51單片機(jī)溫度測量與控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　51單片機(jī)溫度測量與控制系統(tǒng)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 本文主要介紹了一個基于51單片機(jī)的測溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對傳感器在單片機(jī)下的

2、硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析，對各部分的電路也進(jìn)行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實時溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要設(shè)定上下限報警溫度，它使用起來相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぁ⑥r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。DS18B20與51單片機(jī)結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場

3、溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵字： 51單片機(jī)、溫度、DS18B20、數(shù)碼管、 C51</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of modern information technology and industry and ag

4、riculture, microcontroller technology has spread to our life, work, scientific research, each domain, has become a relatively mature technology, this paper introduces a temperature measurement system based on 51 single c

5、hip, detailed description of the use of digital temperature sensor DS18B20 temperature measurement system development, key the connection to the sensor under the SCM hardware, software programming and </p><p&g

6、t;　　Key words：The 51 single chip microcomputer、Temperature、DS18B20、Digital tube、C51</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　概論…………………………………………………………1</p><p>　　設(shè)計背景………………………………………

7、……………1</p><p>　　總體設(shè)計……………………………………………………2</p><p>　　1.3 設(shè)計要求……………………………………………………3</p><p>　　設(shè)計理論基礎(chǔ)………………………………………………4</p><p>　　2.1 51單片機(jī)……………………………………………………4</

8、p><p>　　2.2 溫度傳感器 DS18B20………………………………………7</p><p>　　2.3 鎖存器 74HC573……………………………………………10</p><p>　　2.4 LED 數(shù)碼管…………………………………………………11</p><p>　　硬件電路設(shè)計…………………………………………

9、……13</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小的系統(tǒng)…………………………………………13</p><p>　　3.2 溫度采集電路………………………………………………14</p><p>　　3.3 溫度控制電路………………………………………………16</p><p>　　3.4 鍵盤電路…………………………

10、…………………………17</p><p>　　3.5 顯示電路……………………………………………………18</p><p>　　軟件程序設(shè)計………………………………………………19</p><p>　　4.1 程序初始化…………………………………………………19</p><p>　　4.2 延時子函數(shù)………………………

11、…………………………19</p><p>　　4.3 按鍵設(shè)定子函數(shù)……………………………………………20</p><p>　　4.4 溫度顯示子函數(shù)……………………………………………21</p><p>　　4.5 溫度采集子函數(shù)……………………………………………21</p><p>　　4.6 溫度控制子函

12、數(shù)……………………………………………23</p><p>　　4.7 主函數(shù)………………………………………………………24</p><p>　　總結(jié)全文……………………………………………………25</p><p>　　結(jié)束語………………………………………………………25</p><p>　　致謝詞…………………………………………………

13、……25</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………26</p><p>　　附錄…………………………………………………………27</p><p><b>　　概 論</b></p><p><b>　　設(shè)計背景</b></p><p>　　溫度是

14、表征物體冷熱程度的物理量，溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗以及日常生活中需要普遍進(jìn)行測量和控制的一個重要物理量，由此對溫度進(jìn)行檢測的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時候都需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動溫度控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動控制，保證生產(chǎn)的自動化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生

15、產(chǎn)效率，所以溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來滿足生產(chǎn)生活中的需要。</p><p>　　溫度采集控制系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計算機(jī)時代，但是微型計算機(jī)的體積、價位、可靠性，

16、都無法滿足廣大對象對嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化。將計算機(jī)做在一個芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展的單片機(jī)時代。自從70年代Intel公司推出第一批單片機(jī)以來，80年代單片機(jī)技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時期，近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展，從4位、8位單片機(jī)發(fā)展到16位、32位單片機(jī)。單片機(jī)主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、

