單片機溫度控制系統(tǒng)的設計說明

1、單片機溫度控制系統(tǒng)的設計中文摘要隨著微機測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應用，以單片機為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對溫度的控制水平。本設計論述了一種以STC89C52單片機為主控制單元，以DS18B20為溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以實時存儲相關的溫度數(shù)據(jù)并記錄當前的時間。系統(tǒng)設計了相關的硬件電路和相關應用程序。硬件電路主要包括STC89C52單片機最小系統(tǒng)，測溫電路、實時時鐘電路、LCD液晶顯示電路以與通訊模塊電路等。系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，計算溫度子程序、按鍵處理程序、LCD顯示程序以與數(shù)據(jù)存儲程序等。關鍵詞 STC89C52單

2、片機；DS18B20；顯示電路Based on single chip microcomputer temperature control system designAbstractAlong with the computer measurement and control technology of the rapid development and wide application, based on singlechip temperature gathering and control system development and application greatly improv

3、e the production of temperature in life level of control. This design STC89C52 describes a kind of mainly by MCU control unit, for temperature sensor DS18B20 temperature control system. The control system can real-time storage temperature data and record related to the current time. System design re

4、lated hardware circuit and related applications. STC89C52 microcontroller hardware circuit include temperature detection circuit smallest system, and real-time clock circuit, LCD display circuit, communication module circuit, etc. System programming mainly include main program, read temperature subr

5、outine, the calculation of temperature subroutines, key processing procedures, LCD display procedures and data storage procedures, etc. Keywords STC89C52 microcontroller；DS18B20；display circuit目 錄一、引言4(一)課題研究的背景4(二)課題研究的目的和意義4二、硬件電路的設計4(一)系統(tǒng)設計的框架4(二)單片機最小系統(tǒng)電路5(三)單片機的選型61.STC89C52單片機簡介62.STC89C52單片機時

6、序63.STC89C52單片機引腳介紹6(四)溫度傳感器電路9(五)LCD顯示電路10(六)按鍵接口電路10(七)升溫降溫電路11(八)報警電路11三、系統(tǒng)軟件設計12(一)溫度采集子程序12圖10 溫度采集流程圖13(二)按鍵掃描子程序13圖11 按鍵掃描子程序14(二)溫度控制子程序14四、結(jié)束語15參考文獻16附件1：系統(tǒng)原理圖17附件2：源程序18一、引言(一)課題研究的背景工業(yè)控制是計算機的一個重要應用領域，計算機控制系統(tǒng)正是為了適應這一領域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)技術(shù)，它主要研究如何將計算機技術(shù)、通過信息技術(shù)和自動控制理論應用于工業(yè)生產(chǎn)過程，并設計出所需要的計算機控制系統(tǒng)。隨著微

7、機測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應用，以單片機為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對溫度的控制水平。本設計就是基于單片機STC89C52溫度控制系統(tǒng)的設計，通過本次課程實踐，我們更加的明確了單片機的廣泛用途和使用方法，以與其工作的原理。(二)課題研究的目的和意義隨著社會的發(fā)展，溫度的測量與控制變得越來越重要。本文采用單片機STC89C52設計了溫度實時測量與控制系統(tǒng)。單片機STC89C52 能夠根據(jù)溫度傳感器DS18B20 所采集的溫度在液晶屏上實時顯示，通過控制從而把溫度控制在設定的圍之。所有溫度數(shù)據(jù)均通過液晶顯示器LCD顯示出來。系統(tǒng)可以根據(jù)時鐘存儲相關的數(shù)據(jù)

8、。通過該課程的學習使我們對計算機控制系統(tǒng)有一個全面的了解、掌握常規(guī)控制算法的使用方法、掌握簡單微型計算機應用系統(tǒng)軟硬的設計方法，進一步鍛煉同學們在微型計算機應用方面的實際工作能力。二、硬件電路的設計(一)系統(tǒng)設計的框架本課題設計的是一種以STC89C52單片機為主控制單元，以DS18B20為溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以實時存儲相關的溫度數(shù)據(jù)并記錄當前的時間。其主要包括：電源模塊、溫度采集模塊、按鍵處理模塊、實時時鐘模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、LCD顯示模塊、通訊模塊以與單片機最小系統(tǒng)。圖1 系統(tǒng)設計框架(二)單片機最小系統(tǒng)電路在課題設計的溫度控制系統(tǒng)設計中，控制核心是STC89C52單片機

