基于STC89C52溫度控制系統(tǒng)

基于單片機(jī)STC89C52溫控系統(tǒng)摘要文章介紹了基于單片機(jī)STC89C52[1]溫度控制的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，它在很多領(lǐng)域都廣泛運(yùn)用，而該系統(tǒng)硬件局部的重心在于單片機(jī)。DS18B20溫度測量系統(tǒng)是以STC89C52單片機(jī)作為控制核心，智能溫度傳感器DS18B20為控制對象，用2極共陽數(shù)碼管顯示，用蜂鳴器報(bào)警，發(fā)光二極管作為指示燈，運(yùn)用C語言[2]實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。設(shè)計(jì)完成了DS18B20的溫度采集電路、顯示電路、溫度處理電路、報(bào)警提示電路。關(guān)鍵詞溫度傳感器DS18B20；單片機(jī)STC89C52；蜂鳴器；發(fā)光二極管設(shè)計(jì)分析〔1〕溫度設(shè)定范圍為0～99℃，最小區(qū)分度為1℃，標(biāo)定溫度≤1℃，當(dāng)外界溫度高于或低于設(shè)定值時(shí)蜂鳴器報(bào)警。〔2〕用十進(jìn)制2極共陽數(shù)碼管顯示實(shí)際的溫度，最小區(qū)分度為1℃?！?〕四鍵盤輸入，設(shè)置溫度加、減、確定、復(fù)位，實(shí)現(xiàn)對電路的控制。設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)溫度控制的方法主要有以下幾種：方案一：采用純硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于速度較快，但可靠性比擬差控制精度比擬低、靈活性小、線路復(fù)雜、調(diào)試、安裝都不方便。且要實(shí)現(xiàn)題目所有的要求難度較大。方案二：FPGA/CPLD或采用帶有IP內(nèi)核的FPGA/CPLD方式。即用FPGA/CPLD完成采集，存儲，顯示及A/D等功能，由IP核實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及信號測量分析等功能。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測量與與控制，操作方便；缺點(diǎn)是調(diào)試過程復(fù)雜，本錢較高。方案三：單片機(jī)與高精度溫度傳感器結(jié)合的方式。即用單片機(jī)完成人機(jī)界面，系統(tǒng)控制，信號分析處理，由前端溫度傳感器完成信號的采集與轉(zhuǎn)換。方案三克服了方案一、二的缺點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)任務(wù)是基于STC89C52單片機(jī)和溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。系統(tǒng)框圖如下列圖2.1：單片機(jī)單片機(jī)STC89C52溫度傳感器DS18B20數(shù)碼管顯示電路溫度傳感器DS18B20數(shù)碼管顯示電路鍵盤輸入蜂鳴器報(bào)警鍵盤輸入蜂鳴器報(bào)警圖2.1系統(tǒng)總體控制框圖用DXP設(shè)計(jì)的整體電路圖如圖2.2所示。圖2.2溫控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)圖硬件設(shè)計(jì)根據(jù)總系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以將其分為八個(gè)功能模塊：單片機(jī)STC89C52主控制模塊、DS18B20溫度信號采集模塊、鍵盤輸入模塊、數(shù)碼管溫度顯示模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊、流水燈模塊、5V繼電器模塊、電源模塊。3.1單片機(jī)STC89C52單片機(jī)STC89C52主控制模塊即整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，主要通過執(zhí)行其程序存儲器Rom[3]中的程序來對其4個(gè)并行I/O口進(jìn)行讀寫操作完成對其他模塊的控制。STC89C52芯片具有以下主要功能特性：①、兼容MCS51指令系統(tǒng)；②、8k可反復(fù)擦寫(大于1000次〕FlashROM；③、32個(gè)雙向I/O口；④、256x8bit內(nèi)部RAM；⑤、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷；⑥、時(shí)鐘頻率0-24MHz；⑦、2個(gè)串行中斷，可編程UART[4]串行通道；⑧、2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；⑨、2個(gè)讀寫中斷口線，3級加密位；⑩、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能[6]；?、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。STC89C52單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專用于主電源引腳，2個(gè)外接晶振的引腳，4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。89C52引腳圖以及各引腳功能如圖3.1所示。圖3.189C52引腳圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口[5]，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1〞時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1〞時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1〞

