1、摘要单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度器，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。本文通过采用蜂鸣器作为电声元件的温度报警器的设计，阐明了该装置进行设计与制作的具体过程及方法。这种温度报警器结构简单，可操作性强，应用广泛。工作时，温度测量范围为 538。当前环境温度若超过设定的高温临界温度，由单片机发出报警信号，从而防止带来的不必要的损失。造成高温火灾有：电气线路短路、过载、接触电阻过大等
2、引发高温或火灾；静电产生高温或或火灾；雷电等强电侵入导致高温或火灾；最主要是机房内电脑、空调等用电设备长时间工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温；因此机房内所属的电子产品发热快，在短时间内机房温度升高超出设备正常温度，导致系统瘫痪或产生火灾，这时温度报警系统就会发挥应有的功能。关键词:STC89C51 单片机，数字控制，温度计，DS18B20，AT24C02ABSTRACTSingle chip technology has spread to we live, work, scientific research, each domain, has become a mature te
3、chnology, this paper introduces a kind of based on single chip microcomputer control digital temperature device, the thermometer belongs to the multi-function thermometer, can set up and down the temperature alarm, when the temperature is not set range, you can call the police.With modern industrial
4、 and agricultural technology and the development of people to the improvement of the living environment requirements, and people urgently need to test and control the temperature. Through the use of components of the buzzer as acoustic temperature alarm design, it is expounded that the device for th
5、e design and production of the specific processes and methods. The temperature alarm simple structure, the maneuverability is strong, wide application. Work, temperature measurement range for 5-38 C. The current environment temperature if more than the high temperature of setting the critical temper
6、ature, issued a warning signal by single-chip microcomputer, thus preventing bring unnecessary losses.High temperature caused by fire are: electric short circuit, overload, contact resistance by too high temperature or fire; Electrostatic generation high temperature or or fire; Lightning and lead to
7、 high temperatures or high voltage into the fire; The main room is in air conditioning equipment such as computer, electricity work long hours, cause of old equipment, air conditioning fault, and cant cooling; So the telecom room belongs to electronic products fever fast, in a short time, computer r
8、oom temperature beyond normal temperature equipment, cause the system to produce paralysis or fire, when temperature alarm system will play its function.Keywords: STC89C51 microcontroller, digital control, thermometer, DS18B20, AT24C02目 录摘要 .1ABSTRACT.2目 录 .3第一章 设计要求与方案论证 .41.1 设计要求 .41.2 系统基本方案选择和论
9、证 .41.2.1 单片机芯片的选择方案和论证 .41.2.2 温度传感器设计方案论证 .51.2.3 掉电保持方案论证 .51.3 电路设计最终方案决定 .6第二章 主要元件介绍 .62.1 STC89C51 介绍 .62.1.1 STC89C51 主要功能及 PDIP 封装 .62.1.2 STC89C51 引脚介绍 .62.1.3 单片机最小系统： .82.2 DS18B20 传感器介绍 .82.2.1 DS18B20 概述 .82.2.2 DS18B20 引脚介绍 .92.2.3 DS18B20 的内部结构 .102.2.4 DS18B20 的程序流程图 .112.3 数码管介绍 .1
10、12.3.1 数码管概述 .122.4 AT24C02 简介 .122.4.1 I2C 总线说明 .13第三章 程序流程图 .16结论 .17参考文献 .18致 谢 .19附录 A 电路原理图 .20附录 B C 语言程序 .21第一章 设计要求与方案论证1.1 设计要求基本范围 0-99 ；精度误差小于 0.1 ；数码管直读显示；扩展功能：可以任意设定温度的上下限报警功能，并可以掉电保持上下限温度值。1.2 系统基本方案选择和论证1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证由于单片机具有以下的很多优点，被我们选定为制作该作品的首选芯片单片机特点：（1）高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件
11、集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在 ROM 中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。 （2）控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的最低工作电压仅为 1.8V3.6V ，而工作电流仅为数百微安。 （4）易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部
12、有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 （5）优异的性价比 单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用 RISC 流水线和 DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破 64KB 的限制，有的已可达到 1MB 和 16MB，片内的ROM 容量可达 62MB，RAM 容量则可达 2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。 方案一:采用 STC89C51 芯片作为硬件核心。 STC89C51 内部具有 8KB ROM 存储空间,512 字节数据存储空间，带有 2K 字节的 EEPRO
13、M 存储空间，与 MCS-51 系列单片机完全兼容,STC89C51 可以通过串口下载。方案二:采用 AT89S51。AT89S51 片内具有 8K 字节程序存储空间，256 字节的数据存储空间没有 EEPROM 存储空间，也与 MCS-51 系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C51 相对 ATS89C52 价格便宜，且抗干扰能力强。考虑到成本因素，因此选用 STC89C51。1.2.2 温度传感器设计方案论证利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部
