基于单片机的温度控制仪本科毕业设计论文

1、本科毕业设计论文第1页共 26 页目 次1 绪论.32 系统的总体设计 .32.1 系统基本工作原理 . 32 . 2 系统总体设计方案 .42.2.1 主控制单片机选取 .42.2.2 温度传感器选取 . 42 . 3 系统总体设计框图 .43 系统的硬件设计 .53.1 主控制单元设计 .53.1.1 STC89C52 单片机的简介 .53.1.2 STC89C52 单片机的引脚介绍 .63.1.3 STC89C52 单片机的工作模式 .83.1.4 降低单片机对外部的电磁辐射 (EMI).83.2 温度采集单元设计 . 93.2.1 DS18B20 总体特性.93.2.2 DS18B20

2、 的引脚说明 .93.2.3 温度传感电路设计 .103. 3 按键输入单元设计 .103.3.1 按键电路工作原路 .103.3.2 按键原理图 .103. 4 显示电路单元设计 .113.4.1 LCD1602 模块的特点.113.4.2 LCD1602 模块的引脚定义.113.4.3 显示电路单元原理图 .124 系统的软件设计 .134 . 1 系统软件设计步骤 .134 . 2 系统设计流程 .134.2.1 系统设计总流程图 .134.2.2 DS18B20 温度测量子程序流程图 .134.2.3 显示子程序流程图 . 144.2.4 报警子程序流程图 .15本科毕业设计论文第2页

3、共 26 页5 系统调试.165.1 PROTEUS 软件简介.165.2 PROTEUS 的仿真.165.3 PROTEUS 的仿真结果 . 176 实物制作.206.1 实物焊接.206.2 遇到的问题及解决方法 .20结论.22致谢.23参考文献.24附录 A 系统原理图 .25附录 B 实物照片 .26本科毕业设计论文第3页共 26 页1 绪论温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产和日常生活中经常测量的物理 量，也是人类研究最早测量方法最多的物理量之一。温度对于工业生产的影响是很 大的，很重要的，因为在生产中，对温度的要求是很严格的，特别是一些先进的工 业生产。在工业生产和实验研究

4、中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械 制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的 参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的 工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度 和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境， 许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。 因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。温度对人类的生活也很重要，如果 温度突然改变了，人就会受到很大的影响，人类总是要利用外物降温保暖来保持一 定的温度，以便能够健康的生活。因此

5、对温度进行适时的控制对人们的生产和生活 具有重要的意义。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。本设计基于单片机系统的温度传感及温度过程控制研究，是对单片机及温度控 制一个很好的学习和提升自身的知识水平的机会。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。2 系统的总体设计2.1 系统基本工作原理本系统设计以单片机 STC89C52R 作为核心控制单元，以温度传感器 DS18B20 乍 为温度采集单元。温度传感器DS18B20 采集得到的 温度数字信号送 至单片机STC89C52R 进行处理，单片机 STC89C52R 进行运算后得到相应的温度值。此外由按 键输入单元输入设定温度至单片机 STC89C52RC 单片机 STC89C52

6、R 将采集到的温度 值与键盘输入的温度设定值进行比较，并根据比较结果做出相应的处理，例如超温 报警处理。采集温度和设定温度都可由显示电路显示出来。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。本科毕业设计论文第4页共 26 页2. 2 系统总体设计方案本设计在考虑整体方案选取时最主要考虑两个部分，一个是主控制单片机的选 取，另一个是温度传感器的选取。2.2.1 主控制单片机选取在本设计的温度控制系统中，选择的核心控制单片机是 STC89C52 该单片机为 51 系列增强型单片机，包含 32 个 I/O 口，片内含 8K flash 程序存储器，便于电擦 除和改写操作，而且价格便宜，使用该单片机完全可以完成本设计任务。

