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1、济源职业技术学院设计任务书设计题目：基于单片机温度自动控制设计要求：基本范围 099,精度误差小于 1，LED数码直读显示，有自动控制、温度报警指示灯设计进度要求：指导教师（签名）： 摘 要自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对工业及日常生活中的温度进行检测和控制。采用MCS-5
2、1单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。我们利用温度控制来更好的为我们的生活工作所服务，提高我们的生活质量。当然本次温度控制的设计也有不足之处，相信在不久的以后，随着单片机行业的迅速发展，将会有更好的温度控制仪的出现。关键字：MCS-51单片机；温度；软硬件；硬件原理图；程序框3目 录摘 要II目 录III一、单片机的发展1二、设计思路及总体框图321设计思路322系统总体框图电路总体原理框图3三、硬件系统的设计531单片机系统53
3、11单片机的选择5312存储器芯片的选择7313单片机IO口扩展及外部存储器电路73.2温度采集电路的设计8321、温度检测传感器8322、温度采集电路9323、DS18B20温度传感器与单片机的接口电路163.3、温度传感器信号采集放大电路163.4、A/D的选择173.5、D/A转换电路1836、温度检测和变送器1837、键盘和显示的设计1938、报警及指示灯电路的设计20四、软件系统的设计2241、主程序22411主程序模块22412读出温度子程序24413、温度转换命令子程序25414、计算温度子程序26415、显示数据刷新子程序2742、功能实现模块2743、运算控制模块2844、系
4、统程序29致 谢36参考文献37一、单片机的发展单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具有生命力的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适用于工业控制领域，因此又称为微控器。1971年微处理器研制成功不久，就出现了单片微型计算机即单片机，但最早的单片机是1位的，处理能力有限。单片机的发展分为4个阶段：第一阶段（197476年）：单片机初级阶段。因为受工艺限制，单片机采用单片的形式而且功能比较简单。例如美国仙童公司生产的F8单片机，实际上只包括了8位CPU，64个字节的RAM和2个并行接口。第二阶段（197678年）：低性能单片机阶段。以Intel公司生产的MCS48系列单
5、片机为代表，该系列单片机片内集成有8位CPU，8位定时器/计数器，并行I/O接口，RAM和ROM等，但是最大的缺点就是无串行接口，中断处理比较简单而且片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围不大与4KB。第三阶段（197883）高性能单片阶段这个阶段推出的单片机普遍带有串行接口。多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM，RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换器。第四阶段（1983年至今）8位单片机巩固发展以及16位单片机，32 位单片机推出阶段。此阶段的主要特征是：一方面发展16位单片机，32位单片机及专用型单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，增加
6、片内器件，以满足不同的客户要求。 单片机的应用单片机的应用很广，分别在以下领域中得到了广泛的应用。工业自动化：在自动化技术中，无论是过程控制技术、数据采集技术还是测控技术，都离不开单片机。在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术（例如机器人技术、数控技术）中，单片机将发挥非常重要的作用特别是近些年来，随着计算机技术的发展，工业自动化也发展到了一个新的高度，出现了无人工厂、机器人作业、网络化工厂等，不仅将人从繁重、重复和危险的工业现场解放出来，还大大提高了生产效率，降低了生产成本。仪器仪表：目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越
7、高。在自动化测量仪器中，单片机应用十分普及。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积，易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化和多功能化方向发展。消费类电子产品：该应用主要反映在家电领域。目前家电产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程度。例如，电子游戏、照相机、洗衣机、电冰箱、空调、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。在这些设备中使用了单片机后，其功能和性能大大提高，并实现了智能化、最优化控制。通信方面：较高档的单片机都具有通信接口，因而为单片机在通信设备中的应用创造了很好的条件。例如，在微波通信、短波通信、载波通信、光纤通信、程控交换等通信设备和仪器
