单片机系统设计与制作

1. 如何自己制作单片机最小系统

需要的工具如下：

1.指针万用表
2.数字万用表 现在用的最多的是蜂鸣档
3.剪刀
4.斜口钳(剪引脚)、钢丝钳（压东西）、森海塞尔PX80（听音乐必须的）
5.尖嘴钳（拉东西）、剥线钳（剥导线绝缘皮）
6.压线钳（压排线用的）、美工刀（刮洞洞板最外围电源线上的绝缘层）

搭建最小系统，主要是单片机能够正常工作的最低配置，电路图如下图所示，其中红线部分表示可以焊接在一块。将各种元器件按照电路图所示位置摆放好，就可以开始焊接了。电路图上其他管脚没有标注。

根据电路图焊接完成后，一个最小系统的单片机就完成了。

2. 请简述单片机系统的设计过程是怎样的

单片机应用系统设计分为硬件设计与软件设计两部分及系统调试三个部分，大致过程如下：一、硬件电路设计1、根据任务需求规划确定单片机类型及外围接口电路方案；2、根据方案设计具体电路。二、软件设计1、根据目标任务的功能需求，结合硬件电路控制方式，规划设计软件功能模块；2、将功能模块细化成流程图；3、根据流程图编写程序代码；4、将编译后的目标代码下载到实物单片机或虚拟单片机进行软件仿真调试；三、系统调试1、将初调成功的目标的代码下载到单片机目标试验板进行软硬件联调及功能验证；2、验证成功符合设计要求，就可以进入小批量测试了。

3. 2. 目前单片机应用系统设计与开发的一般过程

第一步，理清方案，选择完成目标需要的元器件及辅料。
第二步，原理图设计
第三步，软件设计，利用仿真系统仿真，验证原理及程序
第四步，PCB设计，加工，焊接
第五步，调试。

4. 单片机应用程序的开发步骤

具体步骤如下：

1、首先，开启我们的keil软件，具体的安装步骤就不做太多的介绍了；

开启后，点击菜单栏上的Project选项，创建我们的工程，如图所示；

编译完成后，在我们的文件夹下找到.hex的文件，将其烧写到我们的芯片中即可。

5. 1.设计单片机最小系统（其具体到器件） 2.写出硬件的工作原理 画出软件的流程图

单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.

对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路.

下面给出一个51单片机的最小系统电路图.

说明

复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍.

晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作)

单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机

特别注意:对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行.这一点是初学者容易忽略的.

复位电路：

一、复位电路的用途

单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。

单片机复位电路如下图：

二、复位电路的工作原理

在书本上有介绍，51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2US就可以实现，那这个过程是如何实现的呢？

在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。

开机的时候为什么为复位

在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。

也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。

按键按下的时候为什么会复位

在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。

总结：

1、复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。

2、按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。

51单片机最小系统电路介绍

1.51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。

2.51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。

3.51单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好4.P0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10k。

设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。

设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2ms。

6. 【单片机打铃系统设计】 c51语言单片机打铃系统设计

毕业综合训练

（毕业论文/设计形式用）

课题名称 单片机打铃系统设计

学 院 信息工程学院

专 业 电子信息工程设计

班 级 13专电子1班

姓 名 李跃 学号 2013242638

指导老师 何健

江西科技学院

毕业综合训练任务书

学院 信息工程学院 专业 电子信息工程技术 年级 13 班级 电子专1班 姓名 李跃 起止日期 题目 单片机打铃设计

1．毕业综合训练任务及要求（根据题目性质对学生提出具体要求）

设计基于单片机的打铃装置，用DS1302对时、分、秒计时和设置打铃时间，采

用三线串行数据传输接口与STC89C52进行同步通信，用矩阵键盘来设置时间值，

并通过8255芯片读入设置值，最后通过89C52单片机芯片综合控制[1]，把当前

时间送到数码管显示，到点把信号送入蜂鸣器，实现打铃，撰写毕业论文。

2．毕业综合训练的原始资料及依据（包括做调研的背景，研究条件、

应用环境等）

3．主要参考资料、文献

[1] 张鑫. 单片明宏机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2005.8.

[2] 康光华. 电子技术基础. 模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2006.1.

[3] 康光华. 电子技术基础. 数字部分[M].北京：高等教育出版社，2006.1.

[4] 祁伟, 杨亭. 单片机C51程序设计教程与实验[M].北京：北京航空航天大学出版社，

2006.

