多点温度控制系统.docx
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多点温度控制系统
多点温度控制系统
1.概述
电子技术的飞速发展，给人类的生活带来了根本的的变革，特别是随着大规模集成电路的产生而出现了微型计算机，更是将人类社会带入了一个新的时代。
利用微机的强大功能。
人们可以完成各种各样的控制。
然而，微机造价高，对于大多数的工业控制来说，也并不需要微机那样强大的功能，于是单片机就运用而生了。
单片机其实就是一个简化的微机，将微机的CPU，存储器，I/O接口。
定时器/计数器等集成在一片芯片上就是单片机了，它主要用来完成各种控制功能。
相对微机来说，单片机价格低，非常适合于应用在简单的控制场合以降低成本。
另外，单片机是按照工业控制要求设计的，其可靠性很高，可在工业现场复杂的环境下运行。
单片机依靠其高的可靠性和极高的性价比，在工业控制，数据采集，智能化仪表，家用电器等方面得到极为广泛的应用。
现代工业设计，工程建设及日常生活中温度控制都起着重要的作用，早期的温度控制主要用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提高生产效率，产品质量之用。
随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房以及家庭生活中，在有些应用中，如高精度的生产厂房，对温度的要求极其严格，温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响。
因此，这就需要一种能够及时检测温度变化以及温度变化的设备，提供温度数据值，使人们对温度的变化做及时的调整，多点温度控制可根据人们不同的应用环境自行设置该环境的温度值，及时反映生产，生活中温度变化使人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示人们温度变化情况，协助人们能及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好的服务于社会生产，生活。
2.总体设计
2.1硬件
要实现多点温度控制，必需有主机部分、测温电路、键盘输入电路、温度显示电路以及报警电路。
主机部分：
用于协调控制各电路正常工作，实现温度控制，某点温度超过设定正常值时，控制相应装置进行加热或降温。
测温电路：
多点温度测量，输入主机。
键盘输入电路：
设计上下限温度，通过主机对温度进行控制。
温度显示电路：
对设定温度值进行显示。
报警电路：
当测得温度超过所限值，进行报警提示。
为了方便起见，由主机控制的相应装置省略。
2.1.1系统框图
由分析可得出系统框图如图1所示。
图1系统框图
2.1.2芯片的选择
1.本设计选用普通的89C51作为单片机芯片。
89C51芯片图如图2所示：
图289C51
（1）电源引脚:
VCC（第40引脚）：
接电源+5V
GND（第20引脚）：
接电源负极，即接地。
（2）外接晶振引脚:
XTAL1（第19脚）：
片内反相放大器输入端
XTAL2（第18脚）：
片内反相放大器输出端
（3）输入输出引脚:
P0.0~P0.7（第39—32脚）：
P0口的8个引脚。
P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O口，每位驱动8个LSTTL负载。
在访问外部存储器或进行I/O口扩展时，它分时作为低8位地址总线和双向数据总线。
P1.0—P1.7（第1-8脚）：
P1口的8个引脚。
P1口是一个8位的准双向I/O口，每一位可直接驱动4个LSTTL负载。
P2.0-P2.7（第21—28脚）：
P2口的8个引脚。
P2口也是一个8位双向I/O口，每一位可直接驱动4个LSTTL负载，在访问外部存储器时它作为高8位地址总线。
P3.0—P3.7（第10-17脚）：
P3口8个引脚。
P3口除作为普通8位准双向I/O口外，还具有第二功能。
P3.0：
RXD（串行输入口，串行通信时，信号由此输入单片机）。
P3.1：
TXD（串行输出口，串行通信时，单片机由此把信号输出）。
P3.2：
/INT0（外部中断0输入口）。
P3.3：
/INT1（外部中断1输入口）。
P3.4：
T0（定时器0外部输入口）。
P3.5：
T1（定时器1外部输入口）。
P3.6；/WR（片外数据存储器写选通输出口）。
P3.7：
/RD（片外数据存储器读选通输出口）。
（4）控制引脚:
/PROG（第30引脚）：
地址锁存有效信号输出端。
/EA（第31脚）：
外部程序存储器选用端。
/PSEN（第29脚）：
程序存储允许输出端。
RST（第9脚）：
复位信号输入端。
2.本设计中8255可编程并行接口芯片如图3所示：
图38255芯片
（1）D0-D7：
8位三态双向输出/输入通道是8255与CPU接口的数据总线。
（2）RESET：
高电平动作。
复位时，8255的PA，PB，PC口与控制寄存器将被取消，PA，PB，PC口皆为设定为输入口模式。
（3）/CS；芯片选择。
低电平动作。
当/CS=0时，8255被选择；/CS=1时，8255无法与CPU做数据传输。
（4）/RD：
读取使能，低点平动作。
/RD=0，且/CS=0时，CPU从8255读取数
（5）/WR：
写入使能，低点平动作。
/WR=0，且/CS=0时，CPU将数据写入8255
（6）A0，A1：
地址选择线，用来选择8255的PA口，PB口，PC口和控制寄存器。
A0、A1的端口选择如表1所示：
表1
A1 A0
被选中的端口名
0 0
PA口
0 1
PB口
1 0
PC口
1 1
控制寄存器
当A1=1，A0=1时，选择控制寄存器，控制字格式由D7决定。
当D7=1时。
控制字代表8255A组和B组的工作模式控制字，而当D7=0时，控制代表PC口位的设定或清除。
可作为PA口与PB口的控制信号。
