單片機溫度控制系統(tǒng)設計.doc

課程設計報告題 目：_溫度控制系統(tǒng)的設計_ 專 業(yè)：_電子信息工程_ _年 級： 2011級_ _ _學 號：_B1103_學生姓名： _聯(lián)系電話：_完成日期：2014 年12月18日目錄目錄1摘 要2ABSTRACT21 設計要求及方案選擇31.1設計要求31.2方案選擇32 理論分析與設計32.1溫度采集電路的分析及設計32.3直流電源電路的分析及設計43電路設計53.1 硬件電路的設計53.1.1 51單片機53.1.2溫度采集部分63.1.3 溫度顯示部分63.1.4 溫度處理電路73.2軟件的設計74 系統(tǒng)測試104.1調(diào)試所用的基本儀器清單104.2調(diào)試結果104.3測試結果分析115 總結11參考文獻12溫度控制系統(tǒng)的設計摘 要 單片機是20世紀中期發(fā)展起來的一種面向控制的大規(guī)模集成電路模塊，具有功能強、體積小、可靠性高、價格低廉等特點，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機電一體化、家用電器等領域得到了廣泛的應用，極大的提高了這些領域的技術水平和自動化程度。51系列單片機是國內(nèi)目前應用最廣泛的一種8位單片機之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應用。51系列及其衍生單片機還會在繼后很長一段時間占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場，因此，作為新世紀的大學生，在信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，掌握單片機的基本結構、原理和使用是非常重要的。本次課程設計的內(nèi)容是使用89C52RC單片機最小系統(tǒng)設計溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機為主控單元，主要用于對溫度信號的采集。關鍵詞：溫度控制 51單片機 DS18B20 數(shù)碼管ABSTRACT SCM is the mid-20th century, developed a module for the control of large scale integrated circuits with features, small volume, high reliability, low price and, in industrial control, data acquisition, intelligent instruments, mechanical and electrical integration,home appliances have been widely used, greatly improve the technical level in these areas and automation. 52 series is the most widely one of a 8-bit microcontroller with embedded systems, system on chip, and put forward the concepts of universal acceptance and application.SCM 52 and its derivatives will also continue for a long time after the account of the low-end embedded system products market, as the new century, college students, the rapid development in the information industry today, to grasp the basic structure of SCM, the principle and useis very important. The content of curriculum design is the use of 89C52RC frequency meter microcomputer system design the system, a microcomputer control unit, mainly used for the other wave tempreture measurements.Key Words: Temperature control 51-series microcomputer DS18B20 Nixie tube1 設計要求及方案選擇1.1設計要求（1）制作完成溫度檢測系統(tǒng)（溫度傳感器可選用DS18B20）。（2）溫度檢測精度1度。（3）溫度能控制在一定范圍內(nèi)，超出溫度設定范圍時報警（聲光指示）。（4）設計電路（5）在KEIL中編輯、編譯、調(diào)試程序，并在protuse中仿真。1.2方案選擇利用單片機設計并制作溫度控制系統(tǒng)，電路組成框圖如圖所示。圖1-1 電路組成結構圖2 理論分析與設計2.1溫度采集電路的分析及設計溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸，而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的距離，檢測從待測物體放射出的紅外線，達到測溫的目的。在接觸式和非接觸式兩大類溫度傳感器中，相比運用多的是接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比較特殊的場合才使用，早期得到廣泛使用的接觸式溫度傳感器主要有熱電式傳感器，其中將溫度變化轉換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器，將溫度變化轉換為熱電勢變化的稱為熱電偶傳感器?，F(xiàn)在的溫度傳感器已經(jīng)走向數(shù)字化，集成化，外形小，接口簡單，廣泛用于生活中的各個領域。方案一：采用熱敏電阻可以用熱敏電阻對溫度感應程度來實現(xiàn)對輸入信號的改變，精度比較高，但是價格比較貴。方案二：采用熱電偶熱電偶是目前接觸式測溫中應用也十分廣泛的熱電式傳感器，它具有結構簡單、制造方便、測溫范圍寬、熱慣性小、準確度高、輸出信號便于遠傳等優(yōu)點。但是，由于熱電偶來采集溫度的話會用到運放的比較器電路，信號放大電路，譯碼器電路來將模擬信號轉化為數(shù)字信號繼而在數(shù)碼管上顯示出來，電路結構過于復雜。方案三：采用二極管二極管在正向導通時由于少子的存在和導電性，所以導通電壓會受溫度影響，優(yōu)點是價格便宜，對電路要求低，但缺點是精度不高。方案四：采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20DS18B20是美國半導體公司推出的第一片支持一線總線的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器的優(yōu)點，可以直接將溫度轉化成串行數(shù)字供微處理器處理。用此前器件后續(xù)電路只需要用單片機控制，電路簡單而且精確度高。 綜上所述：由于本次課設的要求是對一個較范圍內(nèi)的溫度進行采集，所以對精度的要求較高，考慮到成本問題，并且保證電路結構簡明，本次試驗采用方案三進行溫度采集。