单片机课程设计——基于51单片机的温度控制系统设计

单片机课程设计报告主题：温度控制系统设计学院：通信信息工程学院专业：测量技术和仪器专业班级：监视三个班级成员：徐县二一四年六月十二日一、引言温度是工业控制的主要受控参数之一，尤其在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有重要的重要作用。 场所、工艺、必要温度的高低范围、精度不同，采用的测温元件、测定方法、温度的控制方法也不同，控制温度的精度不同，时效不同，数据收集的精度和采用的控制算法也不同，因此温度的测定方法多种多样。随着电子技术和微机的快速发展，微机的测量和控制技术也得到了快速发展和广泛应用。 利用微机测温技术也产生了，日益发展完善，越来越显示优势。作为获取信息的手段，传感器技术取得了显着进步，其应用领域广泛。 传感器技术已经成为衡量国家科技发展水平的重要指标之一。 因此，了解和掌握各种传感器的基本结构、工作原理和特性是非常重要的。为了提高传感器的认识和理解，特别是根据实用、广泛、典型的原则设计了温度传感器的深入研究及其使用方法和用途。 本系统结合传感器和单片机，应用性较强，本系统作为仓库温度监测系统，稍加改造即可构成热水器温度调节系统、实验室温度监测系统、智能电饭煲。 课题主要是完成环境温度监测，用单片机实现温度监测，用报警信号提示温度异常。 本设计具有操作简单、控制灵活等优点。本设计系统包括单片机、温度采集模块、显示模块、按键控制模块、报警和指示模块5个部分。 本文对各部分的功能、实现过程作了详细介绍。 系统整体核心进行温度监测，达到了课题的所有要求。二、实验的目的和要求2.1学习ds18b 20温度传感器芯片的结构和工作原理。2.2掌握led编码管显示的原理和编程方法。2.3掌握独立键盘的原理和使用方法。掌握2.451系列单片机的数据采集和处理方法。三、方案设计整体设计方案采用AT89C52单片机作为控制器，温度传感器采用DS18B20设计数字温度计，系统由主控制器、测温电路、显示电路、控制电路、报警和指示电路5个模块组成。 主控制器用单片机AT89C52来实现，测温电路用DS18B20温度传感器来实现，显示电路用4位LED数字代码管直读显示，报警指示电路由蜂鸣器和发光二次管构成，控制电路由键构成。 本设计中使用的数字温度计与以往的温度计相比，具有读取方便、测温范围广、测温准确等特点，其输出温度采用数字显示，主要用于温度精度高的场所和科学研究室，添加报警装置，可以超过限制温度发出报警信号，也可以调整报警的上下限温度。 该设计控制器使用单片机AT89C52，测温传感器使用DS18B20在4位公共阳极LED数字代码管上通过I/O端口传输数据，实现温度显示，并正确实现以上要求。四、实验原理用温度传感器芯片监测环境温度，将温度信号变换为数字信号，发送到单片机内部，单片机通过处理温度数据，用四位八段数字管显示周围温度，用蜂鸣器和发光二极管发出超限警报信号。 可通过按键操作改变警报温度的上下限。五、材料清单序列号名字型号/规格数量备注1单片机电脑STC89C52RC1U12温度传感器DS18B201U23电阻3k5R1、R2、R3、R4、R1241004R5、R6、R7、R85十公斤4R9、R13、R14、R1562001R1071k1R11系列8抵抗十公里1RP19静电电容30pF2C1，C210电解电容器22uF1C311晶体管9013(NPN )4Q1、Q2、Q3、Q4128550(PNP )1Q513发光二极管黄色1d1.d114红色1d2.d215绿色2D3，D416蜂鸣器1BUZ117按键4S1、S2、S3、S418石英振子11.0592MHz1X119四位八段数码管xd 3941战斗机1的双曲馀弦值六、基本芯片及其原理6.1单片机89C52是英特尔MCS-51系列单片机的基本产品，采用英特尔可靠的CHM操作系统技术生产的高性能8位单片机，是标准的MCS-51 h CMOS产品。 将HMOS的高速和高密度技术与CHMOS的低功耗特征相结合，根据标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51扩展单片机版本，将时钟输出与诸如上升或下降计数器等多种功能相结合89C52具有8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、32个8k片上程序存储器(rom )双向输入输出(I/O )端口、3个16位定时/计数器和5个二级中断结构、1个全双工串行通信端口、片上时钟发生器89C52还可以在低功耗模式下运行，并且可以通过两种软件选择空闲模式和停电模式。 在空闲模式下冻结CPU，RAM计时器、串行端口和中断系统保持其功能。 在停电模式下，保存RAM数据，停止时钟振荡，同时停止芯片内的其他功能。 89C52有PDIP(40pin )和PLCC(44pin )两种封装。本课程设计中使用的单片机为STC89C52单片机，是深圳宏晶科技生产的完全与英特尔公司MCS-51系列兼容的单片机。6.2温度传感器及其原理传感器DS18B20具有体积小、精度高、应用电压宽、能够采用第一线总线构建网络等优点，实用上取得了良好的测温效果。美国Dallas半导体公司的数字温度传感器DS1820是世界上第一个支持“单线总线”接口的温度传感器，其内部使用板(ON-B0ARD )专利技术。 所有的传感器元件和转换电路都集成在像晶体管一样的集成电路中。 “第一线总线”是独特经济的特点，用户可以轻松构建传感器网络，在测量系统的构建中引入新概念。目前下一代DS18B20体积小、经济实惠、灵活。 确保用户充分发挥“一线公共汽车”的优势。 与DS1820一样，DS18B20也支持“单线总线”接口，测量温度范围为-55C 125C、-10 85C，精度为0.5C。 