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文檔簡介
1、<p> 題目:基于單片機的數(shù)字溫度測量及顯示系統(tǒng)設計</p><p><b> 摘 要</b></p><p> 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,人們需要對各中加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中溫度進行監(jiān)測和控制。采用單片機來對他們控制不僅具有控制方便,簡單和靈活性大等優(yōu)點,而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標,從而能夠大大的提高產品的質量和數(shù)量。</p&
2、gt;<p> 在日常生活及工業(yè)生產過程中,經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制,溫度是生產過程和科學實驗中普遍而且重要的物理參數(shù)之一。在生產過程中,為了高效地進行生產,必須對它的主要參數(shù),如溫度、壓力、流量等進行有效的控制。溫度控制在生產過程中占有相當大的比例。溫度測量是溫度控制的基礎,技術已經(jīng)比較成熟。傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和二電阻。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓,再轉換成對應的溫度,這些方法相對比較復雜,需要比較多的外部
3、硬件支持。我們用一種相對比較簡單的方式來測量。 我們采用美國DALLAS半導體公司繼DS18B20之后推出的一種改進型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件,溫度范圍為-55~125 ºC,最高分辨率可達0.0625 ºC。DS18B20可以直接讀出北側溫度值,而且采用三線制與單片機相連,減少了外部的硬件電路,具有低成本和易使用的特點。</p><p> 本文介紹一種基于AT89C5
4、1單片機的一種溫度測量及報警電路,該電路采用DS18B20作為溫度監(jiān)測元件,測量范圍0℃-~+100℃,使用LED模塊顯示,能設置溫度報警上下限。正文著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部分電路,介紹了集成溫度傳感器DS18B20的原理,AT89C51單片機功能和應用。該電路設計新穎、功能強大、結構簡單。</p><p> 關鍵詞:單片機;溫度傳感器;鍵盤和顯示 </p><p><b>
5、 ABSTRACT</b></p><p> Along with national economy development, the people need to each heating furnace、the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry on the monitor an
6、d the control. Not only uses the monolithic integrated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility big and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the tem
7、perature technical specification, thus can big enhance the product the quality and quantity.</p><p> In daily life and industrial production process, often used in the detection and control of temperature,
8、temperature is the production process and scientific experiments in general and one of the important physical parameter. In the production process, in order to efficiently carry out the production, to be its main paramet
9、ers, such as temperature, pressure, flow control, etc... Temperature control in the production process of a large proportion. Temperature measurement is the basis of temperatu</p><p> The introduction of a
10、cost-based AT89C51 MCU a temperatur measurement circuits, the circuits used DS18B20 high-precision temperatur sensor, measuring scope 0℃-~+100℃,can set the warning limitation, the use of seven segments LED that can be di
11、splay the current temperature. The paper focuses on providing a software and hardware system components circuit, introduced the theory of DS18B20, the founctions and applications of AT89C51 .This circuit design innovativ
12、e, powerful, can be expansionary stron</p><p> Key words: MCU Temperature sensor Keyboard and Demonstration </p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 第一章 緒論1<
