溫度控制器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、溫度控制器 摘要隨著科技的不斷進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù)，而采用單片機(jī)來對這些被控參數(shù)進(jìn)行控制已成為當(dāng)今的主流。本文介紹了數(shù)字溫度測量及自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。其主要組成部分有：at89s51單片機(jī)、溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電路、聲光報(bào)警電路。它可以實(shí)時(shí)的顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對溫度的自動控制。通過測試表明，本設(shè)計(jì)對溫度的控制有方便、簡單的特點(diǎn)，從而大幅提高了被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。 關(guān)鍵詞: 單片機(jī) 溫度傳感器 溫度控制目錄摘要2目錄3第一章 前言41.1概述41.2 總體系統(tǒng)框圖51.技術(shù)指標(biāo)5第二章 系統(tǒng)硬件62.1單片機(jī)62.1.1采用at8

2、9s51單片機(jī)62.1.2 at89s51單片機(jī)簡介62.1.3單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)72.2測溫電路的選擇與設(shè)計(jì)82.2.1 采用模擬集成溫度傳感器82.2.2 采用智能溫度傳感器92.2.3溫度傳感電路設(shè)計(jì)102.3 溫度控制電路的設(shè)計(jì)122.3.1溫控電路及報(bào)警電路的控制122.4鍵盤電路的設(shè)計(jì)132.5顯示器的選擇152.5.1 led顯示器152.5.2 lcd液晶顯示器152.5.3 液晶電路設(shè)計(jì)15第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)173.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)173.2 中斷程序的設(shè)計(jì)18第四章 總結(jié)19第五章 參考文獻(xiàn)20第六章 致謝21附錄i 程序22附錄 電路圖32第一章 前言1.1概述

3、現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集控制(即溫度控制器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。溫度控制器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。溫度控制器是基于單片機(jī)開發(fā)的溫度控制裝置。其主要功能是，根據(jù)用戶設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的差值來控制加熱器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而改變溫度至用戶所需。近些年來，因?yàn)闇囟瓤刂破鳝h(huán)節(jié)已經(jīng)被納入為分布式控制系統(tǒng)（dcs），個(gè)人電腦（pc）和可編程邏輯控制器（plc），全球工業(yè)電子溫度控制器市場增長緩慢。隨著我國電子溫度控制器市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了

4、解國內(nèi)外電子溫度控制器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(guān)鍵。目前主要有模擬、集成機(jī)械式溫度控制器和智能電子式溫度控制器兩大系列。且國際上新型溫度控制器正從模擬式向數(shù)字式、電子式；從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在當(dāng)今電子信息時(shí)代，電子自動化、信息采集控制在任何行業(yè)都是不可逆轉(zhuǎn)的潮流。溫度控制器發(fā)展初期是機(jī)械式溫度控制器，這類溫度控制器采用雙金屬片或充氣膜盒感測室內(nèi)溫度，使用波段開關(guān)直接調(diào)整風(fēng)速。雙金屬片溫度控制器現(xiàn)基本已淘汰，只使用在一些要求不高較低檔場合；充氣膜盒溫度控制器當(dāng)前較流行，但總體來講機(jī)械式溫度控制器缺點(diǎn)十分明顯：1.

5、機(jī)械式溫度控制器外觀陳舊呆板；2.機(jī)械式溫度控制器控溫精度差；3.容易打火（直接切換強(qiáng)電）；4.極易在一個(gè)極小溫差范圍內(nèi)頻繁開關(guān)水閥（風(fēng)閥）；5.功能比較單一。鑒于這些，智能電子式溫度控制器全面取代機(jī)械式溫度控制器將是不可逆轉(zhuǎn)的潮流。本文將介紹一款以單片機(jī)為核心,具有智能、可編程、環(huán)保和節(jié)能等特點(diǎn)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的溫度控制器是以單片機(jī)為核心的。單片微型機(jī)簡稱單片機(jī)，它是在一片芯片上集成了中央處理部件，存儲器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和各種輸入輸出設(shè)備等接口部件。單片機(jī)是微機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要的分支，自問世以來，性能不斷地改善和提高，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗小、使用方便