现场温度采用“一线总线”数字方式直接传输，大大提高了系统抗干扰能力。 适合严酷环境的现场温度测量，例如环境控制、设备和过程控制、测温系统消耗电子产品等。 与上一代产品不同，新产品支持从3 v到5.5 v的电压范围，使系统设计更加灵活和方便。 而且，下一代产品更便宜，体积也更小。6.2.1 DS18B20的特性(1)自适应电压范围宽，电压范围为3.05.5V，寄生电源方式下可从数据线供电。(2)在独立的单线接口方式中，DS18B20在与微处理器连接时，只需1条端口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。(3)DS18B20支持多点网络功能，多个DS18B20可以在唯一的三条线上并联连接，实现网络多点测温。(4)DS18B20不需要使用中的任何外围元件，并且所有传感器元件和转换电路集成在集成电路如晶体管中。(5)温度范围-55 125，精度在-10 85下为0.5.(6)可编程分辨率为912位，对应的分辨率温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可进行高精度测温。(7)9位分辨率下最大以93.75ms将温度转换为数字，12位分辨率下最大以750ms将温度值转换为数字时，速度会更快。(8)测量结果能够直接输出数字温度信号，通过“单线总线”串行传输到CPU，同时能够传输CRC检查码，具有非常强的抗噪声纠错能力。(9)负压特性：电源极性相反时，芯片不会因发热而烧坏，但不能正常工作。6.2.2 DS18B20的内部结构和DS18B20的针脚阵列64位光刻ROM在发货前被光刻，可以看作是DS18B20的地址序列号。 设备地址的序列号不同。 DS18B20的内部结构主要由四部分组成： 64位相片ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发TH和TL、高速寄存器。针对DS18B20的定义：图DS18B20针定义(1)DQ是数字信号的输入输出端。(2)GND为电源地。(3)VDD是外部供电电源输入端(寄生电源配线方式时为接地)。6.2.3 DS18B20的编程(1)DS18B20的初始化：将数据线设为高电平“1”。延迟(这个时间不严格，但要求尽量短)数据线划至低电平“0”。750us (此时间范围可从480us到960us )。数据线划至高电平“1”。等待延迟(初始化成功后，从DS18B20返回的低电平“0”在1560毫秒的时间内发生。 注意虽然可以从该状态确定其存在，但不能无限期等待，否则程序进入死循环，因此进行超时控制。如果从CPU读取数据线上的低电平“0”起增加了延迟，则该延迟的时间从所发布的高电平起至少为480微秒(从第(5)步骤的时间起)。将数据线再次提升到高电平“1”后结束。初始化代码如下所示void ds_reset(void )装模作样char presence=1；while (持久性)装模作样while (持久性)装模作样DQ=1；_nop_ ()；_nop_ ()；DQ=0；delay(50 )DQ=1；delay(6)presence=DQ；以下称为delay(45 )presence=DQ；以下称为DQ=1；以下称为(2)DS18B20的写入：数据线先设定低电平“0”。延迟决定的时间为15us。从下位到上位的顺序发送字节(一次只发送1比特)。延迟时间为45us。将数据线划至高电平。重复上述(1)至(6)的操作，直到所有字节都被发送。最后提升数据线。歌剧代码如下所示void ds _ write (uchar ds _ wr数据)装模作样uchar i；for(i=8； i0； i- )装模作样DQ=1；_nop_ ()；_nop_ ()；DQ=0；_nop_ ()；_nop_ ()；_nop_ ()；_nop_ ()；DQ=ds_wrdata0x01； /最低位移检出delay(6)ds _ wr数据=ds _ wr数据/2； /1位右移以下称为DQ=1；delay(1)以下称为(3)DS18B20的读取动作：将数据线只提升“1”。迟到2美元。将数据线降低“0”。迟到15美元。将数据线只提升“1”。迟到15美元。读取数据线的状态，得到1个状态位，进行数据处理。晚点三十美元。读取操作程序代码如下所示uchar ds_read(void )装模作样uchar i；uchar value=0；for(i=8； i0； i- )装模作样DQ=1； _nop_ ()；_nop_ ()；value=1；DQ=0；_nop_ ()；_nop_ ()；_nop_ ()；_nop_ ()；DQ=1；_nop_ ()；_nop_ ()；_nop_ ()；_nop_ ()；if (dq )值|=0x 80；delay(6)以下称为DQ=1；return(value )以下称为6.2.4 DS18B20传感器的温度数据关系：图2温度传感器的温度数据关系6.2.5 DS18B20的外部供电方式：在外部电源供给方式中，从VDD端子访问DS18B20的动作电源，此时，无需强力拉伸I/O线，无需电源电流不足的问题，能够保证转换精度，并且在总线上理论上连接多个DS18B20传感器，能够构成多点测温系统。图3外部电源供给连接图七、系统框图本系统的设计由主控制器(单片机)、温度采集模块、温度显示模块、控制电路模块、报警和指示模块5个模块构成。 主控制器用单片机AT89C52实现，测温电路用DS18B20温度传感器实现，显示电路用4位LED数字代码管直接显示，报警指示电路由蜂鸣器和发光二次管构成，控制电路由键构成。系统框图如下所示P3.0P3.3P0.0P0.7P2.0P2.3P1.