【正文】 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文（設計） 題目： 基于 AT89S51單片機的智能溫度控制 教 學 系 電力工程學院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 2021年 6 月 10日 摘 要 隨著電子產品向智能化和微型化的不斷發(fā)展 ， 單片機已成為電子產品研制和開發(fā)中使用較為廣泛的控制器 。為了更好地推廣單片機在實際生活和生產中的應用本文介紹一種應用AT89S51單片機設計的空調智能溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過溫度傳感器多點采集溫度取其平均值后反饋給單片機，單片機通過采集到的平均值與內設的溫度值進行比較，來決定運行冬天模式還是夏天模式。在智能模式下，系統(tǒng)啟動后，會根據選擇的冬天或夏天模式自動調節(jié)到人體最適溫度，調節(jié)室溫。實現了溫度的自動控制，同時也達到了一定的節(jié)能目的。在手動模式下，系統(tǒng)啟動后，在冬天或夏天模式中均可運行加熱或制冷模式，溫度的高低由設定值決定。而加熱和制冷模式的運行，取決于設定值 與平均值的比較。通過數碼管實時顯示出當前的溫度。本文根據任務要求從理論出發(fā)，設計思路，最終實現了任務要求。 關鍵詞：單片機 智能控制 溫度控制 目 錄 1引言 ................................................. 錯誤 !未定義書簽。 2 方案設計 ............................................................. 5 溫度測量部分 ..................................................... 5 主控制部分 ....................................................... 2 3 硬件電路 ............................................................. 6 鍵盤單元 ......................................................... 6 溫度控制及超溫和超溫警報單元 ..................................... 8 溫度測試單元 ..................................................... 8 溫度控制器件電路 ................................................. 8 七段數碼管顯示單元 ............................................... 9 接口通訊單元 .................................................... 13 4 電源輸入部 分 ........................................................ 14 5 程序設計 ............................................................ 15 程序結構分析 .................................................... 15 主程序 .......................................................... 15 程序代碼（詳見附錄 程序清單） ................................... 16 6 測設分析 ............................................................ 16 7 結論 ................................................................ 14 8 附錄 ................................................................ 15 使用說明 ........................................................ 15 程序清單 ........................................................ 15 9 參考文獻 ............................................................ 24 引 言 單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（ Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫 MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控 制領域。單片機由芯片內僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和 CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 單片機又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了 I/O 設備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為 學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。 單片機的應用范圍很廣，在以下各個領域有廣泛的應用： 工業(yè)自動化。主要是過程控制技術、數據采集、測控技術和機電一體化技術（機器人） 智能儀器儀表。用于提高儀器的精度和準確度。 消費類電子產品。主要是家電領域。像洗衣機、電冰箱、空調、電視、微波爐、手機、 IC 卡、汽車電子設備等。 通信方面。用于調制解調器、程控交換技術以及各種通信設備。 武器裝備。飛機、軍艦、坦克、導彈、魚雷制導、智能武器裝備、航天飛機導航系統(tǒng)等都有單片機深入其中。 終端機外部設備控制。計算機網絡終端設備如銀行終端以及計算機外部設備，如打印機、硬盤驅動器、繪圖機、傳真機、復印機等，在這些設備中都使用了單片機。 多機分布式系統(tǒng)?？捎脝纹瑱C構成分布式測控系統(tǒng)，它使單片機進入了一個新的水平。 溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。隨著電子技術和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。 采用單片機來對 溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且 可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量和數量。 MSP430系列單片機具有處理能強、運行速度快、功耗低等優(yōu)點，應用在溫度測量與控制方面，控制簡單方便，測量范圍廣，精度較高。 方案設計 溫度測量部分 DS18B20 是 DALLAS 公司生產的一線式數字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強易配處理器等優(yōu)點，特別適合用于構成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接 將 溫度轉化成串行數字信號（按 9位二進制數字）給單片機處理，且在同一 總線上可以掛接多個傳感器芯片，它具有三引腳 TO92 小體積封裝形式，溫度測量范圍－ 55～＋ 125℃ ，可編程為 9～ 12 位 A/D 轉換精度，測溫分辨率可達 ℃ ，被測溫度用符號擴展的 16位數字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠端引入，業(yè)可采用寄生電源方式產生，多個 DS18B20 可以并聯到三根或者兩根線上， CPU 只需一根端口線就能與多個 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。從而可以看出 DS18B20 可以 非常 方便的被 用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng) 。 綜上，在本系統(tǒng)中我采用溫度芯片 DS18B20 測量溫度。該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，且此元件線形較好。在 0— 100 攝氏度時，最大線形偏差小于 1 攝氏度。該芯片直接向單片機傳輸數字信號，便于單片機處理及控制。 圖 21溫度芯片 DS18B20 主控制部分 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結構，芯片內集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的 微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內程序存儲器， 128 bytes 的隨機存取數據存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內時鐘振蕩器。 此外， AT89S51 設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM定時計數器，串行口，外中斷系統(tǒng) 可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存 RAM 的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。 由于系統(tǒng)控制方案簡單 ,數據量也不大 ,考慮到電路的簡單和成本等因素 ,因此在本設計中選用 A TMEL 公司的 A T89S51 單片機作為主控芯片。主控模塊采用單片機最小系統(tǒng)是由于 A T89S51 芯片內含有 4 kB 的 E2PROM ,無需外擴存儲器 ,電路簡單可靠 ,其時鐘頻率為 0～ 24 MHz ,并且價格低廉 ,批量價在 10元以內。 其 主要功能特性： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 4k 可反復擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 工作電壓 2 個 16 位可編程定時 /計數器 時鐘頻率 033MHz 全雙工 UART 串行中斷口線 128x8 bit 內部 RAM 2 個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模 式 3 級加密位 看門狗（ WDT）電路 軟件設置空閑和省電功能 靈活的 ISP字節(jié)和分頁編程 雙數據寄存器指針 可以看出 AT89S51 提供以下標準功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內部 RAM， 32個 I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個數據指針，兩個 16 位定時器/計數器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘。同時 , AT89S51 可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩 種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式何在 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一個硬件復位。 AT89S51 引角功能說明 Vcc：電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數據總線復用口，作為輸出口用時，每位能驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8 位）和數據總線復用，在訪問期間激活內 部上拉電阻。在 Flash 編程時， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4個 TTL邏輯門電路。對端口寫“ 1” ,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號校驗期間， P1接收低 8位地址。表 21 為 P1 口第二功能。 表 21 P1 口第二功能 端口引腳 第二功能 MOSI（用于 ISP 編程） MISO（用于 ISP 編程） SCK（用于 ISP 編程） P2 口： P2