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1、 课程设计课程名称： 计算机控制系统 学院： 电气工程学院 专业： 自动化 姓名： 学号： 年级： 12 任课教师： 目录1设计要求 .22方案论证 .23硬件电路设计 .33.1 传感器接口电路设计 .43.1.1 温度数据采集电路 .43.2 LED 显示接口电设计 .63.2.1 AT89C51 单片机 .73.2.2 LED 数码管 .103.3 温度控制电路的设计 .114系统软件设计 .124.1 软件系统设计 .124.1.1 程序组成 .135. 仿真分析 .175.1 仿真方法与操作 .175.2 仿真结果 .195.3 结果分析 .226. 总结 .237. 参考文献 .2
2、4基于单片机的温度控制系统设计1设计要求1.数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度；2.在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加 1 键、减 1 键和启动/复位键；3.DS18B20、AD590、LM3911、DTH-11（任选其一）温度采集；4.超过设置值的5时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。2方案论证为了使得电路的简单化，采用单片机作为控制核心来设计本课题，温度信号采集使用温度传感器 DS18B20，温度控制的基本思想为：通过采集到的温度与标准温度之间的差值来控制加热电阻丝的通电时间长短，从
3、而起到恒温控制的目的。方案的设计框图如下图所示： 图 2 方案设计框图本方案采用单片机作为控制核心，使用温度传感器进行温度采集，通过将采集到的温度与标准设定温度之间的差值进行温度控制，从而使得温度维持在标准设定温度。本方案设计成本低，具有具有较高的可靠性，对于系统动态性能与稳定要求不是很高的场合非常的合适。3硬件电路设计图 3 电路硬件图此方案以 AT89C51 为核心，通过 DS18B20 检测温度，将信号传输至单片机，用四位 LED 数码管显示温度，同时通过将检测的温度与标准设定温度的偏差来控制电阻丝通断时间的长短，从而达到恒温控制的目的。3.1 传感器接口电路设计3.1.1 温度数据采集
4、电路DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，与其它温度传感器相比，DS18B20 具有以下特性：独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。温度范围55125，固有测温分辨率0.5；测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送 CRC 效验码，具有极强的抗干扰纠
5、错能力；测量结果以 9 位数字量方式串行传送。DS18B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： （1）系统的硬件虽然简单但需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20 与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对 DS18B20 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 （2）在 DS18B20 的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS18B20 数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个 DS18B20，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂 DS18B20 超过 8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，
6、这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 (3)连接 DS18B20 的总线电缆有长度限制。由于信号电缆本身存在电阻，距离过长时将导致信号衰减。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达 150m。 DS18B20 有 PR-35 和 SOIC 两种封装形式，管脚排列如表 3.1 所示。本系统选用 PR-35 封装形式。 DS18B20 返回温度值虽然只有 9 位，如图 3.1 所示。表 3.1 DS18B20 管脚排列图 3.1.2 DS18B20 温度值表示方法D9 为符号位，0 表示正，1 表示负，
7、高字节的其他位（D10 D15 ）是以符号位的扩展位表示的；D0D8 为数据位，以二进制补码表示。温度是以 1/2LSB 形式表示的。表 3.1.3 为数值和温度的关系。表 3.1.3 DS18B20 数值和温度的关系3.2 LED 显示接口电设计本系统选用的是四位数码管动态实时显示房间温度，显示精度0.10C。具体电路图如图 3.2： 图 3.23.2.1 AT89C51 单片机单片机选用 ATMEL 公司的可在线编程的 AT89C51，用于温度采集及数据通讯。AT89C51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(In-system programm
8、able)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 AT89C51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C51 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
9、双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 AT89C51 有 3 个并行 I/O 端口，P0:P0.0P0.7、P1.0P1.7、P2.0P2.7。P0 端口在没有片内存储器时，可以作为普通 I/O 口使用，外接存储器时作为地址线/数据线使用。P1 端口可以作为普通 I/O 口使用，同时P1.0、P1.1、P1.5P1.7 还具备特殊功能，如表 3.4 所示。P2 端口在没有片外存储器时，可以作为普通 I/O 口使用，外接存储器时作为高 8 位地址使用。表 3.2.1 AT89C51 P1 端口的特殊功能 表 3.2.2 AT89C51 P3 端口的特殊功能图 3.2.3 单片机最小系统 3.2.2 LED 数码管LED 显示器即为发光二极管显示器，具有显示醒目、成本低、配置灵活、接口方便等特点，单片机应用系统中常用它来显示系统的工作状态和采集的信息输入数值等。 LED 显示器按其发光管排布结构的不同，可分为 LED 数码管显示其和 LED 点阵显示器。L
