【正文】 是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作 。本設(shè)計(jì)采用 Atmel 公司的 STC12C5A16S2，其它廠家單片機(jī)這里不再多說，以下是對(duì)STC12C5A16S2 的介紹。盡管單片機(jī)種類很多，但無論是從世界范圍還是從全國(guó)范圍來看，使用最為廣泛的應(yīng)屬 MCS51 系列單片機(jī)。 主控制器 單 片機(jī)復(fù)位 按鍵調(diào)整 時(shí)鐘振蕩 LED 顯示 溫度傳感器 報(bào)警電路 1 路輸出 2 路輸出 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁，共 33 頁 1：主控制器 單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是指集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低、等優(yōu)點(diǎn)。要讓各個(gè)部分電路能在一起穩(wěn)定的工作，就要讓它們銜接的很匹配，如各部分電路對(duì)電壓、電流的要求等都要合理的設(shè)計(jì)。它必須與 外圍電路元件相互搭配，共同完成任務(wù)。所以在軟件設(shè)計(jì)上我們采用簡(jiǎn)單易懂的 c 語言實(shí)現(xiàn)，同時(shí)把整個(gè)系統(tǒng)程序分為幾大快來實(shí)現(xiàn)，主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。 對(duì)溫度傳感器的啟用與控制需要嚴(yán)格的時(shí)間限制，這部分程序的編寫是復(fù)雜而繁瑣的。 在硬件選擇上為了有利于購買和實(shí)驗(yàn)方便，根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)上各種處理器的性價(jià)比，本設(shè)計(jì)選擇 STC12C5A16S2 單片機(jī)，溫度檢測(cè)采用 DS18B20 溫度傳感器，輸入部分用三個(gè)按鍵，可 DS18B20 AT89C52 主 控 制 器 顯示電路 掃描驅(qū)動(dòng) 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁，共 33 頁 以調(diào)整溫度上下限的范圍，顯示部分采用經(jīng)濟(jì)適用的 3 位 LED 數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示，用一位數(shù)碼管顯示℃攝氏度符號(hào) ，超出的溫度上限或下限用 LED 表示，報(bào)警采用蜂鳴器。 進(jìn)一步我們先大概設(shè)計(jì)出了方案框圖（如圖 1），控制器采用單片機(jī) STC12C5A16S2，溫度傳感器采用 DS18B20，用 3 位 LED 數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示，用一位數(shù)碼管顯示℃攝氏度符號(hào)。 2：方案二 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 ， 傳感器可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求，且測(cè)量精度很高。 第二章：設(shè)計(jì)方案 1：方案一 由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性，都無法滿足廣大對(duì)象對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路 。如今溫度檢測(cè)發(fā)展的主要方向?yàn)楸∧囟葌鞲衅鳌⑤椛錅y(cè)溫技術(shù)和光纖測(cè)溫技術(shù)。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局研制的電阻溫度計(jì) 25歐標(biāo)準(zhǔn) 鉑電阻溫度計(jì) ,電橋分辨 ℃ 。 現(xiàn)今世界上的溫度檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)喜人的成果，其中前蘇聯(lián)的壓電石英頻率溫度計(jì)分辨能力可達(dá) ℃ ,理論上可達(dá) ℃ ,而且在 40℃ ~230℃范圍內(nèi)具有溫度與頻率的線性特性 。在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線上 ,環(huán)境溫度不適當(dāng) ,會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 溫度是一個(gè)十分重要的物理量 ,對(duì)它的測(cè)量與控制有十分重要的意義。同時(shí)本設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友善、管理功能健全、系統(tǒng)可靠性高、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì) 主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。 我們 希望通過自己的所學(xué)的知識(shí)和借助這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī) 會(huì)做出一個(gè)與生活密切相關(guān) 且實(shí)用 的東西，通過我們的篩選和結(jié)合自身所學(xué)知識(shí)的局限性，我們選擇了上下限溫度控制報(bào)警器。溫度測(cè)量?jī)x的由感溫元件幫助完成檢測(cè)。20 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁，共 33 頁 第一章： 設(shè)計(jì)意義 與相關(guān)技術(shù)發(fā)展 1： 設(shè)計(jì) 背景 溫度是生產(chǎn)工藝過程中最基本、最重要的控制參數(shù)之一，關(guān)系到生產(chǎn)條件的建立，產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、效率，以及生產(chǎn)設(shè)備的壽命與安全等。19 附件 19 致謝 18 2：總結(jié) 18 1：系統(tǒng)測(cè)試 18 第五章：系統(tǒng)測(cè)試與總結(jié) 17 4：計(jì)算溫度子程序 16 2：讀出溫度子程序 14 第四章：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 7：系統(tǒng)整體硬件電路 6 1：主控制器 5 第三章：硬件電路 5 2：方案二 5 1：方案一 4 第二章：設(shè)計(jì)方案 4 2： 溫度檢測(cè)的意義與技術(shù)發(fā)展 序號(hào) 姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 任務(wù)分配 1 李自鵬 10605111054 應(yīng) 用 電 子 技 術(shù)111 班 組長(zhǎng) 總體方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、電路板制作、最終調(diào)試 2 宋朝鳳 10605111049 應(yīng) 用 電 子 技 術(shù)111 班 總體方案設(shè)計(jì)、焊接安 裝、購買元器件、撰寫論文 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁，共 33 頁 目 錄 第一章：設(shè)計(jì)意義與相關(guān)技術(shù)發(fā)展 關(guān)鍵詞： 溫度自動(dòng)控制、 單片機(jī) STC12C5A16S LED 數(shù)碼顯示管 、 蜂鳴器 、 溫度傳感器 DS18B20 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁，共 33 頁 說 明 本 文主要 設(shè)計(jì) 了一種采用單片機(jī) STC12C5A16S2 作為核心的低成本、高精度、微型化的溫度報(bào)警器， 本設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友 善、管理功能健全、系統(tǒng)可靠性高、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、使用維護(hù)方便?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)在測(cè)試過程中工作穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求 。 設(shè)計(jì) 時(shí) 我們 按照模塊化程序設(shè)計(jì)思想，完成了對(duì)系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)，給出了各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)思想和流程圖。 