應(yīng)用電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文--基于AT89S51單片機(jī)的數(shù)字溫度測(cè)量及顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、應(yīng)用電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文-基于AT89S51單片機(jī)的數(shù)字溫度測(cè)量及顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(lái)對(duì)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(cè)量及自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。它的主要組成局部有：AT89S51單片機(jī)、溫度傳感器、鍵盤(pán)與顯示電路、溫度控制電路。它可以實(shí)時(shí)的顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制。通過(guò)測(cè)試說(shuō)明，本設(shè)計(jì)對(duì)溫度的控制有方便、簡(jiǎn)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 鍵盤(pán)和顯示 Abstract As the technology advanc

2、es in industrial production in the temperature is charged with common parameters, and the use of those charged with SCM to the parameters of control has become the mainstream. In this paper, digital temperature measurement and automatic control system design. In this paper, SCM to achieve the temper

3、ature control. It is a major component of: AT89S51 SCM, temperature sensor, keyboard and display circuit, temperature control circuit. It can display real-time and temperature settings, and the temperature control. Passed the tests show that the design of the temperature control is convenient and si

4、mple characteristics, thus greatly raising the temperature was charged with the technical indicators.Key words: MCU Temperature sensor Keyboard and Demonstration 目 錄第1章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)- 12 -1.1 設(shè)計(jì)背景- 12 -1.2 電路的總體工作原理- 12 -第2章 方案論證- 15 -2.1 題目分析- 15 - 具體指標(biāo)- 15 - 具體控制要求- 15 -2.2 溫度傳感器的選擇- 15 -2.3 顯示器的選擇- 17

5、-2.4 單片機(jī)的選擇- 18 -第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)- 20 -3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)- 20 -3.2 溫度傳感電路設(shè)計(jì)- 21 -3.3 溫度控制電路的設(shè)計(jì)- 24 -3.4 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)- 24 -3.5 顯示電路的設(shè)計(jì)- 26 -第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)- 29 -4.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)- 29 -4.2 中斷程序的設(shè)計(jì)- 30 -第5章 系統(tǒng)的控制- 32 -5.1 溫控電路及報(bào)警電路的控制- 32 -5.2 LCD顯示電路的控制- 33 -5.3 使用說(shuō)明- 33 -第6章 全文總結(jié)- 34 -6.1 經(jīng)濟(jì)效益分析- 34 -6.2 社會(huì)效益分析- 34 -致謝- 35

6、 -參考文獻(xiàn)- 52 -附錄I 元器件清單- 35 -附錄II 程序- 37 -第1章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)背景 溫度控制廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中，人們使用溫度計(jì)來(lái)采集溫度，通過(guò)人工操作加熱、通風(fēng)和降溫設(shè)備來(lái)控制溫度，這樣不但控制精度低、實(shí)時(shí)性差，而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。即使有些用戶(hù)采用半導(dǎo)體二極管作溫度傳感器，但由于其互換性差，效果也不理想。在某些行業(yè)中對(duì)溫度的要求較高，由于工作環(huán)境溫度不合理而引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生。對(duì)工業(yè)生產(chǎn)可靠進(jìn)行造成影響，甚至操作人員的平安。為了防止這些缺點(diǎn)，需要在某些特定的環(huán)境里安裝數(shù)字溫度測(cè)量及控制設(shè)備。本設(shè)計(jì)由于采用了新型單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制，以其測(cè)量精

7、度高，操作簡(jiǎn)單?？蛇\(yùn)行性強(qiáng)，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于生活，醫(yī)療，工業(yè)生產(chǎn)等方面的溫度測(cè)量及控制。本設(shè)計(jì)是一個(gè)數(shù)字溫度測(cè)量及控制系統(tǒng)，能測(cè)柜內(nèi)的溫度，并能在超限的情況下進(jìn)行控制、調(diào)整，并報(bào)警。保證環(huán)境保持在限定的溫度中。1.2 電路的總體工作原理溫度控制系統(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(pán)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(chǔ)器，還可以通過(guò)鍵盤(pán)完成溫度檢測(cè)功能的轉(zhuǎn)換。溫度傳感器把采集的信號(hào)與單片機(jī)里的數(shù)據(jù)相比較來(lái)控制溫度控制器。系統(tǒng)框圖如圖1.1：圖1.1 系統(tǒng)框圖根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機(jī)AT89S51為測(cè)控