7、酽锕极額閉镇桧猪訣锥。2.2.2 温度传感器选取考虑到使用温度传感器，所以很容易想到数字温度传感器DS18B20 此传感器可直接被单片机读取所测温度，进行转换，且DS18B2 0 中还包含用于存储温度上下限值的寄存器，完全满足本设计要求。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。2. 3 系统总体设计框图温度控制电路设计总体设计方框图如图 2-1 所示：核心控制单元采用单片机STC89C52RC 温度传感器采用 DS18B20 系统中还包括电源电路，键盘输入电路，显 示电路等，此外该系统支持 ISP 单片机在线烧程。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。ISP数字温度传感器DS18B20按键输入显示电路温度控制超温报警本科毕业设

8、计论文第5页共 26 页3 系统的硬件设计3.1 主控制单元设计本设计温度控制系统的主控制单片机为 STC89C52 其特点如下：3.1.1 STC89C52 单片机的简介STC89 系列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。本设计选用的单片机型号为：STC89C52RC-40I-PDIP40,如图 3-1 为 STC89 系列单片机命名规则。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。STC89xxxxxx 40 xxxxxI何种對装；如PMP, PLCC- PQFP一11工业级*-4DI2 +85V c=商业级，or I-工作W+:25：工件荻宰可

9、到鮎li肌40；工点寂*可到50=工祜頻耶可割- HAU丈小：EC：KAM为石LZM+;3 为12的1-輕洋空闾丈小，如;51是血字札52 M8K字节53 15t字苜5是16K字节6S 32K字节，316是拠K字节-工作电压：C;5, 乩SVLE；3, 4V3. 8V- STC L3T/ar 8051图 3-1 STC89 系列单片机命名规则所选单片机型号 STC89C52RC- 40I-PDIP40 的特性如下：*工作电压范围：3.8V5V*工作频率范围：040MHz本科毕业设计论文第6页共 26 页*程序空间大小为：8K 子节RAM 大小为：512 字节32 个通用 I/O 口 P1/P2

10、/P3/P4具有 EEPROM 功能*具有看门狗功能3 个 16 位定时器/计数器，即定时器 T0、T1、T2工作温度范围：-40+85C（工业级）40 个引脚的 PDIP 封装3.1.2 STC89C52 单片机的引脚介绍如图 3-2 所示为 STC89C5 单片机的引脚图，其引脚介绍如下:图 3-2 STC89C52 单片机引脚图VCC （40 引脚）：电源电压VSS（20 引脚）：接地 P0 端口（ P0.0P0.7, 3932 弓|脚）:P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/OT2/P1. 0T2EX/P1.1P1. 2P1. 3P1. 4P1, 5P1. 6 F1. 7RSTRX

11、D/P3. 0 TXD/P3,1INT0/F3. 2ffm/F3. 3T0/P3.4T1/P3.SWP3. 6RD/P3.7 XTAL2 IXTAL1 ivssVCCPO. 0/ADOPO. 1/AD1PO. 2/AD2PO. 3/AD3P0.4/AD40 12 3 4PDIP4016 2619211112PO. E/AD5PO.6/AD6PO. 7/AD7EAALE/PROGPSEWF氛7/A15P2. 6/A14P2. E/A13P2. 4/A12P2. 3/AllP2.2/A1QP2. 1/A9P2. O/A8本科毕业设计论文第7页共 26 页口。作为输出端口，每个引脚能驱动 8 个 T

12、TL 负载，对端口 P0 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,P0 口也可以提供低8 位地址和 8 位数据的复用总线。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 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，这时可用作输入 口。此外，P1.0 和 P1.1 还可以作为定时器 /计数器 2 的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX）,具体参见表 3-1:鹅娅尽損鹌

13、惨歷茏鴛賴。引脚号功能特性P1.0T2 （定时器/计数器 2 外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX （定时器/计数器 2 捕获/重装触发和方向控制）表 3-1 定时器计数器功能特性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。在访问外部程序存储器和16 位地址的外部数据存储器时，P2 送出高 8 位地址；在访问 8 位地址的外部数据存储器时，P2 口引脚上的内容就是 专用寄存器（SF

14、R）区中的 P2 寄存器的内容，在整个访问期间不会改变。籟丛妈羥为贍债蛏练淨。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 口除作为一般 I/O 口外，还有其他一些复用功能，如表 3-2 所示：預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。引脚号复用功能P3.0RXD （串行输入口）P3.1TXD （串行输出口）P3.2（外部中断 0）P3.3（外部中断 1）本科毕业设计论文第8页共 26 页P3.4T0 （定时器

