毕业设计-基于AT89S52单片机温度控制系统设计.docx

青岛农业大学海都学院 本科生毕业论文（设计）题 目： 单片机温度控制系统设计 姓 名： 温纪庆 系 别： 工程系 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 专升本2011.3 学 号： 2011701040 指导教师： 吕新丽 2013年6月18日单片机温度控制系统设计摘 要温度是工业对象中主要的被控参数之一。特别是在化工、冶金、机械、食品等各类工业中，人们都需要对各种加热炉、热处理器和锅炉中的温度进行检测和控制。由于工艺不同，所需要的温度高低也不尽相同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同。当今，单片机的技术已经非常成熟了，它集成度高、功能强、存储量大、速度快、抗干扰性强和指令丰富等的优点，使它的应用遍及各个领域。本文设计的系统就是单片机应用于温度控制的一个例子。本系统是一种高精度、测控速度快、自我闭环控制、测控温度范围广的应用性比较强的基于单片机的温度测控系统。本设计以at89s52单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片ds18b20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、温度显示电路、报警电路和一些接口电路 。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：lcd1602显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、单片机内部运算比较程序、超温报警程序。 关键词：at89s52单片机 、温度采集模块ds18b20、液晶显示lcd1602。single chip microcomputer temperature control system designabstracttemperature is one of the main accused parameters in industrial object. especially in the chemical industry, metallurgy, machinery, food and other kinds of industry, people need to all kinds of heating furnace, hot processor and temperature detection and control of the boiler. because the process is different, the required temperature is different, so adopted by the temperature measuring element and temperature measuring method is different also. today, microcontroller technology has very mature, it is high integration, strong functions, large storage, high speed, strong anti-interference advantages of abundant and instructions, etc., make its application in various fields. in this paper, design of system is an example of mcu is applied to temperature control. this system is a kind of high precision, fast measurement and closed-loop control, measurement and control temperature range of the applied stronger based on single chip microcomputer temperature measurement and control system.at89s52 single-chip microcomputer as the core of the design principle and design method of temperature control system. by temperature chip ds18b20 temperature signal acquisition and digital signal transmitted to the microcontroller. this paper introduces the hardware part of the control system, including: temperature detection circuit, temperature control circuit, display circuit, alarm circuit and some interface circuit. scm through the signal is processed to achieve the purpose of temperature control. the paper also introduces the software design part, here uses the modular structure, main modules: lcd1602 display program, keyboard scanning and processing program, the temperature signal processing, single chip microcomputer internal operation procedures and overtemperature alarm.key words：at89s52 scm, temperature acquisition module ds18b20, liquid crystal display lcd1602.