13、;/b></p><p><b> 1.1 概述1</b></p><p> 1.2 國內外現(xiàn)狀分析1</p><p> 1.3 本文的主要工作2</p><p> 第二章 系統(tǒng)的總體設計3</p><p> 第三章 設計方案論證5</p><p&
14、gt; 3.1 題目分析5</p><p> 3.2 溫度傳感器的選擇5</p><p> 3.3 顯示器的選擇7</p><p> 3.4 單片機的選擇7</p><p> 第四章 系統(tǒng)的硬件設計9</p><p> 4.1 單片機最小系統(tǒng)的設計9</p><p>
15、 4.2 溫度傳感器的電路設計10</p><p> 4.3 溫度控制電路的設計12</p><p> 4.4 鍵盤電路的設計12</p><p> 4.5 顯示電路的設計14</p><p> 第五章 系統(tǒng)的軟件設計16</p><p> 5.1系統(tǒng)的主程序設計16</p><
16、;p> 第六章 系統(tǒng)的控制18</p><p> 6.1溫控電路及報警電路的控制18</p><p><b> 第七章 結論20</b></p><p><b> 參考文獻21</b></p><p><b> 致 謝22</b></p>
17、<p><b> 附 錄23</b></p><p><b> 緒論</b></p><p><b> 1.1 概述</b></p><p> 溫度控制廣泛應用于人們的生產和生活中,人們使用溫度計來采集溫度,通過人工操作加熱、通風和降溫設備來控制溫度,這樣不但控制精度低、實時性
18、差,而且操作人員的勞動強度大。即使有些用戶采用半導體二極管作溫度傳感器,但由于其互換性差,效果也不理想。在某些行業(yè)中對溫度的要求較高,由于工作環(huán)境溫度不合理而引發(fā)的事故時有發(fā)生。對工業(yè)生產可靠進行造成影響,甚至操作人員的安全。為了避免這些缺點,需要在某些特定的環(huán)境里安裝數(shù)字溫度測量及控制設備。本設計由于采用了新型單片機對溫度進行控制,以其測量精度高,操作簡單??蛇\行性強,價格低廉等優(yōu)點,特別適用于生活,醫(yī)療,工業(yè)生產等方面的溫度測量及控
19、制。</p><p> 1.2 國內外現(xiàn)狀分析</p><p> 溫度控制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用雖然已經(jīng)十分廣泛,但從國內生產的溫度控制器來講,總體發(fā)展水平仍然不高,同日本、美國、德國等先進國家相比,仍然有著較大的差距。成熟的溫控產品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主,它們只能適應一般溫度系統(tǒng)控制,而用于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表,國內技術還不十分成熟,形成商品化并
20、廣泛應用的控制儀表較少。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展及加入WTO,我國政府及企業(yè)對此都非常重視,對相關企業(yè)資源進行了重組,相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心,開展創(chuàng)新性研究,使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。</p><p> 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上,但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件:CPU、內存、內部和外部總線系統(tǒng),目前大部分還會具有外存。同時集成諸
21、如通訊接口、定時器,實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。</p><p> 單片機也被稱為微控制器(Microcontroller),是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中,使計算機系統(tǒng)更小,更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。I
22、NTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器,從此以后,單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。</p><p> 早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?;谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高,開始出現(xiàn)了16位單片機,但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90
23、年代后隨著消費電子產品大發(fā)展,單片機技術得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用,32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位,并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高,處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前,高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz,性能直追90年代中期的專用處理器,而普通的型號出廠價格跌落至1美元,最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下
24、開發(fā)和使用,大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 </p><p> 1.3 本文的主要工作</p><p> 本課題的研究重點是設計一種基于單片機的數(shù)字溫度計控制系統(tǒng)。利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20,此傳感器課讀取被測量溫度值,進行轉換。</p>&
25、lt;p><b> 主要工作如下:</b></p><p> 1. 溫度測試基本范圍0℃—100℃。</p><p> 2. 精度誤差小于1℃。</p><p> 3. LED液晶顯示。</p><p> 4. 可以設定溫度的上下限報警功能。</p><p> 5. 實現(xiàn)報警提示
