基于80C51的数字温度控制器设计讲解

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1、 单片机系统课程设计 1 单片机系统单片机系统 课课 程程 设设 计计 成绩评定表 设计课题设计课题 ： 基于 80C51 的数字温度控制器设计 学院名称学院名称 ： 专业班级专业班级 ： 学生姓名学生姓名 ： 学学 号号 ： 指导教师指导教师 ： 设计地点设计地点 ： 设计时间设计时间 ： 指导教师意见： 成绩: 签名： 年 月 日 单片机系统课程设计 2 单片机系统单片机系统 课课 程程 设设 计计 课程设计名称：课程设计名称： 基于 80C51 的数字温度控制器设计 专专 业业 班班 级级 ： 学学 生生 姓姓 名名 ： 学学 号号 ： 指指 导导 教教 师师 ： 课程设计地点：课程设计

2、地点： 课程设计时间：课程设计时间： 2013-12-162013-12-27 单片机系统课程设计 3 目目 录录 1 引言5 1.1 研究背景 5 2 方案的选择6 2.1 系统框图6 3 硬件电路设计6 3.1 最小化电路设计6 3.1.1 主控芯片简介7 3.1.2 最小化电路9 3.2 温度采集电路设计9 3.2.1 温度采集芯片简介 9 3.2.2 工作原理.11 3.2.3 温度采集电路.13 3.3 存储电路设计.14 3.3.1 存储芯片简介.14 3.3.2 工作原理.16 3.3.3 存储电路.18 3.4 显示电路设计 .18 3.4.1 显示方案确定.18 3.4.2

3、驱动芯片简介.19 3.4.3 显示电路.22 4 软件设计.23 4.1 主程序流程.23 4.2 子程序流程.23 4.2.1 中断流程.23 4.2.2 键盘扫描流程.23 4.2.3 温度检测与报警流程.23 4.2.4 DS18B20 温度采集流程 .24 4.2.5 CAT24C02 读写模块流程24 5 系统仿真.28 参考文献.30 附录程序.31 单片机系统课程设计 4 1 1 引言引言 1.1 研究背景研究背景 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然己经十分广泛，但从国内生产的 温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相 比，仍然有着较大的差距。成熟

4、的温控产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、 自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表 较少随着我国经济的发展及加入 WTO,我国政府及企业对此都非常重视,对相关 企业资源进行了重组，相继建立了一些国家，企业的研发中心，开展创新性研 究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。 目前，温度控制器产品从模拟、集成温度控制器发展到智能数码温度控制 器。智能温控器（数字温控器）是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的 结合，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种控制器，并且它 是在硬件的基础上通过软

5、件来实现控制功能的，其智能化程度也取决于软件的 开发水平，现阶段正朝着高精度高质量的方向发展,相信以我国的实力，温控技 术在不久的将来一定会为于世界前列！ 温度控制器广泛应用于家用电器，主要为冰箱、冷柜、空调、饮水机、微 波炉等制冷制热产品配置。 目前国内温度控制器生产企业较少，仅广东、江苏、辽宁、江西各有一家 规模稍大一点的生产厂家，他们的生产能力远远不能满足电子温度控制器 市场的需求。 温度控制器不仅在国内市场销售顺畅，而且在国际市场也十分看好，特别 是日本、意大利、美国等国家对温度控制器产品的需求量很大，出口前景 十分乐观。 2 2 方案的选择方案的选择 方案一 ：进而考虑到用温度传感器

6、，在单片机电路设计中，大多都是使用传感 器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传 感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 方案二： 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效 应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用 单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设 计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦 单片机系统课程设计 5 2.12.1 系统框图系统框图 温度采集电路加热电路 80C51 显示电路报警电路 图 1 系统框图 3 3 硬件电路设计硬

7、件电路设计 3.13.1 最小化电路设计最小化电路设计 主控芯片要能正常工作，首先要提供电源，除其次要有晶振电路提供时钟脉冲 信号，除此之外还要有复位电路使单片机或系统其它部件处于某种确定的初始 状态，最后还要是单片机有程序。 3.113.11 主控芯片简介主控芯片简介 此部分是电路的核心部分，系统采用了 51 系列单片机。在众多的 51 单片 机系列中，AT89 系列单片机在我国得到及其广泛的应用，越来越受到人们的瞩 目。AT89 系列单片机是美国 ATMEL 公司的 8 位 Flash 单片机产品。它的最大特 点是在片内含有 Flash 存储器，在系统的开发过程中修改程序容易，使开发调 试

8、更为方便。AT89 系列单片机以 8031 为内核，是与 8051 系列单片机兼容的系 列，其型号可以分为标准型、低档型和高档型 3 类。高档型单片机有 AT89S51、AT89S52、AT89S53 和 AT89S8252 等型号，其中 AT89S52 为 ATMEL 所 生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，内部有 8KB 的可下载 Flash 存 储器，2KB 的 EEPROM，提高了存储容量，系统不必扩展外部程序存储器和数据 存储器这样大大的减少了系统硬件部分。因此，本系统使用 AT89S52 单片机作 为微处理器，如图所示 单片机系统课程设计 6 图 2 主控芯片 3.1