6、、性能可靠、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。國內(nèi)雖然起步較晚，但單片機(jī)的潛力越來越被人們所重視，尤其在工業(yè)控制、自動化儀器儀表、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口、智能化外設(shè)等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展很快。它的應(yīng)用對于產(chǎn)品升級換代、機(jī)電一體化都具有重要的意義。在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的

7、提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。1.2 總體系統(tǒng)框圖本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)采用at89s51八位機(jī)作為微處理單元進(jìn)行控制。采用4x4鍵盤把設(shè)定溫度的最高值和最低值存入單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器，還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉(zhuǎn)換。溫度傳感器把采集的信號與單片機(jī)里的數(shù)據(jù)相比較來控制溫度控制器。溫度傳感器從設(shè)備環(huán)境的不同位置采集溫度，單片機(jī) at89s51 獲取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，通過加熱和降溫對當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過設(shè)定溫度的上限時(shí)，單片機(jī)通過三極管開啟降溫設(shè)備 (制冷器) ，當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度的下時(shí) ,

8、單片機(jī)通過三極管開啟升溫設(shè)備 (加熱器) 。 當(dāng)由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時(shí)候，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出警笛聲。at89s51溫度控制聲光報(bào)警顯示電路溫度傳感器鍵盤設(shè)定圖1系統(tǒng)框圖1.技術(shù)指標(biāo)1、當(dāng)前溫度顯示功能溫度顯示范圍理論值為-55 +1252、鍵盤設(shè)定溫度上下限3、溫度范圍控制受制冷器的影響溫度控制范圍為211204、超溫聲光報(bào)警功能 當(dāng)前環(huán)境溫度高于設(shè)置溫度上限或者低于設(shè)置溫度下限時(shí)會發(fā)出聲光信號第二章 系統(tǒng)硬件2.1單片機(jī)2.1.1采用at89s51單片機(jī)由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)

9、域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)，在單片機(jī)家族的眾多成員中，mcs-51系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)分支。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運(yùn)算，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新，從8位、16位迅速過渡到32位、64位，并且不斷提高運(yùn)算速度和完善通用操作系統(tǒng)，以突出其高速海量數(shù)值運(yùn)算的能力，在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信中得到了廣泛

10、應(yīng)用；單片機(jī)作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和極低的成本，廣泛應(yīng)用于家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此，單片機(jī)的出現(xiàn)大大促進(jìn)了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，成為近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上一個(gè)重要里程碑。由于mcs系列單片機(jī)集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機(jī)提供了極大的便利。單片機(jī)把微型計(jì)算機(jī)的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，運(yùn)行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強(qiáng)。由于屬于芯片化的微型計(jì)算機(jī)，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達(dá)到

11、最優(yōu)化，工作也相對穩(wěn)定。51的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜,i/o口多,程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51單片機(jī)是最理想的選擇。單片機(jī)屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和語言也大大簡化。單片機(jī)的典型代表是intel公司在20世紀(jì)80年代初研制出來的mcs51系列單片機(jī)。mcs51單片機(jī)很快在我國得到廣泛的推廣應(yīng)用，成為電子系統(tǒng)中最普遍的應(yīng)用手段，并在工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域取得了大量應(yīng)用成果。以mcs-51技術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機(jī)已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與mcs51有極好兼容性的

12、chmos單片機(jī)，同時(shí)增加了一些新的功能,本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用 at89s51單片機(jī)。2.1.2 at89s51單片機(jī)簡介at89s51 是一個(gè)低功耗，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89s51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。at89s51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，

13、4k bytes flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，at89s51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。由于系統(tǒng)控制方案簡單 ,數(shù)據(jù)量也

