單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、引言隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域較廣泛。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括單片機(jī)，溫度采集模塊，顯示模塊，按鍵控制模塊，報(bào)警和指示模塊五個(gè)部分。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過程作了詳細(xì)介紹。整個(gè)系統(tǒng)的核心是進(jìn)行溫度監(jiān)控，完成了課題所有要求。二、

2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.1學(xué)習(xí)DS18B20溫度傳感芯片的結(jié)構(gòu)和工作原理。2.2 掌握LED數(shù)碼管顯示的原理及編程方法。2.3 掌握獨(dú)立式鍵盤的原理及使用方法。2.4 掌握51系列單片機(jī)數(shù)據(jù)采集及處理的方法。三、方案設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案采用AT89C52單片機(jī)作控制器，溫度傳感器選用DS18B20來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)，系統(tǒng)由5個(gè)模塊組成：主控制器、測(cè)溫電路、顯示電路、控制電路、報(bào)警及指示電路。主控制器由單片機(jī)AT89C52實(shí)現(xiàn)，測(cè)溫電路由DS18B20溫度傳感器實(shí)現(xiàn)，顯示電路由4位LED數(shù)碼管直讀顯示,，報(bào)警指示電路由蜂鳴器和發(fā)光二級(jí)管構(gòu)成，控制電路由按鍵構(gòu)成。本設(shè)計(jì)所使用的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具

3、有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確等特點(diǎn)，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)溫度的精度要求較高的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，并且加有報(bào)警裝置，超過限制溫度可發(fā)出報(bào)警信號(hào)，還可以調(diào)整報(bào)警上下限溫度。該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)AT89C52，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，用4位共陽(yáng)極LED數(shù)碼管以1/O口傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示，能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。四、實(shí)驗(yàn)原理利用溫度傳感器芯片監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)內(nèi)部，單片機(jī)通過對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用四位八段數(shù)碼管顯示環(huán)境溫度，并利用蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出超限警報(bào)信號(hào)。通過按鍵操作可以改變報(bào)警溫度的上下限。五、材料清單序號(hào)名稱型號(hào)/規(guī)格數(shù)量備

4、注1單片機(jī)STC89C52RC1U12溫度傳感器DS18B201U23電阻3KQ5R1,R2,R3,R4,R12410004R5,R6,R7,R8510KQ4R9,R13,R14,R15620001R1071K01R118排阻10K1RP19電容30pF2C1,C210電解電容22uF1C311三極管9013(NPN)4Q1,Q2,Q3,Q4128550(PNP)1Q513發(fā)光二極管黃色1D114紅色1D215綠色2D3,D416蜂鳴器1BUZ117按鍵4S1,S2,S3,S418晶振11.0592MHz1X119四位八段數(shù)碼管XD3941BR-ST1顯示六、基本芯片及其原理6.1單片機(jī)89C

5、52是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于80C51增強(qiáng)型單片機(jī)版本，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達(dá)控制等應(yīng)用場(chǎng)合。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、8k片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM）32個(gè)雙向輸入/輸出（I/O）口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。此外，89

6、C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。89C52有PDIP（40pin）和PLCC（44pin）兩種封裝形式。本次課程設(shè)計(jì)所使用的單片機(jī)為STC89C52單片機(jī)，是深圳宏晶科技生產(chǎn)的完全兼容INTEL公司MCS-51系列的單片機(jī)。6.2溫度傳感器及其原理傳感器DS18B20具有體積小、精度高、適用電壓寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“

7、一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)?！耙痪€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(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使用戶可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為-55°C+125°C,在-10+85°C范圍內(nèi)，精度為±0.5°C?，F(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)溫度

8、測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)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。6.2.1 DS18B20的特性(1) 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍:3.05.5V，寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。(2) 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。(3) DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。(4) DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電

9、路內(nèi)。(5) 溫范圍一55°C_125°C，在-10+85°C時(shí)精度為±0.5°C。(6) 可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5°C、0.25°C、0.125C和0.0625C，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。(7) 在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。(8) 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。(9) 負(fù)壓特性:電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

10、6.2.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)及DS18B20的管腳排列64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號(hào)。不同的器件地址序列號(hào)不同。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的引腳定義：DALLAS123NCDALLAS18820GND8-Pin150iuilSOD51£B20Z)BOTTOMVZE'iViTO92nJ二INC=NC=1NGfi-Plll|lL&OP(DSISB20U)圖一DS18B20引腳定義（1）DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端。（2）

11、GND為電源地。（3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。6.2.3DS18B20的編程（1）DS18B20的初始化： 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。 延時(shí)750us（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480us到960us）。 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。 延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來(lái)確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無(wú)限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的

