基于单片机的温度控制系统的设计(标准格式+附加程序)

1、 基于单片机的温度控制系统的设计中文摘要摘要： 随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用 ，在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计论述了一种以STC89C52单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。系统设计了相关的硬件电路和相关应用程序。硬件电路主要包括STC89C52单片机最小系统、测温电路、LCD液晶显示电路以及上下温报警模块电路等。系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，计算温度程序，LCD显示程序、上下温限制程序以及数据存储程序等。1引言 本设计

2、内容是温度测试控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如温度、水池、发酵缸、电源灯场所的温度控制。本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它实用简单、功能强大、小巧美观、便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。温度控制完成的功能 本设计时针对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能，LCD液晶屏显示温度，当温度低于设定下限温度时，系统中绿灯显示进行报警；当温度高于设定上限温度时，系统中红灯显示进行报警。2总体方案设计 方案一：采用热敏电阻传感器。利用热敏电阻随温度变化而显著变化，能直接将温度的变化转换为能量的变化，进而制

3、成温度计。但是其测温传感器比较复杂，而且不易通过编制程序来控制测温精度，增大系统设计的难度。 方案二：采用DS18B20温度传感器。DS18B20内部3脚（或8脚）封装；使用特有的温度测量技术，将被测温度转换成数值信号；3.05.5V的电源供电方式和寄生电源供电方式；ROM由64位二进制数字组成，共分为8个字节；RAM由9个字节的高速暂存器和非易失性电擦写ROM组成。 单片机芯片AT89C51复位电路晶振控制1602 显示器温度检测电路DS18B20报警温度调整键蜂鸣器，指示灯3.1硬件电路概述 系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。本电路是由52单片机为控制核心，具有与MC

4、S-51系列单片机完全兼容，程序加密等功能；显示电路由1602液晶显示模块芯片，可以进行多行显示；温度报警按键设为五个，可以显示华氏温度，调节高低报警温度；温度传感器电路主要由DS18B20测温器件构成，该器件主要功能有：采用单总线技术；每只DS18B20具有一个独立的不可修改的64位序列号；低压供电，电源范围为35V；测温范围为-20+125，误差为±0.5；复位电路是10K电阻构成的上电自动复位。3.2主控电路 52单片机具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。晶振采用12MHZ。复位电路采

5、用上电加自动复位。 主控芯片STC89C52 晶振电路 复位电路 3.3显示电路 本设计显示电路采用1602液晶显示模块芯片，该芯片可现实16x2个字符，比以前的七段数码管LED显示器在显示字符的数量上要多得多。另外，由于1602芯片编程比较简单，界面直观，因此更加易于使用者的操作和观测。图：液晶显示电路3.6温度传感器及测温原理 DS18B2测温原理图DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其引脚排列及内部结构框图如图及测温原理图如下所示：图 引脚排列图 内部结构框图预置斜率累加器比较低温度系数振荡器计数器1温度寄存器Tx预置=0高温度系数振荡器-0计数器2T1加1停止T2图

6、DS18B20测温原理图3.6.3 DS18B20的测温原理 DS18B20的测温原理是：器件中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振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，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，首先将最低温所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在最低温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

7、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计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。3.6.4 DS18B20的测温电路4系统软件算法设计 4.1 主程序主程序主要负责温度的实时显示，读出并处理DS18B20的测量温度值。温度测量每1s进行一次。4.2 读出温度子程序读出温度子程的主要功能是读出RAM中的9字节。在读出时须进行CRC校

8、验，校验有错时不能进行温度数据的改写。4.3 温度转换命令子程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令。当采用12位分辨率时，转换时间约为750 ms。在本程序设计中，采用1s显示程序延时法等待转换的完成。4.4 计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取的值进行BCD码的抓换运算，并进行温度值正负的判断。4.5 显示数据刷新子程序 显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高数据显示位为0时，将符号显示位移入下一位。5 程序流程图 Y发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作，CRC校验9字节完？结束CRC校验正确？移入温度暂存器NYN初始化显

9、示调用子程序1s到？初次上电？读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令 主程序流程图 读出温度子程序流程图 发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令结束开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算小数位温度BCD值计算整数位温度BCD值结束置“+”标志YN 温度转换命子程序流程图 计算温度子程序流程图 温度数据移入显示寄存器十位数0？百位数0？百位数显示数据（不显示符号）十位数显示符号百位数不显示结束 显示数据刷新子程序流程图 Y NYN 5.2系统图参考文献1 柴钰. 单片机原理及应用M. 西安电子科技大学出版社. 2009.2 马忠梅. 单片机的C语言应用M. 北

