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1、水温控制课程总结题目：基于 STC90C516 水温控制系统设计学 院： 电子工程学院专 业： 电子信息工程年 级： 2012 级指导教师： 廖志贤成 员： 卫丽业 201212701008白雪英 201212701007俞阳阳 201112701009李志鹏 2012127010582015 年 05 月摘 要本设计采用的主控芯片是 STC90C516 单片机，数字温度传感器 DS18B20。本设计用数字传感器 DS18B20 测量温度，测量精度高，传感器体积小，使用方便。所以本次设计的数字温度计在工业、农业、日常生活中都有广泛的应用。单片机技术已经广泛应用社会生活的各个领域，已经成为一种非
2、常实用的技术。51 单片机是最常用的一种单片机，而且在高校中都以 51 单片机教材为蓝本，这使得 51 单片机成为初学单片机技术人员的首选。本次设计采用的STC90C516 是一种 flash 型单片机，可以直接在线编程，向单片机中写程序变得更加容易。本次设计的数字温度计采用的是 DS18B20 数字温度传感器，DS18B20 是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本设计根据设计要求，首先设计了硬件电路，然后绘制软件流程图及编写程序。本设计属于一种多功能温度计，温度测量范围是-55到 125。温
3、度值的分辨率可以被用户设定为 9-12 位，可以设置上下限报警温度，当温度不在设定的范围内时，就会启动报警程序报警。本设计的显示模块是用四位一体的数码管动态扫描显示实现的。在显示实时测量温度的模式下还可以通过查询按键查看设定的上下限报警温度。关键词：单片机、数字温度计、DS18B20、STC90C516目 录1.系统总体方案及硬件设计31.1设计要求31.2 各模块选择与论证32.系统的硬件设计与实现62.1 系统总体设计框图62.2 系统硬件概述62.3 主要单元电路的设计73.软件设计143.1 DS18B20 程序设计143.2 显示程序设计183.3 按键程序设计194.系统测试204
4、.1 硬件测试204.2 软件测试204.3 测试结果结论205.设计体会21参考文献22附录 1：原理图和实物图23附录 2：程序291.系统总体方案及硬件设计1.1设计要求：（）基本要求 具有实时获取水温功能； 能够自动判断实际温度是否达到限值，并自动报警控制继电器；( 2 ) 创新要求 用户能够通过按键根据自己情况设置限值并保存起来；1.2 各模块选择与论证1.2.1 控制模块本设计采用 STC90C516 芯片作为硬件核心，该芯片采用 Flash ROM，内部具有 8KB ROM 存储空间，相对于本设计而言程序存储空间完全够用。89C52 是INTEL 公司 MCS-51 系列单片机中
5、基本的产品，它采用 ATMEL 公司可靠的 CMOS工艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 MCS-51 的 HCMOS 产品。它结合了 CMOS 的高速和高密度技术及 CMOS 的低功耗特征，它基于标准的 MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于 89C51 增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89C52内置 8 位中央处理单元、512 字节内部数据存储器 RAM、8k 片内程序存储器（ROM）32 个双向输入/输出(I/O)口、3 个 16 位定时/计数器和 5 个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外
6、，89C52 还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结 CPU 而RAM 定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存 RAM 数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。STC90C516 有 PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。1.2.2.显示模块的选择与论证方案一：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较合适，如采用在显示数字显得太浪费，成本较高，所以不采用该方案。方案二：采用 LED 数码管动态扫描显示，LED 数码管价格适中，而却对于显示数字比较合适，控制方式简单，电路只需添加一个
7、三极管驱动电路就可以实现显示。方案三：采用 LCD1602 液晶显示屏，液晶显示功能强大，可以显示 2*16 个字母或数字或者自定义字符，价格也比较合理，需要的接口只需要 9 根就可以完成。成本相对比较高，对于本设计显示内容的不多采用该方案显得有点大材小用。因此综合上述最终决定采用数码管动态扫描方式作为显示。1.2.3.温度传感器模块选择与论证方案一：使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行 A/D 转换。此设计方案需用 A/D 转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会