[5] 楼然苗. 李光飞. 单片机课程设计指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.4

[6] 单片机学习网

指导教师

年 月 日

摘 要

随着科学技术的飞速发展，单片机应用的范围越来越广，本设计正是基于STC89C52型单片机为核心，加上适当的外围部件，设计而成的简易自动打铃系统。

简易自动打铃系统的设计以STC89C52单片机芯片和8255芯片的拓展I/0引脚为核心部件，用定时器中断系统进行计时、数码管显示当前时间、蜂鸣器实现打铃功能、矩阵键盘调整显示时间、电源电路为整个系统提供5V 工作电压，由以上模块构成了本系统。根据设计要求，该简易自动打铃系统可以进行计时和激拿册显示，设置当前时间，实现定点打铃等功能。该设计简单、实用、操作便捷。

关键字：单片机；自动定点打铃；设置时间；中断；矩阵键盘；I/O扩展；

目录

摘 要............................................................................................................................ I

第一章 方案论证与对比.............................................................................................. 1

1.1方案一 采用时钟芯片和键盘实现功能 .............................................................. 1

1.2方案二：采用中断定时实现功能 ........................................................................ 1

1.3方案比较 ................................................................................................................ 2

第二章 单元电路设计与论证...................................................................................... 3

2.1单片敏旁机、I/O拓展 . ..................................................................................................... 3

2.2打铃电路设计 . ............................................................................................................ 4

2.3数码管电路设计 . ........................................................................................................ 4

第三章 程序设定.......................................................................................................... 5

3.1主程序工作流程..................................................................................................... 5

3.2定时器中断子程序 ................................................................................................ 5

3.3时间设定子程序 . ........................................................................................................ 6

第四章 系统功能实际测试 ......................................................................................... 7

4.1程序实际编译测试 . .................................................................................................... 7

4.2系统实际测试 . ............................................................................................................ 7

4.3 软件调试步骤 ............................................................................................................ 7

4.4子程序调试步骤 . ........................................................................................................ 7

4.5调试结果 . .................................................................................................................... 8

4.6系统误差及性能分析 . ................................................................................................ 8

第五章 设计总结 ......................................................................................................... 9

第六章 详细仪器清单 ............................................................................................... 10

参考文献 ..................................................................................................................... 11

附录1 详细程序......................................................................................................... 12

第一章 方案论证与对比

1.1方案一 采用时钟芯片和键盘实现功能

方案一原理框图如图1.1所示：

图 1.1 采用时钟芯片定时实现功能

该系统用DS1302对时、分、秒计时和设置打铃时间，采用三线串行数据传输接口与STC89C52进行同步通信，用矩阵键盘来设置时间值，并通过8255芯片读入设置值，最后通过89C52单片机芯片综合控制[1]，把当前时间送到数码管显示，到点把信号送入蜂鸣器，实现打铃。

1.2方案二：采用中断定时实现功能

方案二原理框图如图1.2

所示：

图 1.2 采用中断定时实现功能

该系统以STC89C52单片机为核心控制部件。用8255做I/O拓展芯片，数码管接8255的PA 、PB 引脚，用动态扫描的方式显示当前时间。蜂鸣器与单片机的P3.3口相连，当打铃时间到时，由STC89C52发出打铃指令。以外部INT0和INT1中断按钮实现调时功能。

1.3方案比较

本设计要求能实现基本计时和打铃功能。计时和打铃时间设计，方案一中用到了DS1302时钟芯片计时和打铃时间设置；方案二中采用定时器中断来计时并结合软件设置打铃时间。上述两种方案中：方案一的外围硬件电路设计复杂，而且时钟芯片没有得到充分利用，而方案二的软件计时具有硬件开销小，成本低，外围电路设计简单等优点。上述两种方案中：方案一的软件设计比方案二的难度系数大，使程序易读性不强。综合对计时的精密程度要求不高的本系统，本设计采用方案一来实现功能。

第二章 单元电路设计与论证

2.1硬件设计总框图

本设计主要由STC89C52单片机芯片与8255芯片组成的模块为控制核心、蜂鸣器电路模块实现打铃功能、矩阵键盘模块调整当前时间、数码管显示模块显示时间，由以上四大模块构成了本系统，详细电路图见附录一，硬件设计总框图如图2.1：

图2.1硬件设计总框图

2.1单片机、I/O拓展

图 2.2 主控电路框图

STC89C52RC 是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。STC89C52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM ），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时/计数器,2个全双工串行通信口，看门狗