8、系統(tǒng)的核心來(lái)完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警等功能。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，省卻了采樣保持電路、運(yùn)放、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路以及進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸時(shí)的串并轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時(shí)間，降低了系統(tǒng)的硬件本錢(qián)。該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路如下：溫度傳感器DS18B20把所測(cè)得的溫度發(fā)送到AT89S51單片機(jī)上，經(jīng)過(guò)51單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統(tǒng)顯示器為點(diǎn)陣字符LCD，1602液晶模塊。檢測(cè)范圍5攝氏度到60攝氏度。本系統(tǒng)除了顯示溫度以外還可以設(shè)置一個(gè)溫度值，對(duì)所測(cè)溫度進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定溫度時(shí)，開(kāi)始報(bào)警并啟動(dòng)相應(yīng)程序溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)扇開(kāi)；當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，加熱

9、器開(kāi)。中央微處理器 AT89S51： AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP In-system programmable 的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80S51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(chǔ)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?xún)r(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM

10、，32個(gè)外部雙向輸入/輸出I/O口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)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(mén)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，并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，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、TQFPPLCC等三種封裝形式。AT89S51單片機(jī)綜合了微型處理器的根本功能。按照實(shí)際需要，同時(shí)也考慮到設(shè)計(jì)本錢(qián)與整個(gè)系統(tǒng)的精巧性，所以在本系統(tǒng)中就選用價(jià)格較低、工作穩(wěn)定的AT89S51單片機(jī)作

11、為整個(gè)系統(tǒng)的控制器。第2章 方案論證本章主要對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目進(jìn)行了分析，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，綜合比較幾種設(shè)計(jì)方法，提出了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的最正確方案。2.1 題目分析本設(shè)計(jì)是一個(gè)數(shù)字溫度控制系統(tǒng)，能測(cè)量溫度，并能在超限的情況下進(jìn)行控制、調(diào)整，并報(bào)警。 具體指標(biāo)正常工作溫度范圍： 560溫度誤差： 1 具體控制要求根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，要利用溫度傳感器實(shí)時(shí)溫度。當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)60，翻開(kāi)降溫裝置進(jìn)行調(diào)整使溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)。當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度時(shí)5，翻開(kāi)升溫裝置進(jìn)行調(diào)整使溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)。同時(shí)要求能設(shè)定溫度。畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是能對(duì)溫度進(jìn)行自動(dòng)的檢測(cè)和控制。設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)來(lái)控制溫度，因此要有溫度的

12、采集電路，鍵盤(pán)顯示電路，溫控電路，報(bào)警電路等幾個(gè)局部。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要用到的知識(shí)點(diǎn)有單片機(jī)的原理及其應(yīng)用，溫度傳感器的原理和應(yīng)用，及鍵盤(pán)和顯示電路的設(shè)計(jì)等。2.2 溫度傳感器的選擇 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(chēng)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(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專(zhuān)用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一 僅測(cè)量溫度 、測(cè)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(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線(xiàn)性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。圖2-1是AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的根本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^(guò)

13、AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2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(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使 273.2mV。或在室溫下 25 條件下調(diào)整電位器,使 273.2+25 298.2mV。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(cè)溫度轉(zhuǎn)換為電流再通過(guò)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2.1 基于AD590測(cè)溫根本應(yīng)用電路 采用數(shù)字單片智能溫度傳感器智能溫度傳感器 亦稱(chēng)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

14、動(dòng)測(cè)試技術(shù) ATE 的結(jié)晶。目前，已開(kāi)發(fā)出多種智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(hào)處理器、存儲(chǔ)器 或存放器 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(chǔ)器 RAM 和只讀存儲(chǔ)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(xiàn)技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化，所采用的總線(xiàn)主要有單線(xiàn) 1-WIRE 總線(xiàn)、I2C總線(xiàn)、SMBUS總線(xiàn)和SPI總線(xiàn)。溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)專(zhuān)用總線(xiàn)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根底上開(kāi)展而成的。典型產(chǎn)品有DS18B2

