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1、 西华大学课程设计1摘 要温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计是利用单片机的控制功能来设计一种智能的电烤箱系统，保证使用安全又达到节能的作用。本文介绍了以AT89C52单片机为核心的电烤箱温度控制系统。电烤箱的温度控制系统有两部分组成：硬件部分和软件部分。其中硬件部分包括：单片机最小系统、驱动电路、报警电路、温度检测电路、以及键盘电路。软件部分包括：主程序、运算控制程序、以及各功能实现模块的程序。温度采集由DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20采集。DS18B2
2、0测温范围为-55C+125C，测温分辨率可达0.0625C，被测温度用符号扩展的16位补码形式串行输。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。关键词: 温度控制；电烤箱；单片机西华大学课程设计2目 录第 1 章 绪论.3第 2 章 课程设计的方案.42.1 概述 .42.2 系统组成总体结构 .4第 3 章 硬件设计.63.1 单片机最小系统的设计 .63.1.1 时钟电路设计 .83.1.2 复位电路设计 .93.2 温度检测模块的设计 .103.2.1 DS18B20 芯片的内部结构 .113.2.2 DS18B20 的测温原
3、理 .113.2.3 DS18B20 数据处理 .123.2.4 DS18B20 温度检测电路设计 .133.3 报警电路的设计 .143.4 按键电路的设计 .153.5 驱动模块的设计 .15第 4 章 软件设计.174.1 主程序流程图 .174.2 温度检测模块 .18第 5 章 课程设计总结.20参考文献.21西华大学课程设计3第 1 章 绪论随着现代信息技术的飞速发展和传统工业的逐步改造，温度自动检测和显示功能在很多领域得到广泛应用。人们在温度检测的准确度、便捷性和快速等方面有着越来越高的要求。本文以电烤箱的温度控制为模型，设计了以 AT89C52 单片机为检测控制中心的温度控制系
4、统。 单片机出现的历史并不长，但发展迅猛。自 1975 年美国德克斯仪器公司首次推出 8 位单片机 TMS-1000 后才开始快速发展。1976 年 9 月，美国 Intel 公司首次推出 MCS-48 系列 8 位单片机以后，单片机发展进入了一个新的阶段。1983 年 Intel 公司推出的MCS-96 系列、1987 年 Intel 公司又推出的 80C96 等位 16 位单片机。近年来各个计算机生产厂家已进入更高性能的 32 位单片机研制、生产阶段。单片机发展之快、品种之多,其中最常用的主要有：AT89 系列单片机、AVR 单片机 Motorola 公司的 M68HC08 系列单片机以及
5、PIC 单片机。随着社会的发展，单片机的特点体现在体积小、可靠性高、使用方便等方面。根据温度控制的特点，本次设计采用 AT89C52 单片机为控制核心，采用数字 PID 控制算法。实现对电烤箱的温度的控制。通过本次设计进一步详细说明单片机控制系统在社会生活中的应用。为以后进一步应用单片机系统提供帮助。AT89C52 单片机是美国 Intel 公司的 8位高档单片机的系列。也是目前应用最为广泛的一种单片机系列。AT89C52 系列单片机主要有 CPU、存储器，IO 接口电路及时钟电路等部分组成。此电烤箱温度控制系统利用单片机的控制功能来设计一种智能的烤箱系统。本文利用由 DALLAS 公司生产的
6、一线式数字温度传感器 DS18B20 数字温度传感器采集温度。这种温度控制系统能过通过 LCD1602 显示屏直观的来观察电烤箱温度，通过按钮调节上限和下限温度的值。DS18B20 测温范围为-55C+125C，测温分辨率可达 0.0625C，被测温度用符号扩展的 16 位补码形式串行输出。CPU 只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。西华大学课程设计4第 2 章 课程设计的方案2.12.1 概述概述本次设计主要是综合应用所学知识，设计基于单片机的电烤箱温度控制系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“单
7、片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。应用场合: 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。此电烤箱温度控制系统利用单片机的控制功能来设计一种智能的烤箱系统，避免电烤箱加热过程中发生安全事故。主要应用于需要根据外界的需要自动调节温度范围的场合。系统功能介绍: 当 DS18B20 检测到温度超过设定的值时，发出信号到单片机 AT89C52的中断端口，由 AT89C52 单片机控制加热系统断电，这样就能很好的解决温度过高的问题，起到一个很好的保护的作用。当
8、 DS18B20 传感器检测到温度低于设定的下限值时，又会给AT89C52 单片机一个启动信号，AT89C52 就又会重启加热系统开始工作，这样就能保证电烤箱能正常加热了。当 DS18B20 传感器检测温度达到燃烧的临界点时，会给 AT89C52 输入一个预报警信号，AT89C52 就会控制报警系统报警，这样就起到一个很好的保护作用。2.22.2 系统组成总体结构系统组成总体结构系统主要包括单片机控制模块，驱动模块，温度检测模块，按键模块，报警模块等五大部分。西华大学课程设计5图2.1 系统组成总体框结构图 控制模块主要由单片机 AT89C52 构成，温度检测由 DS18B20 传感器完成。稳
9、压电源为整个系统提供+5V 的直流电压。系统通过按键电路输入温度的设定值，通过温度检测电路检测当前的温度范围，通过单片机的控制作用得到想要的温度值，通过驱动电路来驱动电炉。当 DS18B20 传感器检测温度达到燃烧的临界点时，会给 AT89C52 输入一个预报警信号，AT89C52 就会作用于报警电路发出报警。AT89C52按键输入温度显示报警电路驱动装置时钟与复位电路电炉温度传感器稳压电源西华大学课程设计6第 3 章 硬件设计3.13.1 单片机最小系统的设计单片机最小系统的设计数据处理过程是主要由 AT89C52 单片机等芯片完成的。AT89C52 是一种带 4K 字节的闪烁可编程可擦除只
10、读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。其中包括 128 字节内部RAM，32 个 I/O 口线，2 个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52 降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式26。空闲方式体制 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器体制工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位
11、。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C52 是一种高效微控制器。AT89C52 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。AT89C52 单片机是美国 Intel 公司的 8 位高档单片机的系列。也是目前应用最为广泛的一种单片机系列。其内部结构简化框图如下所示。AT89C52 系列单片机主要有 CPU、存储器，IO 接口电路及时钟电路等部分组成。AT89C52 单片机管脚图
12、如图 3.1 所示图 3.1 单片机引脚图 西华大学课程设计7引脚功能说明如下：VCC：电源电压GND：地P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口:P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动
13、（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash 编程和程序校验期间，P1 接受低 8 位地址。P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或 16 位四肢的外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据，在访问 8 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX RI 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中 R2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash 编程和程序校验时，P2也接收高位地址和其他控制信号。P3 口：P3 是一个带有内部上
