單片機溫度檢測高溫報警系統(tǒng)
- 實驗目的
1） 掌握 51 單片機定時器/計數(shù)器工作原理與應用；
2） 掌握 51 單片機中斷系統(tǒng)工作原理與應用；
3） 掌握 Keil μVision 軟件開發(fā)環(huán)境，匯編語言源程序的編制與調(diào)試；
4）掌握ds18b20溫度檢測傳感器使用方法
5）掌握單片機拓展總線的工作原理和時序操作；
2.實驗設(shè)備機器軟件
1） Keil μVision 軟件
2） Proteus 軟件
3） 計算機
4）ds18b20傳感器
3. 實驗內(nèi)容
1）利用定時器中斷顯示數(shù)據(jù)
2）理解和合理利用ds18b20溫度傳感器使用方法
3）合理利用嚴格的時序進行數(shù)據(jù)的寫入和讀出
4）利用共陰極的二位數(shù)碼管動態(tài)顯示溫度
5）高溫檢測報警
4. 實驗要求
1） 在 Proteus ISIS 集成環(huán)境中，繪制電路原理圖；
2） 設(shè)計程序流程，并繪制程序流程圖；
3） 在 Keil μVision中編制匯編語言源程序，調(diào)試實現(xiàn)要求功能，生成可 執(zhí)行程序；
4） 在 Proteus ISIS 完成硬件仿真調(diào)試。
5） 提交 Keil μVision 程序、Proteus ISIS 設(shè)計文件、實驗報告。
5. 設(shè)計要點
1） 采用定時器/計數(shù)器T0進行計時，工作方式1（16 位定時器/計數(shù)器），振頻率12MHz，定10ms；
2） 定時器/計數(shù)器工作在中斷方式，打開定時器0的中斷開關(guān)，每10ms進行一次溫度動態(tài)顯示；
3）按照時序讀出溫度數(shù)據(jù)，進行溫度數(shù)據(jù)處理，存儲在一個字節(jié)（34H）里，然后分別存儲個位、十位；
4） P0.0-P0.3進行個位十位的數(shù)以四位二進制的形式輸出，經(jīng)過編碼器，傳遞給七段數(shù)碼管，同時用P0.4、P0.5進行個位十位的選通，間隔10ms，達到動態(tài)顯示的效果 ；
5） 軟件自行設(shè)定溫度閾值，與實時溫度相比較，超出閾值溫度，蜂鳴器響，顯示溫度。
6.程序流程設(shè)計
1）主程序流程圖設(shè)計
?
2）T0中斷程序
?
3）復位程序（RSTSNR）
?
?4）寫入指令程序（SEND_BYTE）
?
5）數(shù)據(jù)讀取指令
?
5） 2 位動態(tài)數(shù)碼管顯示子程序
?
6）溫度超過閾值報警
7.Proteus 電路原理圖
?
參與的電子元件
?
ds18b20:溫度傳感器
74ls74:四位二進制的七段數(shù)碼管編碼器
8.工作原理簡述
DS18B20簡介
DS18B20連接在單片機的P3.7口上。P3口發(fā)揮了作為I/O口的功能。通過一根單總線連接，單片機向DS18B20發(fā)出時序信號來對DS18B20做出指令。
?
DS18B20的暫存寄存器
?單片機通過單總線讀取DS18B20的數(shù)據(jù)時，總是從Byte 0的最低位開始傳輸?shù)摹?/span>Byte 0和Byte 1用來存儲溫度的第八位和高八位。本次設(shè)計只用到byte0和byte1以及用byte4的配置寄存器來設(shè)定分辨率。
?
?配置寄存器與溫度分辨率的配置
?配置寄存器只有bit5和bit6是可以寫入的，其他不可以寫入。上電默認R1R0=11（十二位分辨率），在這次設(shè)計中我采用默認分辨率。
復位原理
?
