【正文】 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目： 基于 AT89S51單片機(jī)的智能溫度控制 教 學(xué) 系 電力工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2021年 6 月 10日 摘 要 隨著電子產(chǎn)品向智能化和微型化的不斷發(fā)展 ， 單片機(jī)已成為電子產(chǎn)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(jī)在實(shí)際生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用本文介紹一種應(yīng)用AT89S51單片機(jī)設(shè)計(jì)的空調(diào)智能溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過溫度傳感器多點(diǎn)采集溫度取其平均值后反饋給單片機(jī)，單片機(jī)通過采集到的平均值與內(nèi)設(shè)的溫度值進(jìn)行比較，來決定運(yùn)行冬天模式還是夏天模式。在智能模式下，系統(tǒng)啟動(dòng)后，會(huì)根據(jù)選擇的冬天或夏天模式自動(dòng)調(diào)節(jié)到人體最適溫度，調(diào)節(jié)室溫。實(shí)現(xiàn)了溫度的自動(dòng)控制，同時(shí)也達(dá)到了一定的節(jié)能目的。在手動(dòng)模式下，系統(tǒng)啟動(dòng)后，在冬天或夏天模式中均可運(yùn)行加熱或制冷模式，溫度的高低由設(shè)定值決定。而加熱和制冷模式的運(yùn)行，取決于設(shè)定值 與平均值的比較。通過數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示出當(dāng)前的溫度。本文根據(jù)任務(wù)要求從理論出發(fā)，設(shè)計(jì)思路，最終實(shí)現(xiàn)了任務(wù)要求。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 智能控制 溫度控制 目 錄 1引言 ................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2 方案設(shè)計(jì) ............................................................. 5 溫度測(cè)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(bào)單元 ..................................... 8 溫度測(cè)試單元 ..................................................... 8 溫度控制器件電路 ................................................. 8 七段數(shù)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(shè)計(jì) ............................................................ 15 程序結(jié)構(gòu)分析 .................................................... 15 主程序 .......................................................... 15 程序代碼（詳見附錄 程序清單） ................................... 16 6 測(cè)設(shè)分析 ............................................................ 16 7 結(jié)論 ................................................................ 14 8 附錄 ................................................................ 15 使用說明 ........................................................ 15 程序清單 ........................................................ 15 9 參考文獻(xiàn) ............................................................ 24 引 言 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，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(jī)，它最早是被用在工業(yè)控 制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 單片機(jī)又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了 I/O 設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為 學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。 單片機(jī)的應(yīng)用范圍很廣，在以下各個(gè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用： 工業(yè)自動(dòng)化。主要是過程控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、測(cè)控技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)（機(jī)器人） 智能儀器儀表。用于提高儀器的精度和準(zhǔn)確度。 消費(fèi)類電子產(chǎn)品。主要是家電領(lǐng)域。像洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電視、微波爐、手機(jī)、 IC 卡、汽車電子設(shè)備等。 通信方面。用于調(diào)制解調(diào)器、程控交換技術(shù)以及各種通信設(shè)備。 武器裝備。飛機(jī)、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、魚雷制導(dǎo)、智能武器裝備、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)等都有單片機(jī)深入其中。 終端機(jī)外部設(shè)備控制。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備如銀行終端以及計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，如打印機(jī)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、繪圖機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等，在這些設(shè)備中都使用了單片機(jī)。 多機(jī)分布式系統(tǒng)?？捎脝纹瑱C(jī)構(gòu)成分布式測(cè)控系統(tǒng)，它使單片機(jī)進(jìn)入了一個(gè)新的水平。 溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 采用單片機(jī)來對(duì) 溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且 可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 MSP430系列單片機(jī)具有處理能強(qiáng)、運(yùn)行速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在溫度測(cè)量與控制方面，控制簡(jiǎn)單方便，測(cè)量范圍廣，精度較高。 方案設(shè)計(jì) 溫度測(cè)量部分 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接 將 溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)（按 9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一 總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片，它具有三引腳 TO92 小體積封裝形式，溫度測(cè)量范圍－ 55～＋ 125℃ ，可編程為 9～ 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃ ，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，業(yè)可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)到三根或者兩根線上， CPU 只需一根端口線就能與多個(gè) 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(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng) 。 綜上，在本系統(tǒng)中我采用溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線形較好。在 0— 100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度。該芯片直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。 圖 21溫度芯片 DS18B20 主控制部分 AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外， AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng) 可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 由于系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)單 ,數(shù)據(jù)量也不大 ,考慮到電路的簡(jiǎn)單和成本等因素 ,因此在本設(shè)計(jì)中選用 A TMEL 公司的 A T89S51 單片機(jī)作為主控芯片。主控模塊采用單片機(jī)最小系統(tǒng)是由于 A T89S51 芯片內(nèi)含有 4 kB 的 E2PROM ,無需外擴(kuò)存儲(chǔ)器 ,電路簡(jiǎn)單可靠 ,其時(shí)鐘頻率為 0～ 24 MHz ,并且價(jià)格低廉 ,批量?jī)r(jià)在 10元以內(nèi)。 其 主要功能特性： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 4k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 工作電壓 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率 033MHz 全雙工 UART 串行中斷口線 128x8 bit 內(nèi)部 RAM 2 個(gè)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(jí)加密位 看門狗（ WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 可以看出 AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個(gè) I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘。同時(shí) , 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?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)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(nèi)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(gè)硬件復(fù)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(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi) 部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)校驗(yàn)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