（WDT ）电路，片内时钟振荡器。其主要特性[1]如有：与MCS-51 兼容；8k 可反复擦写(>1000次）Flash ROM；全静态工作：0Hz~24MHz；三级程序存储器锁定；256*8位内部RAM ；32可编程I/O线；2个16位可编程定时/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的空闲和掉电模式。I/O拓展采用8255芯片，单片机用89C52，电路框图如图2-2所示。

2.2打铃电路设计

采用P 型三极管为蜂鸣器提供5V 电源，并把STC89C52的P2.0口与三极管的基极相连接，当P2.0口有低电平输入出时，三极管导通[2]，蜂鸣器响应，从而实现打铃功能。电路框图如图2.4所示：

图2.3打铃电路框图

2.3数码管电路设计

8255的PA 口控制数码管的位选，低电平有效；PB 口做为段选输出，接1K 欧姆的限流电阻[3]。如图2.4所示：

图2.4数码管显示电路框图

第三章 程序设定

3.1主程序工作流程

主程序首先设置8255模式，并打开中断0，设置中断为边沿触发模式；其次在死循环中执行读秒显示子程序，当定时器满一秒时，在显示缓冲区中时间加一，等待送入数码管显示；再次按键扫描子程序，如果有中断0或中断1按钮被按下时，则转入相应功能的子程序中；最后如果当前显示时间满足预设打铃条件，通过打铃判断子程序跳入对应的打铃方式中执行[4]。详细主程序见附录二，主程序流程图如图3.1。

图 3.1 主程序流程图

3.2定时器中断子程序

此子程序为本设计的核心之一，首先初始化定时器T0，设置T0为工作方式1，其初始值为3CB0H （既每次溢出定时50ms ），并对其循环20次，然后把时间加1s ，并送入显示缓冲区等待显示[5]。显示时，先取出内存地址中的数据，然后查得对应的显示用段码从PB 口输出，PA 口将对应的数码管选中供电，就能显示缓冲区中的数据值。为了显示秒位和上下午标志在数码管显示上特加了“—”、“A ”、“P ”这三个特殊字符子。程序流程图如图3.2：

图 3.2定时器中断显示子程序流程图

3.3时间设定子程序

时间设定模块的设计要点是按键的去抖处理与“一键多态”

[5]

的处理。即

只涉及2个键完成了6位时间参数的设定。“一键多态”即多种功能的实现思想史，根据按键时刻的系统状态，决定按键采取何种动作，即何种功能。

图 3.3 键盘扫描子程序流程图

第四章 系统功能实际测试

4.1程序实际编译测试

在Keil C51编译环境下编译过程中所产生的误差主要是在重装初值的过程中大约需要8个机器周期，本设计采用在程序开始时对定时器赋初值多加8个机器周期来消除此误差。

最后在Keil C51编译环境下编译通过，0警告，0错误。

4.2系统实际测试

通过实验测试，数码管显示，按键调时，定时打铃均符合预期，测试成功。

4.3 软件调试步骤

1、打开软件后, 在Project 菜单中选择New Project命令，打开一个新项目。保存此项目，输入工程文件名后，并保存工程文件的目录。

2、为项目文件选择一个目标器件，即选择8051的类型。在Data base 列表框中选择“ATML 89C52”，确定。

3、上述设置好后，创建源程序文件并输入程序代码。输入好代码后点击“文件/保存”。

4、把源文件添加到项目中，用鼠标指在目标工作区的目标1，点击右键在弹出的菜单中选择添加文件到源代码组，在弹出的添加文件框中，选择需要添加到项目中的文件。

5、开始编译，对项目文件进行编译。若没有错误后进行硬件调试。

4.4子程序调试步骤

子程序调试应一个模块一个模块地进行，首先单独调试各功能子程序，检查程序是否能够实现预期的功能，接口电路的控制是否正常等；最后逐步将各子程序连接起来进行总调试。故调试步骤[6]如下：

A 、蜂鸣器的调试

调试方法：先把打铃程序下载到单片机，让蜂鸣器发声，看是否在正确的时间内实现打铃。

B 、数码管程序调试

正确的显示时间是整个程序的关键之一。调试方法：先把程序下载到单片机，让数码管显示，是否正确的显示时间的变化。

C 、键盘调时序

正确的显示所调的时间是整个程序的关键之一。调试方法：先把键盘程序和显示程序下载到单片机，让数码管显示，是否正确的所调时间的变化。

4.5调试结果

实现计时和显示功能（12小时制），可设置当前时间（包括上下午标志，时、分的数字显示），能在上午7：45和下午10:00定点打铃，且每次打铃均为响铃3s ，停1s ，再响3s 。