初始化時序
?復位講究嚴格的時序，主控制器首先發(fā)送一個高電平，然后再拉低，并維持500us，然后主機轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)，上大電阻將總線拉為高電平。DS18B20在上電之后就檢測是否存在480-960us的低電平出現(xiàn)，如果有總線拉為高電平之后的50us左右等待時間后將總線拉低60-240us告訴主機DS18B20處于ready狀態(tài)。復位程序中使用F0來做響應標志位，F(xiàn)0=1表示從機存在，F(xiàn)0=0表示從機不存在。
//復位程序
RSTSNR: SETB DAT?????????? //拉高DQ
NOP
NOP
CLR DAT??????????? //拉低DQ 600μs
MOV R6,#250
DJNZ R6,$
MOV R6,#50
DJNZ R6,$
SETB DAT?????????????????????????????? ? //釋放DQ
MOV R6,#15
DJNZ R6,$
lCALL CHCK??????????? //調(diào)用應答回應判斷程序
MOV R6,#60
DJNZ R6,$
SETB DAT
RET
CHCK: MOV C,DAT?????? ???????//進位標志位
JC RST0??????????? //DAT為1 跳轉(zhuǎn)
SETB F0??????????? //DAT為0 應答信號 置位 F0
SJMP CHCK0
RST0:? CLR F0??????????? //為準備好 F0復位
CHCK0: RET
?
寫入數(shù)據(jù)
?
寫時序
?主控制器的寫時序包括寫1和寫0，寫時序周期大于60us小于120us。每一個寫時序都開始于主控制器拉低總線0-15us，若要寫“0”，繼續(xù)拉低總線，使總線自開始到拉高至少60us。若要寫“1”，則在拉低總線開始寫時序1us之后釋放總線為高電平。寫入數(shù)據(jù)必須先復位然后跳過ROM，再進行讀寫。
SEND_BYTE:MOV A,R0
MOV R5,#8
SEN3: CLR C
RRC A
JC SEN1
LCALL WRITE_0
SJMP SEN2
SEN1: LCALL WRITE_1
SEN2: DJNZ R5,SEN3????? //循壞8次，發(fā)送一個字節(jié)
RET
?
讀出數(shù)據(jù)
?
讀時序
?只有在讀時段期間DS18B20才能向主設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，在讀數(shù)據(jù)前可以對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換為溫度操作。讀時段通過主控制器將總線拉低至少1us再釋放總線來完成初始化，初始化完成后DS18B20會向總線發(fā)送0或1。DS18B20通過將總線拉高來發(fā)送1，將總線拉低來發(fā)送0。發(fā)送完后，總線通過上拉電阻恢復到高電平。DS18B20發(fā)送的數(shù)據(jù)在初始化后只有15us的有效時間。讀出數(shù)據(jù)后延時50us。
/讀一個字節(jié)程序
READ_BYTE:MOV R5,#8
READ1: LCALL READ
RRC A
DJNZ R5,READ1
MOV R0,A
RET
//讀一位數(shù)據(jù)
READ: SETB DAT???? //產(chǎn)生讀時序
NOP
NOP
CLR DAT
NOP
NOP
SETB DAT???? //置位DAT準備接受數(shù)據(jù)
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
MOV C,DAT
MOV R6,#23
DJNZ R6,$
RET
?
溫度轉(zhuǎn)換
?
RAM操作指令
?
ROM操作指令
??? 首先根據(jù)F0判斷DS18B20是否存在。不存在跳回主程序，存在則寫0CCH入DS18B20跳過ROM指令，然后寫44H，使DS18B20溫度轉(zhuǎn)換。然后讀時序，先復位，然后寫入0CCH跳過ROM，然后寫0BEH讀暫存器內(nèi)容。
DSWD: LCALL RSTSNR????????? //調(diào)用復位子程序
JNB F0,KEND?????????? //判斷是否應答
MOV R0,#0CCH????????? //應答后，寫入跳過ROM匹配命令
LCALL SEND_BYTE
MOV R0,#44H?????????? //寫入溫度轉(zhuǎn)換命令
LCALL SEND_BYTE
SETB EA
MOV 48H ,#1??????????? //延時75ms以上準備讀
SS2: MOV 49H,#255
SS1: MOV? 4AH,#255
SS0: DJNZ 4AH,SS0
DJNZ 49H,SS1
DJNZ 48H,SS2
CLR? EA????????????? //禁止中斷
LCALL RSTSNR
JNB F0,KEND???????????? //應答后 跳轉(zhuǎn)
??????? MOV R0,#0CCH??????????? ? ???????????????????? ?
LCALL SEND_BYTE
MOV R0,#0BEH??????????? //寫入讀取溫度指令
LCALL SEND_BYTE
LCALL READ_BYTE????????? //讀一個字節(jié)溫度（低8字節(jié)）
MOV WDLSB,A
LCALL READ_BYTE????????? //讀一個字節(jié)溫度（低8字節(jié)）
MOV WDMSB,A
LCALL TRANS12
KEND:?? SETB EA????????????? //開中斷
RET
?
