恒温控制系统设计

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1、课程设计说明书第I页恒温控制系统设计摘要本设计基于AT89C51和DB18B20来实现温度控制器的制作，它以89C51 单片机为核心，配以DS18B20（数字温度传感器）,LED灯（模拟对温度的控制系统）, 数码管来作为实时问的的显示。系统的设计思路比较简单，且易于实施。在硬件 设计方面，由AT89C51、DS18B20 （数字温度传感器）、数码管，小风扇，金属膜 电阻构成的电路，在软件方面，以单片机和DS18B20数字温度传感器为中心， 详细的阐述了系软件设计的思想，主流程图以及相应电路模块的流程图。 关键词：DS18B20传感器，AT89C51,温度处理，程序目录1绪论12相关芯片的介绍2

2、2.1AT89C51 芯片22.2 DS18B20数字温度传感器32.2。1 DS18B20的基本介绍32.2.2 DS18B20指令以及读写43硬件电路设计63。1主控制电路设计63.2外围接口电路64软件系统软件设计84.1软件系统设计84.2程序组成84。3总程序115实时仿真19总结22致谢23参考文献24第1页1绪论随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的 飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学 研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工 业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其体积小、重

3、量轻、抗干 扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在工业 控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广 泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片 机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平 的标志之一。本课题研究的内容就是以单片机为主要控制元件，通过温度传感器， 实现对温度的测量，并通过数码管直接显示所测温度。由于使用模拟温度传感器来读取温度的话操作比较麻烦，因此本课程设计恒 温控制系统是由数字温度传感器、单片机系统、温度显示系统、温控电路构成. 其基本工作原理:单片机通过程序处理和数

4、字温度传感器进行通讯，从而读取其 中的温度，然后同过程序处理实现数码管的控制显示出当前的温度,当温度超出所 要求的温度范围后，通过程序处理实现单片机对温控电路的控制，当温度达到要 求的范围之后停止温控电路的工作，从而实现恒温控制。基本工作原理框图如图 1所示。图1电路整体框图第2页2相关芯片的介绍2。1 AT89C51 芯片AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS 8位单片机，片 内含4k bytes的反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存 储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容标 准MCS51指令系统，片

5、内置通用8位中央处理器（CPU ）和Flash存储单元， 功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于 各种控制领域。AT89C51引脚图如图2所示.PDIPF1.OEPl.lCP1.?CPi鼻匚PixrF1.SEFi.srPK7E3T匚I呻B P3M匚 CTXDQ 13-1 匸 JSnig F3-ziz tfSf弔 FSC 140 P3 jt (IM R3.&F WRJ P3r tn F3F匚KTAL2ti5CTAL1C oN&r4RJ.1 AEIIJ ROJ PD.7 UJT)J EAAJPP ALEfffiOB P3EN Pi.7牡J韵 则1 P2.5甘J朝

6、 P34 4A.12) !迄习牡11 $ J P2-3怦1叫 ra.i 仲|图2 AT89C51引脚图AT89C51的功能特性AT89C51提供以下标准功能：K字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM, 32个I/O 口线，两个十六位定时/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,AT89C51可降至OHz的静态逻辑操 作,并支持两种软件可选的节电工作模式空闲方式停止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，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位.2。2 DS18B2

7、0数字温度传感器2。2。1 DS18B20的基本介绍数字化温度传感器DS18B20芯片是世界上第一片采用单总线方式的温度传 感器如图2为芯片的外形图和引脚图。图中显示了该芯片的两种封装形式，OIC 为小外形集成电路封装，另一种为三极管外形封装。CALlAS1 2 3RDTTOM VIEWDSI8B20Tu-92 P日亡上ElgE-U-: no二7 nc-UNC5TT gndNCNCas a Vdd z d 也 DODS18B20ZS-Pin SOIC(I50 mill1-Wire Therinameter Packa：giig!mWauuLsHit. 2 KtC niEEXT图2 DS18B2