4.6系统误差及性能分析

经测试该简易自动打铃系统在一天内会出现时间误差，该误差主要是由于晶振自身的误差所造成的。另外在中断的过程中，只会在第一次计时时产生时间的偏移，而它所产生累积误差很小，可以忽略。

第五章 设计总结

通过这次课程设计，我们得到了很多收获和体会，懂得了团队合作的重要性和必要性，以及工程设计的大体过程。第一，巩固和加深了对单片机基本知识和理解，提高了综合运用所学知识的能力。第二，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册，图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入研究有关问题，学会自己分析解决问题的方法。第三，通过实际方案的分析比较，设计计算，安装调试等环节，初步掌握了简单使用电路的分析方法和工程设计方法。第四，在这次课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。所以在课程设计的实践中，我们应将实验课与课堂教学结合起来，锻炼自己的理论联系实际的能力与实际动手能力。第五，掌握了比较常用的仪器的使用方法，提高了动手能力。第六，培养了严谨的工作作风和科学态度。

总之这次课程设计，培养了我们综合应用单片机原理及应用的理论知识和理论联系实际的能力；在设计的过程中还培养了我们的团队精神，同学共同协作，一齐商量讨论，解决了许多问题。这一切都令我们受益匪浅，在今后的学习工作中我们会一如既往，不断努力。

第六章 详细仪器清单

图6.1详细仪器清单

参考文献

[1] 张鑫. 单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2005.8. [2] 康光华. 电子技术基础. 模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2006.1. [3] 康光华. 电子技术基础. 数字部分[M].北京：高等教育出版社，2006.1.

[4] 祁伟, 杨亭. 单片机C51程序设计教程与实验[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006. [5] 楼然苗. 李光飞. 单片机课程设计指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.4 [6] 单片机学习网

附录1 详细程序

#include #include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int

sbit RING=P3^3;

#define HOR_UP 0x18 //定义键值意义 #define MIN_UP 0x28 #define HOR_DOWN 0X14 #define MIN_DOWN 0x24 #define AM_PM 0X48 #define NO_KEY_DOWN 0XFF

uchar xdata PA _at_ 0xD9FF, PB _at_ 0XDBFF, PC _at_ 0XDDFF, //定义外部变量，强制分配地址 EX_PORT_CON _at_ 0XDFFF;

uchar code LED_CODE[]={0XA0,0XBB,0X62,0X2A,0X39,0X2C,0X24,0XBA, //LED段码(0~9外加一个全灭, 一个A ，一个P) 0X20,0X28,0XFF,0X30,0X70};

uint code RING_TIME[]={465,1320}; //开启时间(分)

uchar COUNT=0,KEY=NO_KEY_DOWN,HOR=0,MIN=0,SEC=0; //软计时-光标-键值

void Display(); //显示 void Time_Go(); //时间进位 void Time_Set(); //时间设置 void Ring_Control(); //继电器控制 void Delay(uint A); //简单延时 uchar Key_Scan(); //键盘扫描

void main() {

EX_PORT_CON=0X81; //8255初始化(PA，PB ，PC_H输出，PC_L输入)

PC=0xF0; //键盘初始化 TH0=0X3C; //定时器初始化

TH1=TL1=0; TR1=0;

TMOD=0X21;

EA=ET0=TR0=ET1=1; while(1) { Display(); Time_Go();

KEY=Key_Scan(); Ring_Control(); Time_Set(); } }

void Display() {

PB=0XFF; //消影 PA=0XFe; //发送位码

if(HOR>=12)PB=LED_CODE[12]; //发送段码 else PB=LED_CODE[11]; Delay(200); //延时

PB=0XFF; //消影 PA=0XFd; if(HOR>12) //发送位码 PB=LED_CODE[(HOR-12)/10]; else PB=LED_CODE[HOR/10]; //发送段码 Delay(200); //延时

PB=0XFF; PA=0xfb;

if(HOR>12)PB=LED_CODE[(HOR-2)%10]; else PB=LED_CODE[HOR%10]; Delay(200);

PB=0XFF; //中间横杆 PA=0XF7;

if(COUNT>10)//在显示实时时钟时闪烁，为01秒/周期 PB=0XFF; else

Delay(200);

PB=0XFF; PA=0Xef;

PB=LED_CODE[MIN/10]; Delay(200);

PB=0XFF; PA=0XdF;

PB=LED_CODE[MIN%10]; Delay(130); }

void Timer() interrupt 1 {

TH0=0X3C; //重装初值 TL0=0XB2;