目 录摘要.2abstract3目录4第一章 绪论51.1 课题背景、目的及意义51.2温度控制的研究现状及本文主要研究内容5第二章 温度控制系统方案选择112.1 设计要求112.2 工作原理13第三章 温度控制硬件系统设计183.1 芯片介绍3 3.1.1 at89s52.3 3.1.2 lcd1602.6 3.1.3 ds18b20. .83.2 电路原理图及pcb图9 3.2.1 电路原理图及分析9 3.2.2 pcb图及分析.10第四章 温度控制软件设计284.1 程序流程图及分析114.2 程序及分析11第五章 测试分析12第六章 结论36参考文献37致 谢38附 录39第一章 绪论1.1 课题背景、目的及意义电子工业技术的飞速发展，给人类的生活带来了根本的变革，特别是随着集成电路的诞生而出现了嵌入式微型计算机，更是将人类社会生产带入了一个全新的控制时代。利用微型计算机的强大功能，人们可以完成各种自动化智能的控制。然而，微型计算机造价高，对于大多数的简单控制来说，也并不需要微型计算机那样强大的功能，于是单片机就应运而生了。单片机将微机的cpu、存储器、i/o接口整合到一起其实就是一个简化的微机。相对微机来说，单片机价格低，非常适合于应用在简单的控制场合以降低成本。另外，单片机是按照工业控制要求设计的，其可靠性很高，可在工业现场复杂的环境下运行。单片机依靠其高的可靠性和极高的性价比，在工业控制，数据采集，智能化仪表，家用电器等方面得到极为广泛的应用。1. 2温度控制的研究现状及本文主要研究内容现代工业控制设计及日常生活中温度控制都起着非常重要的作用，早期的温度控制主要用于工厂生产中，能起到实时采集温度数据并控制温度从而提高生产效率和产品质量。随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于家庭生活中。在很多精密加工中对温度要求极为精密，因此，这就需要一种能够及时检测温度变化的设备，提供温度数据值，使人们对温度的变化做出及时的调整。多点温度控制可以根据人们不同的应用环境而自行设置该环境的温度值，及时反映生产，生活中温度变化使人们能够及时看到温度变化，提示人们温度变化情况，协助人们能够及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好的服务于社会生产，生活。本设计中温度控制采用具有应用广泛、稳定性强、反应举快特点的at89s52单片机进行设计，温度采集使用ds18b20温度传感器，其检测温度范围-55c150c，该温度传感器具有高效串行输出性能直接读取温度值。同时利用单片机中断进行键盘输入扫描，lcd1602显示相对应的温度值。第二章 温度控制系统方案选择2.1 设计要求设计基于单片计算机的温度控制器，用于控制温度。具体要求如下: 1. 温度连续可调，范围为0-100 ，越限可报警2. 超调量%20% 3. 温度误差0.5 4. 能够自我控制及调整5. 人-机对话方便 2.2 工作原理 温度传感器 ds18b20 从设备环境内采集温度，单片机 at89s52 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度时，单片机给定信号使红灯变亮，当采集的温度经处理后低于设定温度时 , 单片机给定信号使绿等变亮，当采集的温度经处理后等于设定温度时，单片机给定信号使黄等变亮。第三章 温度控制硬件系统设计3.1芯片介绍3.1.1 at89s52 图3-1at89s52 是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k的系统可编at89s52-24pu程flash存储器。在工艺上与工业80c51 产品指令和引脚完全兼容。片上flash有程序寄存器可编程，也适用于常规编程器。at89s52具有以下标准功能： 32 位i/o 口线，8k字节flash，256字节ram，三个16 位 定时器/计数器2 个数据指针，一个6向量2级中断结构，看门狗定时器，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。在空闲模式下，cpu 停止工作，允许ram、中断继续、串口、定时器/计数器工作。at89s52有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或者计数。它也可以产生中断，从而控制程序转向。p0 口：即p0.0p0.7，输入输出引脚，可用于8位并行i/o口或分时用为地址和数据总线。p0口作为输出口时，每个引脚负载8个ttl；在外部扩展存储器时，可定义为8位地址/数据线；定义为i/o时，需要外接上拉电阻，为准双向i/o口时，在程序中向该端口写入1时为高阻抗输入口。 p1 口：即p1.0p1.7，p1口是唯一的单功能接口，仅能作为通用 i/o接口使用。它是自带上拉电阻的8位准双向i/o端口，每一位可以驱动4 个 ttl 逻辑电平，当p1口作为输入接口时，应先向p1口锁存器写1。引脚号第二功能：p1.0 t2：定时器/计数器t2的外部计数输入，时钟输出p1.1 t2ex：定时器/计数器t2的捕捉/重载触发信号和方向控制p1.5 mosi：在系统编程用p1.6 miso：在系统编程用p1.7 sck：在系统编程用p2 口：即p2 .0p2.7口。p2口也有两种工作方式。一是作为普通的i/o口使用，自带上拉电阻的8位准双向i/o端口，每一位可以驱动驱动4 个 ttl 逻辑电平，当p1口作为输入接口时，应先向p2口锁存器写1；二是在访问外部存储器时，可以作为8位地址线使用p3 口：即p3.0p3.7，p3 口也是一个具有内部上拉电阻的8 位准双向i/o 口，p3 输出缓冲器也可以驱动4 个 ttl 逻辑电平。 