與傳統(tǒng)的 溫度報(bào)警器 相 比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示 ，該設(shè)計(jì) 控制器使用單片機(jī) STC12C5A16S2，測(cè)溫傳感器使用 DS18B20，用 3 位共陽極 LED 數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示，能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。 畢業(yè) 設(shè)計(jì) (論文 ) 題 目：基于單片機(jī)的上下限溫度控制報(bào)警器 專 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 年 級(jí)： 11 級(jí) 學(xué) 號(hào)： 10605111049 姓 名： 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 2021 年 6 月 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁，共 33 頁 摘 要 本設(shè)計(jì)的 主要功能是在一定范圍內(nèi)檢測(cè)實(shí)時(shí)溫度并 顯示，同時(shí) 根據(jù)設(shè)定的上下限溫度實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 本設(shè)計(jì) 主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用 。同時(shí)本設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友善、管理功能健全、系統(tǒng)可靠性高、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn) 。溫度采集控制控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采樣轉(zhuǎn)換， 數(shù)碼顯示管對(duì)采集的溫度進(jìn)行數(shù)碼顯示， 穩(wěn)定進(jìn)行升溫、降溫的控制過程。 自動(dòng)控制技術(shù)尤其是溫度控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展， 時(shí)滯效應(yīng)始終困擾著其實(shí)際應(yīng)用，為此人們發(fā)明了多種控制方法來解決時(shí)滯問題，例如比例控制方式、本文將針對(duì)一種溫度控制方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，并設(shè)計(jì)一個(gè)以 STC12C5A16S2 單片機(jī)為核心、利用新型集成化智能 1Wire 總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 實(shí)現(xiàn)的溫度采集控制系統(tǒng)。本文詳細(xì)論述由單片機(jī)控制的溫度上下限報(bào)警器的基本原理 ，并用軟件 Protel DIP 2021 SP2 實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 4 1：設(shè)計(jì)背景 7 STC12C5A16S2 單片機(jī)主要性能 9 2：溫度傳感器 9 3：顯示電路 12 4：報(bào)警電路 13 5：按鍵電路 13 6：繼電器輸出電路 16 1：主程序 17 3：溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 17 5：顯示溫度刷新子程序 溫度是物體冷熱程度的表現(xiàn)參數(shù)。 隨著溫度檢測(cè)理論和技術(shù)的不斷更新 , 溫度傳感器的種類也越來越多，在微機(jī)系統(tǒng)中使用的傳感器，必須是能夠?qū)⒎请娏哭D(zhuǎn)換成電量的傳感器，目前常用的有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和半導(dǎo)體集成傳感器等，每種傳感器根據(jù)其自身特性，都有它自己的應(yīng)用領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)的主要功能是在一定范圍內(nèi)檢測(cè)實(shí)時(shí)溫度并顯示，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的上下限溫度實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。與傳統(tǒng)的 溫度報(bào)警器 相比，具有讀數(shù)方便 （ LED 數(shù)碼管顯示） ，測(cè)溫范圍廣 （溫度調(diào)節(jié)上限為 125 度，下限為55 度） ，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī) STC12C5A16S2，測(cè)溫傳感器使用 DS18B20，用 3 位共陽極 LED 數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫 度顯示，能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。 2：溫度檢測(cè)的意義與技術(shù)發(fā)展 溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人們的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高 ,人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度 :如大氣及空調(diào)房中溫度 的高低 ,直接影響著人們的身體健康 。測(cè)溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)，設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。日本利用所謂石英溫度頻率轉(zhuǎn)換器 80℃ ~200℃的溫度范圍 ,最大分辨率達(dá) ℃ 。我國(guó)生產(chǎn)的石英溫度傳感器分辨率達(dá)到 ℃ ,誤差在 ℃以內(nèi) ,中國(guó)航天工業(yè)總公司 702 所研制的5901(STP1000)型粘貼式測(cè)溫片 ,其靜態(tài)測(cè)溫精度為 %,快速響應(yīng)時(shí)間小于 。 基于單片機(jī)的溫度 上下限 控制 報(bào)警 器 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁，共 33 頁 溫度采集系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。這條道路就 是芯片化道路。單片機(jī)誕生于二十世紀(jì)七十年代末，經(jīng)歷了 SCM、 MCU 和 SOC 三大階段。并且測(cè)量溫度精度不高，有偏差。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用方案二。三個(gè)按鍵進(jìn)行溫度上、下限報(bào) 警值設(shè)置。 功能上：當(dāng)溫度傳感器 DS18B20 采集到環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度，表示高溫的發(fā)光二極管亮并且蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)溫度傳感器 DS18B20 采集到環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度，表示低溫的發(fā)光二極管亮并且蜂鳴器報(bào)警。這些部分是一個(gè)連貫的過程，又有著不確定時(shí)間，時(shí)間要求比較嚴(yán)格。 圖 1 總體設(shè)計(jì)方框圖 第三章：硬件電路 一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，單純依靠一塊單片機(jī)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。本設(shè)計(jì)用到的外圍電路有：顯示電路、報(bào)警電路、按鍵電路和繼電器輸出電路。下面是對(duì)各部分硬件電路的介紹。單片機(jī)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要分支，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表 、家用電器、電子玩具等各領(lǐng)域。其生產(chǎn)廠家有： Intel 公司、 Atmel 公司、 Philips 公司等。 A