【正文】 章 方案設(shè)計(jì) .........................................................................................................3 第 4 章 單片機(jī) AT89C51 的結(jié)構(gòu)和原理 ....................................................................5 AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) .................................................................................5 引腳功能說(shuō)明 ................................................................................................6 AT89C51 存儲(chǔ)器 …… .....................................................................................9 復(fù)位及其復(fù)位電路 .......................................................................................11 第 5 章 DS18B20 智能溫度控制器的介紹 ...............................................................12 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ...................................................................................13 DS18B20 溫度傳感器的存儲(chǔ)器 ...................................................................16 DS18B20 的操作命令 ...................................................................................17 DS18B20 的測(cè)溫原理 ...................................................................................19 DS18B20 使用中注意事項(xiàng) ...........................................................................20 第 6 章 溫度控制儀的硬件設(shè)計(jì) ................................................................................21 硬件結(jié)構(gòu)框圖 ...............................................................................................21 Protel99 設(shè)計(jì)原理圖 .....................................................................................22 各部件電路介紹 ...........................................................................................25 第 7 章 溫度控制儀的軟件設(shè)計(jì) ................................................................................28 程序模塊設(shè)計(jì) ................................................................................................28 軟件流程圖 ...................................................................................................29 第 8 章 硬件電路板的制作 步驟 ................................................................................33 第 9 章 結(jié)束語(yǔ) ............................................................................................................35 謝辭 ..............................................................................................................................37 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................38 數(shù)顯溫度控制儀的設(shè)計(jì) 附錄 ..............................................................................................................................39 數(shù)顯溫度控制儀的設(shè)計(jì) 1 第 1 章 概述 電子 技術(shù)的飛速發(fā)展，給人類生活帶來(lái)了根本的變革，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計(jì)算機(jī)，更是將人類社會(huì)帶入了一個(gè)新的時(shí)代。利用微機(jī)的強(qiáng)大功能，人們可以完成各種各樣的控制。然而，微機(jī) 的 造價(jià)高，對(duì)于大多 數(shù)的工業(yè)控制來(lái)說(shuō)， 并不需要微機(jī)那樣強(qiáng)大的功能，于是單片機(jī)就應(yīng)運(yùn) 而生了。單片機(jī)其實(shí) 是一個(gè)簡(jiǎn)化的微機(jī)，將微機(jī)的 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 接口、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等集成在一片芯片上就是單片機(jī)，它主要用來(lái)完成各種控制功能。相對(duì)微機(jī)來(lái)說(shuō)，單片機(jī)價(jià)格低，非常適合于應(yīng)用在簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合以降低成本。另外，單片機(jī)是按照工業(yè)控制要求設(shè) 計(jì)的，其可靠性很高，可在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜 的環(huán)境下運(yùn)行。單片機(jī)依靠其高的可靠性和極高的性價(jià)比，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表、家用電器等方面得到極為廣泛的應(yīng)用。 在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)，工程建設(shè)及日常生活中 基于單片機(jī)的 溫度控制 儀 都起著重要的作用，早期的溫度控制 儀主要用于工廠生產(chǎn)中，起到實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率、 產(chǎn)品質(zhì)量之用。隨著人們生活質(zhì)量的提高，現(xiàn)代社會(huì)中的溫度控制儀 不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面也應(yīng)用于酒店，以及家庭生活中。如高精度的生產(chǎn)廠房，對(duì)溫度的要求極其嚴(yán)格，溫度的變化極有可能對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品造成極大的影響??1 。