【正文】 P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7RE S TP 3. 0P 3. 1P 3. 2P 3. 3P 3. 4P 3. 5P 3. 6P 3. 7X1X2G N DRX DT X DIN T 0IN T 1T0T1WRRDV C CP 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7E A / V D DA L EP S E NP 2. 7P 2. 6P 2. 5P 2. 4P 2. 3P 2. 2P 2. 1P 2. 0STC89C52RCU 2 3S T C 89 C5 2C2 62 2p FC3 02 2p F1 2 3J 20+C2 71 0u F+C2 91 0u FY5RESET21R3 01 0KR2 61 0KV C CV C Ck e y 1k e y 2k e y 3 圖 35 獨立按鍵電路圖 顯示電路 本課題要求用四位 LED 數(shù)碼管顯示溫度，硬件電路設(shè)計如圖 36 所示。本單片機開發(fā)板上有四個獨立按鍵，本控制系統(tǒng)中 只需要用到其中的三個按鍵就可以完成控制，電路圖如圖 35所示，其中一端分別和單片機的 、 和 連接，另一端接地。電路圖如圖 34 所示，該供電系統(tǒng)的功能不僅僅是用來供電的，而且還是下載的端口，通過這個系統(tǒng)可以把編寫好的程序下載到開發(fā)板上。 64 位 ROM和單線端口 暫存器 存儲器和控制邏輯 下限觸發(fā) TL 溫度傳感器 上限觸發(fā) TH 8 位 CRC 產(chǎn)生器 山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 332 DS18B20 測溫原理圖 溫度采集模塊設(shè)計 本文的溫度控制系統(tǒng)采用的是由達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種數(shù)字集成溫度傳感器 DS18B20 來實現(xiàn)溫度采集的，數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 在范圍 0℃～ +100℃之間的測量精度為 ℃并且分辨率可達(dá) ℃，電路圖如圖 333 所示 ,DS18B20 的端口與單片機的 端口連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過軟件編程是 DS18B20 所采集到的溫度值傳輸?shù)?單片機在數(shù)碼管上顯示出來。分辨力獲得的原理是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的值來實現(xiàn)的。接著計數(shù)器開始計數(shù)直到 0為止。接著使計數(shù)器復(fù)位到一個值，這個值是通過斜坡累加器來確定的，同時斜坡累加器也可以實現(xiàn)補償感溫振蕩器的拋物線特性。 山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 331 DS18B20 方框圖 DS18B20 的測溫原理如圖 332 所示：計數(shù)器是在一個門周期內(nèi)用來計數(shù)的，而這個門周期是由高溫度系數(shù)振蕩器確定的 ,低溫度系數(shù)振蕩器是用來產(chǎn)生脈沖的，在這個門周期內(nèi)用計數(shù)器對所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計數(shù)，從而可以測得當(dāng)前環(huán)境的溫度值。 圖 331 給出了 DS18B20 的主要部件， DS18B20 主要包括溫度傳感器、 64 位激光 ROM、和溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 三個部件，此外這種溫度報警觸發(fā)器是非易 失性的。數(shù)字式溫度傳感 器DS18B20 與其他溫度傳感器相比，它能夠直接讀出被測量的溫度，它在測量精度、轉(zhuǎn)換時等方面帶來了令人滿意的效果，而且還有一個更為特別的特性是當(dāng)電源極性接反時， 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 不會因為接反發(fā)熱而燒毀但是當(dāng)接反是該溫度傳感器不能正常工作。 綜上所述，根據(jù)溫度控制系統(tǒng)的性能要求，該系統(tǒng)選用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，直接輸出數(shù)字信號，不需要再經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，節(jié)省了內(nèi)部資源占用空間，提高了測量精度與響應(yīng)時間。根據(jù)測溫范圍以及適用場合的不同，許多類型的溫度傳感器被研制出來，因此選擇溫度傳感器需要考慮很多因素。本設(shè)計單片機最小系統(tǒng)的兩個起振電容容值為 22pF。本單片機最 小系統(tǒng)中復(fù)位電路中極性電容的容值為 10uF，該極性電容容值大小對單片機的復(fù)位時間有著直接的影響，通常來說，如果要求復(fù)位的時間很短暫，那么久要求極性電容的容值越大越好。當(dāng)外部程序存儲器地址允許輸入端接高電平時，中央處理器將執(zhí)行片內(nèi)存儲器指令；相反當(dāng)接低電平時，將執(zhí)行片外存儲器指令。