8、产生较大的测量误差。方案二：采用模拟温度传感器 AD590，该传感器的输出电流会随温度的变化而变化，从而需要设计电路转换成电压的变化，进而通过 A/D 转换后接到单片机中，这种方法固然麻烦，而却费用比较高，而却在电流电压转换和 A/D 转换中会产生误差。方案三：采用数字式防水型温度传感器 DS18B20，此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除 A/D 模块，降低硬件成本，简化系统电路。另外，数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。所以最终我们采用数字防水型 DS18B20 作为温度采集芯片。1.2.4 编程语言的选择和论证 对于指令系统
9、兼容 MCS51 系列的单片机，其较为常用的编程语言有 C 和汇编语言。 C 语言是一种结构化编程语言，可产生压缩代码。C 语言在硬件结构上仅要求对单片机存储器等硬件结构有初步了解，寄存器分配，不同存储器寻址及数据类型等细节可由编译器管理。C 语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可以在不同种类的单片机之间相互移植。程序可划分为不同函数，结构规范，可读性强。C 语言提供的库包含许多标准子程序，具有很强的数据处理能力。C 语言作为一种方便、容易掌握的语言得到了广泛的应用，是目前单片机编程中应用最多的语言之一。 汇编语言同样在单片机编程中得到了广泛的应用，其具有简单实用，控制灵活，实
10、时性强，程序效率高等特点。汇编语言有着极强的硬件控制能力，用其它的高级语言所无法控制的软硬件细节，在汇编语言中都可以实现，但是编程复杂。综合考虑，软件的设计语言选择 C 语言。1.2.5 调节模块介绍调节模块是由四个按键接地后直接接单片机的 I/O 口完成的。当按键没有按下时单片机管脚相当于悬空，默认下为高电平，当按键按下时相当于把单片机的管脚直接接地，此时为低电平。程序设计为低电平触发。1.2.5 继电器模块介绍继电器模块是由由一个 NPN 型的三极管 8550 驱动。当输入低电平时三极管导通，继电器吸合，从而控制外围器件。1.2.6 报警模块介绍报警模块是由一个 NPN 型的三极管 855
11、0 驱动的 5V 蜂鸣器，和一个加一限流电阻的发光二极管组成的。报警时蜂鸣器间歇性报警，发光二极管闪烁。2.系统的硬件设计与实现2.1 系统总体设计框图由于 DS18B20 数字温度传感器具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠，所以在该设计中采用 DS18B20 数字温度传感器测量温度。 温度计电路设计总体设计框图如图 2-1 所示，控制器采用单片机STC90C516，温度传感器采用 DS18B20，显示采用 4 位 LED 数码管，报警采用蜂鸣器、LED 灯实现，按键用来设定报警上下限温度并将设置好的值保存在STC90C516 的 EEP
12、ROM 中（具有掉电保护功能） 。STC90C516主控芯片数码管显示蜂鸣器报警LED 灯提示DS18B20 温度采集按键调节限值图 2-1 温度计电路总体设计框图2.2 系统硬件概述本系统所设计的数字温度计采用的是 DS18B20 数字温度传感器测温，DS18B20 直接输出的就是数字信号，与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，上下限报警功能。其输出温度采用 LED 数码管显示，主要用于对测温比较准确的场所。该设计控制器使用的是 51 单片机 STC90C516，STC90C516 单片机在工控、测量、仪器仪表中应用还是比较广泛的。测温传感器使用的是DS18B20，DS18
13、B20 是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。显示是用 4 位共阴极 LED 数码管实现温度显示，LED 数码管的优点是显示数字比较大，查看方便。蜂鸣器用来实现当测量温度超过设定的上下限时的报警功能。2.3 主要单元电路的设计2.3.1 单片机主控制模块的设计STC90C516 单片机为 40 引脚双列直插芯片,有四个 I/O 口 P0,P1,P2,P3, MCS-51 单片机共有 4 个 8 位的 I/O 口（P0、P1、P2、P3） ，每一条 I/O 线都能独立地作输出或输入。单片机的最小系
14、统如下图所示,18 引脚和 19 引脚接时钟电路,XTAL1 接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2 接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出.第 9 引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20 引脚为接地端,40 引脚为电源端. 如图-2 所示412MHz30pF56789JP位VCRST.XALGNDE/UWKabcdefg图-2 主控制系统 2.2.2 DS18B20 电路设计如图-3 所示。采用数字式温度传感器 DS18B20，它是数字式温度传感器，具有测量精度高，电路连接简单特点，此类传感器仅需要一条数据线进行
15、数据传输，使用0.7 与 DS18B20 的 I/O 口连接加一个上拉电阻,Vcc 接电源,Vss 接地。 IOQB图-3 DS18B20 温度采集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 912 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 3.05.5v；零待机功耗；温度以 9 或 12 位二进制数字表示；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）的器件；负电压特性，电源极性