9、.23.1.2 最小化电路最小化电路 单片机工作需要 3 个基本条件：接电源、接石英晶体振荡器和复位电路、单片 机内装入程序，如图 3 所示。 V Vc cc c EA X XT TA AL L1 1 X XT TA AL L2 2 R RS ST T V Vs ss s + +5 5V V 3 30 0p pF F 3 30 0p pF F 2 22 2u uF F 1 1K K A AT T8 89 9S S5 52 2 接接电电源源+ +5 5V V 晶晶体体振振荡荡器器 + +5 5V V 接接电电源源负负极极 图 3 最小化电路 （1）接电源）接电源 将单片机第 40 脚 Vcc 接

10、电源+5V，第 20 脚 Vss 接地（电源负极） ，为单片 机工作提供电源。由于 AT89S52 片内带有程序存储器，当使用片内程序存储器 单片机系统课程设计 7 时要将 EA（31 脚）接高电平，即接到电源+5V。 （2）接石英晶体振荡器）接石英晶体振荡器 将单片机第 19 脚（XTAL1）与 18 脚（XTAL2）分别接外部晶体的两个引 脚，由石英晶体组成振荡器，保证单片机内部各部分有序工作。晶振电路如图 4 所示。 图 4 晶振电路 单片机运行程序的速度与振荡器的频率有关。单片机在读、写操作时都需 要消耗一定的时间。机器周期是指单片机完成一个基本操作所用的时间，当外 接石英晶体为 12

11、MHz 时，1 个机器周期为 1ms；当外接石英晶体为 6MHz 时， 1 个机器周期为 1ms。 （3）复位电路）复位电路 在实际应用中，复位电路有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上 电与按键均有效的复位。 上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。常用的上电复位电 路如图五所示。上电瞬间 RST 引脚获得高电平，随着电容 C1 的充电，RST 引 脚的高电平将逐渐下降。RST 引脚的高电平只要能保持足够的时间（2 个机器 周期） ，单片机就可以进行复位操作。该电路典型的电阻和电容参数为：晶振为 12MHz 时，C1 为 10uF，R1 为 8.2K；晶振为 6MHz 时，电容

12、C1 为 22uF，R1 为 1K。 上电与按键均有效的复位电路如图 6 所示。上电与按键均有效的复位电路 原理与上电复位原理相同，不同的是上电与按键均有效的复位电路在单片机运 行期间，能用按键来控制复位操作晶振为 6MHz 时，电容 C1 为 22uF，R2 为 200。 振 荡 器 单片机系统课程设计 8 图 5 图 6 本设计中使用后者电路复位，就是可以在单片机运行期间可以人工的复位。 这样是比较方便。 3.23.2 温度采集电路设计温度采集电路设计 跟以往的采用 A/D 转换器进行温度测量不同的是，本系统采用的是一线协 议器件 DS18B20 进行温度测量，测量的方法不同，温度采集不同

13、。 3.2.13.2.1 温度采集芯片简介温度采集芯片简介 DS1820 数字温度计提供 9 位温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接 口送入 DS1820 或从 DS1820 送出，因此从中央处理器到 DS1820 仅需连接一条 线(和地)。读、写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需 要外部电源。因为每一个 DS1820 有唯一的系列号，因此多个 DS1820 可以存在 于同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。此特性的 应用范围包括 HVAC 环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测，以及过程 监视和控制中的温度检测。 (1) DS18B20 特性特性

14、独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯； 无需外部器件； 零待机功耗； 测温范围-55+1250，以 0. 5递增。华氏温度范围-67至 257， 以 0.9递增； 单片机系统课程设计 9 温度以 9 位数字量读出； 温度数字量转换时间 200ms(典型值)； 用户可定义的非易失性温度报警设置； 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件； 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统； (2) DS18B20 引脚结构及说明引脚结构及说明 DS18B20 引脚结构如图 7 所示 图 7 引脚说明：引脚说明： GND：接地。 DQ ：数据输入/输出脚。 VDD：

15、外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地） 。 DS1820 通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和 DS1820 之间仅需一条连接线（加上地线） 。用于读写和温度转换的电源可以从 数据线本身获得，无需外部电源。 因为每个 DS1820 都有一个独特的片序列号，所以多只 DS1820 可以同时连 在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性 在 HVAC 环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方 面非常有用。 3.2.23.2.2 工作原理工作原理 BOTTOM VIEW GND DQ VDD 单片机系统课程设计 10 (1) 测温

16、原理测温原理 测温原理如图 8 所示。 斜斜坡坡累累加加器器 预预置置比比较较 低低温温度度系系数数振振荡荡器器计计数数器器预预置置 = =0 0 温温度度存存储储器器 高高温温度度系系数数振振荡荡器器计计数数器器 = =0 0 停停止止 增增加加 L LS SB B置置位位/ /清清零零 图 8 测温原理 (2) DSl820 工作过程及时序工作过程及时序 初始化：初始化： 初始化 RoM 操作命令存储器操作命令处理数据单总线上的所有处理均从初 始化开始。总线主机检测到 DSl820 的存在便可以发出 ROM 操作命令之一这些 命令如下： ROM 操作品令 指令名称代码功能 读 ROM33H在口线上接一个器件时读其 ROM 码 匹配 ROM55H找出某个指定 ROM 码的器件 跳过