方法是利用人的视觉滞留，从段选线I/O口上安位分别送显示字符的段选码，在位选控制口也按相应的次序分别选通相应的显示位，选通位就显示相应的字符，并保持几毫秒的延时，未选通位不显示字符。这样，对各位的显示就是一个循环过程。从计算机工作来看，在一个瞬时只有一位显示字