15、 0 的外部输入）P3.5T1 （定时器 1 的外部输入）P3.6（外部数据存储器与选通）P3.7（外部数据存储器读选通）表 3-2 P3 口的复用功能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，用来完成单片机的复位初始化操作。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。ALE/（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 位地址的输出脉冲。在 Flash 编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可作为外部定时器或时钟使用。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。（29 引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存

16、储器选通信号。当单片机从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。_/VPP（ 31 弓 I 脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH 的外部程序存储器读取指令，必须接 GND。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。XTAL1 （19 引脚）:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2 （18 引脚）：振荡器反相放大器的输入端。3.1.3 STC89C52 单片机的工作模式STC89C5 单片机共有 3 种工作模式，在每种工作模式下，都有超低的功耗：掉电模式：典型功耗0.1uA可由外部中断唤醒，中断返

17、回后继续执行原程序空闲模式：典型功耗 2mA正常工作模式：典型功耗 4mA7mA3.1.4 降低单片机对外部的电磁辐射（EMI）EMI 在电子行业中是需要被考虑的一个重要的要素，通过3 种设计方法可以降彳氐单片机 STC89C5 对外部干扰：坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。本科毕业设计论文第9页共 26 页禁止 ALE 时钟信号输出：使用汇编语言命令：MOV AUXR, #00000001B;ALEOFF 位置“ 1”，禁止 ALE 时钟输出。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。外部时钟频率降一半：如将单片机在ISP 烧录程序时设为双倍速（即 6T 模式，每个机器周期 6 时钟），则可将单片机外部时钟频率降低一半，有

18、效的 降低单片机时钟对外界的辐射買鯛鴯譖昙膚遙闫撷凄。*单片机内部时钟振荡器增益降低一半：在ISP 烧录程序时将 OSCDN 设为 1/2gain 可以有效的降低单片机时钟高频部分对外界的辐射。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。3. 2 温度采集单元设计本设计温度控制系统所采用的温度传感器为DS18B20 该传感器是美国 DSLLAS半导体公司推出的应用单总线技术的数字式温度传感器，其特点介绍如下：驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。3.2.1 DS18B20 总体特性单总线接口，单引脚通信特性 ROM 中存有独立的 64 位序列号多支路功能使分散感温应用简化无需外围器件支持*可用数据线供电；供电电压范围：5.5V13

19、V*温度测量范围:-55C +125C在-10C+85C温度范围内的测量精度为土 0.5C*可读出 9 到 12 位数字信号*在 750ms 内将温度转换位 12 位数字信号用户自定义的非易失性温度警报设置*警告搜索命令识别和温度超限器件寻址（设定温度警告）*应用范围包括：控温系统，工业系统，消费类产品，温度计及热敏系统3.2.2 DS18B20 的引脚说明本设计选用的是 3 引脚 TO-92 封装形式的 DS18B20 其引脚定义如表 3-3 :引脚名称功能1GND按地本科毕业设计论文第10页共 26 页2DQ数据输入/输出脚目对于单线操作：漏极开路3VDD可选的DD 引擲一当使用寄生 电源

20、时 VDD 必须接地表 3-3 DS18B20 的引脚定义3.2.3 温度传感电路设计数字传感器 DS18B20 采用 5V 外接供电，数据引脚 DQ 接单片机 P1.0，并通过4.7K 电阻上拉，如图 3-3 所示：猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3. 3 按键输入单元设计本设计采用的按键电路为独立式按键，独立式按键就是指每个按键相互独立， 每个按键都通过一根线与主控制芯片相对应的引脚连接。这种方法在操作上比较容 易实现，无需考虑太多的因素，比较适合简单的电路设计。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。3.3.1 按键电路工作原路按键电路相对来说还是比较简单的，按键的按下与否形成一个高低电平，主控 制芯片通过判断高低