17、彩電，單片機(jī)都可以大顯其能。</p><p>　　單片機(jī)是將微處理器、存儲器、定時/計數(shù)器、I/O接口電路等集成在一個芯片上的大規(guī)模集成電路，本身即是一個小型化的微機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)技術(shù)與傳感與測量技術(shù)、信號與系統(tǒng)分析技術(shù)、電路設(shè)計技術(shù)、可編程邏輯應(yīng)用技術(shù)、微機(jī)接口技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機(jī)操作系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、高級語言程序設(shè)計、軟件工程、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字信號處理、自動控制、誤差分析、儀器儀表結(jié)構(gòu)設(shè)

18、計和制造工藝等的結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。同時，單片機(jī)具有較強(qiáng)的治理功能。采用單片機(jī)對整個測量電路進(jìn)行治理和控制，使得整個系統(tǒng)智能化、功耗低、使用電子元件較少、內(nèi)部配線少、成本低，制造、安裝、調(diào)試及維修方便。 因此將單片機(jī)與溫度測量技術(shù)相結(jié)合，利用單片機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和過程控制能力，實現(xiàn)一定的功能不但有重要的實際意義，而且已經(jīng)成為一種趨勢。</p><p><b>　　總體設(shè)計</b

19、></p><p>　　本論文設(shè)計是基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖1.2所示 ，包括6部分：主機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)、溫度采集電路、顯示電路、報警電路、鍵盤電路、溫度控制電路。采用STC89C51為主機(jī)芯片，由數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集數(shù)據(jù)經(jīng)過I/O口讀入CPU處理，把CPU處理的一組溫度數(shù)據(jù)送到LED數(shù)碼管顯示，另一組數(shù)據(jù)與按鍵設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較判斷，當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定溫度時，開始報警并啟動相應(yīng)控

20、制程序（溫度高于設(shè)定溫度時，啟動冷卻模塊；當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，啟動加熱模塊），達(dá)到自動控制溫度的目的。</p><p>　　圖1.2 系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　要求單片機(jī)溫度測控系統(tǒng)完成以下功能：</p><p><b>　　基本功能</b>&l

21、t;/p><p><b>　　測量溫度實時顯示。</b></p><p><b>　　設(shè)定目標(biāo)溫度值。</b></p><p>　　超過上下限溫度報警。</p><p><b>　　溫度自動控制。</b></p><p><b>　　參數(shù)要求<

22、;/b></p><p>　　溫度測量范圍0-99℃。</p><p>　　溫度測量誤差<±1℃。</p><p>　　溫度控制誤差<±3℃。</p><p><b>　　設(shè)計理論基礎(chǔ)</b></p><p>　　本設(shè)計的主要任務(wù)是能對溫度自動檢測和控制，而設(shè)

23、計中是采用單片機(jī)來控制，因此要有溫度的采集電路、溫度顯示控制電路、鍵盤電路、報警電路等。要實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計要用到的知識點有單片機(jī)的原理及其應(yīng)用，溫度傳感器的原理及其應(yīng)用，鍵盤和顯示電路設(shè)計等，本章將做主要介紹。</p><p>　　2.1 51單片機(jī)</p><p>　　2.1.1 51單片機(jī)概述</p><p>　　51系列單片機(jī)無論是在片內(nèi)容量、I∕O口功能、系

24、統(tǒng)擴(kuò)展能力方面，還是在指令系統(tǒng)和CPU的處理功能方面，都比其前輩要強(qiáng)得多。尤其是它所特有的布爾處理機(jī)，在邏輯處理和控制方面具有突出的優(yōu)勢。</p><p>　　AT89C51是ATMEL公司MCS—51系列兼容單片中的代表作品，它內(nèi)部集成了功能強(qiáng)大的中央處理器、21個專用控制寄存器、4KB的程序存儲器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器、4組8位的并行I∕O口、兩個16位的可編程定時∕計數(shù)器、一個全雙工的串行口和布爾處理器。

25、</p><p>　　MCS—51系列中最典型的代表是8051、8031和8751，它們的指令系統(tǒng)完全兼容，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特性方面稍有差異。8051內(nèi)部的程序存儲器為掩膜ROM，可根據(jù)特殊要求和用途在制造芯片時就將專用程序固化進(jìn)去，成為專用單片機(jī)。8031內(nèi)部沒有ROM，使用時需要外接EPROM芯片，其他與8051完全相同。而8751是片內(nèi)ROM采用EPROM形式的8051，能方便地改寫程序?？梢姡?051和