26、。</p><p> 第二章 系統(tǒng)的總體設計</p><p> 溫度控制系統(tǒng)采用AT89S51八位機作為微處理單元進行控制。采用4X4鍵盤把設定溫度的最高值和最低值存入單片機的數(shù)據(jù)存儲器,還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉換。溫度傳感器把采集的信號與單片機里的數(shù)據(jù)相比較來控制溫度控制器。</p><p><b> 系統(tǒng)框圖如圖2-1</b&g
27、t;</p><p> 圖2-1 系統(tǒng)框圖</p><p> 根據(jù)系統(tǒng)的設計要求,選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器,選擇單片機AT89S51為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報警等功能。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20,省卻了采樣/保持電路、運放、數(shù)/模轉換電路以及進行長距離傳輸時的串/并轉換電路,簡化了電路,縮短了系統(tǒng)的工作時間,降低了系統(tǒng)的硬件成本。</p
28、><p> 該系統(tǒng)的總體設計思路如下:溫度傳感器DS18B20把所測得的溫度發(fā)送到AT89S51單片機上,經(jīng)過51單片機處理,將把溫度在顯示電路上顯示,本系統(tǒng)顯示器為點陣字符LCD,1602液晶模塊。檢測范圍5攝氏度到60攝氏度。本系統(tǒng)除了顯示溫度以外還可以設置一個溫度值,對所測溫度進行監(jiān)控,當溫度高于或低于設定溫度時,開始報警并啟動相應程序(溫度高于設定溫度時,風扇開;當溫度低于設定溫度時,加熱器開)。</
29、p><p> 中央微處理器 AT89S51: AT89S51是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機,片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造,兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80S51引腳結構,芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,功能強大的微型計算機的A
30、T89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點:40個引腳,4k Bytes Flash片內程序存儲器,128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,看門狗(WDT)電路,片內時鐘振蕩器。</p><p> 此外,AT89S51設計和配置了振蕩頻率
31、,并可通過軟件設置省電模式??臻e模式下,CPU暫停工作,而RAM定時計數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式。AT89S51單片機綜合了微型處理器的基本功能。按照實際需要,同時也考慮到設計成本與整個系統(tǒng)的精巧性,所以在本系統(tǒng)中就選用價格較低、工作穩(wěn)定的AT89S51單片機作為整個系統(tǒng)的控制器。</
32、p><p> 第三章 設計方案論證</p><p><b> 3.1 題目分析</b></p><p> 1、本設計是一個數(shù)字溫度控制系統(tǒng),能測量溫度,并能在超限的情況下進行控制、調整,并報警。</p><p><b> 2、具體指標</b></p><p> 正常工
33、作溫度范圍: 5℃~60℃</p><p><b> 溫度誤差:<1℃ </b></p><p><b> 3、 具體控制要求</b></p><p> 根據(jù)設計的要求,要利用溫度傳感器實時溫度。當溫度高于設定的溫度時(60℃),打開降溫裝置進行調整使溫度在設定的范圍內。當溫度低于設定的溫度時(5℃),打開升溫
34、裝置進行調整使溫度在設定的范圍內。同時要求能設定溫度。畢業(yè)設計的主要任務是能對溫度進行自動的檢測和控制。設計中采用單片機來控制溫度,因此要有溫度的采集電路,鍵盤顯示電路,溫控電路,報警電路等幾個部分。</p><p> 要實現(xiàn)系統(tǒng)的設計要用到的知識點有單片機的原理及其應用,溫度傳感器的原理和應用,及鍵盤和顯示電路的設計等。</p><p> 3.2 溫度傳感器的選擇</p>
35、<p> 1、采用模擬集成溫度傳感器</p><p> 集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的,因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器,它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等,適合遠距離測溫、控溫,不需要進行非線性校準,外圍電路簡單。圖3-1是
36、AD590用于測量熱力學溫度的基本應用電路。因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比,當電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kΩ時,輸出電壓隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差,電阻也有誤差,因此應對電路進行調整。調整的方法為:把AD590放于冰水混合物中,調整電位器R2,使=273.2mV?;蛟谑覝叵?25℃)條件下調整電位器,使=273.2+25=298.2(mV)。但這樣調整只可保證在0℃或25℃附近有較高精度。
37、</p><p> AD590把被測溫度轉換為電流再通過放大器和A/D轉換器,輸出數(shù)字量送給單片機進行溫度控制。</p><p> 圖3-1 基于AD590測溫基本應用電路</p><p> 2、采用數(shù)字單片智能溫度傳感器</p><p> 智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是微電子技術、計算機技術和自動測試技術(ATE)的結晶。