后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流〔ILL〕這是由于上拉的緣故。P3口作為AT89C51的一些特殊功能口，管腳備選功能P3.0RXD〔串行輸入口〕P3.1TXD〔串行輸出口〕P3.2/INT0〔外部中斷0〕P3.3/INT1〔外部中斷1〕P3.4T0〔記時(shí)器0外部輸入〕P3.5T1〔記時(shí)器1外部輸入〕P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通〕P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通〕RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，那么在此期間外部程序存儲器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP〕。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2DS18B20溫度信號采集模塊DS18B20溫度信號采集模塊是由一個(gè)溫度信號采集器組成，主要是溫度信號采集并將數(shù)據(jù)傳回給單片機(jī)主控制模塊。傳感器采集的溫度值通過傳回給主控制模塊STC89C52單片機(jī)進(jìn)行處理，然后送入數(shù)碼管進(jìn)行溫度顯示。溫度處理模塊是由5V繼電器控制。DS18B20的性能特點(diǎn)：①、獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；②、多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；③、可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3.0～5.5V；④、測溫范圍：-55

℃

～+125

℃，在-10

℃～+85

℃時(shí)精度為±0.5

℃；可編程的分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃；⑤、12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字；⑥、報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度〔溫度報(bào)警條件〕的器件；⑦、每個(gè)芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待。DS18B20電路圖如圖3.2所示。圖3.2DS18B20溫度信號采集模塊3.3鍵盤輸入模塊鍵盤輸入模塊是由四輸入鍵盤組成，S1為溫度設(shè)定加、S2為溫度設(shè)定減、S3為確定鍵、S4為復(fù)位鍵，鍵盤輸入模塊如圖3.3所示。圖3.3鍵盤輸入模塊3.4數(shù)碼管溫度顯示模塊數(shù)碼管溫度顯示模塊是對溫度的當(dāng)前值進(jìn)行顯示。如圖3.4所示。圖3.4數(shù)碼管溫度顯示模塊3.5流水燈模塊流水燈模塊是有四個(gè)LED發(fā)光二極管組成，指示整個(gè)系統(tǒng)正常工作。如圖3.5所示。圖3.5流水燈模塊3.6蜂鳴器報(bào)警模塊蜂鳴器報(bào)警模塊就是對當(dāng)采集的溫度值大于或者小于用戶自定義的遇界溫度值進(jìn)行報(bào)警提示。如圖3.6所示。圖3.6蜂鳴器報(bào)警模塊3.7電源模塊電源模塊給整個(gè)電路板提供電源，使其正常工作。如圖3.7所示。圖3.7電源模塊3.85V繼電器5V繼電器相當(dāng)于一個(gè)自動開關(guān)，在電路中起著自動調(diào)節(jié)、平安保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。如圖3.8所示。圖3.85V繼電器整體設(shè)計(jì)的PCB效果圖如圖3.9所示。圖3.9整體PCB設(shè)計(jì)圖軟件設(shè)計(jì)根據(jù)單片機(jī)STC89C52的管腳功能，用C語言編程，數(shù)碼管管腳接P2口，按鍵控制位接P3口，LED管腳接P1口。具體C語言程序設(shè)計(jì)見附錄。系統(tǒng)的控制流程圖如圖4所示。中斷保護(hù)現(xiàn)場開始中斷保護(hù)現(xiàn)場開始T1中斷初始化T1中斷初始化去抖去抖18B20初始化18B20初始化按鍵處理按鍵處理寫數(shù)碼管是否超限讀取溫度寫數(shù)碼管是否超限讀取溫度恢復(fù)現(xiàn)場寫數(shù)碼管恢復(fù)現(xiàn)場寫數(shù)碼管返回報(bào)警控制算法返回報(bào)警控制算法1)主程序流程圖2〕中斷程序流程圖圖4程序流程圖設(shè)計(jì)操作步驟①將PCB制圖打印，制板10x10。②將PCB圖滑面向上，板子在PCB圖上放，一起放入曝光箱中曝光。考前須知：a.曝光時(shí)間在120S以上。b.曝光時(shí)注意膠片圖的正反面，以免曝光錯誤。C.曝光時(shí)注意封閉箱體，按“開始〞進(jìn)行曝光。曝光箱如圖5.1所示。圖5.1曝光箱③曝光后，將板子放入脫膜溶液中洗去藍(lán)油，直至板子上只剩下“附有曝光后藍(lán)油的PCB線〞為止。