14、不大 ,考慮到電路的簡單和成本等因素 ,因此在本設(shè)計(jì)中選用 a tmel 公司的 a t89s51單片機(jī)作為主控芯片。主控模塊采用單片機(jī)最小系統(tǒng)是由于 a t89s51芯片內(nèi)含有4 kb的 e2prom ,無需外擴(kuò)存儲器 ,電路簡單可靠 ,其時(shí)鐘頻率為 024 mhz ,并且價(jià)格低廉 ,批量價(jià)在 10元以內(nèi)。其主要功能特性： 兼容mcs-51指令系統(tǒng) k可反復(fù)擦寫(1000次）isp flash rom 32個(gè)雙向i/o口 4.5-5.5v工作電壓 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率0-33mhz 全雙工uart串行中斷口線 128x8 bit內(nèi)部ram 2個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和省電模

15、式 中斷喚醒省電模式 3級加密位 看門狗（wdt）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的isp字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 可以看出at89s51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部ram，32個(gè)i/o口線，看門狗（wdt），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘。同時(shí), at89s51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式何在ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一

16、個(gè)硬件復(fù)位。2.1.3單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)只能夠仿真單片機(jī)，卻沒有給用戶提供一個(gè)通用的最小系統(tǒng)。由設(shè)計(jì)的要求，只要做很小集成度的最小系統(tǒng)應(yīng)用在一些小的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)是:（1）全部i/o口線均可供用戶使用。 （2）內(nèi)部存儲器容量有限（只有4kb地址空間）。 （3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性圖 2 最小系統(tǒng)圖單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2所示：其中有4個(gè)雙向的8位并行i/o端口，分別記作p0、p1、p2、p3，都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸入，p3口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生mcs-51單片機(jī)工作所必須的時(shí)鐘控制信號，內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號的控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序指令工作

17、。mcs-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳xtal1，輸出端為xtal2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的微調(diào)電容通常選擇為30pf左右，該電容的大小會影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為12mhz。把ea腳接高電平，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲器，但在pc值超過0fffh（4kbyte地址范圍）時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。mcs-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)。采用最簡單的外部按鍵復(fù)位電路。按鍵自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的來實(shí)現(xiàn)的.我們選用時(shí)鐘頻率

18、為12mhz,c2、c3取30pf，復(fù)位電路中電阻r1取值8.2k，電容c1取值10uf。2.2測溫電路的選擇與設(shè)計(jì)2.2.1 采用模擬集成溫度傳感器集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用ic。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。 圖3是ad590用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^ad590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻r1和電位器r2

19、的電阻之和為1k時(shí)，輸出電壓 隨溫度的變化為1mv/k。但由于ad590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把a(bǔ)d590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器r2，使 =273.2mv?；蛟谑覝叵?25)條件下調(diào)整電位器,使 =273.2+25=298.2（mv）。但這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度。ad590把被測溫度轉(zhuǎn)換為電流再通過放大器和a/d轉(zhuǎn)換器，輸出數(shù)字量送給單片機(jī)進(jìn)行溫度控制。 圖3 基于ad590測溫基本應(yīng)用電路2.2.2 采用智能溫度傳感器智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù)(ate)的結(jié)晶。目前，已開發(fā)出多種智

20、能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、a/d轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(cpu)、隨機(jī)存取存儲器(ram)和只讀存儲器(rom)。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(mcu). 智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-wire)總線、i2c總線、smbus總線和spi總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。典型產(chǎn)品有ds18b20,智能溫度控制器適配各種微控制器,構(gòu)成智能化溫

21、控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作,自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀。ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,具有3引腳to92小體積封裝形式;溫度測量范圍為55125,可編程為9位12位a/d轉(zhuǎn)換精度,測溫分辨率可達(dá)0.0625,被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生;多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)到3根或2根線上，cpu只需一根端口線就能與諸多ds18b20通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。同ds1820一樣，ds18b20也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55+125，在-10+85范圍內(nèi),