21、电平来识别是否按键。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。按键电路采用中断模式，当有按键按下时，系统产生中断，单片机响应中断后, 开始查询键号，通过软件来实现该键号所对应的按键的功能。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。3.3.2 按键原理图本设计的按键实现原理图如图3-5 :1本科毕业设计论文第11页共 26 页S? ZS*CI图 5-3 按键设置增加温度上下限本科毕业设计论文第19页共 26 页挤貼綬电麥结鈺贖哓类。本科毕业设计论文第20页共 26 页超上限温度报警仿真结果：调节温度传感器 DS18B20 将采集到得温度设置至46C,使其大于上限温度 45C，可发现系统开始报警，二极管闪烁，如图5-4 所示赔荊紳谘侖驟

22、辽輩袜錈。图5-4超上限温度报警仿真结果图超下限温度报警仿真结果：调节温度传感器 DS18B20 将采集到得温度设置至24C,使其小于下限温度 25E，可发现系统开始报警，二极管闪烁，如图5-5 所示塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。IrerIrerD D為二驛T-C本科毕业设计论文第21页共 26 页图 5-5 超下限温度报警仿真结果图6 实物制作6.1 实物焊接本设计的实物是在 PCB 泡沫板上制作的，首先根据设计好的原理图制作 BOM 单，根据 BOM单准备齐所需的元件、导线及工具，然后在 PCB 泡沫板上排线，焊 接，制作出实物，具体见附录 B。裊樣祕廬廂颤谚鍘芈蔺。6.2 遇到的问题及解决方法尽

23、管本设计系统已在 PROTENU 仿真软件中仿真出结果，但是在实物焊接过程及 焊接完成后还是遇到了一些问题。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驚。问题 1: LCD 不亮实物焊接完成后，连接电源，但是发现 LCD 不亮，后经分析发现，LCD 莫块背光 电源的引脚，第 15 脚和第 16 脚没接，后经查阅 LCD1602 模块使用手册，发现问题， 并修改原理图，将第 15 脚接电源正极，第 16 脚接电源负极，LCD 背光源显示正常， 问题解决。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。问题 2: LCD 不显示本科毕业设计论文第22页共 26 页解决了第一个问题，又遇到了第二个问题，即尽管LCD 背景灯光有了，但是 LCD却没有

24、字符显示。后经仔细分析研究，查阅了一些资料，终于找到了原因。原来在 系统设计时直接将 LCD 第 3 引脚，即液晶驱动电源引脚直接电源 5V,但是 LCD 液晶 驱动电压并不是5V,最终通过在第 3 引脚接一个可变电阻器，调节电阻器的阻止改 变液晶驱动电压，最后发现液晶驱动电压降为 4V 时，LCD 液晶字符显示正常，问题 解决。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。本科毕业设计论文第23页共 26 页结论本设计以单片机 STC89C52 为系统控制核心，通过数字温度传感器DS18B2C 采集环境温度，并通过 LCD 显示系统显示出来，可通过按键设定温度范围，当采集到得 温度超出设定的温度范围时，可实现系统报

25、警，实时监控环境温度。本文通过 Proteus 仿真调试，可实现既定的设计要求。该设计还可以做一些扩展设计，比如 增加反馈电路，通过电磁继电器连接相应的加热或冷却系统，控制器监测温度超出 设定温度时，可实现系统的自动降温或升温工作，实现自动化控制。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。总之，通过完成这次的毕业设计，使我学习到了很多东西，不仅包括技术的， 还包括生活中的。通过本次的毕业设计制作，我对单片机，温度传感器，显示电路 等硬件设计都有了一些了解，也学会了一些软件设计相关的知识。但是更为重要的 是，通过本次的毕业设计制作，更能锻炼了我深入思考，研究解决问题的能力，使 我更懂得理论与实践相结合的重要性，理论更需要实践去检验。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。本科毕业设计论文第24页共 26 页首先，感谢我的指导老师刘明老师，在整个毕业设计过程中，刘老师给了我很 大的帮助，从毕业设计选题，到准备中期材料，再到毕业论文，刘老师给我提出了 很多宝贵的意见，再此我要对刘老师表示诚挚的感谢。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。