COUNT++; //软计时 }

void Ring() interrupt 3 {

RING=~RING; }

void Time_Go() //时间进位 {

if(COUNT>=20) //计数到达20次，即:定时器50MS*20=1S { COUNT=0; //软计时清零 SEC+=1; // 秒加1 if(SEC>=60) //秒是否到达60 { SEC=0; //清秒位 MIN+=1; //分钟加1 if(MIN>=60)//分钟是否到达60 { MIN=0; //清分位 HOR+=1; //小时加1 if(HOR>=24)//小时是否到达24 HOR=0; //清小时位 } } }

}

void Time_Set() {

if(KEY==HOR_UP){if(HOR>=23)HOR=0;else HOR++;}

else if(KEY==HOR_DOWN){if(HOR==0)HOR=23;else HOR--;} else if(KEY==MIN_UP){if(MIN>=59)MIN=0;else MIN++;} else if(KEY==MIN_DOWN){if(MIN==0)MIN=59;else MIN--;} else if(KEY==AM_PM){if(HOR>=12)HOR-=12;else HOR+=12;} }

void Ring_Control() //继电器控制 {

uint RTC_MIN;

RTC_MIN=HOR*60+MIN; //将实时时钟 化成 分钟 if((RTC_MIN==RING_TIME[0])||(RTC_MIN==RING_TIME[1])) { if(((SEC>=3)&&(SEC=7)){TR1=0;RING=1;} else TR1=1; } }

void Delay(uint A) {

while(A--); }

uchar Key_Scan() {

uchar A=4,ROW=0x08,T=NO_KEY_DOWN; if(PC!=0XF0) //是否有键按下 {Delay(200); //消抖 if(PC!=0XF0) while(A--) //查询，逐列 { ROW

if(T!=0X00) //但前列是否有键被按下

{

T=(T+(ROW&0XF0)); //计算键值

do {Display();Time_Go();} //防止数码管在按键按下时闪烁

while((PC&0X0F)!=0); //松手检测 peak; //跳出循环

}

} PC=0xf0; //键盘初始化

}

return T;

} //返回键值

16

7. 基于MCS-51单片机的精密温度控制系统的设计与实现

上传内容
仅供学习与参考

摘要
本检测系统硬件设计以AT89C51单片机为核心，用温度传感器DS18B20实现温度控制，用数码管显示实际温度和预设温度，制作数字温度计，并可以实现温度预警控制。
单片机系统的软件编程采用单片机汇编进行编程。应用软件采用KEIL和PROTEUS仿真软件模拟实现控制过程。
温度控制系统是基于单片机的计算机检测技术的软硬件开发和面向对象的高级可视化程序开发的有机结合。对温度控制的发展有很大的好处。如果投入生产，不仅会创造良好的经济效益，还可提高温控的简单化。

关键词 单片机；DS18B20；调节；温度
Abstract
This examination system hardware design take at89C51 monolithic integrated circuit as a core, realizes the temperature control with temperature sensor DS18B20, Demonstrates the actual temperature and the preinstall temperature with the nixie tube，manufactures the simple intelligence temperature control system - - digit thermometer，And may realize the temperature early warning control.
. The monolithic integrated circuit system's software programming uses the monolithic integrated circuit assembly to carry on the programming. The superior machine application software uses KEIL and the PROTEUS simulation software simulation realizes the controlled process.
This article develops the intelligence temperature control system is based on monolithic integrated circuit's computer examination technology software and hardware development and face the object high-level visualization procere development organic synthesis. Has the very big advantage to temperature control's development. If place in operation, not only will create the good economic efficiency, but may also propose the simplification which the high temperature will control.
Keywords microcontroller;DS18B20;measure;temperture

目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 4
1.1 温度传感器发展概述 4
1.2 单片机技术简介 4
1.3 温度检测技术的发展 5
第2章 温度传感器的选择 8
2.1 测温方法 8
2.2 DS18B20简介 9
第3章 软硬件设计 10
3.1 单片机的选择 10
3.2 温度传感器的选择 10
3.3 仿真软件的选择 11
3.4 编译软件的选择 11
3.5 PROTEUS 仿真电路图 12
第4章 汇编语言程序 13
4.1 主程序和温度值转换成显示值子程序的流程图 13
4.2 DS18B20温度子程序和显示子程序的流程图 14
4.3 汇编语言源程序 14
第1章 绪论
1.1 温度传感器发展概述（略）