22、精度為0.5。ds18b20的精度較差為0.2 。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3v5.5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器ds18b20是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的“ds1820”體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使您可以充分發(fā)揮“一線總線”的長處。 d

23、s18b20、 ds1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 。由于ds18b20將溫度傳感器、信號放大調(diào)理、a/d轉(zhuǎn)換、接口全部集成于一芯片，與單片機(jī)連接簡單、方便。而ad590需要進(jìn)行外部電路的設(shè)計(jì)，在測溫電路的調(diào)整時(shí)更是加大了系統(tǒng)誤差，并且要進(jìn)a/d轉(zhuǎn)換才能變成被at89s51單片機(jī)識別的數(shù)字信號，ds18b2相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用ds18b20。2.2.3溫度傳感電路設(shè)計(jì)ds18b20的性能特點(diǎn)：采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它i/o口線與微機(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號位）測溫范圍為-55-+125，測量

24、分辨率為0.0625內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器rom適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限內(nèi)含寄生電源。ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻rom,溫度傳感器,非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl,高速暫存器。ds18b20的管腳排列如圖4所示。 圖4 ds18b20管腳圖在硬件上，ds18b20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是vcc接外部電源，gnd接地，i/o與單片機(jī)的i/o線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)udd、gnd接地，i/o接單片機(jī)i/o。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，i/o口線要接5k左右的上拉電阻.我們采用的是第一種連接方法,如圖5所示:

25、把ds18b20的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的13管腳連接,再加上上拉電阻。圖5 溫度傳感電路圖ds18b20有六條控制命令，如表1所示：表1 ds18b20控制命令:指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉(zhuǎn)換 44h 啟動ds18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 beh 讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4eh 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的th、tl字節(jié) 復(fù)制暫存器 48h 把暫存器的th、tl字節(jié)寫到e2ram中 重新調(diào)e2ram b8h 把e2ram中的th、tl字節(jié)寫到暫存器th、tl字節(jié) 讀電源供電方式 b4h 啟動ds18b20發(fā)送電源供電方式的信號給主cpu cpu對ds18b20的訪問流程是：先對ds18

26、b20初始化，再進(jìn)行rom操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。ds18b20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對ds18b20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條rom指令，最后發(fā)送ram指令，這樣才能對ds18b20進(jìn)行預(yù)定的操作。2.3 溫度控制電路的設(shè)計(jì)圖6 溫度控制電路溫度控制及超溫和超溫警報(bào)單元電路工作原理：當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過規(guī)定溫度上限時(shí)，單片機(jī)通過 p0.1 輸出控制信號驅(qū)動三極管q3 ，開啟降溫設(shè)備 ( 制冷器) ：當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度下限時(shí)，單

27、片機(jī)通過 p0.0 輸出控制信號驅(qū)動三極管 q2 ，開啟升溫設(shè)備 ( 加熱器) 。當(dāng)由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時(shí)候，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動揚(yáng)聲器燈發(fā)出聲光報(bào)警信號。2.3.1溫控電路及報(bào)警電路的控制單片機(jī)的p0.0、p0.1、p0.7分別與三極管的基極連接來控制控制溫度(圖7)和報(bào)警（圖8）。利用面包板搭了一個(gè)pnp9012的偏置電路電路如圖8 基極輸入為“0”時(shí)，這時(shí)三極管導(dǎo)通推動報(bào)警器和控制電路工作，當(dāng)基極輸入為“1”時(shí)，三極管不導(dǎo)通，報(bào)警器和控制電路都不工作。只要控制單片機(jī)的p0.0、p0.