38、目前,已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量,適配各種微控制器(MCU). 智能溫度傳感器的總線技術也實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化,所采用的總線主要有單線(1-WIRE)總線、I2C總線、SMBUS總線和SPI
39、總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎上發(fā)展而成的。典型產品有DS18B20,智能溫度控制器適配各種微控制器,構成智能化溫控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨工作,自行構成一個溫控儀。DS18B20是DALLAS公司生產的一線式數(shù)字溫度傳感器,具有3引腳TO-92小體積封裝形式;溫度測量范圍為-55℃~+125℃,可編程為9位~12位A/D轉換精度,測溫分辨率可達0.0625℃,被
40、測溫度用符號擴展的16位數(shù)字</p><p> DALLAS 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點,使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡,為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念?,F(xiàn)在,新一代的“DS1820”體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使您可以充分發(fā)揮“一線總線”的長處。 DS18B20、 DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 。</p&
41、gt;<p> 由于DS18B20將溫度傳感器、信號放大調理、A/D轉換、接口全部集成于一芯片,與單片機連接簡單、方便,與AD590相比是更新一代的溫度傳感器,所以溫度傳感器采用DS18B20。</p><p> 3.3 顯示器的選擇</p><p><b> 1、 LED顯示器</b></p><p> 采用傳統(tǒng)的七段數(shù)
42、碼LED顯示器。LED雖然價格便宜,但在現(xiàn)代的許多儀表、各種電子產品中逐漸被LCD所取代。</p><p><b> 2、 LCD液晶屏</b></p><p> 采用LCD液晶屏進行顯示。LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件,只要2~3伏就可以工作,工作電流僅為幾微安,是任何顯示器無法比擬的,同時可以顯示大量信息,除數(shù)字外,還可以顯示文字、曲線,比傳統(tǒng)的
43、數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質的提高。在儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。優(yōu)點為:</p><p> 1 顯示質量高,由于液晶顯示器的每一個點收到信號后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光,因此液晶顯示器的畫質高而且不會閃爍。</p><p> 2 數(shù)字式接口,液晶顯示器都是數(shù)字式的,和單片機的接口簡單操作也很方便。</p><p> 3 功率消耗小,相比
44、而言液晶顯示器的主要功耗在內部電極和驅動IC上,因而耗電量比其他器件要小很多。</p><p> 雖然LCD顯示器的價格比數(shù)碼管要貴,但它的顯示效果好,是當今顯示器的主流,所以采用LCD 作為顯示器。</p><p> 3.4 單片機的選擇</p><p><b> 1、采用凌陽單片機</b></p><p>
45、隨著單片機功能集成化的發(fā)展,其應用領域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制,擴展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理(DSP,Digital SignalProcessing)等領域。凌陽的16位單片機就是為適應這種發(fā)展而設計的。它的CPU內核采用凌陽最新推出的µ’nSP?(Microcontroller and Signal Processor)16位微處理器芯片(以下簡稱µ’nSP?)。圍繞µ’nSP?所形成的16位&
46、#181;’nSP?系列單片機(以下簡稱µ’nSP?家族)采用的是模塊式集成結構,它以µ’nSP?內核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設接口部件。µ’nSP?內核是一個通用的核結構。除此之外的其它功能模塊均為可選結構,亦即這種結構可大可小或可有可無。借助這種通用結構附加可選結構的積木式的構成,便可形成各種不同系列派生產品,以適合不同的應用場合。這樣做無疑會使每一種派生產品具有更強的功能和
47、更低的成本。</p><p> 利用凌陽單片機有一定的好處凌陽的優(yōu)勢是硬件性能,抗干擾能力強,但凌陽單片機我們沒有系統(tǒng)的學習,這對于剛接觸單片機的我們來說不是很容易上手,其價格也要比89S51昂貴一些,因此我們并沒有將其作為首選。</p><p> 2、 采用AT89S51單片機</p><p> 由于單片機技術在各個領域正得到越來越廣泛的應用,世界上許多集成
48、電路生產廠家相繼推出了各種類型的單片機,在單片機家族的眾多成員中,MCS-51系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性能價格比,迅速占領了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場,成為國內單片機應用領域中的主流。</p><p> 單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩個分支。通用計算機系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運算,不必兼顧控制功能,其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新,從8位、16位迅
