单片机应用系统设计说明书.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除单片机应用系统设计说明书 设计题目： 温度控制系统设计 自动化学院 一、系统设计小组工作分工序号成员工作分工1 LCD1602显示2 18b20温度检测3二系统设计目标我的设计是基于STC98C52系列单片机的温度控制系统，以DS18B20作为温度检测元件，实时监测温度；以LCD1602显示实时温度、预设温度以及PID调节参数的设定。三系统方案设计1. 单片机选型STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周 期可以任意选择。单片机主要特性如下： 1. 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任 意选择，指令代码完全兼容传统 8051. 2. 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机） 3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工 作频率可达 48MHz 4. 用户应用程序空间为 8K 字节 5. 片上集成 512 字节 RAM 6. 通用 I/O 口 （32 个） 复位后为： ， P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片 8. 具有 EEPROM 功能 9. 具有看门狗功能 10. 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2 11. 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒 12. 通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART 13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） P0 端口（P0.0P0.7 P0.7，3932 引脚） ：P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/O 口。作为输出端口，每个引脚能驱动 8 个 TTL 负载，对端口 P0 写入 每个引脚能驱动 写入“1”时，可 以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时 在访问外部程序和数据存储器时，P0 口也可以提供低 8 位 地址和 8 位数据的复用总线 位数据的复用总线。此时，P0 口内部上拉电阻有效。在 Flash ROM 编 在 程时，P0 端口接收指令字节 端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节 则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。 P1 端口（P1.0P1.7，18 引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向 I/O口。P1 的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL 输入。对端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流 。 P2 端口（P2.0P2.7，2128 引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双 向 I/O 端口。P2 的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2 作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会 输出一个电流（I） 。 P3 端口（P3.0P3.7，1017 引脚） ：P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P3 的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端 口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3 做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。 RST（9 引脚） ：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效， 用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST 引脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功 能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 ALE/ ROG （30 引脚） 地址锁存控制信号 ： （ALE） 是访问外部程序存储器时， 锁存低 8 B位地址的输出脉冲。在 Flash 编程时，此引脚（ ROG）也用作编程输入 脉冲。 2.温度传感器DS18B20单线数字温度传感器。提供计9位(二进制)温度读数，指示器件温度。信息经过单线接口送入DS18B20送出，因此从主机CPU到DS18B20仅需一条线（和地线）。DS18B20的电源可以有数据本身提供而不需要外部电源。以为每一个DS18B20在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个DS18B20可以放在同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件DSl820的测量范围从-55到+125增量值为0.5可在l s(典型值)内把温度变换成数字。DSl8B20中还有用于贮存测得的温度值的两个8位存贮器RAM编号为0号和1号。1号存贮器存放温度值的符号，如果温度为负()，则1号存贮器8位全为1，否则全为0。0号存贮器用于存放温度值的补码，LSB(最低位)的“1”表示0.5将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以2就得到被测温度值(-55125)。每只DS18B20都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长；采取外部供电方式则多用一根导线，但测量速度较快。 3.