《基于51单片机的温度控制系统说明书课程设计说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机的温度控制系统说明书课程设计说明书（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中北大学中北大学课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书学生姓名： 学 号： 学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 机械电子工程 题 目： 基于 51 单片机的温度控制系统设计 指导教师：指导教师： 职称职称: : 讲师讲师 2015 年 1 月 19 日1目录目录第 1 章 绪论.21.1 题目背景 .21.2 题目简介 .2第 2 章 系统总体设计及方案.32.1 单片机的介绍.32.2 系统功能的确定.32.3 温度传感器 DS18B20 的介绍.32.3.1DS18B20 的内部结构 .42.3.2 DS18B20 的引脚介绍 .62.4 人机交互与串口通信.6第 3 章 硬件设计.
2、83.1 系统结构框图.83.2 人机交互与串口通信单元设计.93.2.1 键盘输入电路.93.2.2 串口通信电路.93.2.3 LED 七段数码动态显示电路 .103.2.4 控制执行单元设计 .11第 4 章 软件设计.124.1 设计思路、程序代码.12结束语.26参考文献.262第第 1 1 章章 绪论绪论1.11.1 题目背景题目背景不论是对于工业生产还是对于人们的日常生活，温度的变化都会对其产生一定程度的影响。所以，适时和恰当的温度控制对生产生活具有非常重要的作用。在过去，对温度的控制总是采用常规的模拟调节器，然而，这种调节器存在的缺点是控制精度低，具有滞后、非线性等特点。-本文
3、将采用微电子技术来提高温度控制的精度，因为微电子技术的电路设计简单，控制效果好，具有很强的实用性。众所周知，在现代工业以及家用电器测控领域中，单片机系统的开发和运用给其带来了全新的技术创新和变革。而且，自动化和智能化程度的高低均依赖于是否使用单片机。试想：将单片机的温度控制方法如果能够运用到温度控制系统中的话，那么，就可以在一定程度上缓减和克服温度控制系统中存在的滞后现象，同时在很大程度的上，单片机的使用可以提高温度的控制效果以及控制精度。在工业自动化控制中，温度的控制一直都占有非常特殊的地位。在本文中作者针对电烤箱的温控系统利用单片机进行设计，从而达到精确控制电烤箱温度目的。1.21.2 题
4、目简介题目简介课题名称：基于51单片机的温度控制系统设计主要任务：（1）电烤箱由 1kW 电炉加热，最高温度为 120；（2）电烤箱温度可设置，电烤过程恒温控制，温度控制误差2；（3）实时显示温度和设置温度，显示精确为 1；（4）温度超出设置温度5时发出超限报警，对升温和降温过程不作要求。开发环境：本环境温度控制系统的软件部分是通过KEIL进行编译，并由Proteus 7 Professional进行仿真测试。技术指标：（1）以AT89C51系列单片机为核心部件（2）以数字电路和模拟电路为硬件基础（3）以C语言为软件实现语言功能概述：在该温度控制系统中，单片机作为核心部件进行检测控制。在该环境
5、温度控制系统中温度检测采用 DS18B20 温度传感器将实时温度传送至单片机，并加以显示。再通过按键来设定温度，并实时显示。按下确定键后将实际温度与设定温度进行比较，如果实际温度大于设定温度，则进行降温过程，反之，则进行升温过程，实现温度控制和报警等目的,按复位键后，从新开始。 3第第 2 2 章章 系统总体设计及方案系统总体设计及方案2.12.1 单片机的介绍单片机的介绍随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的 CPU 、RAM 、 ROM 、定时/计数器和多种 I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机 。 单片机具有以下特点：
6、1.具有优异的性能价格比 2.集成度高、体积小、可靠性高 3.控制功能强 4.低电压、低功耗 2.22.2 系统功能的确定系统功能的确定一个控制系统是否能被大众所接受，在于该控制系统是否拥有人性化的操作功能。为了使本次设计的环境温度控制系统具有操作简单、灵活及高可靠性等特点，确定了该系统功能：1.独立键盘输入。2.单总线温度传感器 DS18B20 进行温度采集。3.温度显示。4.温度控制执行，温度超限进行报警。5.温度测量范围为-55-125 度，温度有效范围为 2-98 度，允许误差为 1 度。2.32.3 温度传感器温度传感器 DS18B20DS18B20 的介绍的介绍DS18B20 温度
7、传感器是 DALLAS 公司生产的 1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，在一根通信线，可以挂很多这样的温度传感器，十分方便。 DS18B20 具有以下的的特点：1.只要求一个端口即可实现通信。2.在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。3.实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。4.测量温度范围55 到125。5.数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择。6.内部有温度上、下限告警设置。42.3.1DS18B202.3.1DS18B20 的内部结构的内部结构DS18B20 采用 3 脚 PR-35 封装或 8 脚 S
8、OIC 封装，其内部结构框图如图 2.1 所示。64 位 ROM 的位结构如图 2.2 所示。开始 8 位是产品类型的编号；接着是每个器件的唯一的序号，共有 48 位；最后 8 位是前面 56 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20 可以采用单线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器 TH 和 TL，可通过软件写入用户报警上下限数据。图 2.2 64 位 ROM 的位结构图DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 E2PROM。高速暂存 RAM 的结构为 9 字节的存储器，结构如图 2.3 所示。前 2 字节包含测得的温度信息。第
9、3和第 4 字节是 TH 和 TL 的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第 5 字节为配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如图 2.4 所示，其中，低 5 位一直为 1；TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式，在 DS18B20 出厂时，该位被设置为 0，用户不要去改动；R1 和 R0 决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，其定义方法见表 2.1。温度 LSB温度 MSB64 位 ROM 和 单线接口 存储器与控制逻辑高 速 缓 存 温度传感器高温触发器
10、TH低温触发器 TL配置寄存器8 位 CRC 发生 器 图 2.1 DS18B20 内部结构框图8 位检验 CRC48 位序列号8 位工厂代码 （10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB5TH 用户字节1TL 用户字节 2配置寄存器保留保留保留CRC由表可见，DS18B20 温度转换的时间比较长，而且设置的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存 RAM 的第 6、7、8 字节保留未用，表现为全逻辑 1。第 9 字节是前面 8 字节的 CRC 码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当 DS18B20 接收到温度
11、转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存 RAM 的第 1、2 字节中。单片机可以通过单线接口读出该数据。读数据时，低位在先，高位在后，数据格式以 0.0625C/LSB 形式表R1R0分辨率/位温度最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750TH 用户字节 11TL 用户字节 2E2PROM图 2.3 高速暂存 RAM 结构图表 2.1 DS18B20 分辨率的定义和规定图 2.4 配置寄存器位 定义TM R1 R0 1 1 1 1 1 16示。温度值格式如图 2.5 所示：低字节232221202
12、-12-22-32-4高字节SSSSS2625242.3.22.3.2 DS18B20DS18B20 的引脚介绍的引脚介绍TO92 封装的 DS18B20 的引脚排列见图 2.6，其引脚功能描述见表 2.2。图 2.6（底视图）表 2.2 DS18B20 详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的 VDD 引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。2.42.4 人机交互与串口通信人机交互与串口通信该热炉温度控制系统由温度采集、独立键盘输入、温度显示、温度控制执行等四大模块组成。1. 温度采集：由温度传感器DS18B20完