49、速過渡到32位、64位,并且不斷提高運算速度和完善通用操作系統(tǒng),以突出其高速海量數(shù)值運算的能力,在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡通信中得到了廣泛應用;單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng),由于其微小的體積和極低的成本,廣泛應用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設備以及通信產品中,成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此,單片機的出現(xiàn)大大促進了現(xiàn)代計算機技術的飛速發(fā)展,成為近代計算機技術發(fā)展史上一個重要
50、里程碑。</p><p> 由于MCS系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元,處理功能強,中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器,這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上,使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短,運行速度更快,可靠性更高,抗干擾能力更強。由于屬于芯片化的微型計算機,各功能部件在芯片中的布局和結構達到最優(yōu)化,工作也相對穩(wěn)定。51的優(yōu)點是價錢便宜,I/O口多,程序空間大
51、。因此,測控系統(tǒng)中,使用51單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng),所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。單片機的開發(fā)環(huán)境要求較低,軟件資源十分豐富,開發(fā)工具和語言也大大簡化。單片機的典型代表是Intel公司在20世紀80年代初研制出來的MCS51系列單片機。MCS51單片機很快在我國得到廣泛的推廣應用,成為電子系統(tǒng)中最普遍的應用手段,并在工業(yè)控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領域取得了大量應用成果。</p><
52、p> 以MCS-51技術核心為主導的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象,并以此為基核,推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機,同時增加了一些新的功能,所以用AT89S51。</p><p> 第四章 系統(tǒng)的硬件設計</p><p> 4.1 單片機最小系統(tǒng)的設計</p><p> 目前的單片機開發(fā)系統(tǒng)只能夠仿真單片機,卻沒有給用
53、戶提供一個通用的最小系統(tǒng)。由設計的要求,只要做很小集成度的最小系統(tǒng)應用在一些小的控制單元。其應用特點是:</p><p> (1)全部I/O口線均可供用戶使用。 </p><p> ?。?)內部存儲器容量有限(只有4KB地址空間)。 </p><p> ?。?)應用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性</p><p> 圖 4-1 最小系統(tǒng)圖</
54、p><p> 單片機最小系統(tǒng)如圖4-1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。時鐘電路用于產生MCS-51單片機工作所必須的時鐘控制信號,內部電路在時鐘信號的控制下,嚴格地按時序指令工作。MCS-51內部有一個用于構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。
55、這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調電容,就構成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的微調電容通常選擇為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> 把EA腳接高電平,單片機訪問片內程序存儲器,但在PC值超過0FFFH(4Kbyte地址范圍)時,將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器內的程序。</p><p> MCS-
56、51的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)。采用最簡單的外部按鍵復位電路。按鍵自動復位是通過外部復位電路的來實現(xiàn)的.我們選用時鐘頻率為12MHz,C1取47μf。</p><p> 4.2 溫度傳感器的電路設計</p><p> DS18B20的性能特點:</p><p> 采用單總線專用技術,既可通過串行口線,也可通過其它I/O口線與微機接口,無須經(jīng)過其它變換電路,
57、直接輸出被測溫度值(9位二進制數(shù),含符號位)</p><p> 測溫范圍為-55℃-+125℃,測量分辨率為0.0625℃</p><p> 內含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM</p><p> 適配各種單片機或系統(tǒng)機</p><p> 用戶可分別設定各路溫度的上、下限</p><p><b>
58、 內含寄生電源。</b></p><p> DS18B20內部結構主要由四部分組成: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。DS18B20的管腳排列如圖4-2所示。</p><p> 圖 4-2 DS18B20管腳圖</p><p> 在硬件上,DS18B20與單片機的連接有兩種方法,一種是VCC接外部電源
59、,GND接地,I/O與單片機的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I/O。無論是內部寄生電源還是外部供電,I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻.我們采用的是第一種連接方法,如圖4-3所示:把DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機的13管腳連接,再加上上拉電阻。</p><p> 圖 4-3 溫度傳感電路圖</p><p> DS18B20有六條控制命令
