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1、课 程 设 计 报 告课程名称 综合电子设计 题 目 基于单片机的温度测量与控制系统 指导教师 设计起止日期 系 别 专 业 学生姓名 班级/学号 成 绩 基于单片机的温度测量与控制系统 目录一摘 要 2二 功能介绍 31，基本要求32，硬件设计要求及思路33，系统结构3三，方案论证与比较31，使用DE2开发板设计32，使用单片机设计思路4四，系统设计 41，主控制部分AT89S51的设计方案52，温度测量设计方案10五，单元电路设计131，最小系统132,温度采集143,显示电路14六，软件设计15七，结束语151，实验总结152,设计心得与体会16八，参考文献17九，附录18摘要本设计以A
2、T89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC机与单片机串口通讯电路和一些接口电路 。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。关键词：AT89S51单片机 DS18B20温度芯片 温度控制 串口通讯二， 功能介绍1，基本要求（1）温度设定范围为2030oC，最小区分度为1oC。（
3、2）环境温度超温时，接通制冷装置；低于等于设定温度时，断开制冷装置。用LED表示制冷装置的接通/断开状态。（3）用数码管显示环境的实际温度，温度显示范围0-99oC，显示精度为小数点后1位。2，硬件设计要求及思路要求设计单片机（AT89S51）最小系统，并在此基础上完成对温度传感器DS18B20的读写操作，实现温度测量功能，温度实时显示功能，要求所设计系统具备报警温度设置功能。对超过设置温度值的状态进行报警和相应控制操作（本次使用LED表示相应的控制操作）。单片机的选择在整个系统设计中至关重要，要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求，本课题选择AT89S51作为主控芯片。AT89S51是
4、一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。3，系统结构 温度传感器单片机键盘控制复位电路显示电路报警电路控制电路三，方案论证与比较设计这个温度测量有两种方法：分别是使用DE2开发板和单片机开发，以下是两种设计方法的原理介绍：
5、（1）使用DE2开发板设计：使用DE2开发板提供的资源进行设计题目的实现。1）FPGA 芯片：EP2C35F672C6N (Cyclone II)2）5M时钟3）LED、按键、开关4）IO扩展接口5）7段数码管（2）使用单片机设计思路：要求设计单片机（AT89S51）最小系统，并在此基础上完成对温度传感器DS18B20的读写操作，实现温度测量功能，温度实时显示功能，要求所设计系统具备报警温度设置功能。对超过设置温度值的状态进行报警和相应控制操作（本次使用LED表示相应的控制操作）。两种方法比较的优缺点： DE2是Altera研究机构推出的FPGA多媒体开发平台。通过对DE2平台的了解它完全可以
6、按照工业产品的标准进行，使用QUARTUSII的开发工具来进行设计，仿真。它的优点是可靠性高，性能稳定。但是缺点是平时我们接触较少，而且需要使用的程序相对于发杂。 而单片机与高精度温度传感器结合的方式我们接触较多，而且成本低，测量温度简单且容易实现。即用单片机完成人机界面，系统控制，信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集与转换。这种方案克服了方案一的缺点，所以本课题任务是基于单片机和温度传感器实现对温度的控制。四，系统设计 本课题设计的是一种以STC89C52单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。其主要包括：
7、电源模块、温度采集模块、按键处理模块、实时时钟模块、数据存储模块、LCD显示模块、通讯模块以及单片机最小系统。 本系统由温度传感器DS18B20、AT89S52、LCD显示电路、软件构成。DS18B20输出表示摄氏温度的数字量，然后用51单片机进行数据处理、译码、显示、报警等。单片机原理系统结构图： 图1，单片机系统结构图 （1）主控制部分AT89S51的设计方案： AT89S51 是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储
8、技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作
9、，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。由于系统控制方案简单 ,数据量也不大 ,考虑到电路的简单和成本等因素 ,因此在本设计中选用 A TMEL 公司的 A T89S51单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 A T89S51芯片内含有4 kB的 E2PROM ,无需外扩存储器 ,电路简单可靠 ,其时钟频率为 024 MHz ,并且价格低廉 。其主要功能特性： 兼容MCS-51指令系统 4k可反复擦写(100
10、0次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 2个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中断口线 128x8 bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针 可以看出AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时, AT89
11、S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。AT89S51引角功能说明：Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在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，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，
12、而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1接收低8位地址。表1为P1口第二功能。表1 P1口第二功能端口引脚第二功能P1.5MOSI（用于ISP编程）P1.6MISO（用于ISP编程）P1.7SCK（用于ISP编程）P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。在访问位地址的外部数据存储器（如执行：MOVX Ri 指令）时，P2口线上的内（也