2.2溫度顯示電路的分析及設計本次設計要求對所檢測的溫度信號進行測量顯示，并且精確度至少為1攝氏度。方案一：用數(shù)碼管顯示通過51單片機這個微處理器得到轉化后的溫度數(shù)值后，通過程序設定，是可以精確到小數(shù)點后兩位的，所以本次實驗中用4位數(shù)碼管就可以了，接口較少。并且數(shù)碼管消耗的電力比液晶顯示更加清晰，適合在白天等強光下顯示。缺點是只能夠顯示數(shù)字，不能夠顯示出其他有用信息。方案二：用1602液晶屏顯示也可以利用1602來對轉換后的溫度進行顯示進行控制，但是由于液晶是反光式的，在外界光線很明亮時容易看不清楚。它的優(yōu)點是可以顯示出文字信息，很明了。另外，其價格比數(shù)碼管要貴得多。綜上所述：本次設計中主要是顯示出已經(jīng)測到的溫度值，并不需要顯示其他文字信息，考慮到價格及可見清晰度問題，決定采用方案一。2.3直流電源電路的分析及設計本次實驗中多處用到+5v的電壓源供電，如LED的點亮，DS18B20引腳處需要的高點平等。方案一：用4個1.5v的電池串聯(lián)起來。用電池盒裝上4個電池，然后加在外圍電路中即可。但是實際值6v，比標準的5v稍高一些，可能影響DS18B20的工作。方案二：用USB接口正好產(chǎn)生的5v電壓來供電。此方法不需要額外去找5v的電壓源供電，進一步是的電路簡單。缺點是這樣接的話，一旦外圍電路出現(xiàn)問題，燒壞外部器件的同時，可能會通過USB傷害電腦。綜上所述：考慮到成本和便利，本實驗采用方案二。3電路設計3.1 硬件電路的設計運用74HC04、51單片機、七段數(shù)碼管、LED、晶振、電解電容 、DS18B20按鍵、USB接口組成全部系統(tǒng)。 圖3-1 溫度控制系統(tǒng)原理3.1.1 51單片機 運用單片機處理溫度轉化成的串行數(shù)字信號，實現(xiàn)信號處理。將獲得的結果通過輸出裝置輸出顯示在七段數(shù)碼管上，并且在最后的處理部分也借用了P2口的三個引腳，來點亮所需要點亮的LED燈。 89C52單片機組成結構中包含運算器、控制器、片內(nèi)存儲器、并行I/O口、串行I/O口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。圖3.1.1 單片機控制部分電路3.1.2溫度采集部分運用一個DS18B20溫度傳感器作為外部溫度的檢測部分，并將采集好的串行數(shù)字信號供單片機處理。圖3.1.2 獲取外界溫度電路3.1.3 溫度顯示部分4個和四位七段數(shù)碼管組成顯示部分，LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字符的對應關系。圖3.1.3 溫度顯示部分3.1.4 溫度處理電路 按鈕來控制，使電路中的溫度有高有低。 按鈕按下，溫度高于設定的溫度時，LED1亮； 按鈕按下，溫度正好是設定的溫度時，LED2亮； 按鈕按下，溫度低于設定的溫度時，LED3亮；圖3.1.4 溫度控制部分 3.2軟件的設計12#include #define W_IO P1 /位選線從左往右分別與P1.0-P1.3相連#define S_IO P0 /段選線從A-DP，分別與P0.0-p0.7相連#define uchar unsigned char#define ulong unsigned long#define uint unsigned intuint t;uint temp;float ftemp;sbit LED1=P20;sbit LED2=P24;sbit LED3=P31; sbit ds=P34; sbit aa=P35; sbit bb=P36;uchar Time4;/數(shù)碼管要顯示的6位數(shù)字int code S_Data10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;int code W_Data4=0x0E,0x0D,0x0B,0x07;void delayms(int time)/延時函數(shù)int i,j;for(i=time;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void LED(uchar Data4,uchar dp)/七段數(shù)碼管上的顯示程序 int i=0,j=0;P0=0XFF;for(i=0;i0)i-; ds=1; i=4; while(i0)i-; bit du1wei () /讀一位數(shù)據(jù) uint i; bit dat; ds=0; i+; ds=1; uchar du1zijie()/讀一字節(jié)數(shù)據(jù) uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j= du1wei (); dat=(j1); return(dat); void xie1wei (uchar dat)/寫一字節(jié) uint i; uchar j; bit test; for(j=1;j1; if(test) ds=0;i+;i+; ds=1; i=8; while(i0)i-; else ds=0; i=8; while(i0)i-; ds=1; i+;i+; void xie_temp_zhuanhuan()/開始獲取溫度并轉換init18b20(); delayms(1); xie1wei (0xcc); xie1wei (0x44); uint du_temp_cunchuqi()/讀存儲器中存儲的溫度并轉換 uchar a,b; init18b20(); delayms(1); xie1wei (0xcc); xie1wei (0xbe); a=du1zijie(); b=du1zijie();temp=b;temp=8;temp=temp|a;ftemp=temp*0.0625;temp=ftemp*100+0.5;return temp; void baojin()/溫度處理 if(temp=2500&temp3200) aa=0;bb=1; LED1=1; LED2=1;LED3=0;void main()/主函數(shù)while(1) xie_temp_zhuanhuan(); t=du_temp_cunchuqi(); /t=2345; Time0=t/1000; Time1=t%1000/100; Time2=t/10%10; Time3=t%10;LED(Time,1); baojin();4 系統(tǒng)測試4.1調(diào)試所用的基本儀器清單Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。選中單片機AT89C52，左鍵點擊AT89C52，在出現(xiàn)的對話框里點擊Program File按鈕，找到剛才編譯得到的HEX文件，然后點擊“OK”按鈕就可以模擬了。點擊模擬調(diào)試按鈕的運行按鈕，進人調(diào)試狀態(tài)。4.2調(diào)試結果溫度信號模擬，仿真結果如圖。圖4.2.1 高溫時，可見D3亮圖4.2.2 室溫時 ，可見D2亮圖4.2.3 低溫時，可見D1亮4.3測試結果分析運用單擊DS18B20上的+或-號來實現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié) 1.當溫度低于25攝氏度時，LED1亮 2.當溫度介于26到34攝氏度之間時，LED2亮 3.當溫度高于35攝氏度時，L