60、,如表4-1所示:</p><p> 表4-1 DS18B20控制命令</p><p> CPU對DS18B20的訪問流程是:先對DS18B20初始化,再進行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格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制DS18B20完成溫度轉換這一過程,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DS18B2
61、0進行復位,復位成功后發(fā)送一條ROM指令,最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對DS18B20進行預定的操作。</p><p> 4.3 溫度控制電路的設計</p><p> 圖 4-4 溫度控制電路</p><p> 實際電路如圖4-4所示,通過鍵盤設定溫度的上下限。把實際測量的溫度和設定的上下限進行比較,來控制P0.0、P0.1、P0.7端口的高低電平。把P0.
62、0、P0.1、P0.7端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報警。當測量的溫度超過了設定的最高溫度,P2.2由高電平變成低電平,就相當于基極輸入為“0”,這時三極管導通推動小風扇和控制電路工作,反之,當基極輸入為“1”時,三極管不導通,報警器和控制電路都不工作。只要控制單片機的P0.0、P0.1、P0.7口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。</p><p> 4.4 鍵盤電路的設計</p>&l
63、t;p> 如圖4-5所示,用AT89S51的并行口P1接4×4矩陣鍵盤,以P1.0-P1.3作輸入線,以P1.4-P1.7作輸出線;液晶顯示器上顯示每個按鍵的“0-F”序號。對應的按鍵的序號排列如圖4-5所示:</p><p> 圖 4-5 按鍵的序號排列圖</p><p> 圖4.6中微處理單元是AT89S51單片機,X1和X2接12M的兩腳晶振,接兩個30PF的
64、起振電容,J1是上拉電阻.單片機的P1口8位引腳與行列式鍵盤輸出腳相連,控制和檢測行列式鍵盤的輸入.行線通過上拉電阻接到+5V上,無按鍵按下時,行線處于高電平狀態(tài),有鍵按下時,行線的電平狀態(tài)將由與此行線相連接的列線的電平?jīng)Q定.鍵盤輸入的信息主要進程是:</p><p> 1 CPU判斷是否有鍵按下.</p><p> 2 確定是按下的是哪個鍵.</p><p>
65、 3 把此鍵所代表的信息翻譯成計算機可以識別的代碼或者其他的特征符號. </p><p> 圖 4-6 鍵盤硬件電路圖</p><p> 4.5 顯示電路的設計</p><p> 液晶顯示器是一種將液晶顯示器件,連接器件,集成電路,PCB線路板,背光源,結構器件裝配在一起的組件。</p><p> 根據(jù)顯示內容和方式的不同可以分
66、為,數(shù)顯LCD,點陣字符LCD,點陣圖形LCD在此設計中我們采用點陣字符LCD,這里采用常用的2行16個字的1602液晶模塊。</p><p> 1602采用標準的14腳接口,其中:</p><p> 第1腳:VSS為地電源第2腳:VDD接5V正電源</p><p> 第3腳:V0為液晶顯示器對比度調整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高,對比度過高
67、時會產生“鬼影”,使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度 第4腳:RS為寄存器選擇,高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳:RW為讀寫信號線,高電平時進行讀操作,低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址,當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號,當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳:E端為使能端,當E端由高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行命令。&l
68、t;/p><p> 第7~14腳:D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 </p><p> 第15~16腳:空腳。</p><p> 與單片機的連接如圖4-7所示。</p><p> 圖 4-7 液晶顯示電路圖</p><p><b> 系統(tǒng)的軟件設計</b></p><p&g
69、t; 5.1系統(tǒng)的主程序設計</p><p> 主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序,在程序運行的過程中必須先經(jīng)過初始化,包括鍵盤程序,中斷程序,以及各個控制端口的初始化工作。流程圖如5-1 所示。系統(tǒng)在初始化完成后就進入溫度測量程序,實時的測量當前的溫度并通過顯示電路在LCD上顯示。程序中以中斷的方式來重新設定溫度的上下限。根據(jù)硬件設計完成對溫度的控制。按下4*4鍵盤上的A鍵可以設定溫度上限,按下B鍵可以設定溫度下限。系
70、統(tǒng)軟件設計的總體流程圖</p><p> 圖 5-1 系統(tǒng)總體設計流程圖</p><p><b> 中斷程序的設計</b></p><p> MCS-51單片的中斷系統(tǒng)有5個中斷請求源,用戶可以用關中斷指令“CLR EA”來屏蔽所有的中斷請求,也可以用開中斷指令“SET EA”來允許CPU接收中斷請求。在本設計中我們選用INTO 來作為
71、中斷請求源。</p><p> INT1—外部中斷請求0,由INTO引腳輸入,中斷請求標志為IE0。</p><p> ORG 0000H</p><p> LJMP MAIN</p><p> ORG 0003H (中斷入口地址)</p><p><b> JMP INT0<
72、/b></p><p> ORG 0038H (主程序的起始地址) </p><p> MAIN: (主程序)</p><p> MCS-51響應中斷后,就進入中斷服務程序,中斷程序的基本流程圖如圖5-2所示。 </p><p> 圖 5-2 中斷服務程序基本流程</p><p