10、京航空航天大学出版社. 2003.3 李朝青. 单片机原理及接口技术M.北京航空航天大学出版社.2005.4 张毅刚. MCS-51单片机应用设计M.哈工大出版社.2004.七、设计程序#include<reg52.h> /包含单片机寄存器的头文件 #include<intrins.h> /包含_nop_()函数定义的头文件 #define uchar unsigned charunsigned char code digit10="0123456789" /定义字符数组显示数字 unsigned char code Str="Test b

11、y DS18B20" /说明显示的是温度 unsigned char code Error="Error!Check!" /说明没有检测到DS18B20unsigned char code Temp="Temp:" /说明显示的是温度 unsigned char code Cent="Cent" /温度单位 unsigned char TN;int l=23,h=26;/*以下是对液晶模块的操作程序 */sbit RS=P20; /寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚 sbit RW=P21; /读写选择位，将RW位定义

12、为P2.1引脚 sbit E=P22; /使能信号位，将E位定义为P2.2引脚 sbit BF=P07; /忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚sbit low=P31;sbit high=P32;uchar bz=1;/*函数功能：延时1ms(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒 */void delay1ms()unsigned char i,j; for(i=0;i<10;i+)for(j=0;j<33;j+); /*函数功能：延时若干毫秒 入口参数：n*/void delaynms(unsigned char n)

13、unsigned char i;for(i=0;i<n;i+)delay1ms();/*函数功能：判断液晶模块的忙碌状态 返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙 */bit BusyTest(void)bit result;RS=0; /根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态 RW=1;E=1; /E=1，才允许读写 _nop_(); /空操作 _nop_();_nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 result=BF; /将忙碌标志电平赋给resultE=0; /将E恢复低电平 return result;/*

14、函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块 入口参数：dictate*/void WriteInstruction (unsigned char dictate) while(BusyTest()=1); /如果忙就等待 RS=0; /根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令 RW=0; E=0; /E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， / 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"_nop_();_nop_(); /空操作两个机器周期，给硬件反应时间 P0=dictate; /将数据送入P0口，即写入指令或地址 _nop_();_nop_();

15、_nop_();_nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=1; /E置高电平 _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=0; /当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 /*函数功能：指定字符显示的实际地址 入口参数：x*/void WriteAddress(unsigned char x)WriteInstruction(x|0x80); /显示位置的确定方法规定为"80H+地址码x"/*函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块 入口参数：y(为字符常量)*/void

16、 WriteData(unsigned char y)while(BusyTest()=1); RS=1; /RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据 RW=0;E=0; /E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， / 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"P0=y; /将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块 _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=1; /E置高电平 _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=0; /当E由高

17、电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 /*函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置 */void LcdInitiate(void)delaynms(15); /延时15ms，首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间 WriteInstruction(0x38); /显示模式设置：16×2显示，5×7点阵，8位数据接口 delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x38);delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x38); /连续三次，确保初始化成功 delay

18、nms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x0c); /显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁 delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x06); /显示模式设置：光标右移，字符不移 delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x01); /清屏幕指令，将以前的显示内容清除 delaynms(5); /延时5ms，给硬件一点反应时间 /*以下是DS18B20的操作程序 */ sbit DQ=P33;unsigned char time; /设

19、置全局变量，专门用于严格延时 /*函数功能：将DS18B20传感器初始化，读取应答信号 出口参数：flag */bit Init_DS18B20(void) bit flag; /储存DS18B20是否存在的标志，flag=0，表示存在；flag=1，表示不存在 DQ = 1; /先将数据线拉高 for(time=0;time<2;time+) /略微延时约6微秒 ;DQ = 0; /再将数据线从高拉低，要求保持480960usfor(time=0;time<200;time+) /略微延时约600微秒 ; /以向DS18B20发出一持续480960us的低电平复位脉冲 DQ =

20、1; /释放数据线（将数据线拉高） for(time=0;time<10;time+); /延时约30us（释放总线后需等待1560us让DS18B20输出存在脉冲） flag=DQ; /让单片机检测是否输出了存在脉冲（DQ=0表示存在） for(time=0;time<200;time+) /延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕 ;return (flag); /返回检测成功标志 /*函数功能：从DS18B20读取一个字节数据 出口参数：dat*/ unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0; unsigned char da

