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1、毕业论文：单片机温度控制系统6 单片机温度控制系统题 目 _ 温度控制系统 _ _院 系 _电气工程系 _专 业 _应用电子技术 _学生姓名_ _学 号 _ _日期_2012-06-23_指导教师_ _目 录摘 要1第1章 绪论211 选题背景212 选题简介2第2章 系统总体设计及方案321单片机的介绍3211单片机的特点3212 单片机的基本组成322系统功能的确定423温度传感器DS18B20的介绍4231 DS18B20的特点4232 DS18B20的内部结构5233 DS18B20的引脚介绍724人机交互与串口通信8第3章 硬件设计931系统结构框图9311系统硬件原理图932人机交
2、互与串口通信单元设计11321 键盘输入电路11322 LED七段数码动态显示电路12323 串口通信电路1433控制执行单元设计15第4章 软件设计1841设计思路主程序流程图1842温度采集子程序1943数据转换子程序1944动态显示子程序2045温度控制执行子程序2346键盘输入中断服务子程序24结 论25参考文献26致谢27附录28摘 要随着电子产品向智能化和微型化的不断发展单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器为了更好地推广单片机在实际生活和生产中的应用本文介绍一种应用AT89C52单片机设计的温度控制系统该环境温度系统采用温度传感器DS18B20通过I2C总线通信来获得当前温
3、度并与从3X4矩阵键盘输入的温度值进行验证系统自动控制升温或降温的操作将温度稳定在所设定的温度值经实际制作表明该环境温度控制系统具有体积小操作灵活可靠性高实用成本低等特点适合住宅和各类温室温度的控制具有一定的实际意义关键词 单片机键盘稳定温度显示器温度控制第1章 绪论11 选题背景 在生产过程中温度的控制是十分常见的国内已相继出现各种以微机为核心的温度控制系统这种系统控制精度高重复性好自动化程度高 在日常生活中人们为了拥有一个更舒适的生活环境往往需要室内拥有一个合适的温度而单片机的准确性高价格低功耗低等一系列优点可结合升温和降温设备有效的应用到实际生活中单片机温度控制系统是单片机控制的一项简单
4、应用近几年来单片机因其独特的方便快捷的优势被广泛的应用于各个领域之中12 选题简介课题名称基于单片机的温度控制系统主要任务将温度控制在设定的温度值设定范围为2-98度针对在生产和日常生活中温度智能化控制系统的实现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以AT89C52系列单片机为核心部件以数字电路和模拟电路为硬件基础以汇编语言为软件实现语言功能概述在该环境温度控制系统中单片机作为核心部件进行检测控制增强了设计的通用性适时性在该环境温度控制系统中温度检测采用DS18B20温度传感器它不仅具有较高的精度而且适用电
5、压宽同时采用了3x4矩阵扫描键盘输入显示设备等外围扩展芯片温度控制分为升温和降温控制升温控制和降温控制分别采用继电器来控制外部的升温和降温设备软件部分采用流程图来表示对各个子程序进行说明包括控制算法偏差计算等控制是否升温或降温第2章 系统总体设计及方案21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IO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 211单片机的特点具有优异的性能价格比 集成度高体积小可靠性高 控制功能强 低电压低功耗 212 单片机的基本组成 它由 CPU 存储器包括 RAM 和
6、ROM IO接口定时计数器中断控制功能等均集成在一块芯片上片内各功能通过内部总线相互连接起来 输入 输出引脚 P0P1P2P3 的功能 P00P073239 脚P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 IO 端口在访问片外存储器时它分时作低 8 位地址和 8 位双向数据总线用在EPROM 编程时由 P0 输入指令字节而在验证程序时则输出指令字节验证程序时要求外接上拉电阻 P0 能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL 负载 P10P1718 脚 P1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口在 EPROM 编程和验证程序时由它输入低 8 位地址 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载 P20P27
7、2128 脚 P2 也是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口在访问外部存储器时由它输出高 8 位地址在对 EPROM 编程和程序验证时由它输入高 8 位地址 P2 可以驱动 4 个 LSTTL 负载 P3 0 P3 7 1017 脚 P3 也是一上带内部上拉电阻的双向 IO 口 在 MCS-52中这8个引脚还用于专门的第二功能P3能驱动4个LSTTL负载P30 RXD串行口输入P31 TXD串行口输出 P32 INT0外部中断 0 输入 P33 INT1外部中断 1 输入 P34 T0定时器 0 的外部输入 P35 T1定时器 1 的外部输入 P36 WR片外数据存储器写选通 P37 R
