温度控制系统.ppt

基于单片机的温度控制系统 班级 计控0902姓名 赵瑞涛 朱文静 邢璐指导老师 王瑾 温度控制系统的总体设计 根据课题任务的要求 该系统具有温度的采集 显示以及在特定范围内报警和特定范围内启动电机击功能 设计系统硬件框图如图一所示 温度控制系统硬件框图 图一 温度系统的硬件电路 单片机控制模块温度数据采集模块温度显示模块键盘扫描模块 单片机控制模块 单片机是由运算器 控制器 存储器 输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的 单片机是把包括运算器 控制器 少量的存储器 最基本的输入输出口电路 串行口电路 中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上 单片机主要特性 8031CPU与MCS 51兼容 4K字节可编程FLASH存储器 寿命 1000写 擦循环 全静态工作 0Hz 24KHz 三级程序存储器保密锁定 128 8位内部RAM 32条可编程I O线 两个16位定时器 计数器 6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 单片机引脚说明 MCS 51系列单片机中的8031 8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构 右图是它们的引脚配置 40个引脚中 正电源和地线两根 外置石英振荡器的时钟线两根 4组8位共32个I O口 中断口线与P3口线复用 P0口 P0口为一个8位漏极开路双向I 0口 每引脚可吸收8TTL门电流 当P1口的管脚第一次写 1 时 被定义位高阻输入 P1口 是一个内部提供上拉电阻的8位双向I O口 P1缓冲器能接收输出4TTL门电流 P2口 P2口为一个内部具有上拉电阻的8位双向I O口 P2口缓冲器可接收输出4个TTL门电流 当P2口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输入 作为输入时 P2口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 当P2口用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时 P2口输出地址的高8位 在给地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外部八位地址数据存储器进行读写时 P2口输出特殊功能寄存器的内容 P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号 P3口也可以作为AT89C51的一些特殊功能口 如下所示 P3 4T0 计时器0外部输入 P3 5T1 计时器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0 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 温度数据采集模块 DS18B20简介单片机的接口信号是数字信号 要想用单片机获取温度这类非电信号的信息 必须使用温度传感器 将温度信息转换为电流或电压输出 如果转换后的电流或电压输出时模拟信号 还必须进行A D转换 以满足单片机接口的需要 传统的温度检测大多以热敏电阻作为温度传感器 但是 热敏电阻的可靠性较差 测量温度准确率低 而且还必须经专门的接口电路转换成数字信号后才能由单片机进行处理 20世纪90年代中期出现了智能温度传感器 亦称数字温度传感器 智能温度传感器的内部都包含温度传感器 A D转换器 信号处理器 存储器 寄存器 和接口电路 其特点是能直接输出数字化的温度数据及相关的温度控制量 适配各种微控制器 MCU 其中由DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20就是一种应用相当广泛的单总线数字温度传感器 DS18B20测温范围 55 C 125 C 测温分辨率可达0 0625 C 被测温度用符号扩展的16位补码形式串行输出 CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信 占用微处理器的断后较少 可节省大量的引线和逻辑电路 DS18B20元件图如图3 2 1所示 DS18B20的性能特点如下 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上 实现多点组网功能 无须外部器件 可通过数据线供电 电压范围为3 0 5 5 零待机功耗 温度以9或12位数字 用户可定义报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度 温度报警条件 的器件 负电压特性 电源极性接反时 温度计不会因发热而烧毁 但不能正常工作 图二DS18B20元件图 2020 3 17 11 可编辑 DS18B20测温原理DS18B20低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小 用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1 高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变 所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入 当计数门打开时 DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数 进而完成温度测量 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定 每次测量前 首先将 55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中 减法计数器1和温度寄存器被预置在 55 所对应的一个基数值 减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数 当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1 减法计数器1的预置将重新被装入 减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数 如此循环直到减法计数器2计数到0时 停止温度寄存器值的累加 此时温度寄存器中的数值即为所测温度 此外 用斜率累加器补偿和修正测温过程中的非线性 其输出用于修正减法计数器的预置值 只要计数门仍未关闭就重复上述过程 直至温度寄存器值达到被测温度值 温度显示模块 LCD显示LCD显示器分为字段显示和字符显示两种 其中字段显示与LED显示相似 只要送对应的信号到相应的管脚就能显示 字符显示是根据需要显示基本字符 本设计采用的是字符型显示 系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息 与传统的LED数码管显示器件相比 液晶显示模块具有体积小 功能低 显示内容丰富等优点 而且不需要外加驱动电路 现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常见的显示器件了 LCD1602可以显示2行16个汉字 LCD1602模块的引脚如图 键盘扫描模块 矩阵式键盘矩阵式键盘的结构如图所示 图中列线Y3 Y0 P1 7 P1 4 定义为输出口 行线X3 X0 P1 3 P1 0 定义为输出口 在程序控制下 首先使列线Y3 P1 7 为低电平 其余三根列线Y2 Y0 P1 6 P1 4 为高电平 然后单片机通过输入口读出行线的状态 如果X3 X0 P1 3 P1 0 都为高电平 则说明此列上无键闭合 如果X3 X0 P1 3 P1 0 中有一个不为高电平 则说明此列上有键闭合闭合键为低电平的行线和Y3相交的键 如果Y3这一列线上没有没有键闭合 接着再使Y2列线为低电平 其余的列线为高电平 用同样的方法检查Y2这一列上有无键闭合 以此类推 最后使Y0为低电平 其余的列为高电平 检查Y0这一列