液晶显示 1602液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。管脚功能：第1脚：VSS为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第15脚背光正极。第16脚背光负极。四硬件电路设计及描述五软件设计及描述1.主程序流程图：单片机上电，LCD1602液晶初始化，定时器T0、T1初始化，之后进入循环函数，键盘扫描；读取温度；送去LCD1602显示。定时器T0 2秒终端一次，调用PID程序，即每两秒进行一次PID运算。定时器T1为PWM波形生成函数。2、源程序代码#include#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P23;/ds18b20与单片机连接口sbit RS=P25;/1602sbit RW=P26;/1602sbit EN=P27;/1602sbit out=P17;unsigned char code str1=T . ;unsigned char code str2=t . ;unsigned char code str3=P . I . D . ;char data disdata5;uint tvalue;/温度值 k 为return返回值uchar k,flag;uint a;/a timer1定时时间参数uchar tflag;/温度正负标志uchar setflag;/模式标志uchar flagdat;char num,bai,shi,ge,xiaoshu,Kp_ge,Kp_xiao,Ki_ge,Ki_xiao,Kd_ge,Kd_xiao;sbit setkey=P32;/模式键1sbit up_key=P33; /加键sbit down_key=P34;/减键uchar count,EkFlag3; / 输出时间单位计数器uint Ek3,RK,CK,Uk,KP,KI,KD; /RK设定值；CK实际值；Uk输出电压/*函数声明*/ void PIDOutput ();void PIDOperation (); /*PID调节程序*/void delay1ms( uchar ms)/延时1毫秒（不够精确的） uchar i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j CK ) /设定值大于实际值否？if( RK - CK 100 ) /偏差大于10否？ Uk = 100; /偏差大于10为上限幅值输出(全速加热) else Temp0 = RK - CK; /偏差=10,计算E(k)Ek2 = Ek1; Ek1 = Ek0; Ek0 = Temp0;Uk=KP*Ek0-KI*Ek1+KD*Ek2; else Uk=0; void PIDOutput (void) static char i;i=Uk;if(i=100) ET1=0;TR1=0;out=1; if(i=0)ET1=0;TR1=0;out=0;if(i0)/如定时中断为40MS,40MS*5=0.2S(输出时间单位),加热周期20S(100等份) /每20S PID运算一次 ET1=1; TR1=1; a=655*i+3*i/10; /*lcd1602程序*/void wr_com(unsigned char com)/写指令/ delay1ms(1); RS=0; RW=0; EN=0; P0=com; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0;void wr_dat(unsigned char dat)/写数据/ delay1ms(1); RS=1; RW=0; EN=0; P0=dat; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0;void lcd_init()/初始化设置/delay1ms(15);wr_com(0x38);delay1ms(5); wr_com(0x08);delay1ms(5); wr_com(0x01);delay1ms(5); wr_com(0x06);delay1ms(5); wr_com(0x0c);delay1ms(5);void display(unsigned char *p)/显示/while(*p!=0)wr_dat(*p);p+;delay1ms(1);init_play()/初始化显示 lcd_init(); wr_com(0x80);display(str1);wr_com(0x88);display(str2);wr_com(0xc0);display(str3);num=0;bai=0;shi=0;ge=0;xiaoshu=0;return(k);/*温度按键程序*/void key()if(setkey=0)delay1ms(100);if(setkey=0)setflag+;if(setflag=12)setflag=0;while(setkey=0);if(up_key=0)&(setflag!=0) delay1ms(100); if(up_key=0) num+;if(num=10)num=0;switch(setflag)case 0: ;break;case 1: if(num%2=0) wr_com(0x89);wr_dat(0x20); elsewr_com(0x89);wr_dat(0x2d);break;case 2: if(num=0)wr_com(0x8a);wr_dat(0x20);bai=num;elsewr_com(0x8a);wr_dat(num+0x30);bai=num;break;case 3: if(bai=0)&(num=0)wr_com(0x8b);wr_dat(0x20);shi=num;elsewr_com(0x8b);wr_dat(num+0x30);shi=num;break;case 4: wr_com(0x8c);wr_dat(num+0x30);wr_com(0x8d); wr_dat(0x2e);/显示小数点 ge=num;break;case 5: wr_com(0x8e);wr_dat(num+0x30);xiaoshu=num;break;case 6: wr_com(0xc1);wr_dat(num+0x30);Kp_ge=num;wr_com(0xc2); wr_dat(0x2e);/显示小数点 break;case 7: wr_com(0xc3);wr_dat(num+0x30);Kp_xiao=num;break;case 8: wr_com(0xc6);wr_dat(num+0x30);wr_com(0xc7); wr_dat(0x2e);/显示小数点 Ki_ge=num;break;case 9: wr_com(0xc8);wr_dat(num+0x30);Ki_xiao=num;break;case 10: wr_com(0xcb);wr_dat(num+0x30);Kd_ge=num;wr_com(0xcc); wr_dat(0x2e);/显示小数点 break;case 11: wr_com(0xcd);wr_dat(num+0x30);Kd_xiao=num;break; if(down_key=0)&(setflag!