28、1、p0.7口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。 圖7 硬件控制電路 圖 8 硬件報(bào)警電路2.4鍵盤電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路,以及專一的復(fù)位功能外,其它的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。 鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入 ：為了去抖動我采用軟件方法，它是在檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動影響在這種行列式矩陣鍵盤非編碼鍵盤的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個(gè)按鍵按下。對鍵的識

29、別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。對照圖示的4*4鍵盤，說明線反轉(zhuǎn)法工作原理。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機(jī)i/o口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00h，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器a中。如果有按鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤中哪一個(gè)鍵被按下是通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。鍵盤

30、共有16個(gè)按鍵，用于方便設(shè)定溫度。90 ， 數(shù)字按鍵，輸入數(shù)字0-9；f1 ， 溫度上限寫入功能鍵 f2 溫度下限寫入功能鍵f3 取消鍵其他鍵選擇置空表2鍵盤的按鍵分布p1.00123p1.14567p1.289f1f2p1.3f3置空置空置空p1.7p1.6p1.5p1.4鍵盤與at89s51單片機(jī)連接如圖所示： 圖9鍵盤硬件電路圖2.5顯示器的選擇2.5.1 led顯示器 采用傳統(tǒng)的七段數(shù)碼led顯示器。led雖然價(jià)格便宜，但在現(xiàn)代的許多儀表、各種電子產(chǎn)品中逐漸被lcd所取代。2.5.2 lcd液晶顯示器采用lcd液晶屏進(jìn)行顯示。lcd液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要23伏就可

31、以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無法比擬的，同時(shí)可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼led顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)為：1 顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器的每一個(gè)點(diǎn)收到信號后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光，因此液晶顯示器的畫質(zhì)高而且不會閃爍。2 數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)的接口簡單操作也很方便。3 功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內(nèi)部電極和驅(qū)動ic上，因而耗電量比其他器件要小很多。雖然lcd顯示器的價(jià)格比數(shù)碼管要貴，但它的顯示效果好，是當(dāng)今顯示器的主流，所以采用lcd 作為顯示器。2.

32、5.3 液晶電路設(shè)計(jì)液晶顯示器是一種將液晶顯示器件,連接器件,集成電路,pcb線路板,背光源,結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的組件。根據(jù)顯示內(nèi)容和方式的不同可以分為,數(shù)顯lcd,點(diǎn)陣字符lcd,點(diǎn)陣圖形lcd在此設(shè)計(jì)中我們采用點(diǎn)陣字符lcd，這里采用常用的2行16個(gè)字的1602液晶模塊。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中: 第1腳：vss為地電源第2腳：vdd接5v正電源第3腳：v0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10k的電位器調(diào)整對比度 第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：

33、rw為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平rw為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平rw為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳：空腳。 液晶顯示器與單片機(jī)的連接如圖10圖10液晶顯示電路圖 lcd顯示電路的控制: 把8根數(shù)據(jù)線和p2口連接，把3根控制線和p2.5、p2.6、p2.7連接。給vcc端加上+5v的電壓，gnd端接地。vee端的驅(qū)動電壓不要過大，要調(diào)節(jié)滑動變阻器使vee在0.7伏以下顯示器才能工

34、作。第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運(yùn)行的過程中必須先經(jīng)過初始化，包括鍵盤程序，中斷程序，以及各個(gè)控制端口的初始化工作。流程圖如11所示。系統(tǒng)在初始化完成后就進(jìn)入溫度測量程序，實(shí)時(shí)的測量當(dāng)前的溫度并通過顯示電路在lcd上顯示。程序中以中斷的方式來重新設(shè)定溫度的上下限。根據(jù)硬件設(shè)計(jì)完成對溫度的控制。按下4*4鍵盤上的a鍵可以設(shè)定溫度上限，按下b鍵可以設(shè)定溫度下限。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體流程圖開始系統(tǒng)初始化開中斷int0=0？yn溫度上下限設(shè)定溫度測量溫度測量顯示系統(tǒng)圖11 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖3.2 中斷程序的設(shè)計(jì)mcs-51單片的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷請求源，

