【正文】 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)論文（設(shè)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(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在實際生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用本文介紹一種應(yīng)用AT89S51單片機設(shè)計的空調(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(nèi)設(shè)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(jù)選擇的冬天或夏天模式自動調(diào)節(jié)到人體最適溫度，調(diào)節(jié)室溫。實現(xiàn)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(shè)定值決定。而加熱和制冷模式的運行，取決于設(shè)定值 與平均值的比較。通過數(shù)碼管實時顯示出當前的溫度。本文根據(jù)任務(wù)要求從理論出發(fā)，設(shè)計思路，最終實現(xiàn)了任務(wù)要求。 關(guān)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(shè)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(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 ............................................................ 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 ............................................................ 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(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)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(fù)雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)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(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為 學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。 單片機的應(yīng)用范圍很廣，在以下各個領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用： 工業(yè)自動化。主要是過程控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、測控技術(shù)和機電一體化技術(shù)（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(chǎn)品。主要是家電領(lǐng)域。像洗衣機、電冰箱、空調(diào)、電視、微波爐、手機、 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、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、魚雷制導(dǎo)、智能武器裝備、航天飛機導(dǎo)航系統(tǒng)等都有單片機深入其中。 終端機外部設(shè)備控制。計算機網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備如銀行終端以及計算機外部設(shè)備，如打印機、硬盤驅(qū)動器、繪圖機、傳真機、復(fù)印機等，在這些設(shè)備中都使用了單片機。 多機分布式系統(tǒng)?？捎脝纹瑱C構(gòu)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(shù)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(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術(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(shù)指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 MSP430系列單片機具有處理能強、運行速度快、功耗低等優(yōu)點，應(yīng)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(shè)計 溫度測量部分 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、強易配處理器等優(yōu)點，特別適合用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接 將 溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號（按 9位二進制數(shù)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(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達 ℃ ，被測溫度用符號擴展的 16位數(shù)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(chǎn)生，多個 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 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(shù)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(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)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(shù)制造，兼容標準 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 存儲單元，功能強大的 微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)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(nèi)程序存儲器， 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)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(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外， AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM定時計數(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)控制方案簡單 ,數(shù)據(jù)量也不大 ,考慮到電路的簡單和成本等因素 ,因此在本設(shè)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(nèi)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(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 個雙向 I/O 口 工作電壓 2 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 時鐘頻率 033MHz 全雙工 UART 串行中斷口線 128x8 bit 內(nèi)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(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 提供以下標準功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個 I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時器/計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)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?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(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，每位能驅(qū)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(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(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， 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(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL邏輯門電路。對端口寫“ 1” ,通過內(nèi)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(nèi)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