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基于单片机温度控制系统设计的检测环节课程设计论文.doc
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基于单片机温度控制系统设计的检测环节课程设计论文.doc
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理工大学课程设计论文
1
目 录
1 概述..........................................................................................................................1
1.1 简述.................................................................................................................1
1.2 温度控制系统的目的.....................................................................................1
2 系统主要元器件介绍..............................................................................................2
2.1 单片机的选用及功能介绍.............................................................................2
2.2 DS18B20 温度传感器介绍 ............................................................................4
3 总体设计方案..........................................................................................................8
3.1 设计原则.........................................................................................................9
3.2 引脚连接.........................................................................................................9
3.2.1 晶振电路..............................................................................................9
3.2.2 串口引脚............................................................................................10
3.3 显示部分.......................................................................................................10
3.4 温度采集部分...............................................................................................10
4 系统整体设计..........................................................................................................11
4.1 系统硬件电路设计.......................................................................................11
4.1.1 主板电路设计....................................................................................11
4.1.2 各部分电路........................................................................................11
4.2 系统软件设计...............................................................................................13
4.2.1 系统软件设计整体思路....................................................................13
4.2.2 系统程序流图....................................................................................13
4.2.2 系统程序代码....................................................................................15
5 结束语....................................................................................................................28
参考文献......................................................................................................................29
理工大学课程设计论文
1
1 概述
1.1 简述
单片机在测控领域中具有十分广泛的应用,它既可以直接处理电信号,也可以间接
处理温度、湿度、压力等非电信号。由于该特点,因而被广泛应用于工业控制领域。
本文正是基于温度传感器和单片机而构建的电路,进而完成温度的测量和显示。
温度传感器的发展经历了三个发展阶段:
①传统的分立式温度传感器
②模拟集成温度传感器
③智能集成温度传感器。
目前使用最广的是智能温度传感器 (亦称数字温度传感器) ,是在20世纪90年代中
期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶,特点是能输出
温度数据及相关的温度控制量,适配于各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对传感
器的要求也越来越高,现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式,
从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展,并朝着高精度、多功能、总线标准化、高
可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅
速发展,本文将介绍了智能集成温度传感器DS18B20的结构特征及控制方法,并以此传
感器为测温元件,AT89S51单片机为控制核心,构成的数字温度测量装置,并对其的工
作原理及程序设计作了详细的介绍。
1.2 温度控制系统的目的
本设计的内容是温度测试控制系统,控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业
领域应用相当广泛,比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控
制是由人工完成的而且不够重视,其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针
对此问题,本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统,它应用广
泛,功能强大,小巧美观,便于携带,是一款既实用又廉价的控制系统。
沈阳理工大学课程设计论文
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2 系统主要元器件介绍
2.1 单片机的选用及功能介绍
AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗,高性能 CMOS 型 8 位单片机,片内
含 4Kbytes 的可编程的 Flash 只读程序存储器,兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集
Flash ROM 程序存储器,并支持可在线编程(ISP)功能;另一方面,由于价格低、因
而被广泛应用于许多高性价比的场合,如工业控制、消费电子等各种控制领域,对于简
单的测温系统而言,它已经足够。单片机 AT89S51 具有低电压供电和体积小等特点,
四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使
用系统可用二节电池供电。设计中采用 89S51 单片机。其主要特性如下:
与 MCS-51 产品指令系统完全兼容;
4K 字节可编程闪烁存储器;
1000 擦写周期;
4.0~5.5V 工作电压范围;
全静态工作:0Hz-33MHz;
程序存储器具有 3 级加密保护;
128*8 位内部 RAM;
32 可编程 I/O 线;
两个 16 位定时器/计数器;
6 个中断源和 2 个优先级;
可编程全双工串行通道; 图 2.1 89S51 单片机引脚
低功耗的闲置和掉电模式;
看门狗(WDT)及双数据指针;
具有 JTAG 接口,可方便地在线编程或在系统编程。
AT89S51 单片机为 40 引脚双列直插式封装。其引脚排列和逻辑符号如图 2.1 所示。
各引脚功能简单介绍如下:
VCC:供电电压。
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GND:接地。
P0 口:P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口,每个管脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1
口的管脚写“1”时,被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器,它可
以被定义为数据/地址的第八位。在 FLASH 编程时,P0 口作为原码输入口,当
FLASH 进行校验时,P0 输出原码,此时 P0 外部电位必须被拉高。
P1 口:P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 口缓冲器能接收输出
4TTL 门电流。P1 口管脚写入“1”后,电位被内部上拉为高,可用作输入,P1 口
被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程
和校验时,P1 口作为第八位地址接收。
P2 口:P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 口缓冲器可接收,输出 4
个 TTL 门电流,当 P2 口被写“1”时,其管脚电位被内部上拉电阻拉高,且作为输
入。作为输入时,P2 口的管脚电位被外部拉低,将输出电流,这是由于内部上拉的
缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时,P2 口
输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉的优势,当对外部八位地
址数据存储器进行读写时,P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编
程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3 口:P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口,可接收输出 4 个 TTL 门电
流。当 P3 口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入时,
由于外部下拉为低电平,P3 口将输出电流(ILL),也是由于上拉的缘故。P3 口也可
作为 AT89C51 的一些特殊功能口:P3.0 RXD(串行输口);P3.1TXD(串行输出口) ;
P3.2 INT0(外部中断 0);P3.3 INT1(外部中断 1) ;P3.4 T0(定时器 0 外部输入);P3.5
T1(定时器 1 外部输入);P3.6 WR (外部数据存储器写选通);P3.7 RD (外部数据存储
器读选通)。同时 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。
ALE / PROG :当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地
位字节。在 FLASH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE 端以不变
的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出
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的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一
个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时, ALE 只有在
执行 MOVX,MOVC 指令时 ALE 才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处
理器在外部执行状态 ALE 禁止,置位无效。
PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间,每个机器周期
PSEN 两次有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的 PSEN 信号将不出现。
EA/VPP:当 EA 保持低电平时,访问外部 ROM;注意加密方式 1 时,EA 将内部锁
定为 RESET;当 EA 端保持高电平时,访问内部 ROM。在 FLASH 编程期间,此引
脚也用于施加 12V 编程电源(VPP)。
XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:来自反向振荡器的输出。
2.2 DS18B20 温度传感器介绍
每一片 DSl8B20 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列号,在出厂前已写入片内 ROM
中。主机在进入操作程序前必须用读 ROM(33H)命令将该 DSl8B20 的序列号读出。
DS18B20 的测温原理如下,低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产
生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1,高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显
改变,所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入,图中还隐含着计数门,当计数门打
开时,DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数,进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55 ℃所对应的基
数分别置入减法计数器 1 和温度寄存器中,减法计数器 1 和温度寄存器被预置在-55 ℃
所对应的一个基数值。减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,
当减法计数器 1 的预置值减到 0 时温度寄存器的值将加 1,减法计数器 1 的预置将重新
被装入,减法计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环
直到减法计数器 2 计数到 0 时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即
为所测温度。图中的斜坡累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正
减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被
测温度值。
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