26、8751本身即可構(gòu)成一個小而完整的微機(jī)系統(tǒng)，而8031還需要外加一片EPROM才能構(gòu)成系統(tǒng)。本設(shè)計采用的國產(chǎn)宏晶STC單片機(jī)及其低功耗、廉價、穩(wěn)定性能，占據(jù)著國內(nèi)51單片機(jī)較大市場。</p><p>　　2.1.2 8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　MCS—51是51系列單片機(jī)的典型代表。Intel的MCS—51和Atmel的AT89C51采用的均是哈佛結(jié)構(gòu)的形式。</p&

27、gt;<p>　　51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等若干單元，片外擴(kuò)展能力通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線實現(xiàn)。其特點如下：</p><p>　?。?）面向控制的8位中央處理器（CPU）</p><p>　?。?）具有布爾處理能力</p><p>　?。?）64KB程序存儲器

28、空間</p><p>　?。?）64KB數(shù)據(jù)存儲器空間</p><p>　?。?）4KB片內(nèi)程序存儲器（ROM）</p><p>　　（6）128B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)</p><p>　?。?）一組特殊功能寄存器（SFR）</p><p>　?。?） 32根雙向并可按位尋址的I∕O口線</p>&l

29、t;p>　　（9）2個16位定時器∕計數(shù)器</p><p>　?。?0） 5個中斷源，具有2個優(yōu)先級</p><p>　　（11）一個全雙工異步串行口</p><p>　?。?2）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路</p><p><b>　　51單片機(jī)引腳特性</b></p><p>　　在外形上51系

30、列單片機(jī)有多種封裝，比較常用的是DIP封裝方式，如圖2.1.1所示。</p><p>　　其中，XTAL1(18腳)和XTAL2(19腳)為時鐘引腳，并且51單片機(jī)的時鐘可由內(nèi)部方式或外部方式產(chǎn)生。如圖2.1.2所示為兩種時鐘產(chǎn)生方式。</p><p>　　對于8051系列的單片機(jī)來說，控制引腳通常包括復(fù)位引腳、ALE∕PROG引腳、PSEN引腳、EA∕VPP引腳、以及WR和RD引腳。&l

31、t;/p><p>　　51系列單片機(jī)有四個雙向8位I∕O口P0—P3，其中P0為三態(tài)雙向口，負(fù)載能力位8個LSTTL門電路，既可以作地址∕數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用，也可以作通用I∕O口，P1—P3為準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為4個LSTTL門電路。同時P1口在Flash編程和驗證程序時，它輸入低八位地址。P2口既可以作地址總線口使用，又可以作通用I∕O口使用。P3口是雙功能口，作通用I/O口使用時，其結(jié)構(gòu)與操作與P1口相同，作第二功

32、能口使用時，每一位都有其特殊的功能。</p><p>　　圖2.1.1 DIP 封裝引腳排列</p><p>　　圖2.1.2 51單片機(jī)的時鐘連接方式</p><p>　　2.1.4 51單片機(jī)存儲器組織</p><p>　　單片機(jī)在存儲系統(tǒng)的設(shè)計上普遍采用哈佛結(jié)構(gòu)，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，有不同的尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。以AT89

33、C51為例，它的片內(nèi)集成了4KB的Flash程序存儲器和128B的RAM數(shù)據(jù)存儲器，當(dāng)系統(tǒng)存儲空間不足時，可以通過片上總線引腳擴(kuò)展外部存儲器。</p><p>　　從物理上看，AT89C51可分為4個存儲空間：片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。從邏輯上，可分為3個邏輯空間：片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB程序存儲器地址空間、256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址空間和64KB外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間。通