15、0,智能溫度控制器適配各種微控制器,構(gòu)成智能化溫控系統(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(xiàn)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(cè)量范圍為55125,被測(cè)溫度用符號(hào)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(xiàn)上，CPU只需一根端口線(xiàn)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(xiàn)和邏輯電路。同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線(xiàn)總線(xiàn)接口，測(cè)量溫度范圍為 -55+125，在-10+85。DS18B20的精度較

16、差為 ?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)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(chǎng)溫度測(cè)量。如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)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)品更廉價(jià)，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(xiàn)總線(xiàn)接口的溫度傳感器。一線(xiàn)總線(xiàn)獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(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(xiàn)總線(xiàn)的長(zhǎng)處。 DS18B20、 DS1822 “數(shù)字化溫度傳感器

17、。由于DS18B20將溫度傳感器、信號(hào)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(jiǎn)單、方便，與AD590相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用DS18B20。2.3 顯示器的選擇 LED顯示器采用傳統(tǒng)的七段數(shù)碼LED顯示器。LED雖然價(jià)格廉價(jià)，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。 LCD液晶屏采用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伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無(wú)法比較的，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(xiàn)，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

18、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(hào)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(huà)質(zhì)高而且不會(huì)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(jiǎn)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(dòng)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。2.4 單片機(jī)的選擇 采用凌陽(yáng)單片機(jī)隨著單片機(jī)功能集成化的開(kāi)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理DSP，Digital SignalProces

19、sing16位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種開(kāi)展而設(shè)計(jì)的。它的CPU內(nèi)核采用凌陽(yáng)最新推出的nSP?Microcontroller and Signal Processor16位微處理器芯片以下簡(jiǎn)稱(chēng)nSP?nSP?所形成的16位nSP?系列單片機(jī)以下簡(jiǎn)稱(chēng)nSP?家族采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。nSP?內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無(wú)。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場(chǎng)合。這樣做無(wú)疑會(huì)使每一種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和更

20、低的本錢(qián)。利用凌陽(yáng)單片機(jī)有一定的好處凌陽(yáng)的優(yōu)勢(shì)是硬件性能，抗干擾能力強(qiáng)，但凌陽(yáng)單片機(jī)我們沒(méi)有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這對(duì)于剛接觸單片機(jī)的我們來(lái)說(shuō)不是很容易上手，其價(jià)格也要比89S51昂貴一些，因此我們并沒(méi)有將其作為首選。 采用AT89S51單片機(jī)由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠(chǎng)家相繼推出了各種類(lèi)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(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)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)

21、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(xiàn)的寬度不斷更新，從8位、16位迅速過(guò)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本錢(qián)，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(dòng)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)的飛速開(kāi)展，成為近代計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)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)，

22、中央處理單元中集成了方便靈活的專(zhuān)用存放器，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)到達(dá)最優(yōu)化，工作也相對(duì)穩(wěn)定。51的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢(qián)廉價(jià),I/O口多,程序空間大。因此，測(cè)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)最正確器件。單片機(jī)的開(kāi)發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開(kāi)發(fā)工具和語(yǔ)言也大大簡(jiǎn)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(lái)的MCS51系列單片機(jī)。MCS51單

23、片機(jī)很快在我國(guó)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(chǎng)家、電氣公司競(jìng)相選用的對(duì)象，并以此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機(jī)，同時(shí)增加了一些新的功能,所以用AT89S51。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前的單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)只能夠仿真單片機(jī)，卻沒(méi)有給用戶(hù)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(xiàn)均可供用戶(hù)使用。 2內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限只有4KB地址空間。

24、3應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性圖 3.1 最小系統(tǒng)圖單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3.1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、P3MCS-51單片機(jī)工作所必須的時(shí)鐘控制信號(hào)，內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序指令工作。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(huì)影響到振蕩器頻率的上下、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(fǎng)問(wèn)片內(nèi)

25、程序存儲(chǔ)器，但在PC值超過(guò)0FFFH4Kbyte地址范圍時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。MCS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用最簡(jiǎn)單的外部按鍵復(fù)位電路。按鍵自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的來(lái)實(shí)現(xiàn)的.我們選用時(shí)鐘頻率為12MHz,C1取47f。DS18B20的性能特點(diǎn)：采用單總線(xiàn)專(zhuān)用技術(shù)，既可通過(guò)串行口線(xiàn)，也可通過(guò)其它I/O口線(xiàn)與微機(jī)接口，無(wú)須經(jīng)過(guò)其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值9位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位測(cè)溫范圍為-55-+125內(nèi)含64位經(jīng)過(guò)激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)用戶(hù)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)主要由四局部組成：64位光