21、t; /储存读出的一个字节数据 for (i=0;i<8;i+)DQ =1; / 先将数据线拉高 _nop_(); /等待一个机器周期 DQ = 0; /单片机从DS18B20读书据时,将数据线从高拉低即启动读时序 dat>>=1;_nop_(); /等待一个机器周期 DQ = 1; /将数据线"人为"拉高,为单片机检测DS18B20的输出电平作准备 for(time=0;time<2;time+); /延时约6us，使主机在15us内采样 if(DQ=1)dat|=0x80; /如果读到的数据是1，则将1存入datelsedat|=0x00;/如果

22、读到的数据是0，则将0存入dat/将单片机检测到的电平信号DQ存入ri for(time=0;time<8;time+); /延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期 return(dat); /返回读出的十进制数据 /*函数功能：向DS18B20写入一个字节数据 入口参数：dat*/ void WriteOneChar(unsigned char dat)unsigned char i=0;for (i=0; i<8; i+)DQ =1; / 先将数据线拉高 _nop_(); /等待一个机器周期 DQ=0; /将数据线从高拉低时即启动写时序 DQ=dat&0x0

23、1; /利用与运算取出要写的某位二进制数据,/并将其送到数据线上等待DS18B20采样 for(time=0;time<10;time+) ;/延时约30us，DS18B20在拉低后的约1560us期间从数据线上采样 DQ=1; /释放数据线 for(time=0;time<1;time+);/延时3us,两个写时序间至少需要1us的恢复期 dat>>=1; /将dat中的各二进制位数据右移1位 for(time=0;time<4;time+); /稍作延时,给硬件一点反应时间 /*以下是与温度有关的显示设置 */*函数功能：显示没有检测到DS18B20*/ vo

24、id display_error(void)unsigned char i;WriteAddress(0x00); /写显示地址，将在第1行第1列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示 while(Errori != '0') /只要没有写到结束标志，就继续写 WriteData(Errori); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符 delaynms(100); /延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明 while(1) /进入死循环，等待查明原因 ;/*函数功能：显示说明信息 */ void display_explain(void)unsigned

25、 char i;WriteAddress(0x00); /写显示地址，将在第1行第1列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示 while(Stri != '0') /只要没有写到结束标志，就继续写 WriteData(Stri); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符 delaynms(100); /延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明 void beep() uchar i; for(i=0;i<100;i+) delaynms(1); /*函数功能：显示温度符号 */ void display_symbol(void)unsigned cha

26、r i;WriteAddress(0x40); /写显示地址，将在第2行第1列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示 while(Tempi != '0') /只要没有写到结束标志，就继续写 WriteData(Tempi); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符 delaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间 /*函数功能：显示温度的小数点 */ void display_dot(void) WriteAddress(0x49); /写显示地址，将在第2行第10列开始显示 WriteData('.'); /将小数点的字符常量写入L

27、CDdelaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间 /*函数功能：显示温度的单位(Cent)*/ void display_cent(void)unsigned char i; WriteAddress(0x4c); /写显示地址，将在第2行第13列开始显示 i = 0; /从第一个字符开始显示 while(Centi != '0') /只要没有写到结束标志，就继续写 WriteData(Centi); /将字符常量写入LCDi+; /指向下一个字符 delaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间 /*函数功能：显示温度的整数部分 入口参数：x*/ vo

28、id display_temp1(unsigned char x)unsigned char j,k,l; /j,k,l分别储存温度的百位、十位和个位 j=x/100; /取百位 k=(x%100)/10; /取十位 l=x%10; /取个位 WriteAddress(0x46); /写显示地址,将在第2行第7列开始显示 WriteData(digitj); /将百位数字的字符常量写入LCDWriteData(digitk); /将十位数字的字符常量写入LCDWriteData(digitl); /将个位数字的字符常量写入LCDdelaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间 /*函数功能：显示温度的小数数部分 入口参数：x*/ void display_temp2(unsigned char x)WriteAddress(0x4a); /写显示地址,将在第2行第11列开始显示 WriteData(digitx); /将小数部分的第一位数字字符常量写入LCDdelaynms(50); /延时1ms给硬件一点反应时间 /*函数功能：做好读温度的准备 */ void ReadyReadTemp(void)Init_DS18B20(); /将DS18B20初始化 WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序