34、過不同的指令形式和尋址方式，可以實現(xiàn)對三個不同的邏輯空間的訪問。</p><p>　　程序存儲器以程序計數(shù)器PC作地址指針，是控制器的一部分。AT89C51內(nèi)部的程序存儲器地址為0000H～0FFFH，外部最大可擴(kuò)展64KB的程序存儲器。正常工作時，程序從內(nèi)部Flash開始運行，當(dāng)PC值超過0x0FFFH時，自動轉(zhuǎn)到外部擴(kuò)展的存儲區(qū)0x1000H～0xFFFFH地址空間去執(zhí)行程序。</p><

35、p>　　數(shù)據(jù)存儲器分為片內(nèi)和片外兩種，兩者無論在物理上還是在邏輯上，其地址空間是彼此獨立的。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址范圍為00H～FFH，片外數(shù)據(jù)存儲器地址空間為0000H～FFFFH，其中00H～FFH這部分地址是沖突的。所以要通過不同的指令來分別訪問片內(nèi)和片外的數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　　2.2 溫度傳感器DS18B20</p><p>　　DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)

36、體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系

37、統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。</p><p>　　2.2.1 DS18B20的引腳介紹 </p><p>　　TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見圖2.2，其引腳功能描述見表2.2。 </p><p>　　圖2.2（ DS18B20底視圖）

38、 </p><p>　　表2.2　DS18B20詳細(xì)引腳功能描述 </p><p>　　DS18B20的使用方法 </p><p>　　由于DS18B20采用的是1－Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S51單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。 &l

39、t;/p><p>　　由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令

40、的傳輸都是低位在先。 </p><p>　　DS18B20的復(fù)位時序 </p><p>　　DS18B20的讀時序 </p><p>　　對于DS18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。</p><p>　　對于DS18B20的讀時隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS1

41、8B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。 </p><p>　　DS18B20的寫時序 </p><p>　　對于DS18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。 </p><p>　　對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當(dāng)要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO

42、總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。 </p><p>　　2.2.3 DS18B20工作過程</p><p>　　DS18B20工作過程一般遵循以下協(xié)議：初始化——ROM操作命令——存儲器操作命令——處理數(shù)據(jù)。</p><p>　　鎖存器74HC573</p><p>　　圖2.3.1 7

43、4HC573</p><p>　　74HC573的八個鎖存器都是透明的D 型鎖存器，當(dāng)使能（G）為高時，Q 輸出將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而變。當(dāng)使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器，I/O 通道，雙向總線驅(qū)動器和工作寄

44、存器。</p><p>　　圖2.3.2 74HC573引腳功能圖</p><p><b>　　LED數(shù)碼管</b></p><p>　　LED數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管組成，此外，還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數(shù)點。通過七段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。LED數(shù)碼管中的發(fā)光二極管共有兩

45、種連接方法：</p><p>　?。?）共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時公共陰極接地，這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入低電平的則不點亮。本設(shè)計采用的LED顯示器為共陰極接法</p><p>　?。?）共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時公共陽極接＋5V。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入高電平的則不點亮。

46、</p><p>　　為了顯示數(shù)字或符號，要為LED顯示器提供代碼，因為這些代碼是為顯示字形的，因此稱之為字形代碼。七段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點位，共計八段。因此提供給LED顯示器的字形代碼正好一個字節(jié)。若a、b、c、d、e、f、g、dp 8個顯示段依次對應(yīng)一個字節(jié)的低位到高位，即D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。LED數(shù)碼管顯示十六進(jìn)制數(shù)時所需的字形代碼如圖2.4.2所示</p>

47、<p>　　圖2.4.2 7段LED顯示字符及段碼表</p><p>　　LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常見的輸出器件，而在單片機(jī)的應(yīng)用上也是被廣泛運用的。如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡單易行。</p><p><b>　　硬件電路設(shè)計</b></p&

48、gt;<p>　　3.1 單片機(jī)最小的系統(tǒng)</p><p>　　目前的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)只能夠仿真單片機(jī)，卻沒有給用戶提供一個通用的最小系統(tǒng)。由設(shè)計的要求，只要做很小集成度的最小系統(tǒng)應(yīng)用在一些小的控制單元。其應(yīng)用特點是:</p><p>　?。?）全部I/O口線均可供用戶使用。 </p><p>　　（2）內(nèi)部存儲器容量有限（只有4KB地址空間）。 &l

