【正文】 摘 要 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制，有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是具有不一般的價值與意義。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用MCS51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。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。將這個問題地解決，能很好地提升生產(chǎn)效率，節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。本文從硬件和軟件兩方面介紹了MCS51單片機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，對硬件原理圖和程序框圖作了簡捷的描述該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，控制算法新穎，控制精度高，有較強的通用性。關(guān)鍵詞：單片機 溫度控制 數(shù)字PID控制ABSTRACTIn the modern industrial production, the current, voltage, temperature, pressure, and flow, velocity, and switch quantity is accused of main example,n metallurgical industry, chemical industry, electric power engineering, paper industry, machinery and food processing and so on many domains, people need to all kinds of heating furnace, heat treatment furnace, reactors and boiler temperature detection and MCS 51 SCM to control temperature, has not only convenient control, simple and flexible configuration advantages, and can greatly improve the technical indexes are controlled temperature, which can greatly improve the product39。s quality and , the problem of temperature control chip is a industrial production we often encounter problems. Based on it, for example, hope to receive other cases and the effect.From the two aspects of hardware and software are introduced MCS 51 SCM temperature control system design, hardware diagram and the procedures for the description of the simple diagram.Keywords: Microputer Temperature control system Digital PID control目 錄摘 要 1ABSTRACT 2目 錄 3第一章 總體設(shè)計方案及要求 4 4 課程設(shè)計的任務(wù)要求 5第二章 硬件電路的設(shè)計 6 單片機的最小系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 7 7 復(fù)位電路 10 時鐘電路 11 顯示硬件電路的設(shè)計 11 液晶顯示電路 11 液晶顯示電路的設(shè)計 12 鍵盤硬件電路的設(shè)計 13 溫度傳感器的硬件電路設(shè)計 14 14 溫度傳感器DS18B20的簡介 14 溫度控制執(zhí)行電路設(shè)計 18 串行通信接口電路 19 電源電路的設(shè)計 20 溫度報警系統(tǒng)電路 21第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 22 23 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計 24 中斷處理軟件設(shè)計 24 顯示軟件設(shè)計 26 報警的軟件設(shè)計 27 溫度部分軟件設(shè)計 27第四章 調(diào)試和仿真 29 系統(tǒng)的調(diào)試 29 溫度報警系統(tǒng)的仿真 30第五章 總結(jié) 33附錄一 程序源代碼 34附錄二 系統(tǒng)的原理圖 47參考文獻 48第一章 總體設(shè)計方案及要求由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，可以看出整個溫度控制系統(tǒng)的電路組成主要由數(shù)字電路和模擬電路兩部分的結(jié)合，就可以完成對被測物體的溫度控制，進而實現(xiàn)溫度報警。本設(shè)計以單片機為核心由主控模塊、輸入通道、輸出通道、保護電路、電源電路組成等。硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。由結(jié)構(gòu)框圖可見，溫度控制系統(tǒng)以單片機為核心，并擴展外部存儲器構(gòu)成主控模塊。被測對象的溫度由DS18B20溫度傳感器檢測外界溫度并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過單片機處理發(fā)出報警信號并驅(qū)動相應(yīng)的電機工作，其系統(tǒng)框圖如下所示：圖溫度報警系統(tǒng)原理框圖傳感器檢測轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號送給單片機處理，一方面將被測對象的溫度通過控制面板上的液晶顯示器顯示出來；另一方面將該溫度值與設(shè)定的溫度值進行比較，根據(jù)其偏差值的大小，最后通過控制繼電器來驅(qū)動電機工作，進而達到對被測物體溫度進行控制的目的，如果實際測得的溫度值超過或低于系統(tǒng)設(shè)定的極限安全溫度，保護電路會做出反應(yīng)同時報警電路報警提示，從而保護被測物體。單片機快速、準確的進行溫度采集、數(shù)據(jù)處理、顯示和控制主要是時鐘電路提供的時鐘頻率，使單片機正常的協(xié)調(diào)處理各項任務(wù)。各個器件工作的電源電壓主要有電源電路提供。則溫度的設(shè)定范圍就通過矩陣鍵盤進行設(shè)定，并且溫度的設(shè)定范圍可以人為的重復(fù)修改，使被測物體在正常的溫度范圍下工作，而采集的溫度值和設(shè)定的溫度值要能直觀的看到就要通過相應(yīng)的顯示電路顯示到相應(yīng)的界面上，如液晶、數(shù)碼管、點陣等。其中保護電路就是保護被測物體避免被損壞。 課程設(shè)計的任務(wù)要求設(shè)計一個溫度報電機工作警系統(tǒng)： 溫度顯示范圍為0——51度可以更大范文，當溫度大于40度時，上限報警指示燈點亮，并驅(qū)動電機1轉(zhuǎn)動；當溫度小于于10度時，下限報警指示燈點亮，并驅(qū)動電機2轉(zhuǎn)動；課程設(shè)計的要求根據(jù)任務(wù)要求選擇方案、設(shè)計電路、確定元器件型號和參數(shù)硬件設(shè)計：要求設(shè)計出完整的電路原理圖，包括電源模塊、單片機最小系統(tǒng)電路、按鍵電路、報時電路、顯示電路。軟件設(shè)計：包括編程思路，主程序和各子程序模塊的流程圖及編寫方法，并用匯編語言或C語言編寫出完整的源程序。按圖焊接電路，檢查無誤后通電調(diào)試，調(diào)試電路的功能是否符合要求。 調(diào)試與仿真：對設(shè)計的硬件和程序進行仿真調(diào)試，并給出仿真結(jié)果。制作實物進行調(diào)試。第1章 硬件電路的設(shè)計硬件電路主要有兩大部分組成：模擬部分和數(shù)字部分；從功能模塊上來分有：主機電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、電源電路、控制執(zhí)行電路以及掉電保護電路。各個模塊電路通過主機電路控制，協(xié)調(diào)一致的進行工作。完成對被測物體的溫度控制。 單片機的最小系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計單片機的最小系統(tǒng)由單片機和時鐘電路、復(fù)位電路以及電源電路組成，單片機的I/O接相應(yīng)的處理電路，其原理圖如下所示：主機選用INTEL公司的MCS51系列單片機89C51來實現(xiàn)，利用單片機軟件編程靈活、自由度大的特點，可擦除下載，力求用軟件完善各種控制算法和邏輯控制。本系統(tǒng)選用的89C51芯片時時鐘可達12MHZ，運算速度快，控制功能完善，完全能滿足溫度控制系統(tǒng)的要求。其內(nèi)部具有128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM，還可以通過地址、數(shù)據(jù)線進行外圍擴展。而且內(nèi)部含有4KB的EPROM不需要外擴展存儲器，也有數(shù)據(jù)通信接口，通過TXD、RXD與PC機連接，可以進行人機操作，使得操作更加簡單、方便。具有五個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級，兩個外部中斷、兩個定時中斷還用一個通信中斷AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用ATMEL 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。R8 位微控制器8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程，其管腳功能圖如下所示。 STC89S52的管腳圖功能管腳描述VCC : 電源GND: 地P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，（）和時器/計數(shù)器的觸發(fā)輸入（），具體如下表所示。在flash編程和校驗時P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號 第二功能 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出； T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用）； MISO（在系統(tǒng)編程用）； SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。引腳第二功能 RXD（串行輸入）； TXD（串行輸出）； INT0(外部中斷0)； INT0(外部中斷0)； T0（定時器0外部輸入）； T1（定時器1外部輸入）； WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)； RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部