8、0芯片外形及引脚该芯片测量物体的温度，并在单总线上传送测量数据。和传统的模拟信号测 量方式相比，它提高了抗御干扰的能力，适用于环境控制、设备控制、过程控制 以及测温类消费电子产品等领域.1) 三极管外形封装的DS18B20,外形如同一只小功率三极管，其引脚定义是:1、 GND接地2、 DQ单总线接口3、 VDD电源2) DS18B20芯片的主要特点工作电压3.0V5.5V温度测量范围-55C125C在一10C+85C范围内，测量精度为0。5C。待机状态下无功率消耗.可编程分辨率912位，每位分别代表05C、0.25C、0.125C和00625C. 温度测量时间200ms。温度传感器是芯片的核心

9、部分，它连续地对物体温度进行测量，并连续地将第4页低字节（LS Byte）新测量结果存放在高速暂存器RAM中，存放形式如表1：Bit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit 3Bit 2Bit 1Bit 0232221202 12-22 32-4表1温度传感器的温度表高字节（MS Byte）Bit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit 3Bit 2Bit 1Bit 0SSSSS262524测量温度值被放在两个字节中，高字节的高5位是符号位，代表一位符号。 若这5位均为“0,表示符号为正，测量温度为正值；若这5位均为“1”，则表 示符号为负，测量的温度为负值。高字节的低3位和低字节的8位，共1

10、1 位, 是测量的数值部分。测量值为正时，将数值乘以0.0625即可得到实际测量温度 数;测量值为负时，将数值其变补再乘以0.0625即可得到实际测量温度的绝对值。 比如温度+125 C对应的转换数字为07D0H,温度一55 C对应的转换数字为 FC90H。2。2.2 DS18B20指令以及读写1） DS18B20的ROM指令和RAM指令ROM指令用来确认DS18B20的身份，即在众多的单总线芯片或多个 DS18B20中指定某一个芯片作为操作对象。确定的基本方式是核对各芯片的64 位的序列号代码，该过程比较复杂，需要若干条ROM指令的配合；在仅用1个 DS18B20芯片的场合，只需用“跳过指令

11、（CCH），就可省略确认身份的过程。DS18B20的RAM指令见表2。RAM指令用来对已经确认身份、被指定为 操作对象的DS18B20芯片进行具体的读写操作。表2DS18B20的RAM指令指令代码功能温度变换44H启动温度转换,12位转换时最长为750ms.结果存入内部9字节RAM中指令代码功能读暂存器BEH读DS18B20RAM中9字节内容写暂存器4EH发出向内部RAM的2、3、4字节写上、下限温度数据和配置 寄存器命令，紧跟该命令之后,是传送三字节的数据复制暂存器48H将RAM中2、3字节的内容复制到E2PROM中重调E2PROMB8H将E2PROM中内容恢复到RAM中的第2、3字节读供电

12、方式B4H读供电模式。寄生供电模式时发送“0”，外接电源供电发T”2） DS18B20的读写操作过程1、DS18B20的初始化：（1）先将数据线置高电平“1”.（2）延时（该时间要求的不是很严格，但 是尽可能的短一点）（3）数据线拉到低电平“0”。（4）延时750微秒（该时间 的时间范围可以从480到960微秒）。（5）数据线拉到高电平“ 1。（6）延时等 待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的 低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待， 不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。（7）若CPU读到了数据线 上的低电平“0

13、”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5） 步的时间算起）最少要480微秒。（8）将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。2、DS18B20的写操作：（1）数据线先置低电平“0” .（2）延时确定的时间为15微秒。（3）按从 低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。（4）延时时间为45微秒.（5）将 数据线拉到高电平。（6）重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为 止。（7）最后将数据线拉高.3、DS18B20的读操作：（1）将数据线拉高“1”。（2）延时2微秒（3）将数据线拉低“0”。（4）延 时15微秒。（5）将数据线拉高“1”。（6）延时15微秒。（7）读数

14、据线的状态得 到1个状态位，并进行数据处理。（8）延时30微秒。根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必 须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后 发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操 作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后 释放，当DS18B20收到信第6页 号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此 信号表示复位成功。3硬件电路设计3.1主控制电路设计由于本系统是利用AT89C51单片机设计的，因此，首先应该构建以51单片 机为核心的最小系统，然后在此最小系统的基础上进行扩展外围接口从而实现不 同功能的控制。单片机的最基本的电路，由复位电路（RST）和晶振电路（为系统工作提供 时钟脉冲）两部分组成，电路图如图3所示。U13PI.7P3.7/RDP1.SP3.SWPI.5P3.5/T1 IN口 2 川 JT