清洗操作如圖5.2所示。圖5.2清洗④放入腐蝕設(shè)備中進(jìn)行腐蝕，目的是為了去除多余的銅，大約2~5分鐘。腐蝕設(shè)備如圖5.3所示。圖5.3腐蝕⑤腐蝕完后擦干板子，刮掉PCB上的藍(lán)油線，進(jìn)行鉆孔。鉆孔機(jī)及鉆孔后的板子如圖5.4所示。圖5.4鉆孔機(jī)及鉆孔后的板子⑥安裝器件進(jìn)行焊接。最終焊接完成效果如圖5.5所示。圖5.5PCB板正面及反面⑦插上USB數(shù)據(jù)線，連接電腦，下載程序，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試溫控系統(tǒng)完成之后，下載程序，發(fā)現(xiàn)2極共陽數(shù)碼管數(shù)字顯示錯誤，經(jīng)過計(jì)算各邊管腳的地址，修改程序，使得數(shù)碼管的各個(gè)管腳對應(yīng)好STC18B20的P2口，最終完成測試，結(jié)果正確。7.設(shè)計(jì)總結(jié)通過調(diào)試測驗(yàn)，溫控系統(tǒng)還存在一點(diǎn)點(diǎn)的缺乏，數(shù)碼管數(shù)字顯示錯誤，在同學(xué)和老師的幫助下，添加了兩個(gè)限流電阻，重新修改了程序，最終設(shè)計(jì)完成。此次的設(shè)計(jì)，使我們認(rèn)真的學(xué)習(xí)了單片機(jī)STC89C52的工作原理及特點(diǎn)，掌握了DS18B20的性能特點(diǎn)以及電路的局部與整體的聯(lián)系，增強(qiáng)了我們的動手能力，豐富了我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對以后的學(xué)習(xí)和生活有很大的幫助。參考文獻(xiàn)[1]胡漢才．單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2002年．[2]馬忠珍等．單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)〔第三版〕[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003年．[3]何立民．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003年．[4]孫傳友等．測控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002年．[5]先鋒工作室．單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2003年．[6]張毅剛，彭喜元，姜守達(dá)，喬立言．新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M]．哈爾濱：哈爾兵工業(yè)大學(xué)出版社，2003年．附錄此次軟件設(shè)計(jì)程序：#include<STC89C52.H>#include"INTRINS.H"#defineBUSY1(DQ1==0) //定義busy信號sbitDQ1=P2^2; //定義18B20單總線引腳sbitLED_0=P2^7; //定義數(shù)碼管控制腳sbitLED_1=P2^6;sbitFM=P2^5; //定義蜂鳴器驅(qū)動管腳sbitWARN=P1^7; //定義繼電器控制位sbitS0=P3^2; //定義按鍵控制位sbitS1=P3^3;sbitS2=P3^5;sbitS3=P3^6;sbitD0=P1^0; //定義LED管腳 sbitD1=P1^1;sbitD2=P1^2;sbitD3=P1^3;voiddisplay(unsignedchard1,unsignedchard2);//聲明顯示函數(shù)voidds_reset_1(void); //聲明18B20復(fù)位函數(shù)voidwr_ds18_1(chardat); //聲明18B20寫入函數(shù)voidtime_delay(unsignedchartime);//聲明延時(shí)函數(shù)intget_temp_1(void); //聲明18B20讀入溫度函數(shù)voidread_ROM(void); //聲明18B20讀ROM函數(shù)intget_temp_d(void); //聲明獲取溫度函數(shù)voidds_init(void); //聲明18B20初始化函數(shù)voidds_getT(void); //聲明18B20獲得溫度顯示值函數(shù)voidwarn(void); //報(bào)警降溫函數(shù)voidkey(void); //按鍵函數(shù)/*定義數(shù)碼管段碼=====0-9==========*/unsignedchara[10]={0x48,0xdb,0x61,0xc1,0xd2,0xc4,0x44,0xd9,0x40,0xc0};//共陽極數(shù)碼管的段碼0123456789/****************以下定義各種變量********************/unsignedcharResultSignal;intResultTemperatureLH,ResultTemperatureLL,ResultTemperatureH;unsignedcharROM[8];unsignedcharidataTMP;unsignedcharidataTMP_d;unsignedcharf;unsignedcharrd_ds18_1();unsignedintTemH; //溫度的整數(shù)局部 