49、t;/p><p>　　（3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性</p><p>　　圖 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3.1所示，其中有4個雙向的8位并行I/O端口，分別記作P0、P1、P2、P3，都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸入，P3口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號。時鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機(jī)工作所必須的時鐘控制信號，內(nèi)部電路在時鐘信號

50、的控制下，嚴(yán)格地按時序指令工作。MCS-51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳XTAL1，輸出端為XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的微調(diào)電容通常選擇為30pF左右，該電容的大小會影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為12MHz。</p><p>　　3.2 溫度采集電路<

51、/p><p>　　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)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL,高速暫存器。</p><p>　　在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接10KΩ

52、左右的上拉電阻.我們采用的是第一種連接方法,如圖3.2.1所示:把DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P23腳連接,再加上上拉電阻。</p><p>　　圖 3.2.1 溫度采集電路圖</p><p>　　DS18B20有六條控制命令，如表3.2所示：</p><p>　　表3-2 DS18B20控制命令</p><p>　　CPU對DS1

53、8B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。</p><p>　　3.3

54、溫度控制電路</p><p>　　圖 3.3 溫度控制電路</p><p>　　溫度控制電路如圖3.3所示,先通過鍵盤設(shè)定溫度，再把實際測量的溫度和設(shè)定的溫度進(jìn)行比較,來控制P1.0、P1.1、P1.2端口的高低電平。把P1.0、P1.1、P1.2端口與ULN2003的連接來控制溫度和報警。當(dāng)測量的溫度超過了設(shè)定的最高溫度, P1.0、P1.1、P1.2由低電平變成高電平,啟東溫度控制電

55、路模塊和報警，反之, P1.0、P1.1、P1.2由高電平變成低電平，就停止溫度控制電路模塊和報警。只要控制單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2口的高低電平就可以控制溫度。</p><p><b>　　鍵盤電路</b></p><p>　　按鍵有矩陣鍵盤和獨立式鍵盤兩種形式。由于本設(shè)計中所需要的按鍵并不多，所以采用獨立鍵盤就能夠滿足本次設(shè)計所需，而且節(jié)約硬件電路、操作

56、方便。根據(jù)選用原則：以最少的按鍵，實現(xiàn)盡可能多的功能。系統(tǒng)需要設(shè)定溫度值，因此根據(jù)所需功能和要求，系統(tǒng)采用的是3個獨立式按鍵，分別為S1鍵、S2鍵和S3鍵，S3鍵為溫度設(shè)定鍵，S1鍵起數(shù)字加功能，S2起數(shù)字減功能。鍵盤電路圖如3.4所示</p><p>　　圖3.4 鍵盤電路圖</p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　

57、　通過74HC573和74HC138芯片將主機(jī)處理的溫度信息顯示在LED數(shù)碼管上。圖3.5則為溫度控制系統(tǒng)的單片機(jī)顯示部分。而顯示部分在整個的設(shè)計過程中的作用也是很大的。</p><p>　　圖3.5 溫度顯示電路圖</p><p><b>　　軟件程序設(shè)計</b></p><p>　　本溫度控制系統(tǒng)軟件最基本要求是：軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡潔、流程

58、合理；各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化，這樣便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改。此外，還應(yīng)考慮系統(tǒng)的控制要求，做到采樣時間短，控制精度高。本文采用C語言編寫，全部程序如下，相關(guān)功能有文字介紹。</p><p><b>　　4.1 程序初始化</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uch

59、ar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define jump_ROM 0xCC</p><p>　　#define start 0x44</p><p>　　#define read_EEROM 0xBE</p><p>　　s

60、bit DQ = P2^3; //DS18B20數(shù)據(jù)口</p><p>　　sbit KEY1 = P3^2; </p><p>　　sbit KEY2 = P3^3;</p><p>　　sbit KEY3 = P3^4; //3個按鍵</p><p>　　sbit qdjr = P1^

