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1、 智能化仪器仪表课程设计题 目 基于51单片机的仓库温度控制系统 学 院 机械工程学院 专 业 测控技术与仪器 学生姓名 学 号 201 年级2012级 指导教师 2015年 6月 20日摘要：本设计为基于C52单片机的4路DS18B20、LCD1602显示、开关量控制系统，采用模块化、层次化设计。如今运用DS18B20数字式温度传感器测温度，省略模电转换，将数字信号直接送给单片机调用。采用LC1602液晶显示方式，使显示更加方便简介，接着使用单片机AT89C51I/O口交流电机开和关，构建了一个集显示、检测与控制于一体的单片机应用系统。此外，该系统自行设计了一个5V稳压电源，不仅可在220V
2、交流中供电，而且能够接受5V电压直接供电。关键词：单片机；液晶显示；数字式温度传感器；开关量控制电路目录目录3第一章绪论11.1 课题的研究背景11.2 课题的研究内容及目标11.3 本文的结构组织1第二章 系统方案设计及论证22.1总体方案设计22.2方案比较与论证22.2.1采集电路22.2.2处理器选择32.2.3 显示部分3第三章 系统的电路设计与元器件介绍43.1 系统的电路设计43.1.1 最小系统电路43.1.2 温度采集电路53.1.3 控制系统电路53.1.4 显示系统电路63.1.5 报警电路63.2 元器件介绍73.2.1 单片机介绍73.2.1.1 单片机主要性能73.
3、2.1.2 单片机各引脚功能介绍73.2.1.3 单片机特殊功能寄存器介绍83.2.2 DS18B20简介93.2.2.1 DS18B20主要特性93.2.2.2 DS18B20内部结构103.2.3 LCD1602简介113.2.3.1LCD1602主要技术参数113.2.4 继电器简介14第四章 系统软件设计154.1 程序流程图154.2 程序设计164.2.1DS18B20的程序设计164.2.2LCD1602液晶的程序设计164.2.3主程序设计17总 结18附录一 原理图19附录二 仿真图20附录三 程序代码2130第一章 绪论1.1 课题的研究背景通过课程设计，使学生进一步加深理
4、解单片机的工作原理，通过实习制作掌握引入外部中断的方法及其中断服务程序的编程方法；掌握定时器的使用及其中断服务程序的编写方法；从而了解如何构成系统的主程序；通过实习制作掌握单片机应用系统的制作工艺及调试方法，进一步理解单片机系统设计及开发方法，从而使学生具备设计单片机应用系统的能力。1.2 课题的研究内容及目标基于单片机的4路温度采集控制系统，系统运行时，循环扫描显示对应的DS18B20温度传感器的温度，为了显示清晰，要求循环逐次显示温度；每隔10ms，采集一次温度；当温度高于20摄氏度后，单片机控制交流电机（电风扇）开始工作，当温度降到20度以下，控制交流电机停止工作。交流电机的开关，采用继
5、电器代替，所以单片机只需控制继电器的开断即可控制交流电机的工作与否。1.3 本文的结构组织本文的组织结构安排如下：第一章绪论，扼要阐明本课题的研究背景、研究目的、研究意义，以及要实现的目标。第二章系统设计方案及论证，通过分析论证，选出最合适的设计方案，介绍总体方案。第三章主要讲述整个体系硬件电路的设计及元器件的介绍，包括单片机的选择、各个器件的选择以及显示电路的设计。第四章是软件设计，基于前面的硬件系统，设计程序。第二章 系统方案设计及论证2.1总体方案设计AT89C52根据课题要求实现，该系统主要由采集系统、显示系统和控制系统组成，以AT89C52单片机为核心，设计。图2-1图：显示系统最小
6、系统报警系统采集系统控制系统图 2-1系统图2.2方案比较与论证2.2.1采集电路方案一：使用传统温度传感器。传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻可靠性差，测量温度准确率低，对于1摄氏度的信号是不适用的，还得经过专门的接口电路转换成数字信号才能由微处理器进行处理。对于这类传感器，使用起来较麻烦，但价格较便宜。方案二：使用数字式温度传感器。数字温度传感器使用集成芯片，采用单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单，使数据传输和处理简单化。部分功能电路的集成
7、，使总体硬件设计更简洁，能 有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化，这也就缩短了开发的周期使用起来方便，但价格昂贵。经过比较，从系统技术参数要求和功能仿真方面考虑，数字式温度传感器比传统温度器功能更全面，使用时更方便，仿真时也更简便，故选用方案二。本次设计采用市面上运用较为广泛的数字式温度传感器DS18B20。2.2.2处理器选择方案一：采用AT89C52单片机作为处理器，能达到要求，但其内存过小，处理精度较低，不是最好的选择；方案二：采用TI公司的各种单片机，虽然能很好的达到设计的要求，但其成本过高，且程序较复杂，不适宜与本次设计。通过对比，方案一的AT89C52的功能
8、完全能够符合题目的各个部分和发挥部分的设计，故选用方案一2.2.3 显示部分方案一：采用LED数码管，其操作简单，显示直观。不仅程序的设计简易，而且对周围的环境要求很低，方便维护方案二：使用LCD液晶，它具有体积小、低功耗、显示丰富等优点。电路连接简单，价格比较高。总的来说，LCD液晶显示电路连接简单且能满足设计需求，又LCD1602上课时学过，不需再单独学习其他LCD显示程序编写要求，所以本设计选用LCD液晶显示。第三章 系统的电路设计与元器件介绍3.1 系统的电路设计整个设计的电路主要包括了最小系统电路、温度采集系统电路、控制系统电路及显示系统电路等几部分电路组成。3.1.1 最小系统电路
