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1、精选文档单片机恒温箱温度控制系统的结构设计一、本课程设计系统归纳1、系统原理采纳AT89C2051单片机为中央办理器，经过温度传感器DS18B20对恒温箱进行温度收集，将收集到的信号传递给单片机，在由单片机对数据进行办理控制显示器，并比较收集温度与设定温度能否一致，而后驱动恒温箱的加热或制冷。2、系统总结构图整体设计应该是全面考虑系统的整体目标，进行硬件初步选型，而后确立一个系统的草案，同时考虑软硬件实现的可行性。整体方案经过屡次斟酌，确立了以美国Atmel公司推出的51系列单片机为温度智能控制系统的核心，并选择低功耗和低成本的储存器、数码显示器等元件，整体方案以以下图：恒输入部温度传感器温箱
2、AT89C显示部2051驱动控制加热上位PC制冷图1系统整体框图二、硬件各单元设计1、单片机最小系统电路单片机采纳Atmel公司的单片机芯片AT89C2051,完整可以满足本系统中要求的收集、控制和数据办理的需要。单片机的选择在整个系统设计中至关重要，该单片机与MCS-51系列单片机高度兼容、低功耗、可以在凑近零频率下工作等诸多长处，而广泛应用于各种计算机系统、工业控制、花费类产品中。AT89C2051是AT89系列单片机中的一种精简产品。它是将AT89C51的P0口、25（ P2口、EA/Vpp、ALE/PROG、PSEN口线省去后，形成的一种仅20引脚的单片机，相当于初期Intel8031
3、的最小应用系统。这对于一些不太复杂的控制场合，仅有一片AT89C2051就足够了，是真切意义上的“单片机”。AT89C2051为好多规模不太大的嵌入式控制系统供给了一种极佳的选择方案，使传统的51系列单片机的体积、功耗大、可选模式少等诸多短处不复存在。该型号单片机包含:1）一个8位的微办理器(CPU)。2）片有2K字节的程序储存器(ROM)和128/256字节RAM。3）15条可编程双向I/O口线。4）两个16位准时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外面事件进行计数，也可设置成准时方式，并可以依据计数或准时的结果实现计算机控制。5）五此中断源的中断控制系统。6）一个全双工UATR(通用异步
4、接收发送器间或单片机与微机之间的串行通信。7）片含模拟比较器。8）低功耗的闲置和掉电模式。+5V10uF33pFR121K)的串行I/0口，用于实现单片机之+5V*1RSTVcc202(RXD)P3.0P1.7193(TXD)P3.1P1.618RSTY112MHz1417XTAL2P1.5516XTAL1P1.433pFR210K6(INT0)P3.2P1.3157(INT1)P3.3P1.2148(T0)P3.4P1.1(AIN1)139(T1)P3.5P1.0(AIN0)1210GNDP3.711AT89C2051图2最小系统电路AT89C2051是一个20脚的双列直插封装(DIP)芯片
5、。最小系统电路包含晶体振荡电路和手动复位电路，如图2。本设计使用一片AT89C2051就取代了本来的8031、EPROM2732和地址锁存器74LS373，因为AT89C2051部的2KBEPROM和128B的RAM，对智能化温度传感器测试系统已能满足设计要求，并且降低了成本，结构设计也较精良。2、温度传感器采纳数字温度传感器DS18B20,与传统的热敏电阻对比,他可以直接读出被测温度并且可依据实质要求经过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms达成9位和12位的数字量,并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写,
6、温度变换功率本源于数据总线,总线自己也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。因此使用DS18B20可使系统结构更趋简单,靠谱性更高，成本更低。丈量温度围为55+125。C，在一10+85。C围，精度为0.5。DS1822的精度较差为2。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提升了系统的抗搅乱性。其引脚分布如图3所示图3DS18B20引脚图引脚功能以下:NC(1、2、6、7、8脚):空引脚,悬空不使用。VDD(3脚):可选电源脚,电源电压围35.5V。DQ(4脚):数据输入/输出脚,漏极开路,常态下高电平。(2)DS18B20测温原理DS18B20的测温原理如图4所示，图中低