=0) delay1ms(100); if(down_key=0) num-;if(num0;i-) DQ = 0; /给脉冲信号 dat=1; DQ = 1; /给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*写数据*/unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; wdata=1; read_temp()/*读取温度值并转换*/uchar a,b;ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳过读序列号*/ds1820wr(0x44);/*启动温度转换*/ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳过读序列号*/ ds1820wr(0xbe);/*读取温度*/ a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue=8;tvalue=tvalue|a; if(tvalue0x0fff) tflag=0; else tvalue=tvalue+1;tflag=1; tvalue=tvalue*(0.625);/温度值扩大10倍，精确到1位小数return(tvalue);/*/void ds1820disp()/温度值显示 uchar flagdat; disdata0=tvalue/1000+0x30;/百位数 disdata1=tvalue%1000/100+0x30;/十位数 disdata2=tvalue%100/10+0x30;/个位数 disdata3=tvalue%10+0x30;/小数位 if(tflag=0) flagdat=0x20;/正温度不显示符号 else flagdat=0x2d;/负温度显示负号:- if(disdata0=0x30) disdata0=0x20;/如果百位为0，不显示 if(disdata1=0x30) disdata1=0x20;/如果百位为0，十位为0也不显示 wr_com(0x81); wr_dat(flagdat);/显示符号位 wr_com(0x82); wr_dat(disdata0);/显示百位 wr_com(0x83); wr_dat(disdata1);/显示十位 wr_com(0x84); wr_dat(disdata2);/显示个位 wr_com(0x85); wr_dat(0x2e);/显示小数点 wr_com(0x86); wr_dat(disdata3);/显示小数位 /*加热程序*/void init_time0()TMOD=0x11;/T0初始化方式1,定时TH0=(65536-50000)/256;/TH0,TL0装入定时50mS的初值TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-20000)/256;TL0=(65536-20000)%256;TR0=1;/启动T0工作ET0=1;/允许T0溢出中断EA=1;void timer0_isr(void) interrupt 1 static uchar s=0;/秒计数器TH0=(65536-50000)/256;/TH0,TL0装入定时50mS的初值TL0=(65536-50000)%256;s+;if(s=40)s=0;PIDOperation (); if(RK=0)&(RK!=CK)/刚开始上电空操作;elsePIDOutput ();TR1=1; void timer1_isr(void) interrupt 3if(flag=1)flag=0;out=1;TH1=(65536-a)/256;/TH0,TL0装入定时50mS的初值TL1=(65536-a)%256; else flag=1;out=0;TH1=a/256;/TH0,TL0装入定时50mS的初值TL1=a%256;/*主程序*/void main() out=0;init_play(); /初始化显示init_time0(); /定时器T0初始化 while(1) key(); /键盘温度扫描read_temp(); /读取温度 ds1820disp();/显示 六设计调试过程及结果1.调试结果2.结果分析 在运行仿真结果时通过改变温度传感器DS18B20的温度，然后调用各种子函数，可以改变液晶显示1602的第二行显示数据，说明程序编写正确。 3.系统设计电路的特点和方案的优缺点 我们组设计的数字温度计系统知识运用简单的AT89S52芯片的I/O口传输功能，通过几个小的读数据、传递数据、延时子函数实现温度的读取传输功能，是比较简单，容易实现的，所以我们的系统只是实现了一些简单的功能，系统整体来说比较简易，但好像这个温度计没有多大的应用价值，所以我们后续分析觉得这个系统可以加一个温度复位系统提高AT89S52芯片的功能价值，也提高数字温度计的智能价值，还可以增加一个报警子函数，实现智能数字温度计更高的应用价值七系统设计体会1.心得体会李键： 本次设计是基于STC89C52单片机的温度调节系统设计。刚开始打算用数码管显示实时温度、预设温度以及PID调节参数显示，可是由于数码管的位数限制显示不方便，就决定采用LCD1602进行显示，而且需要调节电阻来调节背光，使显示的字符更加清晰。PID的参数和预设温度是通过独立按键实现的。还有在编写数字PID程序时，定义的字符占用的空间太大导致超出了单片机的容量，通过降低精度的要求将变量位数定义减小，以达到减小占用的目的。由于整个系统的程序很长，导致单片机运行有时混不稳定，反映会很慢，有些参数的调节会出现显示与实际输入值不相符的现象。通过本次设计了解的更多关于单片机的知识，对书本上学到的东西进行了强化。1.心得体会禹鑫：通过这次对数字温度计的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字温度计的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高。问题一：改变环境温度时，LCD1602上的显示温度值有很大延迟；解决办法：经过查找资料重新改写了LCD1602的驱动程序，并减少使用case语句，最终达