數(shù)據(jù)處理
讀取數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行處理，只取整數(shù)部分，將讀出的高位與地位相結(jié)合后處理為一個八位二進制的數(shù)。隨后對其除以10取余得到十位與各位數(shù)字，分別用四位二進制表示。
TRANS12:MOV A,30H??????? //低字節(jié)數(shù)據(jù)傳入A?????? 00000 1111 1010 0000
ANL A,#0F0H
MOV 3AH,A
MOV A,31H
ANL A,#0FH
ORL A,3AH
SWAP A???????? //得到表示溫度整數(shù)部分的8位二進制數(shù)
MOV 34H,A
JIXU: NOP
MOV B,#10
DIV AB
MOV 43H,B
MOV B,#10
DIV AB
MOV 42H,B
MOV 41H,A??????? //分離兩位溫度值的十位（存到B）個位（存到A）
MOV A,#wenduyuzhi
CJNE A,34H,BEED
LJMP FANHUI
BEED:?? JNC FANHUI
??????? CLR P1.0
LCALL DELAY
??????? CLR C
FANHUI: RET
?
溫度顯示
?
溫度顯示
數(shù)碼管顯示部分由一個二位動態(tài)數(shù)碼顯示器和一個編碼器組成。通過控制P0.4和P0.5口的數(shù)值來改變二位動態(tài)數(shù)管顯示的開關(guān)，然后再改變P0口的值進行選擇數(shù)碼管顯示，以此來實現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示。這個過程通過一個10ms的中斷來達到動態(tài)顯示的效果。
TO_INT: MOV TH0,#swpH????????? //重裝定時初值
MOV TL0,#swpL
//利用位21H控制高低位的數(shù)據(jù)顯示
MOV P0,42H??????????? //溫度高位傳送到P0
ORL P0,#00100000B????????? //選通P0.5，控制高位數(shù)碼管顯示
LCALL DELAY_10MS
dsl:? MOV P0,43H????????? //溫度的低位數(shù)據(jù)傳送到P0
ORL P0,#00010000B??????? //選通P0.4，控制低位數(shù)碼管顯示
kkk:???????????????? //求反
RETI?????????? //中斷返回
?
超溫檢測
?
報警電路
在溫度轉(zhuǎn)化完成后，將數(shù)據(jù)存儲在34H，將軟件中設(shè)置的溫度閾值與之相比較，利用CJNE與JNC指令來完成比較大小操作，達到在溫度超過溫度閾值時，P1.0置1，蜂鳴器報警操作。
JIXU: NOP
MOV B,#10
DIV AB
MOV 43H,B
MOV B,#10
DIV AB
MOV 42H,B
MOV 41H,A??????? //分離兩位溫度值的十位（存到B）個位（存到A）
MOV A,#wenduyuzhi
CJNE A,34H,BEED
LJMP FANHUI
BEED:?? JNC FANHUI
??????? CLR P1.0
LCALL DELAY
??????? CLR C
FANHUI: RET
DELAY:
?????? SETB TR1
MOV 35H,#5
JISHI: CLR TF1
?????? MOV TH1,#0D8H
MOV TL1,#0F0H
JNB TF1,$
?????? DJNZ 35H,JISHI
?????? SETB P1.0 ??
NOP
CLR TR1
SETB EA
RET
?