9、，該單片機為51系列增強型8位單片機，它有32個I/O口，片含4K FLASH工藝的程序存儲器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，而且價格便宜，其外部晶振為12MHz，一個指令周期為1S。使用該單片機完全可以完成設計任務，其最小系統(tǒng)主要包括：復位電路、震蕩電路以與存儲器選擇模式（EA腳的高低電平選擇），電路如下圖2所示：圖2 單片機最小系統(tǒng)(三)單片機的選型本課題設計的溫度控制系統(tǒng)主控制芯片選型為STC89C52單片機，其特點如下：1.STC89C52單片機簡介目前，51系列單片機在工業(yè)檢測領域中得到了廣泛的應用，因此我們可以在許多單片機應用領域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力

10、的綜合應用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。STC89C52單片機是宏晶科技生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；一個512K的片數(shù)據(jù)存儲器RAM；4K片程序存儲器；四個8位并行的I/O接口P0-P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個部分通過部總線相連接。2.STC89C52單片機時序 STC89C52單片機的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1s6)組成，每個狀

11、態(tài)又持續(xù)2個震蕩周期，分為P1和P2兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為1us，每個狀態(tài)周期為16us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間，而部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。對于單周期指令，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加1。在加結(jié)束時完成指令操作。多數(shù)STC89C52指令周期為12個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期。 對

12、于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。3.STC89C52單片機引腳介紹STC89C52單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復用的引腳，以與32條輸入輸出I/O引腳。下面按引腳功能分為4個部分敘述個引腳的功能。（1）電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接+5V電源正端；Vss（20腳）：接+5V電源正端。（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接

13、外部石英晶體的一端。在單片機部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機部，接至片振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。（3）控制信號或與其它電源復用引腳 控制信號或與其它電源復用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。（A）RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復位或掉

14、電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復位操作，使單片機復位到初始狀態(tài)。當VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。（B）ALE/ P （30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低（C）PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。（D）EA/Vpp

15、（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當EA端保持高電平時，單片機訪問片程序存儲器4KB（MS52子系列為8KB）。若超出該圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當EA端保持低電平時，無論片有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片含有EPROM的單片機，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。 （4）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口與P3口(A).P0口（39腳22腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O口時，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復用口

16、。它分時提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。對于片含有EPROM的單片機，當EPROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)，而當檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。(B).P1口（1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準雙向I/O接口使用。對于MCS52子系列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。(C).P2口（21腳28腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準雙向I/O接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址圍超過256個字節(jié)時，

17、P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。(D).P3口（10腳17腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見下表 表1 單片機P3.0管腳含義引腳第2功能P3.0RXD（串行口輸入端0）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0（部中斷0請求輸入端，低電平有效）P3.3INT1（中斷1請求輸入端，低電平有效）P3.4T0（時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖端）P3.5T1（時器/計數(shù)器1數(shù)脈

18、沖端）P3.6WR（部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）P3.7RD（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）綜上所述，MCS51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：1).單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；2).單片機對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復用作為數(shù)據(jù)總線。(四)溫度傳感器電路采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。傳感器輸出信號進4.7K的上拉電阻直接接到單片機的P1.0引腳上。DS18B20溫度傳感器是美國達拉斯(DALLAS)半導體公司推出的應用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導體溫敏器件、