unsignedintnum1=35,num2=0; unsignedintcount=0,count0=0; unsignedintD=0xfe; voidmain(){ TMOD=0x11;//設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1 TH0=65536/32; TL0=65536%32; ET0=1;//開定時(shí)器0中斷 TR0=1;//啟動定時(shí)器0 ds_init(); //18B20初始化 while(1) { ds_getT(); //使用該函數(shù)獲得溫度，整數(shù)局部存儲到TemH，小數(shù)局部存儲到count的低8位 display((TemH/10)%10,TemH%10); //溫度發(fā)送到數(shù)碼管顯示 warn(); key(); }}/***************18B20初始化函數(shù)***********************/voidds_init(void){ unsignedintk=0; ds_reset_1(); ds_reset_1(); //reset wr_ds18_1(0xcc); //skiprom _nop_(); wr_ds18_1(0x7f); ds_reset_1(); wr_ds18_1(0xcc); _nop_(); wr_ds18_1(0x44); for(k=0;k<11000;k++) time_delay(255); ds_reset_1();}voidds_getT(void){ wr_ds18_1(0xcc); wr_ds18_1(0xbe); TemH=get_temp_1(); TemH&=0x00ff;}/***************延時(shí)程序，單位us,大于10us*************/voidtime_delay(unsignedchartime){ time=time-10; time=time/6; while(time!=0)time--;}/*****************************************************//*resetds18b20*//*****************************************************/voidds_reset_1(void){ unsignedcharidatacount=0; DQ1=0; time_delay(240); time_delay(240); DQ1=1; return;}voidcheck_pre_1(void){ while(DQ1); while(~DQ1);time_delay(30);}voidread_ROM(void){ intn; ds_reset_1(); check_pre_1(); wr_ds18_1(0x33); for(n=0;n<8;n++){ROM[n]=rd_ds18_1();}}/*****************************************************//*Readabitfrom1820位讀取*//*****************************************************/bittmrbit_1(void){idatachari=0; bitdat; DQ1=0;_nop_();DQ1=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); dat=DQ1;time_delay(50); returndat;}/*****************************************************//*readabetyfromds18b20字節(jié)讀取*//*****************************************************/unsignedcharrd_ds18_1(){ unsignedcharidatai,j,dat=0; for(i=1;i<=8;i++) { j=tmrbit_1(); dat=(j<<(i-1))|dat; } returndat;}/*****************************************************//*writeabetyfromds18b20寫字節(jié)*//****************************************************/voidwr_ds18_1(chardat){ signedcharidatai=0; unsignedcharidataj; bittestb; for(j=1;j<=8;j++) { testb=dat&0x01; 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