9.問題與解決方案
1）DS18B20對于數(shù)據(jù)的讀取、檢測等方式講究嚴格的時序，在編寫程序的過程中，需要考慮好相應指令所需的機器周期，以及進行相應的延時操作來讀寫數(shù)據(jù)。我再實驗過程中尤其是讀取DS18B20傳輸過來的數(shù)據(jù)時，最開始一直不對，根本原因就是時序延時沒有掌握好，掌握好延時和時序后，就能夠順利讀取數(shù)據(jù)。
2）在對DS18B20操作時需要，講究遵守規(guī)則，需要先復位，跳過 ROM，才能進行讀寫，更改初值等操作。在編寫代碼的過程中，需要嚴格歷經(jīng)這三個過程，不要漏步跳步。
3）動態(tài)數(shù)碼管的溫度顯示要求時刻不斷對數(shù)碼管有數(shù)據(jù)輸入，不能延遲太大導致肉眼可見的掉幀現(xiàn)象，將顯示函數(shù)寫入函數(shù)放在10ms一次的定時器中斷當中，完成10ms刷新一次的功能。
4）DS18B20的溫度數(shù)據(jù)傳入或給溫度傳感器的寫入都是從地位開始輸出，在調(diào)試過程中沒有注意到這個問題導致，溫度讀取的數(shù)據(jù)一直有錯誤，一直到重新看了一邊DS18B20后注意到這個細節(jié)，專門寫了一個輸入和讀取函數(shù)，與RRC指令相配合達到正確輸入和讀取數(shù)據(jù)。
10.總結(jié)
這次自主實驗，給了我很大的鍛煉，這與二位倒計時完全不同，還要重新學習使用溫度傳感器DS18B20溫度傳感器，對于初學的我還是有著不小的挑戰(zhàn)。在嘗試的過程中，使用DS18B20就出現(xiàn)了很多錯誤，有關(guān)于時序的把握，寫入數(shù)據(jù)與讀取數(shù)據(jù)的順序以及如何實現(xiàn)這些東西都需要去研讀使用說明，并配合自己的嘗試來得到正確的使用方法。動態(tài)數(shù)碼管的顯示方法也是我在這次實驗中所學習到的。當然不僅僅只是這個電路圖所呈現(xiàn)，我在過程中做過很多嘗試，嘗試過用鎖存器74HC574來作為動態(tài)數(shù)碼管的輸入，對于數(shù)據(jù)顯示的方式也采用過將顯示子程序放在主函數(shù)中，實驗的過程中有不斷地嘗試與試錯，可能最終沒有被我采納，但我也學習到了更多的知識。其次單片機，也讓我體會到了知識的交叉與融合，在選取硬件設(shè)備過程中我用到了上一學期所學的數(shù)電模電相關(guān)知識。
通過這次實驗我更加充分的理解了中斷、定時器、引腳輸入輸出、外部傳感器的使用相關(guān)知識，讓我對單片機從毫不了解到逐漸熟悉地一步步走來。我個人對單片機很感興趣，我也自己買了一套硬件設(shè)備，在后續(xù)中我也會繼續(xù)嘗試自己學習，感謝老師在這一學期地悉心指點與教學。
代碼文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-529823.html
DAT BIT P3.7??????????? //定義P3.7為DQ線
swpH EQU 0D2H
swpL EQU 0FFH
wenduyuzhi DATA 10
WDLSB DATA 30H
WDMSB DATA 31H?????????? //定義讀出溫度高低字節(jié)存放的地址
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 000BH
LJMP TO_INT
ORG 0100H
?//10ms中斷函數(shù)
TO_INT: MOV TH0,#swpH????????? //重裝定時初值
MOV TL0,#swpL
//利用位21H控制高低位的數(shù)據(jù)顯示
MOV P0,42H??????????? //溫度高位傳送到P0
ORL P0,#00100000B????????? //選通P0.5，控制高位數(shù)碼管顯示
LCALL DELAY_10MS
dsl:? MOV P0,43H????????? //溫度的低位數(shù)據(jù)傳送到P0
ORL P0,#00010000B??????? //選通P0.4，控制低位數(shù)碼管顯示
kkk:???????????????? //求反
RETI?????????? //中斷返回
MAIN:? CLR EA
MOV TMOD,#11H???????? //定時初始化
MOV TH0,#swpH???????? //定時器裝初值
MOV TL0,#swpL
SETB EA????????? ?//開中斷、允許T0中斷、啟動T0
SETB ET0
SETB TR0
MOV? R2,#2
MOV? R0,#42H???????? //定義緩沖單元42H
OVER: MOV @R0,#00H????????? //清零緩沖單元42H、43H
INC R0??????????? //自加一指向43H
DJNZ R2,OVER
LOOP: LCALL DSWD?????????? //調(diào)用讀出溫度子程序
SJMP? LOOP
DSWD: LCALL RSTSNR????????? //調(diào)用復位子程序
JNB F0,KEND?????????? //判斷是否應答
MOV R0,#0CCH????????? //應答后，寫入跳過ROM匹配命令
LCALL SEND_BYTE
MOV R0,#44H?????????? //寫入溫度轉(zhuǎn)換命令
LCALL SEND_BYTE
SETB EA
MOV 48H ,#1??????????? //延時75ms以上準備讀
SS2: MOV 49H,#255
SS1: MOV? 4AH,#255
SS0: DJNZ 4AH,SS0
DJNZ 49H,SS1
DJNZ 48H,SS2
CLR? EA????????????? //禁止中斷
LCALL RSTSNR
JNB F0,KEND???????????? //應答后 跳轉(zhuǎn)
??????????? MOV R0,#0CCH????????????????? ? ???????????????????????????????? ?