35、用戶可以用關(guān)中斷指令“clr ea”來屏蔽所有的中斷請求，也可以用開中斷指令“set ea”來允許cpu接收中斷請求。在本設(shè)計(jì)中我們選用into 來作為中斷請求源。int1外部中斷請求0，由into引腳輸入，中斷請求標(biāo)志為ie0。org 0000hljmp mainorg 0003h （中斷入口地址）jmp int0org 0038h （主程序的起始地址） main: （主程序）mcs-51響應(yīng)中斷后，就進(jìn)入中斷服務(wù)程序，中斷程序的基本流程圖如下圖 關(guān) 中 斷 現(xiàn)場保護(hù)開 中 斷中斷處理關(guān) 中 斷現(xiàn)場恢復(fù)開 中 斷中斷返回圖12 中斷服務(wù)程序基本流程第四章 總結(jié)經(jīng)過三周多的方案論證、系統(tǒng)的硬件

36、和軟件的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的調(diào)試。查閱了大量的關(guān)于傳感器、單片機(jī)及其接口電路、以及控制方面的理論。這是三年大學(xué)學(xué)習(xí)生活中所有知識的結(jié)晶，也使我系統(tǒng)的了解了我曾經(jīng)學(xué)習(xí)的專業(yè)知識。經(jīng)過了一番特殊的體驗(yàn)后，經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學(xué)的專業(yè)知識來解決問題。檢查了自己的知識水平，使我對自己有一個(gè)全新的認(rèn)識。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鍛煉自己分析問題、處理問題的能力，還提高了自己的動手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對于我們這些即將走向工作崗位的大學(xué)生來說，是很重要的。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本的完成了任務(wù)書的要求，實(shí)現(xiàn)了溫度的控制。通過測試表明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是正確的，可行的。由于時(shí)間倉促和本人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識水平有

37、限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。我將會把這段日子里的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)牢記心中，設(shè)計(jì)之中的不足我會用在今后生活和工作中獲取的經(jīng)驗(yàn)與知識將其補(bǔ)充，對其進(jìn)行不斷的改善.第五章 參考文獻(xiàn)1.丁明亮.唐前輝 51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2009年2.李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 北京：高等教育出版社 ，2009年3.曹建平.智能化儀器原理及應(yīng)用西安： 西安電子科技大學(xué)出版社 ，2004年4.沙占友.智能化傳感器原理與應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，2004年5.俞國亮. mcs-51單片機(jī)原理及應(yīng)用 北京：清華大學(xué)出版社 ，2008年6.陳紅艷. 傳感器與檢測技術(shù) 南京：南京大學(xué)出版社

38、 ，2010年7.沙占友. 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) 北京：電子工業(yè)出版社，2003年8.何希才. 傳感器及其應(yīng)用電路北京：電子工業(yè)出版社，2001年9.趙負(fù)圖. 傳感器集成電路手冊 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002年10.高峰.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)北京：科學(xué)出版社，2003年第六章 致謝三年的學(xué)習(xí)生涯在這個(gè)季節(jié)即將結(jié)束，而我的人生路途卻僅僅是一個(gè)新的起點(diǎn)，我將面對新的征程。在這三年的求學(xué)生涯中師長、親友在物質(zhì)和精神上給予了我大力支持。在這個(gè)翠綠的季節(jié)我將邁步走向遠(yuǎn)方，我將銘記學(xué)習(xí)生活中的收獲，在今后的日子里它們是我最寶貴的財(cái)富，陪伴著我不斷前進(jìn)。感謝曾經(jīng)教導(dǎo)我的老師，我不是你們最出色的學(xué)生，而你

39、們卻是我最尊敬的老師。大學(xué)時(shí)代的老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的學(xué)習(xí)氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，而且樹立了宏偉的人生目標(biāo)，領(lǐng)悟了對待知識的態(tài)度，走向社會的思考方式。在這里尤其要感謝邊疆老師，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”的感覺。 感謝父母，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報(bào)；感謝同學(xué)在我遇到困境時(shí)向我伸出援助之手，同窗之誼我們社會再續(xù)。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有許多可敬的

