【正文】 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄一、引言 4(一)課題研究的背景 4(二)課題研究的目的和意義 5二、硬件電路的設(shè)計(jì) 5(一)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框架 5(二)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 6(三)單片機(jī)的選型 6 6 7 7(四)溫度傳感器電路 9(五)系統(tǒng)電源電路的設(shè)計(jì) 10(六)LCD顯示電路 11(七)串口通訊電路 12(八)按鍵接口電路 13(九)DS1302時(shí)鐘電路 13(十)存儲(chǔ)器接口電路 13三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14(一)計(jì)算溫度子程序 15(二)按鍵處理子程序 15(三)計(jì)算溫度子程序 16(四)顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 17四、結(jié)束語 18參考文獻(xiàn) 19致謝 20附件1：系統(tǒng)原理圖 21附件2：系統(tǒng)相關(guān)程序 22一、DS18B20底層驅(qū)動(dòng)程序 22二、DS1302時(shí)鐘底層驅(qū)動(dòng)程序 27三、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)底層驅(qū)動(dòng)程序 33一、引言(一)課題研究的背景工業(yè)控制是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正是為了適應(yīng)這一領(lǐng)域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)技術(shù)，它主要研究如何將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通過信息技術(shù)和自動(dòng)控制理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程，并設(shè)計(jì)出所需要的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。隨著微機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以單片機(jī)為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對(duì)溫度的控制水平。本設(shè)計(jì)就是基于單片機(jī)STC89C52溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過本次課程實(shí)踐，我們更加的明確了單片機(jī)的廣泛用途和使用方法，以及其工作的原理。(二)課題研究的目的和意義隨著社會(huì)的發(fā)展，溫度的測量及控制變得越來越重要。本文采用單片機(jī)STC89C52設(shè)計(jì)了溫度實(shí)時(shí)測量及控制系統(tǒng)。單片機(jī)STC89C52 能夠根據(jù)溫度傳感器DS18B20 所采集的溫度在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示，通過控制從而把溫度控制在設(shè)定的范圍之內(nèi)。所有溫度數(shù)據(jù)均通過液晶顯示器LCD顯示出來。系統(tǒng)可以根據(jù)時(shí)鐘存儲(chǔ)相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過該課程的學(xué)習(xí)使我們對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有一個(gè)全面的了解、掌握常規(guī)控制算法的使用方法、掌握簡單微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步鍛煉同學(xué)們?cè)谖⑿陀?jì)算機(jī)應(yīng)用方面的實(shí)際工作能力。二、硬件電路的設(shè)計(jì)(一)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框架本課題設(shè)計(jì)的是一種以STC89C52單片機(jī)為主控制單元，以DS18B20為溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)并記錄當(dāng)前的時(shí)間。其主要包括：電源模塊、溫度采集模塊、按鍵處理模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、LCD顯示模塊、通訊模塊以及單片機(jī)最小系統(tǒng)。圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架(二)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路在課題設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，控制核心是STC89C52單片機(jī)，該單片機(jī)為51系列增強(qiáng)型8位單片機(jī)，它有32個(gè)I/O口，片內(nèi)含4K FLASH工藝的程序存儲(chǔ)器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，而且價(jià)格便宜，其外部晶振為12MHz，一個(gè)指令周期為1μS。使用該單片機(jī)完全可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)，其最小系統(tǒng)主要包括：復(fù)位電路、震蕩電路以及存儲(chǔ)器選擇模式（EA腳的高低電平選擇），電路如下圖2所示：圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)(三)單片機(jī)的選型本課題設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)主控制芯片選型為STC89C52單片機(jī)，其特點(diǎn)如下：目前，51系列單片機(jī)在工業(yè)檢測領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強(qiáng)人機(jī)對(duì)話的功能。STC89C52單片機(jī)是深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的一種單片機(jī)，在一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分。每一個(gè)單片機(jī)包括：一個(gè)8位的微型處理器CPU；一個(gè)512K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；4K片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；四個(gè)8位并行的I/O接口P0P3，每個(gè)接口既可以輸入，也可以輸出；兩個(gè)定時(shí)器/記數(shù)器；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個(gè)部分通過內(nèi)部總線相連接。 STC89C52單片機(jī)的一個(gè)執(zhí)器周期由6個(gè)狀態(tài)(s1—s6)組成，每個(gè)狀態(tài)又持續(xù)2個(gè)震蕩周期，分為P1和P2兩個(gè)節(jié)拍。這樣，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個(gè)機(jī)器周期為1us，每個(gè)狀態(tài)周期為1／6us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。對(duì)于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時(shí)，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計(jì)數(shù)據(jù)也不加1。在加結(jié)束時(shí)完成指令操作。多數(shù)STC89C52指令周期為1—2個(gè)機(jī)器周期，只有乘法和除法指令需要兩個(gè)以上機(jī)器周期的指令，它們需4個(gè)機(jī)器周期。 對(duì)于雙字節(jié)單機(jī)器指令，通常是在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器中讀人兩個(gè)字節(jié)，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被訪問且被選通時(shí)跳過兩次取指操作。