26、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3.2所示。圖 3.2 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(xiàn)相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GNDI/O接單片機(jī)I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線(xiàn)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3.3所示:把DS18B20的數(shù)據(jù)線(xiàn)與單片機(jī)的13管腳連接,再加上上拉電阻。圖 3.3 溫度傳感電路圖DS18B20有六條控制命令，如表3.1所示：表3-1 DS18B20控制命令指

27、 令 約定代碼 操 作 說(shuō)? 明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng)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(xiě)暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫(xiě)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(xiě)到E2RAM中 重新調(diào)E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU CPUDS18B20的DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)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(guò)程，根

28、據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)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(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。3.3 溫度控制電路的設(shè)計(jì)圖 3.4 溫度控制電路“0F圖 3.5 按鍵的序號(hào)排列圖圖3.6中微處理單元是AT89S51單片機(jī)，X1和X2接12M的兩腳晶振,接兩個(gè)30PF的起振電容,J1是上拉電阻.單片機(jī)的P1口8位引腳與行列式鍵盤(pán)輸出腳相連,控制和檢測(cè)行列式鍵盤(pán)的輸入.行線(xiàn)通過(guò)上拉電阻接到+5V上,無(wú)按鍵按下時(shí),行線(xiàn)處于高電平狀態(tài),有鍵按下時(shí),行線(xiàn)的電平狀態(tài)將由與此行線(xiàn)相連接的列線(xiàn)的電平?jīng)Q定.鍵盤(pán)輸入的信息主要進(jìn)程是

29、:1 CPU判斷是否有鍵按下.2 確定是按下的是哪個(gè)鍵.3 把此鍵所代表的信息翻譯成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的代碼或者其他的特征符號(hào). 圖 3.6 鍵盤(pán)硬件電路圖3.5 顯示電路的設(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(xiàn)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為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時(shí)比照度最弱，接地電源時(shí)比照度最高，比照

30、度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整比照度 第4腳：RS為存放器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時(shí)選擇指令存放器。 第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)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(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)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：D0D78位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)。 第1516腳：空腳。與單片機(jī)的連接如圖3.7所示。圖 3.7 液晶顯示電路圖第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，

31、在程序運(yùn)行的過(guò)程中必須先經(jīng)過(guò)初始化，包括鍵盤(pán)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4.1 所示。系統(tǒng)在初始化完成后就進(jìn)入溫度測(cè)量程序，實(shí)時(shí)的測(cè)量當(dāng)前的溫度并通過(guò)顯示電路在LCD上顯示。程序中以中斷的方式來(lái)重新設(shè)定溫度的上下限。根據(jù)硬件設(shè)計(jì)完成對(duì)溫度的控制。按下4*4鍵盤(pán)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)的總體流程圖圖 4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖4.2 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(qǐng)求源，用戶(hù)可以用關(guān)中斷指令“CLR EA來(lái)屏蔽所有的中斷請(qǐng)求，也可以用開(kāi)中斷指令“SET EA來(lái)允許CPU接收中斷請(qǐng)求。在本設(shè)計(jì)中我們選用INTO

32、來(lái)作為中斷請(qǐng)求源。INT1外部中斷請(qǐng)求0，由INTO引腳輸入，中斷請(qǐng)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)入中斷效勞程序，中斷程序的根本流程圖如下列圖 圖 4.2 中斷效勞程序根本流程第5章 系統(tǒng)的控制本章對(duì)系統(tǒng)的硬件控制進(jìn)行概述。分別對(duì)溫度控制電路，報(bào)警電路及LCD液晶顯示電路進(jìn)行說(shuō)明。5.1 溫控電路及報(bào)警電路的控制單片機(jī)的P0.0、P0.1、P0.7PNP9012的偏置電路電路如圖4-4。基極輸入為“0時(shí)，這時(shí)三極管導(dǎo)通推動(dòng)報(bào)警器和控制電路工作

