课程设计说明书基于MCS-51系列单片机的数字温度监测装置设计学生班级：学生姓名：起止日期：指导教师：目录一、引言 41. 本次课程设计的重要意义42. 温度传感器的发展4二、设计内容及性能指标 5三、系统方案总体概述 5四、系统主要器件选择 6（一）单片机的选择 61.主要性能参数62.功能特性概述73.引脚功能说明84.端口引脚第二功能9（二）温度传感器的选择101.总述102.温度传感器的选择11 2.1 DS18B20简介11 2.2 DS18B20内部结构11 2.3 DS18B20测温原理15五、系统整体设计 17（一）系统硬件电路设计171.硬件电路设计总体概述172.CPU机器基本外围电路设计18 2.1单片机电路18 2.2晶振控制电路18 2.3 继电器电路19 2.4 锁存器74LS373引脚功能及工作原理19 2.4.1 74LS373引脚功能202.4.2 74LS373工作原理202.4.3 Intel2764引脚功能233.前向通道设计23 3.1温度检测电路233.2电源输入部分电路244.后向通道设计及人机通道设计25 4.1 后向通道设计25 4.1.1 LED显示电路25 4.1.1.1 LED显示器的结构25 4.1.1.2 LED显示器的工作原理26 4.1.1.3 LED 显示设计方案27 4.2键盘27 4.3温度报警电路284.4复位电路285.抗干扰措施29 5.1干扰产生的后果29 5.2抗干扰设计的基本原则30 5.3硬件抗干扰设计31 5.4软件的抗干扰设计32（二）系统软件设计331.概述332.主程序模块333. 部分程序清单34 3.1 温度传感器的驱动程序34 3.2 LED共阳极显示子程序36六、附录 36七、致谢 37参考文献一、引言1. 本次课程设计的重要意义随着我国经济的快速增长，电力需求量日益增加，如何保障电力的持续供应是电力运行中的一道难题。

根据对各类电力事故的分析，由于电力设备温度过高而引发的火灾占相当大的比例。

大多数电气设备，如开关柜、电缆沟、带电间隔等采用封闭式结构，空间狭小，热积累量大，散热效果差，并长期处于高电压、大电流、满负荷的条件下运行，极易发生火灾。

这种火灾一旦发生，将导致大量电网设备被烧毁，变电站停运甚至电网崩溃等恶劣后果，国民生产无法进行，导致巨大损失。

引起火灾的直接原因就是线路接头温度过高，长期运行而烧穿绝缘，点燃周围电缆等可燃物，引发火灾。

在设备长期运行过程中，各接头触点、母线排接处等部位因绝缘老化或接触电阻过大而急剧发热，而这些发热部位工作人员不易接近，手工测温困难，如果能够有效的自动监测各接头的温度，一旦出现温度异常情况，立刻上传报警，通知维护人员及时采取措施排除隐患，把故障消除在萌芽状态，从而达到安全供电的目的。

因此，电气设备温度在线监测问题已成为电力系统安全运行所急需解决的实际问题，是提高电力系统运行可靠性的迫切需求，对保障电力系统安全稳定运行有极其重要的意义。

2. 温度传感器的发展测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：①传统的分立式温度传感器②模拟集成温度传感器③智能集成温度传感器。

目前的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。

社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、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，本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20的结构特征及控制方法，并对以此传感器，89S51单片机为控制器构成的数字温度测量装置的工作原理及程序设计作了详细的介绍。

与传统的温度计相比，其具有读数方便，测温范围广，测温准确，输出温度采用数字显示，主要用于对测温要求比较准确的场所，或科研实验室使用。

该设计控制器使用ATMEL公司的AT89S51单片机，测温传感器使用DALLAS公司DS18B20，用液晶来实现温度显示。

二、设计内容及性能指标本设计主要是单片机控制下的温度检测系统，详细介绍了其硬件和软件设计，并对其各功能模块做了详细介绍，其主要功能和指标如下：●利用温度传感器（DS18B20）测量某一点环境温度●测量范围为-55℃～＋99℃，精度为±0.5℃●用液晶进行实际温度值显示●能够根据需要方便设定上下限报警温度三、系统总体设计原理该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成。

该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。

利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。

系统框图如下图所示DS18B20温度测温系统框图本设计以AT89S51芯片为核心, AT89S51芯片的外围扩展了数据锁存器74L373和74LS138，同时具有LED（发光二极管）显示器、复位功能等。

四、系统主要器件选择（一）单片机的选择对于单片机的选择，可以考虑使用8031与8051系列，由于8031没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不适用。

AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的Flash 只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。

它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，价格低廉，可灵活应用于各种控制领域。

1.主要性能参数：·与MCS-51产品指令系统完全兼容·4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器·1000次擦写周期·4.0－5.5V的工作电压范围·全静态工作模式：0Hz－33MHz·128×8字节内部RAM·32个可编程I／O口线·2个16位定时／计数器·6个中断源·全双工串行UART通道·低功耗空闲和掉电模式·中断可从空闲模唤醒系统·看门狗（WDT）及双数据指针·掉电标识和快速编程特性·灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）2.功能特性概述：AT89S51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32个I／O 口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16 位定时／计数器，一个5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

AT89S51方框图3.引脚功能说明·Vcc：电源电压·GND：地·P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I／0口，也即地址／数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

·P1口：Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。

端口引脚第二功能P1.5 MOSI（用于ISP犏程）P1.6 MISO（用于ISP犏程）P1.7 SCK （用于ISP犏程）·P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I／O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。

·P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I／0 口。

P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口除了作为一般的I／0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

4.端口引脚第二功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外中断0）P3.3 INT1（外中断1）P3.4 T0（定时／计数器0外部输入）P3.5 T1（定时／计数器1外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）·RST：复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。

DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。

·ALE／PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的1／6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。