STC89C52單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專用于主電源引腳，2個(gè)外接晶振的引腳，4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功能。（1）電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接+5V電源正端；Vss（20腳）：接+5V電源正端。（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHOMS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。（3）控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。（A）．RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。（B）．ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低（C）．PSEN(29腳):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，PESN信號(hào)將不出現(xiàn)。（D）．EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4KB（MS—52子系列為8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，無論片內(nèi)有無程序存儲(chǔ)器，均只訪問外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。 （4）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口(A).P0口（39腳～22腳）：～。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。它分時(shí)提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，當(dāng)EPROM編程時(shí)，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。(B).P1口（1腳～8腳）：～，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對(duì)于MCS—52子系列單片機(jī)，：；。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P0口接收輸入的低8位地址。(C).P2口（21腳～28腳）：～，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過256個(gè)字節(jié)時(shí)，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P2口接收輸入的8位地址。(D).P3口（10腳～17腳）：～。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見下表 表1 引腳第2功能RXD（串行口輸入端0）TXD（串行口輸出端）INT0（部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效）INT1（中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效）T0（時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖端）T1（時(shí)器/計(jì)數(shù)器1數(shù)脈沖端）WR（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效）RD（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效）綜上所述，MCS—51系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)：1).單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；2).單片機(jī)對(duì)外呈3總線形式，由PP0口組成16位地址總線；由P0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。(四)溫度傳感器電路采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。DS18B20溫度傳感器是美國達(dá)拉斯(DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。本設(shè)計(jì)中溫度傳感器之所以選擇單線數(shù)字器件DS18B20，是在經(jīng)過多方面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因：（1）系統(tǒng)的特性：測溫范圍為55℃～+125℃ ，℃；溫度轉(zhuǎn)換精度9～12位可變，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以16位二進(jìn)制數(shù)碼的方式串行輸出；12位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為750ms；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式。（2）系統(tǒng)成本：由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強(qiáng)大，體積越來越小，而價(jià)格也越來越低。一支DS18B20的體積與普通三極管相差無幾，價(jià)格只有十元人民幣左右。（3）系統(tǒng)復(fù)雜度：由于DS18B20是單總線器件，微處理器與其接口時(shí)僅需占用1個(gè)I/O端口且一條總線上可以掛接幾十個(gè)DS18B20，測溫時(shí)無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少工程的施工量。（4）系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)：由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡化，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來方便。同時(shí)因?yàn)镈S18B20是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強(qiáng)，因此，減少了系統(tǒng)的日常維護(hù)工作。DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸總線端口DQ ，外供電源線VDD，共用地線GND。DS18B20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)VDD接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長。這種情況下，用單片機(jī)的一個(gè)I/O口來完成對(duì)DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V)，相應(yīng)的完成溫度測量的時(shí)間較短。在本設(shè)計(jì)中采用外部供電方式實(shí)現(xiàn)DS18B20傳感器與單片機(jī)的連接，其接口電路如圖4所示。圖4 溫度傳感器接口(五)系統(tǒng)電源電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用電源穩(wěn)壓芯片是LM2596，該開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，輸入電壓是+5v,輸入電壓是+24v,同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為150KHz，與低頻開關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。 該器件還有其他一些特點(diǎn)：在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在177。4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在177。15%的范圍內(nèi)；可以用僅80μA的待機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)外部斷電；