1.2 单片机技术简介（略）

1.3 温度检测技术的发展（略）

第2章 温度传感器的选择
2.1 测温方法
温度是一个很重要的物理参数，钢铁的冶炼、石油的分馏、塑料的合成以
及农作物的生长等等都必须在一定的温度范围内进行，各种构件、材料的体积、电阻、强度以及抗腐蚀等物理化学性质，一般也都会随温度而变化。人们利用各种能源为人类服务，也往往是使某些介质通过一定的温度变化来实现的。所以在生产和化学试验中，人们经常会碰到温度测量的问题。
温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，‘发展最快。众所周知，日常使用的材料及电子元件大部分都随温度而变化，资料【5】中介绍了作为实用传感器必须满足的一些条件:
(1)在使用温度范围内温度特性曲线要求达到的精度能符合要求:为了能
在较宽的温度范围内进行检测，温度系数不宜过大，过大了就难以使用，但对
于狭窄的温度范围或仅仅定点的检测，其温度系数越大，检测电路也能越简单。
(2)为了将它用于电子线路的检测装置，要具有检测便捷和易于处理的特
性。随着半导体器件和信号处理技术的进步，对温度传感器所要求的输出特性
应能满足要求。
(3)特性的偏移和蠕变越小越好，互换性要好。
(4)对于温度以外的物理量不敏感。
(5)体积小，安装方便:为了能正确地测量温度，传感器的温度必须与被
测物体的温度相等。传感器体积越小，这个条件越能满足。
(6)要有较好的机械、化学及热性能。这对于使用在振动和有害气体的环
境中特别重要。
(7)无毒、安全以及价廉、维修、更换方便等。
温度测量的方法很多，根据温度传感器的使用方式，通常分为接触式测温
法与非接触式测温法两类。
(1)接触式测温法
由热平衡原理可知，两个物体接触后，经过足够长时间的热交换达到热平
衡，则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，这种测温方式称为接触式测温法。接触式测温的优点显而易
见，它简单，可靠，测量精度高，但同时也存在不足:温度计要与被测物体有
良好的热接触，并充分换热，从而产生了测温滞后现象;测温组件可能与被测
物体发生化学反应;由于受到耐高温材料的限制，接触式测温仪表不可能应用
于很高温度的测量。
(2)非接触式测温法
由于测量组件与被测物体不接触，利用物体的热辐射能随温度变化的原理
测定物体温度。因而测量范围原则上不受限制，测温速度较快，还可以在运动
中测量。这种测温方式称为非接触式测温法。它的特点是:不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小。从原理上看，用这种方法测温无上限。通常用来测定1000℃以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度或表面温度。
2.2 DS18B20简介
2.2.1技术性能描述
单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围 －55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。工作电源: 3~5V直流电源。
在使用中不需要任何外围元件，测量结果以9~12位数字量方式串行传送。适用于DN15~25, DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温。
2.2.2应用范围
该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域,轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。
2.2.3接线说明
特点有一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55 ° C至+125 ℃ 。华氏相当于是-67 ° F到257华氏度 -10 ° C至+85 ° C范围内精度为±0.5 ° C。
温度传感器可编程的分辨率为9~12位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数。信息被发送到/从DS18B20 通过1线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个DS18B20可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。【6】