33、，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、P0.1、P0.圖 5.1 硬件控制電路圖 5.2 硬件報(bào)警電路5.2 LCD顯示電路的控制把8根數(shù)據(jù)線(xiàn)和P2口連接，把3根控制線(xiàn)和P2.5、P2.6、P2.7VCC端加上+5V的電壓，GND端接地。VEE端的驅(qū)動(dòng)電壓不要過(guò)大，要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使VEE在0.7伏以下顯示器才能工作。5.3 使用說(shuō)明鍵盤(pán)中阿拉伯?dāng)?shù)字09是數(shù)據(jù)輸入鍵，A鍵是寫(xiě)上限的功能鍵，B鍵是寫(xiě)下限的功能鍵，C鍵是取消鍵，其他的鍵置空。第6章 全文總結(jié)6.1 經(jīng)濟(jì)效益分析本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是為了保證某特定環(huán)境溫度維持在設(shè)定的范圍內(nèi)，以保證工作系統(tǒng)

34、在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本錢(qián)很低，總本錢(qián)不超過(guò)50元人民幣。如果采用大批量生產(chǎn)的話(huà)，生產(chǎn)本錢(qián)會(huì)更低。在市場(chǎng)上的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的價(jià)格在百元人民幣以上。對(duì)于本系統(tǒng)的使用者來(lái)說(shuō)，本系統(tǒng)能夠很穩(wěn)定的控制溫度而且穩(wěn)定性很高。只要配上適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅?，這個(gè)系統(tǒng)便還可以實(shí)現(xiàn)很多領(lǐng)域的溫度自動(dòng)控制。這對(duì)于提高系統(tǒng)的利用率，防止重復(fù)設(shè)計(jì)有很大的幫助的。在本系統(tǒng)的作用下，可以為工作系統(tǒng)提供一個(gè)良好的環(huán)境，使產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量有很大的提高。使得產(chǎn)品的生產(chǎn)本錢(qián)降低，從而使系統(tǒng)的使用者獲得的利潤(rùn)提高了。通過(guò)分析說(shuō)明：本系統(tǒng)是一個(gè)性?xún)r(jià)比比較好的系統(tǒng)，不管對(duì)于生產(chǎn)者還是使用者來(lái)說(shuō)，它都可以帶來(lái)好的經(jīng)濟(jì)效益。6.2

35、社會(huì)效益分析本設(shè)計(jì)是以AT89S51為核心，利用軟硬件相結(jié)合的自動(dòng)控制的典型例子。在單片機(jī)自動(dòng)控制已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的今天，傳統(tǒng)用模擬電路來(lái)控制溫度的做法，已經(jīng)逐漸被淘汰。這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的溫度控制方法，為溫度的控制開(kāi)辟了一條新的道路。根據(jù)我國(guó)的科技和工業(yè)水平，這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是符合工業(yè)生產(chǎn)的需要。實(shí)現(xiàn)我國(guó)的工業(yè)化，自動(dòng)控制是其中的一個(gè)重要目標(biāo)，自動(dòng)控制系統(tǒng)正廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功知識(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的“冰山一角，但它為以后更加智能化、人性化的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，作了鋪墊。因此這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有比較好的社會(huì)效益。經(jīng)過(guò)四個(gè)多月的方案論證、系統(tǒng)的硬

36、件和軟件的設(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。經(jīng)過(guò)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(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題。檢查了自己的知識(shí)水平，使我對(duì)自己有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鍛煉自己分析問(wèn)題、處理問(wèn)題的能力，還提高了自己的動(dòng)手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對(duì)于我們這些即將走向工作崗位的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，是很重要的。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)根本的完成了任務(wù)書(shū)的要求，實(shí)現(xiàn)了溫度的控制。通過(guò)測(cè)試說(shuō)明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是正確的，可行的。但是由于設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有限，系統(tǒng)還存在許多缺乏和缺陷。致謝 感謝。參考文獻(xiàn)1 沙占友. 集成溫度傳感器原

37、理與應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002， 8495.2 劉君華. 智能傳感器系統(tǒng). 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999，83105.3 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，2004，99108.4 趙負(fù)圖. 傳感器集成電路手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，692703.5 張毅剛. MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004，81946 李玉峰，倪虹霞 MCS-51系列單片機(jī)原理與接口技術(shù). 北京：人民郵電出版社，2004，187216.7 林伸茂. 8051單片機(jī)徹底研究經(jīng)驗(yàn)篇. 北京：人民郵電出版社，2004，714.8 沙占