當(dāng)讀取片外存儲器時，該引腳為低電平有效。編程脈沖輸入引腳是用來作為編程山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 脈沖的輸入端，可以對單片機內(nèi)部的 EPROM 進(jìn)行編程寫入。 ALE/PROG：這兩個引腳是地址鎖存允許信號輸出和編程脈沖輸入引腳。 表 322 P3 口第二功能表 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) (外中斷 0) (外中斷 1 ) T0(定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 1) (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) RST：該引腳是用來作為復(fù)位信號的引腳。 表 321 和 的第二功能表 引腳號 功能特性 T2(定時 /計數(shù)器 2 外部計數(shù)脈沖輸入 ),時鐘輸出 T2EX(定時 /計數(shù) 2 捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制 ) P2 口的 8 個引腳都是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，除了作為通用的 I/O 口來使用之外，還可以用來作為片外存儲器的高 8 位地址總線來使用，它可以與 P0 口進(jìn)行組合，構(gòu)成 16 位 的外存儲器單元地址。當(dāng)中央處理器訪問片外存儲器時， P0 口分時間段首先作低 8山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 位地址總線，然后用來作為雙向數(shù)據(jù)總線，在這個時候， P0 口不能作為 I/O 口使用。所以我們選擇單片機時需要考慮以下因素： (1)片機存儲器的存儲容量； (2)單片機的運行速度； (3)單片機的響應(yīng)時間及中斷能力； (4)單片機的抗干擾性能是否強大； (5)單片機的價格的成本價格是否合理； (6)不同場合下，能使單片機正常工作的電壓范圍； (7)單片機的擴展功能是否強大，例如其 I/O 引腳數(shù)量的多少； (8)在一個系統(tǒng)中，存儲器可 以使用的次數(shù)來選擇該單片機所使用的存儲器； 綜上所述，根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，該溫度控制系統(tǒng)選擇 STC 公司生產(chǎn)的 STC89C52單片機作為主控制單元。 圖 31 系統(tǒng)總體框圖 8 位 暫存器 STC89C52 單片機 降溫系統(tǒng) 蜂鳴器報警 加溫系統(tǒng) 溫 度采集 顯示 按鍵 山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 主控模塊器件選型及設(shè)計 單片機的選用 單片機的選用是由其應(yīng)用的對象決定的，當(dāng)應(yīng)用的對象確定時，如果所選用的單片機功能過少，則無法滿足系統(tǒng)的控制要求，很難完成控制任務(wù)；如果所選用的單片機功能過強，那么就會浪費單片機本身所具有的資源 ，使該產(chǎn)品的性價比降低。在溫度智能控制系統(tǒng)中，為了使系統(tǒng)能夠?qū)崟r有效地檢測當(dāng)前的溫度，提高 測量的精確性，解決工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中存在的溫度控制問題，采用十進(jìn)制的數(shù)碼來進(jìn)行溫度值的顯示，可以很好地幫助人們完成操作，從而使溫度控制變得更加簡單、方便和快捷，為實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)自控提供可參考依據(jù)。其中，溫度采集模塊主要用來于實時采集現(xiàn)場的溫度信號，并將采集到的溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)降絾纹瑱C中，后經(jīng)過單片機處理后在數(shù)碼管上顯示出檢測到的溫度。 綜合 C 語言的特點，本文的溫度控制系統(tǒng)采用 C 語言進(jìn)行編程 ，為了便于進(jìn)行軟件調(diào)試與修改，該溫度控制系統(tǒng)的軟件部分又分成了許多小的模塊，從而可以有效地進(jìn)行控制。 （ 2） C 語言的適用范圍很廣和 并且具有較好的可移植性。與匯編語言相比， C 語言具有以下的特點： 山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 （ 1） C 語言的控制語句是具有結(jié)構(gòu)化的。 （ 4）在程序編寫方面：所編寫的程序要層次分明，條理清晰，最好分成多個子模塊，這樣很容易理解，并且方便修改。 （ 2）在響應(yīng)速度方面：一般情況下控制系統(tǒng)都會要求能夠?qū)崟r、快速有效的對溫度進(jìn)行檢測與控制，也就是所設(shè)計的系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)外部所發(fā)生的事件，并且能夠迅速地下達(dá)控 制指令。所以在進(jìn)行軟件編程時要遵循以下幾點： （ 1）在精度方面：精度是一個控制系統(tǒng)的前提保證，只有在保證精度的前提下才能使后面的過程順利進(jìn)行。 