61、0 //加熱信號</p><p>　　sbit QDZL = P1^1 //制冷信號</p><p>　　Sbit bjmk = P1^2 //報警信號</p><p>　　unsigned char TMPH,TMPL; </p><p>　　unsigned int cltemp; //溫度數(shù)

62、據(jù)</p><p>　　unsigned char mbtemp; //設(shè)定溫度數(shù)據(jù)</p><p>　　ucharcodetable[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};</p><p>　　4.2.1延時子函數(shù)，延時時間Nus</p><p>　　void d

63、elay(uint N)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　for(i=0; i<N; i++)</p><p><b>　　;</b></p><p><b>

64、　　}</b></p><p>　　4.2.2延時子函數(shù)，延時時間為 1ms * x</p><p>　　void Delay_1ms(uint i)//1ms延時</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar x,j;</p><p>　　for(j=0;j

65、<i;j++)</p><p>　　for(x=0;x<=148;x++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.3 按鍵設(shè)定子函數(shù)，設(shè)定溫度</p><p>　　void KEY()</p><p><b>　　{</b></

66、p><p>　　if(KEY1==0 || KEY2==0 || KEY3==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Delay_1ms(20); </p><p>　　if(KEY1==0 || KEY2==0 || KEY3==0)</p><p>&l

67、t;b>　　{</b></p><p>　　if(KEY1 == 0)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　mbtemp = mbtemp++; //設(shè)定溫度加</p><p>　　if(mbtemp == 100)</p><p><b>

68、　　{</b></p><p><b>　　mbtemp=0</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(KEY2 == 0)</p><p><b&

69、gt;　　{</b></p><p>　　mbtemp = mbtemp--; //設(shè)定溫度減</p><p>　　if(mbtemp == 0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　mbtemp=99</b></p><p

70、><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　mbtemp = mbtemp;</p><p

71、><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　Delay_1ms(50);</p><p>　　} </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}<

72、;/b></p><p>　　4.4 溫度顯示子函數(shù)，數(shù)碼管顯示</p><p>　　void display()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0 = table[mbtemp/10%10];</p><p><b>　　P2 = 4;</b

73、></p><p>　　Delay_1ms(1);</p><p>　　P0 = table[mbtemp%10];</p><p><b>　　P2 = 5;</b></p><p>　　Delay_1ms(1);</p><p>　　P0 = table[cltemp/10%10];&l

74、t;/p><p><b>　　P2 = 6;</b></p><p>　　Delay_1ms(1);</p><p>　　P0 = table[cltemp%10];</p><p><b>　　P2 = 7;</b></p><p>　　Delay_1ms(1);</p&

75、gt;<p>　　P0 = 0x00;</p><p><b>　　P2 = 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.5.1 溫度采集相關(guān)子函數(shù)，復(fù)位DS18B20</p><p>　　uchar Reset(void)</p>&l

76、t;p><b>　　{</b></p><p>　　uchar deceive_ready;</p><p><b>　　DQ = 0;</b></p><p>　　delay(29);</p><p><b>　　DQ = 1;</b></p><p

77、><b>　　delay(3);</b></p><p>　　deceive_ready = DQ;</p><p>　　delay(25);</p><p>　　return(deceive_ready);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　

78、4.5.2 溫度采集相關(guān)子函數(shù)，從DS18B20讀一個位值</p><p>　　uchar read_bit(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p><b>　　DQ = 0;</b></p

79、><p><b>　　DQ = 1;</b></p><p>　　for(i=0; i<3; i++);</p><p>　　return(DQ);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.5.3 溫度采集相關(guān)子函數(shù)，向DS18B20寫一位</

80、p><p>　　void write_bit(uchar bitval)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ=0;if(bitval==1)</p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p><b>　　delay(5);&l

81、t;/b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.5.4 溫度采集相關(guān)子函數(shù)，從DS18B20讀一個字節(jié)</p><p>　　uchar read_byte(void)</p><p><b

