《2021單片機(jī)課程設(shè)計(jì)——基于51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2021單片機(jī)課程設(shè)計(jì)——基于51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（12頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)——基于51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) -- 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目：溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院:通信與信息工程學(xué)院 專業(yè)：測控技術(shù)與儀器專業(yè) 班級: 測控三班 成員: 徐郡 二〇一四年六月十二日 -- -- 一、引言 溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一,特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。對于不同場所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同,則采用的測溫元件、測方法以及對溫度的控制方法也將不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時(shí)效不同，則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，對溫度的測控方法多種多樣。

2、 隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展,微機(jī)測量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用微機(jī)對溫度進(jìn)行測控的技術(shù),也便隨之而生,并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。 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。 為了提高對傳感器的認(rèn)識和了解,尤其是對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)。本系統(tǒng)利用傳感器與單片機(jī)相結(jié)合，應(yīng)用性比較強(qiáng)，本系統(tǒng)可以作為倉庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫

3、度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室溫度監(jiān)控系統(tǒng)，以及構(gòu)成智能電飯煲等等。課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度監(jiān)測，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測并通過報(bào)警信號提示溫度異常。本設(shè)計(jì)具有操作方便,控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。 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、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵? 2.1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) --

4、 -- 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,具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確等特點(diǎn)，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對溫度的精度要求較高的場所，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，還可以調(diào)整報(bào)警上下限溫度。該設(shè)計(jì)控制器使

5、用單片機(jī)AT8９C52，測溫傳感器使用DS18B2０，用4位共陽極LED數(shù)碼管以I/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)測環(huán)境溫度,將溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送到單片機(jī)內(nèi)部，單片機(jī)通過對溫度數(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。通過按鍵操作可以改變報(bào)警溫度的上下限。 五、材料清單 -- -- 六、基本芯片及其原理 ６.１單片機(jī) ８９C５２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

6、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)存儲器ＲAＭ、８k片內(nèi)程序存儲器(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,８９Ｃ５２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ＲA

7、M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PLC Ｃ(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溫效果。 美國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“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)

8、?！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),為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 現(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，測量溫度范圍為-55C~＋125C，在-１０～+85Ｃ范圍內(nèi),精度為0．5C?，F(xiàn)場溫度直接以“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)場溫度測量,如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同,新的產(chǎn)品支持３V～5.５V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．

9、１ DS18Ｂ２0的特性 （1)適應(yīng)電壓范圍更寬,電壓范圍：3.0~5．5Ｖ,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D Ｓ18B ２０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)測溫。 （４)D Ｓ18Ｂ20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路內(nèi)。 （５)溫范圍－55℃～+1２5℃,在-1０~+8５℃時(shí)精度為0.5℃。 （6)可編程的分辨率為９~1２位，對應(yīng)的可分辨溫度

10、分別為０.5℃、0.２5℃、0．１2５℃和0.0６２5℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。 (7)在9位分辨率時(shí)最多在9３．75m ｓ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)測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU,同時(shí)可傳送C ＲC 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)，芯片不會因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作。 6.2.2 DS1８B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)及DS １8B ２0的管腳排列 64位光刻R ＯM 是出廠前被光刻好的，它可以看作是該D Ｓ18Ｂ20的地址序列號。不同的器件地址序列號不同。D Ｓ１8Ｂ

11、2０內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成:64位光刻ＲO Ｍ，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： 圖一 D Ｓ1８Ｂ2０引腳定義 (1)D Ｑ為數(shù)字信號輸入/輸出端。 -- -- (２)G ＮＤ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）。 6.2.3 DS １8Ｂ2０的編程 (1）DS18B20的初始化： ①先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。 ②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)) ③數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。 ④延時(shí)75０us （該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480us 到９60us ）

12、。 ⑤數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。 ⑥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)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行等待，不然會使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制)。 ⑦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。 ⑧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： void ds_r ｅｓet(voi ｄ） { ｃhar presence=1； while(pr ｅｓe ｎｃe) ?｛ ? wh ｉle(prese

13、nce) ?{ ???DQ=１; ? ?_n ｏp_(); ?_ｎｏｐ_(); ?ＤQ=０； ? dela ｙ(50); ? DQ=1; ??delay(6）; ?? pr ｅsence=DQ ； ??｝ ??ｄelay(４5); prese ｎce=~D Ｑ; } ＤQ=1; } （2)ＤＳ１8B ２0的寫操作： ①數(shù)據(jù)線先置低電平“０”。 ②延時(shí)確定的時(shí)間為15us 。 -- -- ③按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)(一次只發(fā)送一位)。 ④延時(shí)時(shí)間為45u ｓ。 ⑤將數(shù)據(jù)線拉到高電平。 ⑥重復(fù)上(1)到（6）的操作直到所有的字節(jié)

14、全部發(fā)送完為止。 ⑦最后將數(shù)據(jù)線拉高。 寫操作程序代碼如下： ｖoid ｄs_write(ｕc ｈar ds_w ｒdata ） { ?u ｃhar i; f ｏr(i=８;ｉ>0；i--） ?{ ? DQ=1; ? ＿no ｐ_(); _no ｐ＿（); ? D Ｑ=0; ? _n ｏp_(); ?＿ｎop_（); ??_ｎo ｐ_（); ?_n ｏｐ_(); ? ＤQ=ds_wrdata&０x ０１； //最低位移出 ?d ｅl ａy(6); d ｓ_w ｒda ｔa=d ｓ_ｗrdata/2; ／/右

15、移１位 ?} ＤQ ＝1; ?dela ｙ(1)； } (3)ＤＳ１8B20的讀操作: ①將數(shù)據(jù)線拉高“１”。 ②延時(shí)2ｕs 。 ③將數(shù)據(jù)線拉低“0”。 ④延時(shí)1５us 。 ⑤將數(shù)據(jù)線拉高“1”。 ⑥延時(shí)15us 。 ⑦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。 ⑧延時(shí)30ｕs 。 讀操作程序代碼如下: uc ｈar ｄs_rea ｄ(void ） { ?u ｃh ａｒ i; ?uc ｈar val ｕe=0； for(i ＝8;i>0；ｉ--) { -- -- DQ=1;_ｎop_(）; ??＿ｎop_(); ? valu ｅ>>=1; ? D Ｑ＝0

16、; ??_nop_(); ??_ｎｏp_(); ? _nop_(); ? _nop_（); ??ＤQ=1; ??_nop_(); ?＿nop ＿（）; ? _ｎo ｐ_(）; ＿ｎop_(）; ?ｉf （DQ)va ｌｕe|=0x80; del ａy(6）; ?} DQ=1; ｒeturn(va ｌue ）; } 6.2.４ DS18Ｂ2０傳感器的溫度數(shù)據(jù)關(guān)系 : 圖二 溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)關(guān)系 6．２.５ ＤS18Ｂ20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)I/O 線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源

17、電流不足的問題,可以保證 轉(zhuǎn)換精度,同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B ２0傳感器，組成多點(diǎn)測溫系統(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)，測溫電路由DS １8B ２0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 溫度顯示 溫度采集 控制按鍵 報(bào)警指示 P1.0 P1.3~P1.7 P0.0~P0.7 P2.0~P2.3 P3.0~P3.3 單片機(jī) -- 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 圖七 -- -- 九、硬件電路圖 圖八顯示模塊 圖九按鍵控制模塊 --