73、><b> 系統(tǒng)的控制 </b></p><p> 6.1溫控電路及報警電路的控制</p><p> 單片機的P0.0、P0.1、P0.7分別與三極管的基極連接來控制控制溫度(圖6-1)和報警(圖6-2)。利用面包板搭了一個PNP9012的偏置電路電路如圖4-4。基極輸入為“0”時,這時三極管導通推動報警器和控制電路工作,當基極輸入為“1”時,三極管不導通
74、,報警器和控制電路都不工作。只要控制單片機的P0.0、P0.1、P0.7口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。</p><p> 圖 6-1 硬件控制電路</p><p> 圖 6-2 硬件報警電路</p><p> 1、 LCD顯示電路的控制</p><p> 把8根數(shù)據(jù)線和P2口連接,把3根控制線和P2.5、P2.6、P2.7
75、連接。給VCC端加上+5V的電壓,GND端接地。VEE端的驅動電壓不要過大,要調節(jié)滑動變阻器使VEE在0.7伏以下顯示器才能工作。</p><p><b> 2、 使用說明</b></p><p> 鍵盤中阿拉伯數(shù)字0~9是數(shù)據(jù)輸入鍵,A鍵是寫上限的功能鍵,B鍵是寫下限的功能鍵,C鍵是取消鍵,其他的鍵置空。</p><p><b>
76、; 結論</b></p><p> 本系統(tǒng)的設計,是為了保證某特定環(huán)境溫度維持在設定的范圍內,以保證工作系統(tǒng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。本系統(tǒng)的設計成本很低,總成本不超過50元人民幣。如果采用大批量生產的話,生產成本會更低。在市場上的溫度自動控制系統(tǒng)的價格在百元人民幣以上。對于本系統(tǒng)的使用者來說,本系統(tǒng)能夠很穩(wěn)定的控制溫度而且穩(wěn)定性很高。只要配上適當?shù)臏囟葌鞲衅?,這個系統(tǒng)便還可以實現(xiàn)很多領域的溫度自動控制
77、。這對于提高系統(tǒng)的利用率,避免重復設計有很大的幫助的。在本系統(tǒng)的作用下,可以為工作系統(tǒng)提供一個良好的環(huán)境,使產品的數(shù)量和質量有很大的提高。使得產品的生產成本降低,從而使系統(tǒng)的使用者獲得的利潤提高了。</p><p> 通過分析表明:本系統(tǒng)是一個性價比比較好的系統(tǒng),不論對于生產者還是使用者來說,它都可以帶來好的經(jīng)濟效益。</p><p><b> 參考文獻</b>&
78、lt;/p><p> [1] 沙占友. 集成溫度傳感器原理與應用. 北京:機械工業(yè)出版社,2002, 84~95.</p><p> [2] 劉君華. 智能傳感器系統(tǒng). 西安:西安電子科技大學出版社,1999,83~105.</p><p> [3] 沙占友. 智能化傳感器原理與應用. 北京:電子工業(yè)出版社,2004,99~108.</p><
79、p> [4] 趙負圖. 傳感器集成電路手冊. 北京:化學工業(yè)出版社,2002,692~703.</p><p> [5] 張毅剛. MCS-51單片機原理及應用. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,2004,81~94</p><p> [6] 李玉峰,倪虹霞 MCS-51系列單片機原理與接口技術. 北京:人民郵電出版社,2004,187~216.</p><p
80、> [7] 林伸茂. 8051單片機徹底研究經(jīng)驗篇. 北京:人民郵電出版社,2004,7~14.</p><p> [8] 沙占友. 單片機外圍電路設計. 北京:電子工業(yè)出版社,2003,37~48.</p><p> [9] 何希才. 傳感器及其應用電路. 北京:電子工業(yè)出版社,2001,36~47.</p><p> [10] Intel:MCS-
81、51 Family of Single Chip Mirocomputers User’s Manual,1990,3~9.</p><p> [11] 吳金戌,沈慶陽,郭庭吉.《8051單片機實踐與應用》[M].北京:清華大學出版社,2002.</p><p> [12] 高峰,《單片微型計算機與接口技術》[M].北京:科學出版社,2003.</p><p&
82、gt;<b> 致 謝</b></p><p> 首先感謝我的指導老師,我不是你們最出色的學生,而你卻是我最尊敬的老師。她治學嚴謹,學識淵博,思想深邃,視野雄闊,為我營造了一種良好的精神氛圍。</p><p> 感謝父母,焉得諼草,言樹之背,養(yǎng)育之恩,無以回報;感謝同學在我遇到困境時向我伸出援助之手,同窗之誼我們社會再續(xù);感謝這段時間對我?guī)椭o與關懷的叔叔,阿
83、姨,是你們讓我看到了人間真情暖人心,激勵我時時刻刻努力,奮發(fā)向上,排除萬難勇往直前。在論文即將完成之際,我的心情無法平靜,從開始進入課題到論文的順利完成,有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助,在這里請接受我誠摯謝意! </p><p> 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學,以及在設計中被我引用或參考的論著的作者。</p><p><b> 附
84、錄</b></p><p> 附錄I 元器件清單</p><p><b> 附錄II 程序</b></p><p> DI EQU P3.3</p><p> DO EQU P3.4</p><p> CLK EQU P3.5</p><p>
85、CS EQU P3.6 ; LCD端口定義</p><p> D2RS EQU P2.7</p><p> D2RW EQU P2.6</p><p> D2E EQU P2.5</p><p> KEYPORT EQU P1 ; DS18B20端口定義</p&
86、gt;<p> TEMPER_L EQU 36H</p><p> TEMPER_H EQU 35H</p><p> TEMPER_NUM EQU 38H</p><p> FLAG1 BIT 00H</p><p> DQ BIT P2.4</p><p>
87、 ORG 0000H</p><p> LJMP MAIN</p><p> ORG 0003H</p><p> JMP INT00</p><p> ORG 0038H</p><p> MAIN: MOV SP,#60H</p>
88、<p> SETB P2.0</p><p> SETB P2.1</p><p> SETB P2.2</p><p><b> SETB EA</b></p><p><b> SETB EX0</b></p><p> SETB P2.