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39、 DIP201個(gè)晶 振 12M IAL0.41個(gè)三極管 9012 TO92B4個(gè)電阻排 470 X8DIP162個(gè)蜂鳴器1個(gè)小風(fēng)扇1個(gè)加熱器1個(gè)滑動(dòng)變阻器10K 2個(gè)電 阻 假設(shè)干個(gè)按 鍵 ANJIAN20個(gè)溫度傳感器 DS18B20PORTF2片附錄II 程序CS EQU P3.6 ; LCD端口定義KEYPORT EQU P1 ; DS18B20端口定義TEMPER_L EQU 36HTEMPER_H EQU 35HTEMPER_NUM EQU 38HFLAG1 BIT 00HORG 0000HLJMP MAINORG 0003HJMP INT00ORG 0038HMAIN: MOV SP

40、,#60H SETB EA SETB EX0 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_TEMPER LCALL DISP LCALL DELAY43MS MOV A,TEMPER_NUM SUBB A,42H JC ZZZL MOV A,TEMPER_NUM SUBB A,43H JNC ZZZ2 JMP XIAN JMP XIAN

41、JMP XIANINT0: ;掃描鍵盤(pán)程序 LCALL ASKSAO: CLR 01H LCALL KEY JNB 01H,SAO CJNE A,#10,PAN LCALL ANSW RETIPAN: CJNE A,#12,SAO RETI ;顯示函數(shù)局部，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,CH

42、K_BUSY_FLG RETCLEAR_DIS: MOV R0,#01H LCALL DIS_CMD_WRT RETDIS_CMD_WRT: LCALL CHK_BUSY_FLG MOV P0,R0 CLR 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

43、D2RS NOP NOP NOP LCALL DISPLAY_WRT RETDISPLAY_WRT: CLR D2RW NOP NOP NOP SETB D2E NOP NOP NOP CLR D2E NOP NOP NOP RETDISPLAY_RD: SETB D2RWNOPNOPNOPSETB D2ENOPNOPNOPMOV A,P0NOPNOPNOPCLR D2ENOPNOPNOPRETDIS_DATA_RD: LCALL CHK_BUSY_FLGMOV P0,#0FFHSETB D2RSLCALL DISPLAY_RDRET ;鍵盤(pán)程序，出口：A為按鍵值 01H：0無(wú)鍵按下 1 有鍵

44、按下KEY: MOV KEYPORT,#0FH MOV A,KEYPOR CJNE A,#0FH,KEYDOWN MOV A,#0FFH RETKEYDOWN:LCALL DELAY43MS MOV KEYPORT,#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

45、,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

46、,0BEH,0BDH,0BBH,0B7H,0DEH,0DDH,0DBH,0D7H,0EEH,0EDH,0EBH,0E7HDELAY43MS: PUSH A MOV A,R3 PUSH A MOV A,R2 PUSH AMOV R3,#43DELAY:MOV R2,#0FAHLOOP:NOP ;內(nèi)層循環(huán)為1MS NOP DJNZ R2,LOOPDJNZ R3,DELAY POP A MOV R2,A POP A MOV R3,A POP A RET ;確認(rèn)是否修改溫度設(shè)定ASK: MOV R0,#01H ;清屏并置地址計(jì)數(shù)器AC為0 LCALL DIS_CMD_WRT MOV 40H,#0ZDZ

47、: MOV DPTR,#LINE MOV A,40H MOVC A,A+DPTR MOV R0,A LCALL DIS_DATA_WRT INC 40H MOV A,40H MOVC A,A+DPTR CJNE A,#00H,ZDZ RETLINE: DB ARE YOU SURE CHANGE T Y/N ?,00HANSW: MOV R6,42H MOV R7,43H MOV R0,#01H LCALL DIS_CMD_WRT MOV R0,#44H CALL DIS_DATA_WRT MOV R0,#6FH CALL DIS_DATA_WRT MOV R0,#77H CALL DIS_DATA_WRT MOV R0,#6EH CA