因此，這就需要一種能夠及時(shí)檢測(cè)溫度變化以及顯示溫度變化的設(shè)備，提供溫度數(shù)據(jù)值，使人們對(duì)溫度的變化做及時(shí)的調(diào)整，溫度控制 儀就可根據(jù)人們不同的應(yīng)用環(huán)境自行設(shè)置該環(huán)境的溫度值，及時(shí) 的 反映生產(chǎn)、 生活中溫度 的 變化 ， 使人們能及時(shí)看到溫度變化的第一手資料，提示人們溫度變化的 情況，協(xié)助人們能及時(shí)的調(diào)整，起到溫度報(bào)警作用，使溫度控制 儀更好的服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)、 生活。 四川理工學(xué)院 本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 2 第 2 章 任務(wù)與要求 一、 設(shè)計(jì)任務(wù) 以 溫度傳感器 作 為系統(tǒng)的檢測(cè)元件， 采用 單片機(jī) 作為系統(tǒng)的控制芯片，完成溫度值接 受、轉(zhuǎn)換、分析、判斷閥值、信號(hào)輸出、報(bào)警處理。整個(gè)系統(tǒng)具有測(cè)量溫度、上 限報(bào)警、下限報(bào)警、溫度控制及數(shù)碼顯示功能。不須設(shè)計(jì)具體的加熱及降溫 電路，只需 檢測(cè) 向外圍設(shè)備輸出的溫度控制 信號(hào)是否存在即可。 二、 主要內(nèi)容及基本要求 1） 利用溫度傳感器檢測(cè)溫度，將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； 2） 利用單片機(jī)收集處理數(shù)據(jù)，并向外圍設(shè)備輸出控制信號(hào)； 3） 采用 LED 實(shí)時(shí)顯示被控溫度及設(shè)定溫度； 4） 論文條理清楚、通順，論述要求充實(shí)，符合技術(shù)用語(yǔ)要求，符號(hào)統(tǒng)一 ；編號(hào)齊全，書寫工整 ，圖文清晰； 5） 翻譯相關(guān)外文文獻(xiàn)。 數(shù)顯溫度控制儀的設(shè)計(jì) 3 第 3 章 方案設(shè)計(jì) 數(shù)顯溫度控制儀，是利用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，根據(jù)溫度傳感器測(cè)得的 溫度值，由軟件查詢判斷上下閥值是否達(dá)到（閥值由編程設(shè)定）。如果超過(guò)溫度上限，啟動(dòng)風(fēng)扇用以降低溫度使溫度值返回到閥值以下；如果溫度值達(dá)到下限閥值，則啟動(dòng)加熱爐用以增加溫度使溫度值返回閥值以上。 風(fēng)扇和加熱爐的啟動(dòng)與關(guān)閉，利用單片機(jī)管腳電平的高低分別控制。 考慮到本次數(shù)顯溫度控制儀的控制對(duì)象是室溫，溫度檢測(cè)和調(diào)整范圍只需為0— 99℃，溫度控制的精度只需為 1℃即可滿足設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)這些指標(biāo) 可 選用數(shù)字 式 溫度傳感器 DS18B20 作為系統(tǒng)的檢測(cè)元件， 單片 機(jī)則選擇通用性較好的AT89C51 作為系統(tǒng)的主控芯片，再增加 LED 數(shù)碼管顯示電路、加熱及降溫電路、過(guò)溫報(bào)警等輔助電路 ， 通過(guò)軟件程序設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能， 即可 實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)的溫度控制。 而 本設(shè)計(jì) 不須設(shè)計(jì)具體的 加熱及降溫 電路，只需檢測(cè)向外圍設(shè)備輸出的溫度控制信號(hào)是否存在即可 ，所以分別用發(fā)光二極管和蜂鳴器模擬代替。 根據(jù)系統(tǒng) 要求，可以對(duì)每一個(gè)具體部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。整個(gè)控制系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩部分。 分析硬件電路主要包括：電源電路部分，鍵盤輸入部分，溫度采集電路部分，過(guò)溫報(bào)警電路部分， LED 顯示電路部 分，加熱及降溫電路部分， AT89C51 單片機(jī)部分。這些可用一個(gè)方框圖來(lái)表示，如圖 11所示。 圖 溫度控制系統(tǒng)方框圖 89 51 單 片 機(jī) LED 顯示 鍵 盤 過(guò)溫報(bào)警電路 溫度采集電路 加熱及降溫電路 電源電路 四川理工學(xué)院 本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 4 從方框圖上我們可以看出，整個(gè)系統(tǒng)主要 劃分為控制電路部分、加熱及降溫電路部分和測(cè)量電路三個(gè) 部分?？刂齐娐肥怯?單片機(jī)來(lái)處理給定信號(hào)和反饋信號(hào)，發(fā)出相應(yīng)的指令來(lái)控制相關(guān)執(zhí)行電路，是系統(tǒng) 的 核心。 AT89C51 對(duì)溫度的控制是通過(guò)加熱及降溫電路部分實(shí)現(xiàn)的， 只要改變加熱或者降溫電路接通的時(shí)間便可改變升溫或者降溫的幅度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的 。而加熱電路或者降溫電路的接通時(shí)間可以通過(guò)在 P10 和 P12 引腳上產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖控制，該出發(fā)脈沖由AT89C51 用軟件產(chǎn)生。加熱及降溫電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的升溫或者降溫。當(dāng)溫度沒有達(dá)到要求，電路利用在 P10 和 P12 引腳上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的高低分別決定加熱或者降溫電路的接通與斷開。不過(guò) 此 次設(shè)計(jì)中沒有對(duì)加熱和降溫的具體電路作出要求，我們就用蜂 鳴器和發(fā)光二極管分別代替，檢測(cè)其控制輸出信號(hào)是否 存在 即可 。測(cè)量電路的功能是 將測(cè)量到的溫度信號(hào)送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，它的核心元件是智能 溫度傳感器 DS18B20。 與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比， DS18B20 不需要 A/D 轉(zhuǎn)換器件和進(jìn)行誤差校正，而且分辨率更高， 轉(zhuǎn)換時(shí)間更快， 穩(wěn)定性更好。 軟件 程序 主要由管理程序和控制程序組成，是設(shè)計(jì)的核心部分。其中管理程序是對(duì)顯示 LED 進(jìn)行動(dòng)態(tài) 刷新，控制指示燈，處理鍵盤的掃 和響應(yīng)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序等?？刂瞥绦蚴怯脕?lái)對(duì)被控的對(duì)象進(jìn)行采樣，數(shù)據(jù)處理，根據(jù)溫度控制要求進(jìn)行計(jì)算和輸出。 整篇論 文 的 主要內(nèi)容 包括： 單片機(jī) AT89C51 的結(jié)構(gòu)和原理、 DS18B20 智能溫度控制器的介紹、溫度控制儀的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)、硬件電路板的制作步驟 等。 數(shù)顯溫度控制儀的設(shè)計(jì) 5 第 4 章 單片機(jī) AT89C51 的結(jié)構(gòu)和原理 AT89C51 是一 種 帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓 、 高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 ??2 。 本章通過(guò)介紹 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)、引腳功能、 儲(chǔ)存器和 其復(fù)位電路 等基礎(chǔ)知識(shí)，使大家對(duì) 89 系列單片機(jī)的各種應(yīng)用特性有較全面的了解，進(jìn)一步理解本設(shè)計(jì)的原理。 167。 AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89 系列單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上基本相同，只是在個(gè)別模塊和功能上有些區(qū)別，圖 AT89C51 單 片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)