40、師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ 同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供了做畢業(yè)設(shè)計(jì)的良好環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。附錄i 程序di equ p3.3do equ p3.4clk equ p3.5cs equ p3.6 ; lcd端口定義d2rs equ p2.7d2rw equ p2.6d2e equ p2.5keyport equ p1 ; ds18b20端口定義temper_l equ 36htemper_h equ 35htemper_num equ 38hflag1 bit 00hdq bit

41、 p2.4org 0000hljmp mainorg 0003hjmp int00org 0038hmain: mov sp,#60h setb p2.0 setb p2.1 setb p2.2 setb ea setb ex0 setb p2.0 seetb p2.1 setb p2.2 mov r0,#01h ;清屏并置地址計(jì)數(shù)器ac為0 lcall dis_cmd _wrt mov r0,#38h ;8位數(shù)據(jù)接口，雙行顯示，5*7點(diǎn)陣 lcall dis_cmd _wrt call dis_cur_off mov 42h,#20 mov 43h,#32xian: lcall get_te

42、mper lcall disp lcall delay43ms mov a,temper_num subb a,42h jc zzzl mov a,temper_num subb a,43h jnc zzz2 setb p2.0 setb p2.1 setb p2.2 jmp xianzzzl: clr p2.0 clr p2.2 jmp xianzzz2: clr p2.0 clr p2.1 jmp xianint0: ;掃描鍵盤程序 lcall asksao: clr 01h lcall key jnb 01h,sao cjne a,#10,pan lcall answ retipan:

43、cjne a,#12,sao reti ;顯示函數(shù)部分，可供調(diào)用dis_cur_off: mov r0,#0ch lcall dis_cmd_wrt retdis_cur_on: mov r0,#0eh lcall dis_cmd_wrt retchk_busy_flg: mov p0,#0ffh clr d2rs nop nop nop lcall display_rd jb acc.7,chk_busy_flg retclear_dis: mov r0,#01h lcall dis_cmd_wrt retdis_cmd_wrt: lcall chk_busy_flg mov p0,r0 c

44、lr d2rs nop nop nop lcall display_wrt retdis_data_wrt: lcall chk_busy_flg cjne a,#10h,dis_dat_wrt1 mov p0,#0c0h ;1100,00000行起始地址為40 clr d2rs nop nop nop lcall display_wrtdis_dat_wrt1: mov p0,r0 setb d2rs nop nop nop lcall display_wrt retdisplay_wrt: clr d2rw nop nop nop setb d2e nop nop nop clr d2e

45、nop nop nop retdisplay_rd: setb d2rwnopnopnopsetb d2enopnopnopmov a,p0nopnopnopclr d2enopnopnopretdis_data_rd: lcall chk_busy_flgmov p0,#0ffhsetb d2rslcall display_rdret ;鍵盤程序，出口：a為按鍵值 01h：0無鍵按下 1 有鍵按下key: mov keyport,#0fh mov a,keypor cjne a,#0fh,keydown mov a,#0ffh retkeydown:lcall delay43ms mov k

46、eyport,#0fh mov a,keyport cjne a,#0fh,keydown_yes mov a,#0ffh retkeydown _yes: mov b,a mov keyport,#0f0h mov a,keyport orl a,b push 30h mov 30h,amov r3,#10h mov dptr,#keyvaluenext_key:mov a,r3 movc a,a+dptr cjne a,30h,nextkeyvalue dec r3 pop 30hwaitkey_f:mov keyport,#0fh mov a,keyport cjne a,#0fh, waitkey_f mov a,r3 setb 01h retnextkeyvalue: djnz r3,next_key dec r3 pop 30hwaitkey_free: mov keyport,#0fh mov a,keyport cjne a,#0fh, waitkey_free mov a,r3 setb 01h retkeyvalue:db 0ffh,7eh,7dh,7bh,77h,0beh,0bdh,0bb