p3口亦作为at89s52特殊功能使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，p3口也可接收一些控制信号。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 into(外中断0，低电平下降沿有效)p3.3 int1(外中断1，低电平下降沿有效)p3.4 to(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，低电平有效)p3.7 rd(外部数据存储器读选通，低电平有效)rst/vpd：复位信号输入。高电平有效，当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ale/prog：地址锁存控制信号引脚。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位的低8位字节。ale是以1/6晶振频率的固定频率输出的正脉冲，可作为外部时钟或外部定时脉冲。 psen：程序储存允许输出读选通信号，外部程序存储器时，此脚输出负脉冲作为读选通信信号，低电平有效。当at89s52访问外部数据存储器时将跳过两次psen信号，以通过p0口数据总线读取。ea/vpp：片内外程序存储器选通端口，低电平只选通片外程序存储器；高电平只选通片内程序存储器。 flash存储器编程时，该引脚加上+12v的编程允许电源vpp，当然这必须是该器件是使用12v编程电压vpp。xtal1：片内高增益反相放大器的输入端。xtal2：片内高增益反相放大器的输出端。vcc：主电源正极，接+5v。vss：主电源负端，接地。 3.1.2 lcd1602 图3-21.简介 1602液晶模块使用5x7点阵图形显示一个字符。其中，16代表每行可以最多显示16个字符;02代表总共可以显示两行字符。2.管脚功能 1602液晶模块引脚采用标准的单列直插接口方式，总共16个引脚。 第1脚：vss为电源接地 第2脚：vdd接电源正极 第3脚：vl液晶显示偏压 第4脚：rs引脚是寄存器选择引脚，给定高电平选择数据寄存器，给定低电平选择指令寄存器。 第5脚：rw为读写选择信号线，高电平时是读操作，低电平时是写操作。 第6脚：e引脚是使能功能，由高电平变为低电平的时候会执行最后写入命令。 第714脚：d0d7是数据引脚，1602的数据引脚是双向的，既可以写入数据也可以读出数据，通过设置r/w改变数据引脚功能。 第1516脚：blk和bla是背光灯的负极和正极引脚。 3.操作控制 操作控制表 操作 输入 读状态 rs=0，rw=1，e=1 写指令 rs=0，rw=0， 读数据 rs=1，rw=1，e=1 写数据 rs=1，rw=0， 注：d07=数据，e=h脉冲 3.1.3 ds18b20 图3-3ds18b20（如图3-3）是美国dallas公司设计制造的一种数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、温度测量范围广、采用单总线连接、支持报警，抗干扰能力等优点，同时ds18b20支持912位精度的温度测量和转换。此外，ds18b20通过每个器件的唯一的序列号，允许在一条总线上连接多个设备，并且可以准确无误的控制任何一个设备。它具有三引脚to-92体积小封装形式，温度允许测量范围55125，可编程为912位a/d转换精度，其默认精度为12位测温分辨率可高达0.0625，被测温度用16位数字量串行输出，其工作电源既可以引入，也可以采用寄生电源方式， cpu只需一根线就能ds18b20进行通信，占用单片机的端口较少。综上，在本系统中我采用温度芯片ds18b20测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。3.2 电路原理图及pcb图3.2.1 电路原理图 图3-4单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。本设计利用中断合理应用cpu有效值，当检查到中断信号时程序自动跳转中断程序，不断扫描p3.0和p3.1口，当有信号时用户改变设置温度值。采用温度芯片ds18b20，用p1.0口读取。效的减小外界的干扰，提高测量的精度，简化电路的结构。单片机通过三极管控制继电器的通断，最后达到控制电热器的目的（本设计用发光二极管代替继电器）。当温度低于设定值时绿灯亮，电热器加热，温度慢慢升高。当温度上升到预定温度时，单片机发送信号使黄灯亮电热器停止工作。当实际温度值高于设定值时单片机发送报警信号使红灯变亮。 本设计采用lcd1602双行显示，第一行显示用户用户设定温度值，第二行显示当前温度值。在本设计中p2.0-p2.2做控制端口，p0口为数据通讯口，通过外拉电阻连接到显示器上。3.2.2 pcb图 图3-5本图主要要求布线合理，简洁明朗，路交叉现象，布线要符合实际生产标准。第四章 温度控制软件设计2.1 程序流程图及分析图4-1如图4-1所示在没有中断信号时，执行主程序cpu不断的读取ds18b20内的数据再与设定值不断比较做出反应于此同时把温度数据送去显示。当扫描到中断信号时，中断主程序跳到中断程序根据用户请求改变当前温度设定值，执行完毕时跳回主程序继续执行。2.2 程序及分析 汇编程序见附表 分析请参考图4-1第五章 测试分析1、测试环境电阻炉内环境水温温度202、测试方法使系统运行，设定值100 3、测试结果标定温差=1摄氏度 调节时间 15s（具体视现场情况）静态误差=0.5摄氏度 最大超调量1摄氏度4、通过测试分析，对于实际室内的温度控制，可以再提出以下方法 ：对实际炉内的温度控制，可采用功率较大的电热丝，设备可采用热得快第六章 结论在工业生产和日常生活中对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定的范围稳定，对系统的快速变化要求不高。