8、中都能找到单片机的应用。武器装备：在现代化的武器装备中， 如飞机、军舰、坦克、导单、鱼雷制导、智能武器设备、航天飞机导航系统，都有单片机在其中发挥重要作用。终端及外部设备控制：计算机网络终端设备，如银行终端，以及计算机外部设备如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等，在这些设备中都使用了单片机。近年来随着科技的飞速发展，同时带动自动控制系统日新月异更新，单片机的应用正在不断地走向深入。二、设计思路及总体框图21设计思路本设计是以AT89C52单片机伯为主机，相当于一般用于数据采集系统中的数据采集卡。的温度测量及以AT89c52单片机为核心部件，外加温度采集电路、键盘及显示电路、加热控制电
9、路和越限报警等电路。采用单总线型数字式的温度传感器DS18B20，及行列式键盘和动态显示的方式，以容易控制的固态继电器作加热控制的开关器件。该设计既可以对当前温度进行实时显示又可以对温度进行控制，以使达到用户需要的温度，并使其恒定在这一温度。两位整数一位小数的显示方式具有更高的显示精度。通过对系统软件和硬件设计的合理规划，发挥单片机自身集成众多系统级功能单元的优势，在不减少功能的前提下有效降低了硬件成本，系统操控简便。22系统总体框图电路总体原理框图温度测量及的总体结构如图1所示。系统主要包括现场温度采集、实时温度显示、加热控制参数设置、与报警装置和系统核心AT89S52单片机作为微处理器。数
10、字式温度传感器加热器控制器单 片 机显示器超限 报警键盘图1-1 图1-2，硬件系统的设计三、硬件系统的设计31单片机系统311单片机的选择在系统的设计中，选择合适的系统核心器件就成为能否成功完成设计任务的关键，而作为控制系统核心的单片机的选择更是重中之重。目前各半导体公司、电气商都向市场上推出了形形色色的单片机，并提供了良好的开发环境。选择好合适的单片机可以最大地简化单片机应用系统，而且功能优异，可靠性好，成本低廉，具有较强的竞争力。目前，市面上的单片机不仅种类繁多，而且在性能方面也各有所长。一般来说，选择单片机需要考虑以下几个方面：（1）单片机的基本性能参数。例如指令执行速度，程序存储器容
11、量，I/O引脚数量等。（2）单片机的增强功能。例如看门狗、多指针、双串口等。（3）单片机的存储介质。对于程序存储器来说，Flash存储器和OTP（一次性可编程）存储器相比较，最好是Flash存储器。（4）芯片的封装形式。如DIP（双列直插）封装，PLCC（PLCC有对应插座）封装及表面贴附等。（5）芯片工作温度范围符合工业级、军用级还是商业级。如果设计户外产品，必须选用工业级。（6）芯片的功耗。比如设计并口加密狗时，信号线取电只能提供几微安的电流，选用STC单片机就是因为它能满足低功耗的要求。（7）供货渠道是否畅通、价格是否低廉。（8）技术支持网站的速度如何，资料是否丰富。包括芯片手册，应用指
12、南，设计方案，范例程序等。（9）芯片保密性能好、单片机的抗干扰性能好。STC89系列单片机是MCS-51系列单片机的派生产品。它在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容，DIP40封装系列与8051为pin-to-pin兼容。STC89系列单片机高速(最高时钟频率90MHz)，低功耗，在系统/在应用可编程(ISP，IAP),不占用户资源。根据本系统的实际情况，选择STC89C52单片机，引脚见图1-3。图1-3， STC89C52芯片引脚及功能312存储器芯片的选择本系统需要的存储容量不大，且要求存储器要具有掉电不丢失的特点，增加外部存储器既增加系统的体积，又增大系统的功耗
13、，所以最好能用一片高速的串行存储器来存储数据。综合以上因素，对比国内市场土的非易失性存储器，而24C08EEPROM存储器芯片以其优越的表现进入我们的视线。24C08存储器具有容量较大、功耗低、体积小的突出优点，而且其性价很高，因此我们决定选用24C08 EEPROM存储器芯片作为系统的数据存储器。313单片机IO口扩展及外部存储器电路由于液晶显示和USB芯片需要大量的IO口，所以采用一片8255来进行IO口扩展。8255是单片机应用系统中广泛采用的可编程外部IO口，扩展芯片。它有3个8位并行IO口，每个口可以有3种工作方式。其中的WR是写信号输入端，RD是读信号输入端，A1A0用于决定端口的
14、地址。单片机系统及外部存储器电路如图1-4所示19。 图1-4 单片机系统电路图 3.2温度采集电路的设计DS18B20介绍单总线器件具有微型化，低功耗，高性能，抗干拢能力强，易配微处理器等优点，特别适于构成多点温度测量系统，DS18B20就是这样一个单总线器件，它是新一代产品，适应性更强，性价比更强。DS18B20提供912位温度读数，温度测量范围为负55125。构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。DS18B20的信号线是VDD，GND，DQ。DQ是开漏输出的，为了保证有足够负载驱动能力驱动该总线，系统采用电源直接供电方式，单线总线上加1个4.7K欧的上拉电阻完成对DS18B20的上拉。DS18B20单总线温度传感器的功能特点：1. 采用单总线技术,与单片机通讯只要一根IO线2. 通过比较系列号可以在一根线上挂多个DS18B203. 低压供电,电源范围从3V5V,也可以直接从数据线上窃取电源4. 测温范围-55125摄氏度,在-1085摄氏度范围内误差为0.5度5. 数据位可编程912位,转换12位温度时间为750ms(最大)6. 用户可自设定预警上下限温度7. 报警搜索命令可识别和寻址那个器件的温度至超出预定值DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。其中DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地