12、時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時(shí)間算起）最少要480微秒。 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。初始化程序代碼如下：voidds_reset（void）charpresence=l;while（presence）while（presence）DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0;delay(50);DQ=1;delay(6);presence=DQ;delay(45);presence=DQ;DQ=1;(2) DS18B20的寫操作： 數(shù)據(jù)線先置低電平“0” 延時(shí)確定的時(shí)間為15us。 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)(一次只發(fā)送一位)。 延時(shí)時(shí)間為45us。 將數(shù)據(jù)線拉到高

13、電平。 重復(fù)上(1)到(6)的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 最后將數(shù)據(jù)線拉高。寫操作程序代碼如下：voidds_write(uchards_wrdata)uchari;for(i=8;i>0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ=ds_wrdata&0x01;/最低位移出delay(6);ds_wrdata=ds_wrdata/2;/右移1位DQ=1;delay(1);(3) DS18B20的讀操作： 將數(shù)據(jù)線拉高“1” 延時(shí)2us。 將數(shù)據(jù)線拉低“0”9 延時(shí)15us。 將數(shù)據(jù)線拉高

14、“1”。 延時(shí)15us。 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 延時(shí)30us。讀操作程序代碼如下：uchards_read(void)uchari;ucharvalue=0;for(i=8;i>0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value>>=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(DQ)value|=0x80;delay(6);DQ=1;return(value);6.2.4DS18B20傳感器的溫度數(shù)據(jù)關(guān)系：溫度數(shù)字輸出/（二進(jìn)制

15、）安息字輸出（十六進(jìn)制）+125V0000000011111010OOFA11+0C0000000000110010003211+1/21C0000000000000001OOOlh+此0000000000000000OOOOh-1/2V1111111111111111FFFFh-25°C1111111111001110FFCEh-5511111111110010010FF92h圖二溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)關(guān)系6.2.5DS18B20的外部電源供電方式：在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)1/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)

16、在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。圖三外部電源供電連接圖七、系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)由5個(gè)模塊組成：主控制器（單片機(jī)）、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、控制電路模塊、報(bào)警及指示模塊。主控制器由單片機(jī)AT89C52實(shí)現(xiàn)，測(cè)溫電路由DS18B20溫度傳感器實(shí)現(xiàn)，顯示電路由4位LED數(shù)碼管直讀顯示，報(bào)警指示電路由蜂鳴器和發(fā)光二級(jí)管構(gòu)成，控制電路由按鍵構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如下：圖四系統(tǒng)框圖八、工作流程圖8.1主程序流程圖圖五主要功能流程圖圖六指示、報(bào)警模塊流程圖I開始:!圖七讀取溫度值模塊流程圖V13九、硬件電路圖FO.Oi'AEaPO1WC-1FQNAD3PCUi.口P0占

17、如5PO.6.ftD6FO了fAD7F2.WA3巴.1竝gP221AnaP2.3A11P2.4JA12PS5JA13尸乙測(cè)ITP2.mi5PS護(hù)1rrn衛(wèi)1羽273P2.S/A14P2.7/A15F3.O/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P33/INT1P3.4/T0P35JT1P3.WWRP3.77RD閃37圖八顯示模塊10i71213U151617R1310kS1i.JSI1_®OO-,S2加一|I®OOrS3賊-I1_過OOR15圖九按鍵控制模塊圖十一溫度傳感器連接圖基于AT89C52單片機(jī)的數(shù)字溫度監(jiān)控系統(tǒng)8U88C2KpF%C3=>22uFR10&g

18、t;：!：R11U1AR5D1D203D斗R123kS550止iK止iKXTAllPti.CMADlPO1A&1FOgRXTAL2FO.珈旳POD-eR5.WAD3RTF13.T/AD7P2.&W6P2.1/A9P2.2TA110PS£NP2®叩A(chǔ)LEF2阿2EAP25i'A13P2.0iAl<P2.7fA15P1.Q/T2PiafflXDPI1/T2EXP11/TXDP1.2P3PI.3P33TJT1PJ.aP3.4TTOP1.5P3.5fT1".9ra.enRPIJP37/RC-IT0S92MHZT.ftlhTEI4£-1大學(xué)R13通信與信息工程學(xué)院電子信息工程丁沁班制作者：fnarilh.riR3U24i陽(yáng)b2,i337L51-24'Lsa:32'b21督P督PSIBBSOR2SkR4Mr時(shí)間M2011年7月11日十、總結(jié)通過做本課題，使我們了解傳感器的基本理論知識(shí)，更深入的了解單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用和PC編程控制。為以后從事單片機(jī)軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)、PC軟件開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)，樹立獨(dú)立從事產(chǎn)品研發(fā)的信心。同時(shí)也培養(yǎng)了我們認(rèn)真的做事態(tài)度。從得到題目到查找資料，從對(duì)題目的研究設(shè)定到電路圖的設(shè)計(jì)，電路圖的設(shè)計(jì)到程序設(shè)計(jì)在這一個(gè)充滿挑戰(zhàn)伴隨挫折，充滿熱情伴隨打擊的過程中，我們感觸頗深，它是對(duì)我們的