14、分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术) 、信息传输 (通信技术)和信息处理(计算机技术) 。温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件) ； (2)模拟集成温度传感器/控制器；(3)智能温度传感器。国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。在 20 世纪 90 年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是 8 位 A/D 转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到 1C。国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度
15、传感器，所用的是 912 位A/D 转换器，分辨力一般可达 0.50.0625C。由美国 DALLAS 半导体公司新研制的DS1624 型高分辨力智能温度传感器，能输出 13 位二进制数据，其分辨力高达 0.03125C，测温精度为0.2C。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D 转换器。目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C 总线、SMBus 总线和 spI 总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。方案一: 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，
16、在将随被测温度变化 的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。方案二:进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，两种都完全能够满足设计需要，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。1.2.3 掉电保持方案论证为了方便使用，本设计采用串行 E2PROMI2C-BUS
17、 的存储器件 AT24C02，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。本设计就是采用此功能。1.3 电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次作品的方案选定：采用 STC89C51 单片机作为主控制系统；采用 DS18B20 为传感器；采用 AT24C02 作为数据记录系统；采用数码管作为显示器件。51单片机最小系统数码管显示模块独立按键模块继电器输出控制模块IIC 存储模块DS18B20 测温模块蜂鸣器报警模块供电开关模块第二章 主要元件介绍2.1 STC89C51 介绍STC89C51 是由深圳宏晶科技公司生产的与工业标准 MCS-51
18、 指令集和输出管脚相兼容的单片机。2.1.1 STC89C51 主要功能及 PDIP 封装STC89C51 主要功能如表 1 所示，其 PDIP 封装如图 1 所示主要功能特性兼容 MCS51 指令系统 8K 可反复擦写 Flash ROM32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz2 个串行中断 可编程 UART 串行通道2 个外部中断源 共 6 个中断源2 个读写中断口线 3 级加密位低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能表 1：STC89C51 主要功能2.1.2 STC89C51 引脚介绍 主电源引脚（2
19、 根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V 电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2 根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4 根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32 根）STC89C51 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/
20、O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口，每个口有 8 位（8 根引脚） ，共 32 根。P0 口（Pin39Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7P1 口（Pin1Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7 P3 口（Pin10Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7EA/VP 31X119X218RESET9P37/RD17P36WR16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P1
21、23P134P145P156P167P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30P31/TXD11P30/RXD10GND20VCC 40U1STC89C52图 1：STC89C51 封装图2.1.3 单片机最小系统：当在 STC89C51 单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过 RST 端经过电阻与电源 VC
22、C 接通而实现的。最小系统如图 2 所示。图2 单片机最小系统电路电路以 STC89C51 单片机最小系统为控制核心，测温电路由 DS18B20 提供，输入部分采用三个独立式按键 S1、S2、S3。数码管显示部分。具体电路连接，详见附录 1。P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78RST9 P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11 P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13 P3.4(T0)14P3.5(T1)15 P3.6(WR)16P3.7(RD)17 XTAL218XTAL119 GND20 (A8)P2.0 21(A9)P2.1
23、 22(A10)P2.223(A11)P2.3 24(A12)P2.4 25(A13)P2.526(A14)P2.6 27(A15)P2.7 28PSEN29ALE/PROG 30EA/VPP 31(AD7)P0.732(AD6)P0.6 33(AD5)P0.5 34(AD4)P0.435(AD3)P0.3 36(AD2)P0.2 37(AD1)P0.138(AD0)P0.0 39VCC 4089C52Y111.0592MHzC230C3 30R710KVCC+ C110uF1 23 4K0RESETVCC2.2 DS18B20 传感器介绍2.2.1 DS18B20 概述在现代检测技术中，传感
24、器占据着不可动摇的重要位置。主机对数据的处理能力已经相当的强，但是对现实世界中的模拟量却无能为力。如果没有各种精确可靠的传感器对非电量和模拟信号进行检测并提供可靠的数据，那计算机也无法发挥他应有的作用。传感器把非电量转换为电量，经过放大处理后，转换为数字量输入计算机，由计算机对信号进行分析处理。从而传感器技术与计算机技术结合起来，对自动化和信息化起重要作用。采用各种传感器和微处理技术可以对各种工业参数及工业产品进行测控及检验，准确测量产品性能，及时发现隐患。为提高产品质量、改进产品性能，防止事故发生提供必要的信息和更可靠的数据。由于系统的工作环境比较恶劣，且对测量要求比较高，所以选择合适的传感
25、器很重要。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化和网络化的方向飞速发展。智能温度传感器 DS18B20 正是朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。因此，智能温度传感器 DS18B20 作为温度测量装置已广泛应用于人民的日常生活和工农业生产中。美国 DALLAS 公司生产的 DS18B20 可组网数字温度传感器芯片外加不锈钢保护管封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。有独特的单线接口方式，DS1820 在与微处理器连接时仅需要一条口线
26、即可实现微处理器与 DS1820 的双向通讯；其测温范围 55125，固有测温分辨率 0.5；支持多点组网功能；多个 DS1820 可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；工作电源为 35V/DC；在使用中不需要任何外围元件。DS18B20 的性能特点如下：（1） 采用 DALLAS 公司独特的单线接口方式：DS18B20 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； （2）在使用中不需要任何外围元件；（3）可用数据线供电，供电电压范围：+3.0V+5.5V；（4）测温范围：-55+125。固有测温分辨率为 0.5。当在-10+85范围内，可确保测量误差不超过 0.5，在-55+125范围内，测量误差也不超过 2；