第3章 软硬件设计
3.1 单片机的选择
单片机系统由单片机AT89C51、74HC245等芯片构成，完成数据采集、处理、通讯以及所有的功能，是整个系统的核心模块。
单片机是整个系统的核心，对系统起监督、管理、控制作用，并进行复杂的信号处理，产生测试信号及控制整个检测过程。所以在选择单片机时，参考了以下标准。
(1)运行速度。单片机运行速度一般和系统匹配即可。
(2)存储空间。单片机内部存储器容量，外部可以扩展的存储器(包括1/0口)空间。
(3)单片机内部资源。单片机内部存储资源越多，系统外接的部件就越少，这可提高系统的许多技术指标。
(4)可用性。指单片机是否能很容易地开发和利用，具体包括是否有合适的开发工具，是否适合于大批量生产:、性能价格比，是否有充足的资源，是否有现成的技术资源等。
(5)特殊功能。一般指可靠性、功耗、掉电保护、故障监视等。
从硬件角度来看，与MCS-51指令完全兼容的新一一代AT89CXX系列机，比在片外加EPROM才能相当的8031-2单片机抗干扰性能强，与87C51-2单片机性能相当，但功耗小。程序修改直接用+5伏或+12伏电源擦除，更显方便、而且其工作电压放宽至2.7伏一6伏，因而受电压波动的影响更小，而且4K的程序存储器完全能满足单片机系统的软件要求。故AT89C51单片机是构造本检测系统的更理想的选择。本系统选用ATMEL生产的AT89C51单片机，其特性如下:
(1) 4K字节可编程闪速程序存储器;1000次循环写/擦
(2)全静态工作:OHz-24MHz
(3)三级程序存储器锁定
(4) 128 X 8位内部数据存储器，32条可编程1/0线
(5)两个十六位定时器/计数器，六个中断源
(6)可编程串行通道，低功耗闲置和掉电模式
该器件采用了ATMEL的高密度非易失性的存储器工艺，并且可以与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚兼容。由于将多功能8位CPU与闪速式存储器组合在单个芯片中，AT89C51是一种高效的微控制器，为很多嵌入式系统提供了高灵活性且价廉的方案。
3.2 温度传感器的选择
DS18B20是美国达拉斯半导体公司的产品，与其他产品相比较它的性能有如下特点：①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），②测温范围为-55℃-+125℃，测量分辨率为0.0625℃,③内含64位经过激光修正的只读存储器ROM，④适配各种单片机或系统机，⑤用户可分别设定各路温度的上、下限，⑥内含寄生电源。所以在本设计中，我采用了DS18B20作为温度传感器。【8】
3.3 仿真软件的选择
Proteus 是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多种外围芯片。
③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C uVision2、MPLAB等软件。【9】
3.4 编译软件的选择
KEIL C51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编 器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。
C51 V7版本是目前最高效、灵活的8051开发平台。它可以支持所有8051的衍生产品，也可以支持所有兼容的仿真器，同时支持其它第三 方开发工具。因此，C51 V7版本无疑是8051开发用户的最佳选择。
uVision2集成开发环境具有如下功能：
一、项目管理
工程(project)是由源文件、开发工具选项以及编程说明三部分组成的。
一个单一的uVision2工程能够产生一个或多个目标程序。产生目标程序的源文件构成“组”。开发工具选项可以对应目标，组或单个文件。
uVision2包含一个器件数据库(device database)，可以自动设置汇编器、编译器、连接定位器及调试器选项，来满足用户充分利用特定 微控制器的要求。此数据库包含：片上存储器和外围设备的信息，扩展数据指针(extra data pointer)或者加速器(math accelerator)的特 性。
uVision2可以为片外存储器产生必要的连接选项：确定起始地址和规模。
二、集成功能
uVision2的强大功能有助于用户按期完工。
1.集成源极浏览器利用符号数据库使用户可以快速浏览源文件。用详细的符号信息来优化用户变数存储器。
2.文件寻找功能：在特定文件中执行全局文件搜索。
3.工具菜单：允许在V2集成开发环境下启动用户功能。
4.可配置SVCS接口：提供对版本控制系统的入口。
5.PC－LINT接口：对应用程序代码进行深层语法分析。
6.Infineon的EasyCase接口：集成块集代码产生。【10】
3.5 PROTEUS 仿真电路图
图1是基于单片机的智能温度检测系统电路原理图。控制加热热水器电源电路用LED灯模拟代替，取消无水报警电路。装上水后接通电源，下方LED数码管显示当前水温。上方LED数码管显示预设水温。操作“个位”键和“十位”键可预设水温（如99℃）控制点。该电路具有如下功能：
（1） 测量水温，精度为1℃，范围为0~99℃；
（2） 三位数码管实时显示水温；
（3） 可预设水温（如99℃）控制点，当水加热到该水温时自动断电，当水温低于该水温时自动上电加热；
（4） 无水自动断电和报警功能（略）。