7、温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，这样循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于赔偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。DS18B20在正常使用时的测温分辨
8、率为0.5，假如要更高的精度，则在对DS18B20测温原理进行详细解析的基础上，采取直接读取DS18B20部暂存寄存器的方法，将DS18B20的测温分辨率提升到0.10.01。斜率累加器预置比较低温度系数晶振计数器1预置LSB置位/加1请除=0高温度系数晶振温度寄存器计数器2停止=0图4测温原理图DS18B20与单片机接口电路P1.3口和DSl8B20的引脚DQ连接,作为单一数据线。U2即为温度传感芯片DSl8B20,本设计固然只使用了一片DSl8B20,但因为不存在远程温度丈量的考虑,所认为了简单起见,采纳外面供电的方式,如图2.6所示。测温电缆采纳障蔽4芯双绞线,此中一对线接地线与信号线,
9、另一对接VCC和地线,障蔽层在电源源端单点接地。图5DS18B20与单片机接口电路3、键盘显示电路LED与控制器的连接有并行和串行方式。因为串行方式占用较少接口，所以获取广泛应用。显示电路中采纳MAX7219作为LED驱动芯片。MAX7219是一个高集成化的串行输入/输出的共阴极LED驱动显示器。每片可驱动8位7段加小数点的共阴极数码管。片包含BCD译码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和88静态RAM。外面只需要一个电阻设置所有LED显示器字段电流。MAX7219和控制器只需要三根导线连接，每位显示数字有一个地址由控制器写入。同意使用者选择每位是BCD译码或不译码。使用者还可以选择停机模式、数
10、字亮度控制、从18位选择扫描位数和对所有LED显示器的测试模式。引脚功能MAX7219是24引脚芯片，它的引脚摆列如图2.7所示。各引脚功能以下：DIN(1脚):串行数据输入端，当CLK为上升沿时数据被载入16位部移位寄存器。CLK（13脚）：串行时钟脉冲输入端，最大工作频率可达10MHz。LOAD（12脚）：片选端，当LOAD为低电平常，芯片接收来自DIN的数据，接收达成，LOAD回到高电平，接收的数据将被锁定。DIG0DIG7（2、3、5、6、7、8、10、11脚）：汲取显示器共阴极电流的位驱动线，最大值可达500mA。图6MAX7219引脚图6) SEGASEGG、SEGDP（14、15
11、、16、17、20、21、22、23脚）：驱动显示器7段及小数点的输出电流，一般为40mA，可编程调整。ISET（18脚）：硬件亮度调理端。DOUT（24脚）：串行数据输出端；V，正电源。GND（9脚）：接地。(2)MAX7219与单片机和LED及键盘的接口电路1）MAX7219的3个输入端DIN、CLK和LOAD与单片机的三个I/O口连接，DIG0DIG7分别与八个共阴极LED的公共端连接，SEGASEGG、SEGDP分别与每个LED七段动和小数点驱动端相连。电路图如图7所示。2）键盘功能介绍采纳独立式按键设计，如图上图所示。因为只有四个按键，所以按键接口电路的设计比较简单，单片机P1.4P
12、1.7端口设定为输入状态，平常经过电阻上拉到Vcc，按键按下时，对应的端口的电平被拉到低电平。这样就可以经过盘问P1的高4位来判断有门有按键按下按键各接一根输入线，一根输入线的按键工作状态不会影响其余输入线上的工作状态。经过读I/O口，判断各I/O口的电平状态，即可鉴别出按下的按键。4个按键定以下：A、P1.4:S1功能键，按此键则开始键盘控制。B、P1.5:S2加，按此键则温度设定加1度。C、P1.6:S3减，按此键则温度设定减1度。D、P1.7:S4发送，按此键将传感器的温度传递到上位机。123456DS0a10aDPYA1b9baA6c8cfbOd5dgGe4IeecDf2fdg3dpgDp7dpDpyAmber-CA+5VU120RSTVCC(RXD)P3.0P1.719(TXD)P3.1P1.618XTAL2P1.517XTAL1P1.416(INT0)P3.2P1.315.R55.1Ka10b9c8d5.e4f2g3Dp7R5R5R55.1K5.1K5.1KS4S3S2S1DS7aDPYAbaAcfb7dgGIeecDf ddpdpDpyAmber-CA+5V167(INT1)P3.3P1.214112U2DINV+LOAD19R19.5K891013(T0)