LCALL SEND_BYTE
MOV R0,#0BEH??????????? //寫入讀取溫度指令
LCALL SEND_BYTE
LCALL READ_BYTE????????? //讀一個字節(jié)溫度（低8字節(jié)）
MOV WDLSB,A
LCALL READ_BYTE????????? //讀一個字節(jié)溫度（低8字節(jié)）
MOV WDMSB,A
LCALL TRANS12
KEND:?? SETB EA????????????? //開中斷
RET
//溫度轉(zhuǎn)換程序（只取整）
TRANS12:MOV A,30H??????? //低字節(jié)數(shù)據(jù)傳入A?????? 00000 1111 1010 0000
ANL A,#0F0H
MOV 3AH,A
MOV A,31H
ANL A,#0FH
ORL A,3AH
SWAP A???????? //得到表示溫度整數(shù)部分的8位二進制數(shù)
MOV 34H,A
JIXU: NOP
MOV B,#10
DIV AB
MOV 43H,B
MOV B,#10
DIV AB
MOV 42H,B
MOV 41H,A??????? //分離兩位溫度值的十位（存到B）個位（存到A）
MOV A,#wenduyuzhi
CJNE A,34H,BEED
LJMP FANHUI
BEED:?? JNC FANHUI
??????? CLR P1.0
LCALL DELAY
??????? CLR C
FANHUI: RET
?//發(fā)送一個字節(jié)子程序
SEND_BYTE:MOV A,R0
MOV R5,#8
SEN3: CLR C
RRC A
JC SEN1
LCALL WRITE_0
SJMP SEN2
SEN1: LCALL WRITE_1
SEN2: DJNZ R5,SEN3????? //循壞8次，發(fā)送一個字節(jié)
RET
//讀一個字節(jié)程序
READ_BYTE:MOV R5,#8
READ1: LCALL READ
RRC A
DJNZ R5,READ1
MOV R0,A
RET
//復位程序
RSTSNR: SETB DAT?????????? //拉高DQ
NOP
NOP
CLR DAT??????????? //拉低DQ 600μs
MOV R6,#250
DJNZ R6,$
MOV R6,#50
DJNZ R6,$
??????????? SETB DAT?????????????????????????????????????????????????? ? //釋放DQ
MOV R6,#15
DJNZ R6,$
lCALL CHCK??????????? //調(diào)用應答回應判斷程序
MOV R6,#60
DJNZ R6,$
SETB DAT
RET
CHCK: MOV C,DAT????????????? //進位標志位
JC RST0??????????? //DAT為1 跳轉(zhuǎn)
SETB F0??????????? //DAT為0 應答信號 置位 F0
SJMP CHCK0
RST0:? CLR F0??????????? //為準備好 F0復位
CHCK0: RET
//寫0程序
WRITE_0:CLR DAT
MOV R6,#30
DJNZ R6,$
SETB DAT
RET
//寫1程序
WRITE_1:CLR DAT
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
SETB DAT
MOV R6,#30
DJNZ R6,$
RET
//讀一位數(shù)據(jù)
READ: SETB DAT???? //產(chǎn)生讀時序
NOP
NOP
CLR DAT
NOP
NOP
SETB DAT???? //置位DAT準備接受數(shù)據(jù)
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
MOV C,DAT
MOV R6,#23
DJNZ R6,$
RET
DELAY:
?????? SETB TR1
MOV 35H,#5
JISHI: CLR TF1
?????? MOV TH1,#0D8H
MOV TL1,#0F0H
JNB TF1,$
?????? DJNZ 35H,JISHI
?????? SETB P1.0?? ??
NOP
CLR TR1
SETB EA
RET
DELAY_10MS:
?????? SETB TR1
?????? MOV TH1,#0D8H
MOV TL1,#0F0H
JNB TF1,$
CLR TF1
CLR TR1
RET
END
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