图1 基于单片机的智能温度检测系统电路原理图

第4章 汇编语言程序
4.1 主程序和温度值转换成显示值子程序的流程图

4.2 DS18B20温度子程序和显示子程序的流程图

4.3 汇编语言源程序
ORG 0
LJMP MAIN1
ORG 0003H
LJMP ZINT0
ORG 13H
LJMP ZINT1

TMPH: EQU 28H
FLAG1: EQU 38H
DATAIN: BIT P3.7
MAIN1: SETB IT0
SETB EA
SETB EX0
SETB IT1
SETB EX1
SETB P3.6
SETB P3.2
MOV 74H,#0
MOV 75H,#0
MOV 76H,#0
MOV 77H,#0
MAIN: LCALL GET_TEMPER
LCALL CVTTMP
LCALL DISP1
AJMP MAIN
INIT_1820:
SETB DATAIN
NOP
CLR DATAIN
MOV R1,#3
TSR1: MOV R0,#107 ;保持642ms
DJNZ R0,$
DJNZ R1,TSR1
SETB DATAIN ;释放DS18B20总线
NOP
NOP
NOP
MOV R0,#25H
TSR2: JNB DATAIN,TSR3
DJNZ RO,TSR2
CLR FLAG1
SJMP TSR2
TSR3: SETB FLAG1 ;标志位置1，证明DS18b20存在
CLR P1.7
MOV R0,#117
TSR6: DJNZ R0,$
TSR7: SETB DATAIN
RET ；延时254us
GET_TEMPER:
SETB DATAIN
LCALL INIT_1820
JB FLAG1,TSS2
NOP
RET ；DS18B20检测程序
TSS2: MOV A,#0CCH ；跳过ROM,使用存储器
LCALL WRITE_1820
MOV A,#44H ；对RAM操作，开始温度转换
LCALL WRITE_1820
ACALL DISP1
LCALL INIT_1820
MOV A,#0CCH
LCALL WRITE_1820
MOV A,#0BEH
LCALL WRITE_1820
LCALL READ_1820；读暂存器中的温度数值
RET
WRITE_1820:
MOV R2,#8
CLR C
WR1: CLR DATAIN
MOV R3,#6
DJNZ R3,$
RRC A
MOV DATAIN,C
MOV R3,#23
DJNZ R3,$
SETB DATAIN
NOP
DJNZ R2,WR1
SETB DATAIN
RET
READ_1820:
MOV R4,#2
MOV R1,#29H
RE00: MOV R2,#8
RE01: CLR C
SETB DATAIN
NOP
NOP
CLR DATAIN
NOP
NOP
NOP
SETB DATAIN
MOV R3,#9
RE10: DJNZ R3,RE10
MOV C,DATAIN
MOV R3,#23
RE20: DJNZ R3,RE20
RRC A
DJNZ R2,RE01
MOV @R1,A
DEC R1
DJNZ R4,RE00
RET
CVTTMP: MOV A,TMPH
ANL A,#80H ；判断温度正负，正不变，负则取反加1
JZ TMPC1
CLR C
MOV A,TMP1
CPL A
ADD A,#1
MOV TMP1,A
MOV A,TMPH
CPL A
ADDC A,#0
MOV TMPH,A
MOV 73H,#0BH
SJMP TMPC11
TMPC1: MOV 73H,#0AH
TMPC11: MOV A,TMP1
ANL A,#0FH
MOV DPTR,#TMPTAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV 70H,A
MOV A,TMP1
ANL A,#0FH
SWAP A
ORL A,TMPL
B2BCD: MOV B,#100
DIV AB
JZ B2BCD1
MOV 73H,A
B2BCD: MOV A,#10
XCH A,B
DIV AB
MOV 72H,A
MOV 71H,B
TMPC12: NOP
DISBCD: MOV A,73H
ANL A,#0FH
CJNE A,#1,DISBCD0
SJMP DISBCD1
DISBCD0: MOV A,72H
ANL A,#0FH
JNZ DISBCD1
MOV A,73H
MOV 72H,A
MOV 73H,#0AH
DISBCD1: RET
TMPTAB: DB 0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9
DISP1: MOV R1,#70H
MOV R0,#74H
MOV R5,#0FEH ;显示实际温度
PLAY: MOV P1,#0FFH
MOV A,R5
MOV P2,A
MOV A,@R1
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
MOV P1,A
MOV A,@R0
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
MOV A,R5
JB ACC.1,LOOP1
JB P1.7
CLR P1.7
CLR P0.7 ;显示小数点
LOOP1： LCALL DL1MS
INC R1
INC R0
MOV A,R5
JNB ACC.3,ENDOUT
RL A
MOV R5,A
MOV A,73H
CJNE A,#1,DD2
SJMP LEDH
DD2: MOV A,72H
CJNE A,72H,DDH
SJMP DD1
DDH: JNE PLAY1
LEDH: CLR P3.6
SJMP PLAY
PLAY1: SETB P3.6
SJMP PLAY
ENDOUT: MOV P1,#0FFH
MOV P2,#0FFH
RET
TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H
DB 92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH
DL1MS： MOV R6,#14H
DL1: MOV R7,#100
DJNZ R7,$
DJNZ R6,DL1
RET
ZINT0: PUSH A
INC 75H
MOV A,,75H
CJNE A,#10,ZINT01
MOV 75H,#0
ZINT01: POP A
RETI
ZINTT1: PUSH A
INC 76H
MOV A,76H
CJNE A,#10,ZINT11
MOV 76H,#0
ZINT11: POP A
RETI