8、D片外数据存储器读选通22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3x4矩阵键盘输入由温度采集温度显示温度控制执行温度测量范围为0-99度温度有效范围为2-98度允许误差为1度23温度传感器DS18B20的介绍 DS18B20温度传感器是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具有线路简单在一根通信线可以挂很多这样的温度传感器十分方便231 DS18B20的特点只要求一个端口即可实现通信在DS18B20中的每个器件上都
9、有独一无二的序列号实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温测量温度范围55到125数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择内部有温度上下限告警设置232 DS18B20的内部结构DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装其内部结构框图如图21所示 64位ROM的位结构如图22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22 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
10、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23所示前2字节包含测得的温度信息第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24所示其中低5位一直为1TM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21温度 LSB温度 MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC
11、R1R0分辨率位温度最大转换时间ms00993750110187510113751112750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678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12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00625CLSB形式表示温度值格式如图25所
12、示低字节232221202-12-22-32-4高字节SSSSS262524233 DS18B20的引脚介绍TO92封装的DS18B20的引脚排列见图26其引脚功能描述见表22图26底视图表22 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24人机交互与串口通信该热炉温度控制系统由温度采集3x4矩阵键盘输入温度显示温度控制执行等四大模块组成温度采集由温度传感器DS18B20完成并通过串口通信技术与单片机进行数据传输使用单片机P37端口3x
13、4矩阵键盘输入采用外部中断0来判断是否拥有输入请求并通过键盘扫描技术来获取所输入的温度值和偏差温度值输入更灵活更方便使用单片机P0口和P32端口温度显示通过4个7段LED数码显示管显示当前温度值和设定的温度值及时反应当前温度的变化与设置温度的关系使用单片机P10P15端口温度控制执行系统根据当前温度与设置的温度自动进行相应的升温或降温的操作在系统自动进行升温或降温处理的同时显示相应的指示灯让使用者知道系统正在进行的操作使用单片机P22P23端口第3章 硬件设计31系统结构框图图31 系统硬件总体框图该系统由核心部件AT89C52来处理从键盘输入电路和温度采集电路送入的数据并通过温度显示电路进行
14、温度显示由温度控制电路来进行相应的升温或降温的操作31系统硬件原理图图31 原理图32人机交互与串口通信单元设计在该系统中人机交互技术主要应用在恒定温度与偏差温度的设置以及当前温度与设置温度的显示串口通信技术应用在对温度的采集321 键盘输入电路在本系统中采用外部中断0控制键盘输入请求键盘输入主要采用3x4矩阵键盘扫描技术如图32所示当按下设置切换键时进入恒定温度的设置可从键盘中自由输入09的数字如果输入错误可按删除键进行删除如果要设置偏差温度再按一下设置切换键可进入偏差温度的设置按确定键保存设置并退出键盘输入进入温度控制状态图32 键盘输入原理图为了避免从键盘输入的数据错误该键盘输入电路还为判断按键是否释放的功能做了铺垫如图33所示该电路由3个与门构成当有键按下时SASBSCSD端中将会有一个为低电平此时与门的SS端将会输出低电平同时控制了单片机的P07端口再通过软件控制按键是否释放图33 判断键盘是否有键按下322 LED七段数码动态显示电路在本系统中采用了LED七段数码动态显示电路来显示温度值显示范围在0-99之间该电路由显示片选译码三部分组成显示部分由两个两位的LED七段共阴数码管构成分别用来显示当前温度和设置温度如图34所示图34 LED七段共阴数码管片选部分