19、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。本設計中溫度傳感器之所以選擇單線數(shù)字器件DS18B20，是在經(jīng)過多方面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因：（1）系統(tǒng)的特性：測溫圍為-55+125 ，測溫精度為士0.5；溫度轉(zhuǎn)換精度912位可變，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以16位二進制數(shù)碼的方式串行輸出；12位精度轉(zhuǎn)換的最大時間為750ms；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式。（2）系統(tǒng)成本：由于計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強大，體積越來越小，而價格也越來越低。一支DS18B20的體積與普通三極管相差無幾，價格只有十元人民幣左右。（3）系統(tǒng)復雜度：由于D

20、S18B20是單總線器件，微處理器與其接口時僅需占用1個I/O端口且一條總線上可以掛接幾十個DS18B20，測溫時無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復雜度，減少工程的施工量。（4）系統(tǒng)的調(diào)試和維護：由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡化，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來方便。同時因為DS18B20是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強，因此，減少了系統(tǒng)的日常維護工作。DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸總線端口DQ ，外供電源線VDD，共用地線GND。DS18B20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時VDD接地，它是通過部電容在空閑時從數(shù)據(jù)線獲取能

21、量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，相應的完成溫度轉(zhuǎn)換的時間較長。這種情況下，用單片機的一個I/O口來完成對DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V)，相應的完成溫度測量的時間較短。在本設計中采用外部供電方式實現(xiàn)DS18B20傳感器與單片機的連接，其接口電路如圖4所示。圖3 溫度傳感器接口(五)LCD顯示電路本課題設計的溫度控制系統(tǒng)是采用液晶屏128*64作為顯示模塊，其接口原理圖如下圖6所示：圖4液晶顯示接口電路(六)按鍵接口電路本課題設計采用的鍵盤模塊，其接口原理圖如下圖8所示：圖6 鍵盤模塊電路(七)升溫降溫電路本設計采用了光電耦合器控制三極管，再進一步控制繼電器線圈，這樣做的好處

22、：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。如下圖所示。圖7 升降溫模塊電路(八)報警電路本設計采用蜂鳴音報警電路。連接圖如圖3-6所示，當輸出高電平“1”時，晶體三極管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖8三極管驅(qū)動的蜂鳴音報警電路報警電路與單片機的P1.7口相連，當單片機輸出一個低電平時，蜂鳴器就會發(fā)出報警信號，說明溫度已經(jīng)超過規(guī)定的上下限值，外部輸出設備應該啟動進行相應的措施。只用在人按下復位按鈕或溫度在允許的圍報警電路就不會觸動。三、系統(tǒng)軟件

23、設計系統(tǒng)的軟件主要是采用C語言，對單片機進行變成實現(xiàn)各項功能。主程序?qū)δK進行初始化，而后調(diào)用讀溫度、處理溫度、顯示、鍵盤等模塊。用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制溫度，主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值并負責調(diào)用各子程序,其程序流程如圖10系統(tǒng)程序流程圖。圖9系統(tǒng)程序流程圖(一)溫度采集子程序 溫度采集就是把溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機，供顯示器顯示和溫度控制部分的判定。程序流程框圖如圖12所示。圖10 溫度采集流程圖(二)按鍵掃描子程序按鍵掃描就是通過按鍵調(diào)節(jié)設定溫度的上下限的值和控制單片機的復位。按鍵掃描程序流程圖如圖14。圖11 按鍵掃

24、描子程序(二)溫度控制子程序溫度控制就是通過采集到的溫度預設定的溫度比較，當溫度高于設定的溫度上限時，并通過光電耦合器和繼電器的動作，繼而啟動通風散熱設備，使棚的溫度降低；當溫度低于設定的溫度下限時，并通過光電耦合器和繼電器的動作，繼而啟動加熱設備，是棚的溫度升高。溫度控制程序流程圖如下圖所示。圖12 溫度控制子程序四、結(jié)束語本設計是一個溫度自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)溫度可以在一定圍由人工設定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動通風降溫，在環(huán)境溫度升高時實現(xiàn)自動升溫，以保持溫度在設定的圍。通過此次畢業(yè)論文的課題設計，我們學會了怎樣把所學的書本知識應用于實踐中去，并學會了如何去思考整個控制系統(tǒng)的軟硬件設計。參

