【正文】 河北工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文河 北 工 業(yè) 大 學(xué)畢 業(yè) 論 文作 者： XXX 學(xué) 號(hào)： XXXXXX 學(xué) 院： 系(專(zhuān)業(yè))： 題 目： 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： XXXX年XX月XX日35畢業(yè)論文中文摘要 題 目：基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要： 本設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。溫度信號(hào)由溫度芯片DS18B20采集，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測(cè)電路、溫度控制電路、PC機(jī)與單片機(jī)串口通訊電路和一些接口電路 。單片機(jī)通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制的目的。文中還著重介紹了軟件設(shè)計(jì)部分，在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤(pán)掃描及按鍵處理程序、溫度信號(hào)處理程序、繼電器控制程序、超溫報(bào)警程序。 關(guān)鍵詞：AT89S51單片機(jī) DS18B20溫度芯片 溫度控制 串口通訊畢業(yè)論文外文摘要Title Based on Monolithic Integrated Circuit39。s Temperature Control System39。s Design AbstractThis design take at89S51 monolithic integrated circuit as core temperature control system39。s principle of work and design method. The temperature signal by the temperature chip DS18B20 gathering, and transmits by digital signal39。s way for the monolithic integrated circuit. In the article introduced this control system39。s hardware part, including: Temperature examination electric circuit, temperaturecontrol circuit, PC machine and monolithic integrated circuit serial port munication channel and some interface circuit. The monolithic integrated circuit through carries on corresponding processing to the signal, thus realizes the temperature control goal. In the article also emphatically introduced the software design part, uses the modular structure in here, the main module includes: Nixietube display sequence, keyboard scanning and pressed key disposal procedure, temperature signal processing procedure, blackwhite control procedure, excess temperature warning procedure.Keywords：AT89S51 Monolithic Integrated Circuit ；DS18B20 Temperature Chip；Temperature Control；Serial Port Communication目 次1 引言…………………………………………………………………………………12 設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………………………13 工作原理……………………………………………………………………………14 方案設(shè)計(jì)與論證……………………………………………………………………2 主控制部分 ………………………………………………………………………3 測(cè)量部分………………………………………………………………………… 35 各單元的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 8 鍵盤(pán)單元……………………………………………………………………………8 溫度控制及超溫和超溫警報(bào)單元……………………………………………… 10 溫度控制器件電路……………………………………………………………………11 溫度測(cè)試單元…………………………………………………………………… 11…………………………………………………………………11 接口通訊單元 ……………………………………………………………………136 電源輸入單元……………………………………………………………………147 程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………15 概 述………………………………………………………………………………15 程序結(jié)構(gòu)分析…………………………………………………………………… 16 主程序…………………………………………………………………………… 178. 測(cè)設(shè)分析………………………………………………………………………… 17結(jié)論 ……………………………………………………………………………………18參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………… 19致謝……………………………………………………………………………………20附錄A使用說(shuō)明……………………………………………………………………… 21附錄B程序清單……………………………………………………………………… 211 引言溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域 ,如家電、汽車(chē)、材料、電力電子等 ,常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和所要求的性能指標(biāo)有所不同 , 在工業(yè)企業(yè)中,如何提高溫度控制對(duì)象的運(yùn)行性能一直以來(lái)都是控制人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員努力解決的問(wèn)題。這類(lèi)控制對(duì)象慣性大,滯后現(xiàn)象嚴(yán)重,存在很多不確定的因素,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡(jiǎn)單實(shí)用 ,但由于繼電器動(dòng)作頻繁 ,可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的PID控制方式,但PID控制對(duì)象的模型難以建立,并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí),參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問(wèn)題。而采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線(xiàn)的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通過(guò)單跳數(shù)據(jù)線(xiàn)就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實(shí)用性。更能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行范圍的溫度檢測(cè)。2 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)基于單片計(jì)算機(jī)的溫度控制器，用于控制溫度。具體要求如下: 1. 溫度連續(xù)可調(diào)，范圍為0℃40℃ 2. 超調(diào)量σ%≤20% 3. 溫度誤差≤177?！?4. 人機(jī)對(duì)話(huà)方便 3 工作原理溫度傳感器 DS18B20 從設(shè)備環(huán)境的不同位置采集溫度，單片機(jī) AT89S51 獲取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，通過(guò)加熱和降溫對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過(guò)設(shè)定溫度的上限時(shí)，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)啟降溫設(shè)備 (壓縮制冷器) ，當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度的下時(shí) , 單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)啟升溫設(shè)備 (加熱器) 。 當(dāng)由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時(shí)候，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出警笛聲。 系統(tǒng)中將通過(guò)串口通訊連接PC機(jī)存儲(chǔ)溫度變化時(shí)的歷史數(shù)據(jù)，以便觀(guān)察整個(gè)溫度的控制過(guò)程及監(jiān)控溫度的變化全過(guò)程。PC機(jī)加熱器繼電器2DS18B20 溫度芯片數(shù)據(jù)傳輸鍵盤(pán)電路MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片 片AT89S518BIT CPU數(shù)據(jù)顯示超溫報(bào)警輸入電源壓縮制冷器繼電器1 N31工作原理圖4 方案設(shè)計(jì) 溫度測(cè)量部分方案 DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線(xiàn)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(xiàn)上可以?huà)旖佣鄠€(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，℃，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(xiàn)上，CPU只需一根端口線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)形較好。在0—100攝氏度時(shí)，最大線(xiàn)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41溫度芯片DS18B20 主控制部分方案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(xiě)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?xún)r(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(mén)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(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e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(wú)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?xún)?nèi)。其主要功能特性： 兼容MCS51指令系統(tǒng) 4k可反復(fù)擦寫(xiě)(1000次）ISP Flash ROM 32個(gè)雙向I/O口 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(xiàn) 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(mén)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(yè)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(xiàn)，看門(mén)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。空閑方式停止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(shuō)明Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)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(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端口。在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用，在訪(fǎng)問(wèn)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(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”,