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1、阳江职业技术学院毕业设计阳江职业技术学院毕 业 论 文设计课题：模拟恒温控制系统的设计 班 级 09电气班专 业 电气自动化学生姓名 余国川指导教师 叶杰辉日 期 _2011年 10月_23日_ 26目录摘要1绪论1第一章 总体设计方案11.1、数字温度计设计方案论证11.2、方案选择1第二章 总体设计框图22.1、主控制器32.2、显示电路32.3、温度传感器32.4、元件清单7第三章 硬件部分83.1、DS18B20温度传感器与单片机的接口电路83.2、系统整体硬件电路8第四章 软件部分104.1、系统软件算法分析104.2、主程序104.3、读出温度子程序114.4、温度转换命令子程序1
2、14.5、 计算温度子程序124.6、显示数据刷新子程序13第五章 温度控制器程序清单14第六章 实物图结束语23参考文献23 摘要在生产生活中，温度是一个很重要的参数，例如在水产养殖中的经常要控制水温，室温在一定的温度范围之内，因为生物的生存温度是有限的，不可以在过高或过低的环境中生存。所以的如果可以利用单片机技术在开发一个设备去控制温度，那就可以为养殖业提高经济效益。还有在一些工厂内，员工的工作环境的温度和设备的存放温度都有严格的要求，这是就要一些温控，设备去控制这些温度，确保了生命很财产的安全。这些温控系统的应用范围是很广的，例如钢铁厂的温控监督，水产业的恒温控制，房地产中的新型房屋中的
3、恒温控制，本文就讲解了模拟恒温控制系统的设计。单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等部分于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。所有单片机的出现解决了许多工业控制的问题。本论文侧重介绍“模拟恒温控制系统的设计”的软件设计及相关内容。论文的主要内容包括：采样、滤波、键盘、LED显示和报警系统，加热控制系统，单片机MCS-51的开发以及系统应用软件开发等。作为控制系统中的一个典型实验设计，单片机温度控制系统综合运用了微机原理、自动控制原理、模拟电子技术、数字控制技术、键盘显示技术等诸多方面的知识，是对所学知识的一次综合测试。关键词：单片机，数字控制，
4、温度计， DS18B20，STC89C52RC绪论1946年第一台电子计算机诞生至今，只有50年的时间，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管晶体管集成电路大规模集成电路，现在一块芯片上完全可以集成几百万甚至上千万只晶体管，使得计算机体积更小，功能更强。特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。 单片机诞生于20世纪70年代，象fairchid公司研制的F8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常
5、称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。 20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，象Farichild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理
6、器。 1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。 在MCS-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，象Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段，象INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,*的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。 80年代，世界各大公司
7、均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64kB，可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。二、单片机发展趋势 现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为
8、单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有： 1.低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的
9、主要途径。2.微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表
10、面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。3.主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统
11、天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机STC89C51RC，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。第一章 总体设计方案1.1、数字温度计设计方案论证1.1.2 方案一用keil编程软件遍好要控制的温度范围，烧录到单片机STC89C52RC中，然后采用一只温度传感器DS18B20去采集温度，再用一根电热丝和一个风扇分别表示升温和散热系统。D
12、S18B20采集的温度信息处理后在发给单片机再进行运算，单片机做出判断后再控制电热丝和风扇去调控温度在事先编程时设定的温度。这样要改变设定的温度时就会有点繁琐。1.1.1 方案二由于考虑到用户对温度要求的范围不一样，方案一的改变温度的设定值有点繁琐，又不能时刻监控温度是多少？所以在方案一的基础上加上1个4位数码管LG3641BH，用于显示当前的温度；再加上一个蜂鸣器YHE12-05 SOT，用于温度过高或过低报警；再加上3个点动按钮，用于设定要控制的温度范围，这样就免了重新编写温度值的繁琐步骤。1.1.3 方案三 考虑到有些人对设备的指示灯和LED数码管的温度数值不明其含义，于是在方案三上加上
13、一个16*16的点阵模块，当温度过低时点阵就显示“注意，温度过低，请检查升温系统”，当温度过高时点阵就现示“注意，温度过高，请检查散热系统”，当温度在设定值的范围时点阵就显示“当前的温度正常”。1.2、方案选择从三种方案中很容易看出，方案一，电路比较简单，软件设计也比较简单，但是不够人性化，方案三制作的成本高，软件设计复杂，只有方案而的最合适，电路和软件的设计难度刚好，故选择方案二。 第二章 总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图2-1所示，控制器采用单片机STC89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。 图2-1总体设计方框图2.1、主控制
14、器.2.2、显示电路显示电路采用4位共阳LED数码管，从P3口RXD,TXD串口输出段码。2.3、温度传感器DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；零待机功耗；温度以或位数字；用户可定义报警设置；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
15、件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作； DS18B20采用脚PR35封装或脚SOIC封装，其内部结构框图如图2-2所示。 图2-2 DS18B20内部结构64位ROM的结构开始位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器和，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为字节的存储器，结构如图2-3所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图3所示。低位一直为，是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该