9、晶振电路和复位电路与单片机连接构成最小系统电路，如图3-1图3-1最小系统电路3.1.2 温度采集电路图3-2温度采集电路3.1.3 控制系统电路图3-3控制系统电路3.1.4 显示系统电路图3-4显示系统电路3.1.5 报警电路图3-5 报警电路3.2 元器件介绍3.2.1 单片机介绍3.2.1.1 单片机主要性能AT89C52是由ATMEL公司生产的52单片机的一个型号。它具有高性能CMOS8位、低电压的优点，使用了该公司的高密度、非易失性存储技术生产，完美兼容MCS-52指令系统，包括8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C51功能强大、试用范围非常广。主要功能特性：引脚完全兼容M
10、CS-52产品具有4K字节的可重擦写Flash闪存1000次擦写周期 2个读写中断口线全静态操作：0Hz-24MHz三级加密程序存储器128*4字节内部RAM 32可编程双向I/O线3个16位定时器/计数器2个外部中断源，共6个中断源可编程串行UART通道低功耗的空间和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.2.1.2 单片机各引脚功能介绍AT89C52由40 脚双列直插包装的8 位通用微处理器组成，使用常用的C52内核，它主要用于会聚调整功能的控制。功能主要有对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
11、P0 口：P0 口是8 位的漏极开路型双向的I/O 口，即为地址/数据总线复用口。如果被当作输出口，每位可以吸收电流的形式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，起作用变为高阻抗输入。当需要访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，期间可以激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口负责接受指令字节，但是在程序校验的时候，需要输出指令字节，校验时需要外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带在内部上拉电阻的8 位的双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸取或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，经过里面 的上拉电阻把端口拉
12、至高电平，就可作输入口使用。作输入口用时，因为里面存在上拉电阻，某引脚被外部的信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还有作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）的功能，Flash 编程和程序校验的时候，P1 接收低8 位地址。P2 口：P2 是一个带有上拉电阻的8 位双向的I/O 口，P2 的输出缓冲级能够驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。将端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻来港的高水平，此时，可作为输入，作为输入使用时，因为内部上拉电阻，如果某个引脚被外部信号拉低的时候就会输出一个电流(
13、IIL)。当访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器时，P2 口送出高8 位的地址数据。当访问8 位地址的外部数据存储器时，P2 口输出P2 锁存器的内容。编程或检查，P2也获得了很高的地址和控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，此外，它的第二功能P3 口还接收一些可以用于Flash 闪速存储器编程与程序校验的控制信号才是最重
14、要的。3.2.1.3 单片机特殊功能寄存器介绍数据存储器：AT89C52 有256 个字节内部RAM，80H-FFH 高128 个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重复的，虽然物理上分开，但是高128字节的RAM 与特殊功能寄存器的地址相同。当一条指令访问7FH 以上地址单元的时候，指令中使用不同的寻址方式，即为究竟是访问高128 字节RAM 还是访问特殊功能寄存器是由寻址方式决定的。直接寻址方式对应的是访问特殊功能寄存器。定时器0和定时器1：AT89C52的定时器0和定时器1 的工作方式与AT89C51 相同。2定时器：定时器2是一个16位定时器/计数器。不仅仅可以当定时器用，而且可用作外部事件计数器，特殊功能的寄存器T2CON的C/T2 位负责选择它的工作方式。定时器2一共有三种工作方式：捕获方式，向上或向下计数方式以及波特率发生器方式，T2CON 的控制位来决定其工作方式。3.2.2 DS18B20简介DS18B20温度传感器是美国达拉斯(DALLAS)半导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器5。该器件将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等