89、0</p><p> SEETB P2.1</p><p><b> SETB P2.2</b></p><p> MOV R0,#01H ;清屏并置地址計數(shù)器AC為0</p><p> LCALL DIS_CMD _WRT</p><p> MOV R0,#38H
90、 ;8位數(shù)據(jù)接口,雙行顯示,5*7點陣</p><p> LCALL DIS_CMD _WRT</p><p> CALL DIS_CUR_OFF</p><p> MOV 42H,#20</p><p> MOV 43H,#32</p><p> XIAN: LCALL GET_
91、TEMPER</p><p> LCALL DISP</p><p> LCALL DELAY43MS</p><p> MOV A,TEMPER_NUM</p><p> SUBB A,42H</p><p><b> JC ZZZL</b></p><p&
92、gt; MOV A,TEMPER_NUM</p><p> SUBB A,43H</p><p><b> JNC ZZZ2</b></p><p><b> SETB P2.0</b></p><p> SETB P2.1</p><p><b>
93、 SETB P2.2</b></p><p><b> JMP XIAN</b></p><p> ZZZL: CLR P2.0</p><p><b> CLR P2.2</b></p><p><b> JMP XIAN</b></p>
94、<p> ZZZ2: CLR P2.0</p><p><b> CLR P2.1</b></p><p><b> JMP XIAN</b></p><p> INT0: ;掃描鍵盤程序</p><p><b> LCA
95、LL ASK</b></p><p> SAO: CLR 01H</p><p><b> LCALL KEY</b></p><p> JNB 01H,SAO</p><p> CJNE A,#10,PAN</p><p> LCALL ANSW</p&g
96、t;<p><b> RETI</b></p><p> PAN: CJNE A,#12,SAO</p><p> RETI ;顯示函數(shù)部分,可供調用</p><p> DIS_CUR_OFF: MOV R0,#0CH</p><p> LCAL
97、L DIS_CMD_WRT</p><p><b> RET</b></p><p> DIS_CUR_ON: MOV R0,#0EH</p><p> LCALL DIS_CMD_WRT</p><p><b> RET</b></p><p>
98、; CHK_BUSY_FLG: MOV P0,#0FFH</p><p> CLR D2RS</p><p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p
99、> LCALL DISPLAY_RD</p><p> JB ACC.7,CHK_BUSY_FLG</p><p><b> RET</b></p><p> CLEAR_DIS: MOV R0,#01H</p><p> LCALL DIS_CMD_WRT</p&
100、gt;<p><b> RET</b></p><p> DIS_CMD_WRT: LCALL CHK_BUSY_FLG</p><p> MOV P0,R0</p><p> CLR D2RS</p><p><b> NOP</b></p&g
101、t;<p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p> LCALL DISPLAY_WRT</p><p><b> RET</b></p><p> DIS_DATA_WRT: LCALL CHK_B
102、USY_FLG</p><p> CJNE A,#10H,DIS_DAT_WRT1</p><p> MOV P0,#0C0H ;1100,00000行起始地址為40</p><p> CLR D2RS</p><p><b> NOP</b></p>&
103、lt;p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p> LCALL DISPLAY_WRT</p><p> DIS_DAT_WRT1: MOV P0,R0</p><p> SETB D2RS</p><
104、;p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p> LCALL DISPLAY_WRT</p><p><b> RET</b></p>&
105、lt;p> DISPLAY_WRT: CLR D2RW</p><p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p> SETB D2E</p>&l
106、t;p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p> CLR D2E</p><p><b> NOP</b></p><p>
107、;<b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p><b> RET</b></p><p> DISPLAY_RD: SETB D2RW</p><p><b> NOP</b></p>
108、<p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p> SETB D2E</p><p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><
109、p><b> NOP</b></p><p> MOV A,P0</p><p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p>
110、 CLR D2E</p><p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p><b> NOP</b></p><p><b> RET</b></p><p> DIS_
111、DATA_RD: LCALL CHK_BUSY_FLG</p><p> MOV P0,#0FFH</p><p> SETB D2RS</p><p> LCALL DISPLAY_RD</p><p> RET ;鍵盤程序,出口:A為按鍵值 01H:0無鍵按下 1 有鍵按下</p><
112、;p> KEY: MOV KEYPORT,#0FH</p><p> MOV A,KEYPOR</p><p> CJNE A,#0FH,KEYDOWN</p><p> MOV A,#0FFH</p><p><b> RET</b></p><p> KEYDOWN
113、:LCALL DELAY43MS</p><p> MOV KEYPORT,#0FH</p><p> MOV A,KEYPORT</p><p> CJNE A,#0FH,KEYDOWN_YES</p><p> MOV A,#0FFH</p><p><b> RET</b>
114、;</p><p> KEYDOWN _YES: MOV B,A</p><p> MOV KEYPORT,#0F0H</p><p> MOV A,KEYPORT</p><p><b> ORL A,B</b></p><p><b> PUSH 30H</b
115、></p><p> MOV 30H,A</p><p> MOV R3,#10H</p><p> MOV DPTR,#KEYVALUE</p><p> NEXT_KEY:MOV A,R3</p><p> MOVC A,@a+dptr</p><p> CJN
116、E A,30h,NEXTKEYVALUE</p><p><b> DEC R3</b></p><p><b> POP 30H</b></p><p> WAITKEY_F:MOV KEYPORT,#0FH</p><p> MOV A,KEYPORT</p>
117、<p> CJNE A,#0FH, WAITKEY_F</p><p><b> MOV A,R3</b></p><p><b> SETB 01H</b></p><p><b> RET</b></p><p> NEXTKEYVALUE: DJNZ
118、 R3,NEXT_KEY</p><p><b> DEC R3</b></p><p><b> POP 30H</b></p><p> WAITKEY_FREE: MOV KEYPORT,#0FH</p><p> MOV A,KEYPORT</p><
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