82、>　　{</b></p><p>　　uchar i,m,receive_data;</p><p><b>　　m = 1;</b></p><p>　　receive_data = 0;</p><p>　　for(i=0; i<8; i++)</p><p><

83、b>　　{</b></p><p>　　if(read_bit())</p><p><b>　　{</b></p><p>　　receive_data = receive_data + (m << i);</p><p><b>　　}</b></p>

84、<p><b>　　delay(6);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(receive_data);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.5.5 溫度采集相關(guān)子函數(shù)，向DS18B20寫一個

85、字節(jié)</p><p>　　void write_byte(uchar val)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,temp;</p><p>　　for(i=0; i<8; i++)</p><p><b>　　{</b><

86、;/p><p>　　temp = val >> i;</p><p>　　temp = temp & 0x01;</p><p>　　write_bit(temp);</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　}</b>

87、;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.6 溫度控制子函數(shù)，溫度自動控制功能</p><p>　　void zdkz()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(cltemp>50||cltemp<5)<

88、/p><p><b>　　{</b></p><p>　　Bjmk=1; //超過上下限報警</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(cltemp>mbtemb||cltemp<=50)</p><p><b&g

89、t;　　{</b></p><p>　　qdjr=1; //啟動加熱模塊</p><p><b>　　qdzl=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　If(cltemp<mbtemp||cltemp>=5)</p&

90、gt;<p><b>　　{</b></p><p>　　Qdzl=1; //啟動制冷模塊</p><p><b>　　qdjr=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b><

91、;/p><p>　　4.7 主函數(shù)，循環(huán)調(diào)用子函數(shù)</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　mbtemp = 20;</p><p>　　P3=0xff; </p><p>　　P1=0x00;

92、//初始化</p><p>　　while(1) //子涵數(shù)反復(fù)調(diào)用</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Reset();</b></p><p>　　write_byte(jump_ROM);</p><p>　　write_b

93、yte(start);</p><p><b>　　Reset();</b></p><p>　　write_byte(jump_ROM);</p><p>　　write_byte(read_EEROM);</p><p>　　TMPL = read_byte();</p><p>　　TMPH

94、 = read_byte();</p><p>　　cltemp = TMPL / 16 + TMPH * 16; //調(diào)用溫度采集子函數(shù)</p><p>　　zdkz(); //調(diào)用溫度控制子函數(shù) </p><p>　　display(); //調(diào)用溫度顯示子函數(shù)</p><p>　　KEY

95、(); //調(diào)用按鍵設(shè)定子函數(shù)</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　總結(jié)全文</b></p><p><b>　　5.1 結(jié)束語</b></p>

96、<p>　　在本次設(shè)計中，我們所學(xué)過的理論知識接受了實踐的檢驗，增強(qiáng)我的綜合運用所學(xué)知識的能力及動手能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。本文以AT89C51系列單片機(jī)為核心，用51單片機(jī)作為控制器件，基本上實現(xiàn)了溫度的自動控制，通過本次的設(shè)計，我感覺到單片機(jī)的應(yīng)用將來會越來越廣泛，學(xué)習(xí)并使用單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計，將為我們電子工作者打開一扇通往電子設(shè)計新出路的大門。</p><p>　　通過幾個

97、月的設(shè)計，我也有很深的感觸：當(dāng)今社會在飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度更是迅猛無比，尤其是單片機(jī)技術(shù)在未來社會發(fā)展中一定會起著十分重要的作用，而通過本次設(shè)計無論是從硬件實現(xiàn)還是到整個程序的完成，無不是對我個人專業(yè)能力的一次提高和體現(xiàn)。而本次設(shè)計主要是完成兩方面工作，軟件程序設(shè)計和硬件電路板設(shè)計。軟件設(shè)計包括用單片機(jī)設(shè)計語言設(shè)計控制系統(tǒng)并仿真、實現(xiàn)。硬件設(shè)計包括繪制電路原理圖，生成圖后制作電路板、插件焊件、再做硬件測試。通過這些都使我對采用單