本系统的测温范围为0-100，温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。89s52的时钟最高可达12m，i/o口可达32个，高的时钟频率和丰富的i/o，都为我们实现电路功能提供了非常有利的条件。同时也因为开发环境友好，易用，方便，大大加快本系统设计开发。本制作的设计中使用了继电器控制的只是插座电路，因此，该系统的可扩展性很强。随着插入插座的电器的不同，可以实现许多其它功能的电路。致 谢致 谢 本文的研究工作是在我的导师吕新丽的精心指导和悉心关怀下完成的，导师在我的论文的研究工作当中倾注着辛勤的汗水和心血。虽然导师对我要求很高，很严厉，但是我知道导师是想我好好对待自己的论文研究，这将会对以后的生活和工作产生很大影响，受益一生。导师的无私的奉献精神、严谨治学态度和孜孜不倦的教诲使我深受启迪。学习上，是我的导师，生活中，我们是朋友，从我尊敬的导师身上，我不仅学到了宽广、扎实的专业知识，也学到了很多做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和崇高的敬意。在我的学习生活中，还得到了海都学院许多领导和老师的热情帮助，如电子实验室的老师们、和工程学院的领导和老师们。还要感谢家人和亲人对我多年求学的支持和鼓励，感谢所有给予我关心和帮助的老师同学和朋友。最后衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授。作者：温纪庆2013年6月18日参考文献1张攀峰. 基于sn8p2604单片机和ds18b20的多路温度测控系统.陕西科技大学学报（自然科学版）j.西安,20102何慧娟等. 基于ds18820的单片机温控系统. 科技信息（科学教研）j.20083赵建领等编.51系列单片机开发宝典.第2版.北京:电子工业出版社,20124金发庆等编. 传感器技术与应用.北京机械工业出版社,20025王锦标，方崇智过程计算机控制北京：清华大学出版社，1997；36406邵惠鹤工业过程高级控制上海：上海交通大学出版社，1997；5862，781017胡寿松自动控制原理第5版.北京：科学出版社，2007；8万隆单片机原理及应用技术北京：清华大学出版社，2010.39 katsuhiko ogatamoden control engineeringpublishing 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r5,tsr6 tsr7: setb dq retget_temper: setb dqbcd: lcall init_1820 jb flag1,s22s22: lcall delay1mov a,#0cch lcall write_1820 mov a,#44h lcall write_1820 nop lcall delay lcall delaycba: lcall init_1820 jb flag1,abc ljmp cbaabc: lcall delay1 mov a,#0cch lcall write_1820 mov a,#0beh lcall write_1820 lcall read_1820 lcall read_1820 retread_1820: mov r2,#8re1: clr c setb dq nop nop clr dq nop nop nop setb dq mov r3,#7 djnz r3,$ mov c,dq mov r3,#23 djnz r3,$ rrc a djnz r2,re1 retwrite_1820: mov r2,#8 clr cwr1: clr dq mov r3,#6 djnz r3,$ rrc a mov dq,c mov r3,#23 djnz r3,$ setb dq nop djnz r2,wr1 setb dq retread_1820: mov r4,#2 mov r1,#36h re00: mov r2,#8re01: clr c setb dq nop nop clr dq nop nop nop setb dq mov r3,#7 djnz r3,$ mov c,dq mov r3,#23 djnz r3,$ rrc a djnz r2,re01 mov r1,a dec r1 djnz r4,re00 rettemper_cov: mov a,#0f0h anl a,temper_l swap a mov temper_num,a mov a,temper_l jnb acc.3,temper_cov1 inc temper_numtemper_cov1: mov a,temper_h anl a,#07h swap a orl a,temper_num mov temper_num,a lcall bin_bcd retbin_bcd: mov dptr,#temp_tab mov a,temper_num movc a,a+dptr mov temper_num,a rettemp_tab: db 00h,01h,02h,03h,04h,05h,06h,07h db 08h,09h,10h,11h,12h,13h,14h,15h db 16h,17h,18h,19h,20h,21h,22h,23h db 24h,25h,26h,27h,28h,29h,30h,31h db 32h,33h,34h,35h,36h,37h,38h,39h db 40h,41h,42h,43h,44h,45h,46h,47h db 48h,49h,50h,51h,52h,53h,54h,55h db 56h,57h,58h,59h,60h,61h,62h,63h db 64h,65h,66h,67h,68h,69h,70h,71h db 72h,73h,74h,75h,76h,77h,78h,79h db 80h,81h,82h,83h,84h,85h,86h,87h db 