系統(tǒng)軟件方案分 析 溫度的實時檢測與控制并不是連接好接口電路就能實現(xiàn)的，還要需要給其提供控制程序，就像人一樣，不僅僅有軀體，還要有思想。 綜上分析與論證，該系統(tǒng)選擇單片機控制電路對溫度控制系統(tǒng)實施控制。在控制功能方面，因為單片機具有非常豐富的指令，而且還具有非常強大 的拓展功能，因此可以滿足工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)以及人們的生活需求，單片機的運行速度也非常的快，除此之外它還具有簡便易攜帶、成本較低、性價比高、損耗較低以及正常工作對電壓的要求比較低等特點。除此之外，模擬控制電路要想實現(xiàn)高精度的測量與控制，那么就得依賴于復(fù)雜的算法設(shè)計，這種算法及其復(fù)雜，在短時間內(nèi)很難實現(xiàn)其精確的控制。它能夠?qū)崟r地對系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且該系統(tǒng)的響應(yīng)速度很快。 系統(tǒng)硬件方案分析 溫度控制系統(tǒng)的硬件電路大多采用模擬控制電路和單片機控制電路兩種形式。為了使硬件系統(tǒng)更加趨向簡單化，加熱模塊利用雙向可控硅輸出，不需要 D/A 轉(zhuǎn)換這一環(huán)節(jié)。 系統(tǒng)特點 根據(jù)系統(tǒng)性能要求可以看出，該溫度控制系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崟r檢測與控制溫度并且具有精度高、體積小、易操作、成本低等特點，因此本系統(tǒng)的硬件設(shè)計有如下特點： 本系統(tǒng)的主控制單元主要以 STC89C52 單片機為控制核心，該單片機在進(jìn)行控制的時候具有響應(yīng)時間短、運行速度快的優(yōu)勢，同時該單片機具有豐富的內(nèi)部資源及眾多引腳方便功能擴展，完全可以實現(xiàn)本系統(tǒng)的控制要求。 （ 6）該系溫度控制系統(tǒng)要求用 Protel 繪出溫度智能控制系統(tǒng)電路圖 ,完成主電路、控制電路元器件參數(shù)選擇以及控制精度計算分析。從而達(dá)到本課題設(shè)計所要求的對溫度的智能控制。 山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 本文要求設(shè)計一個溫度智能 控制系統(tǒng)，只有在系統(tǒng)總體設(shè)計方案確定的情況下，才能合理有序、主次分明的進(jìn)行詳細(xì)的研究與設(shè)計。 第五章為本課題的實驗調(diào)試，主要是對程序的調(diào)試與修改，并且把調(diào)試好的程序下載到 51 開發(fā)板上，通過具體的實物可以更好地觀察其所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，同時也可以進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)果分析。 第二章為本研究課題的系統(tǒng)總體設(shè)計方案，規(guī)劃出系統(tǒng)總體的設(shè)計方案，指出了系統(tǒng)的性能要求及特點，對硬件方案和軟件方案進(jìn)行了合理的分析。 山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 圖 11 單片機溫度控制系統(tǒng) 本文主要工作及章節(jié)安排 本文主要工作 （ 1）在明確設(shè)計任務(wù)書要求以及所要完成的成果，選擇總體設(shè)計方案； （ 2）對系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè) 計，主要包括主控制電路、溫度采集電路、可控硅調(diào)溫電路等的設(shè)計； （ 3）對系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計，包括主程序、溫度采集程序、顯示程序等的設(shè)計； （ 4）對整個溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件和硬件調(diào)試。 目前國內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的研 究與發(fā)展，相對于國外而言還存在很大的差距，它們之間主要的差距主要是在控制算法上面，具體表現(xiàn)在國內(nèi)溫度控制系統(tǒng)所測范圍有限并且控制精度還比較低，適應(yīng)環(huán)境的能力很差。用微型化計算機控制系統(tǒng)代替模擬式控制系統(tǒng)是今后科研專家研究的主要方向。為了滿足人類的生活要求，很多與新型科技結(jié)合的溫度控制系統(tǒng)也被科學(xué)家們研究出來。 在對溫度進(jìn)行控制中，根據(jù)控制對象的不同主要分為兩大類： 一類是控制變化的溫度；另一類是控制恒定的溫度。發(fā)展比較 早的是接觸式測溫，該測溫方式具有簡單易用、成本低、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，能夠較為精確地測出待對象所具有的實際溫度；由于它和待測對象是相互接觸的，那么必然會受到熱慣性的影響，那么測量溫度的時候其響應(yīng)所需要的時間會很長，該方式只適用于耐熱、不易腐蝕的物體，對耐熱性比較小的物體很難對其進(jìn)行精確的測量。但在當(dāng)下，理論大于應(yīng)用，許多比較完善成熟的溫度控制系統(tǒng)還停留在理論上