25、考文獻1 廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎航空航天大學，2001(07).2 蔡美琴,為民等.MCS-51系列單片機系統(tǒng)與其應用高等教育，2004(06).3 毅剛,等.MCS-51單片機應用設計M.工業(yè)大學,1997.4 瑞星,胡健等.Protel DXP 實用教程機械工業(yè)，2003(04).5 于海生. 計算機控制技術(shù) 機械工業(yè) 2007(05).6 譚浩強. C程序設計 清華大學.7 康華光. 電子技術(shù)基礎 模擬部分 高等教育 1998(08).8 余錫存. 單片機原理與接口技術(shù) 電子科技大學，2003.附件1：系統(tǒng)原理圖附件2：源程序#include<reg52.h>#in

26、clude<stdio.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit leden=P22;sbit ledrs=P20;sbit ds=P27;sbit led0=P36;/加熱端口sbit Fan=P37; /風扇端口sbit key1=P10;/按一下，溫度上限加1sbit key2=P12; /按一下，溫度上限減1sbit key3=P14; /按一下，溫度下限加1sbit key4=P16; /按一下，溫度下限減1sbit Tru=P17;uint temp;float f_temp; uchar TF

27、LAG;uint num=280; /溫度上限uint num2=150; /溫度下限unsigned char disdata4;void delay(uint z) /延時uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void delayms(uint xms) /延時 uint i,j; for(i=xms;i>0;i-) for(j=10;j>0;j-);void write_(uchar ) /lcd1602寫指令ledrs=0;P0=;delay(5);leden=1;delay(5);leden=0;void writ

28、e_date(uchar date) /lcd1602寫數(shù)據(jù)ledrs=1;P0=date;delay(5);leden=1;delay(5);leden=0;void init() /lcd1602初始化leden=0;write_(0x38);write_(0x0c);write_(0x06);write_(0x01);void dsreset(void) /ds18b20初始化uint i;ds=0;i=103;while(i>0)i-;ds=1;i=4;while(i>0)i-;bit tempreadbit(void) /ds18b20讀字節(jié)uint i;bit dat;

29、ds=0;i+;ds=1;i+;i+;dat=ds;i=8;while(i>0)i-;return(dat);uchar tempread(void) /ds18b20讀字uchar i,j,dat;dat=0;for(i=1;i<=8;i+)j=tempreadbit();dat=(j<<7)|(dat>>1);return(dat);void tempwritebyte(uchar dat) /ds18b20寫字uint i;uchar j;bit testb;for(j=1;j<=8;j+)testb=dat&0x01;dat=dat&g

30、t;>1;if(testb)ds=0;i+;i+;ds=1;i=8;while(i>0)i-; elseds=0;i=8;while(i>0)i-;ds=1;i+;i+;void tempchange(void) dsreset();delay(1);tempwritebyte(0xcc);tempwritebyte(0x44); /ds18b20溫度轉(zhuǎn)換指令uint get_temp() /ds18b20溫度轉(zhuǎn)換uchar a,b;dsreset();delay(1);tempwritebyte(0xcc);tempwritebyte(0xbe);a=tempread();

31、b=tempread();temp=b;temp<<=8;temp=temp|a;if(temp<0x0800)f_temp=temp*0.0625;TFLAG=0;elsef_temp=(temp)+1;f_temp=f_temp*0.0625;TFLAG=1;temp=f_temp*10;return temp; void warn() /閃爍報警led0=1;delay(100);led0=0;void warn1() /蜂鳴器報警Tru=1;delay(100);Tru=0; void motor() / 馬達轉(zhuǎn)動 Fan=1;delay(100);Fan=0;void deal(uint t) /數(shù)據(jù)處理if(t>num)|(t<num2)warn1();elseTru=0;if(t>num)motor();elseFan=0; if(t<num2)warn();elseled0=0;void keyscan() /按鍵掃描if(key1=0)delayms(1);if(key1=0)num=num+10;while(!key1);if(key2=0)delayms(1);if(key2=0)num=num-10;while(!ke