88h,89h,90h,91h,92h,93h,94h,95h db 96h,97h,98h,99hdelay1:mov r9,#20h djnz r9,$ retinti: clr ea push psw push a setb ea nop nop nop jnb p3.3,dut lcall szz mov a,r8 mov r0,a lcall xishdut: pop a pop psw retiszz: jnb p3.0,szzj jnb p3.1,szzc retszzj: mov a,r8 inc a mov r8,a nop nop nop acall szz retszzc: mov a,r8 dec a mov r8,a nop nop nop acall szz retbj: mov a,r0 mov b,r8 cly c subb a,b jnb c,da jb c,xi setb p2.6 retda: mov p2,00h setb p2.7 retxi: mov p2,00h setb p2.5 ret xish: mov p0,#01h 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employment tribunal, even if you haventappealedagainst the disciplinary action your employer has taken against you. however, if you win your case, the tribunal may reduce any compensation awarded to you as a result of your failure to appeal.remember that in most cases you must make an application to an employment tribunal within three months of the date when the event you are complaining about happened. if your application is received after this time limit, the tribunal will not usually accept i.if you are worried about how the time limits apply to you, take advice from one of the organisations listed underfurther help.employment tribunals are less formal than some other courts, but it is still a legal process and you will need to give evidence under an oath or affirmation.most people find making a claim to an employment tribunal challenging. if you are thinking about making a claim to an employment tribunal, you should get help straight away from one of the organisations listed underfurther help.if you are being represented by a solicitor at the tribunal, they may ask you to sign an agreement where you pay their fee out of your compensation if you win the case. this is known as adamages-based agreement. in england and wales, your solicitor cant charge you more than 35% of your compensation if you win the case.if you are thinking about signing up for a damages-based agreement, you should make sure youre clear about the terms of the agreement. it might be best to get advice from an experienced adviser, for example, at a citizens advice bureau. to find your nearest cab, including those that give advice by e-mail, click onnearest cab.for more information about making a claim to an employment tribunal, seeemployment tribunals.the (lack of) air up there watch mcayman islands-based webb, the head of fifas anti-racism taskforce, is in london for the football associations 150th anniversary celebrations and will attend citys premier league match at chelsea on sunday.i am going to be at the match tomorrow and i have asked to meet