3.温度传感器芯片DS18B20如图4所示：
图4DS18B20芯片
DS18B20是美国DALLAS半导体公司新近推出的单线数字化测温集成电路。
它具有独特的单线接口方式，即与微处理器接口时仅需占用1个I/O端口，支持多节点，使分布式温度传感器设计大为简化；测温时无需任何外部原件，可以通过数据线直接供电，具有超低功耗工作方式；测温范围为-55～+125℃，测温精度为0.5℃，可直接将温度转换值以9位数字码的方式串行输出，将温度转化为数字编码只需200ms。
因此该温度传感器特别适合与各种微处理器接口时需要A/D转换器和较复杂的外围电路的弊端，可广泛用于工业控制、消费类电子产品、电子测温计、医疗仪器等各种温度测控系统中，可提高产品的可靠性，降低成本，缩小体积。
DS18B20的性能与特点：
（1）独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信
（2）多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能
（3）无须外部器件
（4）可通过数据线供电，电压范围为3.0～5.5V
（5）零待机功耗
（6）温度以9或12位数字
（7）用户可定义的非易失性温度报警设置
（8）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件，负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
DS18B20各引脚功能说明如表2所示：
表2
引脚
8脚SOIC
引脚
PR35
符号
说明
5
1
GND
地
4
2
DQ
单线运用的数据输入/输出引脚
3
3
VDD
可选VDD引脚
4.LED七段数码管
LED显示器是于发光二极管组成的，用来显示特定的的显示器。
7段数码管发光二极管使用灵活，简单方便，当有电流通过时，相应的发光二极管就点亮；当电流消灭没有电流时，发光二极管就灭。
同样。
共阳极LED显示器。
就是将所有发光二极管的阳极接到一起，接到电源正极。
这样，当某个发光二极管的阴极加有低电平，该发光二极管即被点亮。
常用7段数码管LED显示器，共阴极和共阳极结构如图5所示：
图5七段数码管结构图
LED显示器字符段码表如表3所示：
表3
示字符
共阴极段码
共阳极段码
显示字符
共阴极段码
共阳极段码
0
3FH
C0H
C
39H
C6H
1
06H
F9H
D（d）
5EH
A1H
2
5BH
A4H
E
79H
86H
3
4FH
B0H
F
71H
8EH
4
66H
99H
.
80H
7EH
5
6DH
92H
P
73H
82H
6
7DH
82H
U
3EH
C1H
7
07H
F8H
T
31H
CEH
8
7FH
80H
Y
6EH
91H
9
6FH
90H
8.
FFH
00H
A
77H
88H
"灭"
00H
FFH
B（b）
7CH
83H
|
|
|
通过a,b,c,d,e,f,g,dp各点和公共点的电位，就可以控制个发光二极管的亮暗，而不同的发光的亮暗组合就可以显示不同的数字（dp点是来表示小数点，在显示数字中不起作用）。
比如，要显示“3”，则只需点亮a,b,c,d,g5个发光二极管，而其他均为暗，对于共阴极LED显示器来说，就是在在这些引脚上输入高电平即可。
5.BCD七段译码器74LS47
7447有4个BCD码输入端A、B、C和D，其中D为最高有效位，A为最低有效位，它们分别与输出端口中的4位相连。
7447的7个输出引脚a～g直接与LED的相应引脚相连，每个段中都串接一个限流电阻，其阻值为100Ω。
当灭灯输入/动态灭灯输出（BI/RBO）开路或为高电平而试灯输入为低电平，则所有输出端都为1。
BI/RBO是线与逻辑，作灭灯输入（BI）或动态灭灯（RBO）之用，或者兼为二者之用。
74LS47芯片图如图6所示：
图674LS47芯片
7447功能表如表4所示：
表4
（1）要求0—15时，灭灯输入（BI）必须开路或保持高电平，如果不要灭十进制数零，则动态灭灯输入（RBI）必须开路或为高电平。
（2）将一低电平直接输入BI端，则不管其他输入为何电平，所有的输出端均输出为低电平。
（3）当动态灭灯输入（RBI）和A,B,C,D输入为低电平而试灯输入为高电平时，所有各段输出都为0，并且动态灭灯输出（RBO）为低电平（响应条件）。
（4）当灭灯输入/动态灭灯输出（BI/RBO）开路或为高电平而试灯输入为低电平，则所有输出端都为1。
表中H=高电平，L=低电平。
BI/RBO是线与逻辑，作灭灯输入（BI）或动态灭灯（RBO）之用，或者兼为二者之用。
2.1.3部分硬件电路图
1.键盘控制输入和显示电路
8255通过D0—D7与CPU连接，及时实现与89C51数据的传输。
通过设置8255的控制字，使得PB为输出口，PC（0-3）口为键盘行扫描，PC（5-7）口为设定为输入口，作为键盘的列扫描。
PB（0-3）与7447芯片7，1，2，6引脚连接实现扩展。
PB（4-6）与74LS138芯片1，2，3引脚连接。
输出Y0，Y1实现LED的显示。
电路图如图7：
图7键盘控制输入和显示电路
2.89C51与8255的连接
通过P20，P21分别与A0，A1连接，可以控制8255控制字的的设置，89C51的/RD与8255的/RD连接，/WR与/WR连接，实现89C51与8255数据的读入和写出，/CS信片片选。
电路图如图8：
图88751与8255的连接图
3.报警电路
该电路利用晶体三极管的特性，将单片机的P3.7脚接NPN三极管的基极,根据其性质,当P3.7输出高电平时,三极管导通,从而驱动喇叭发出声音,否则蜂鸣器就不发声,在右图所师电路中,由软件编程控制当周围的温度超过所设定的温度时,三极管基极就为高电平,可以实现报警功能,反之P3.7保持低电平,三极管截止,蜂鸣器停止发声。
电路图如图9所示：
图9报警电路
4.复位及时钟信号产生电路
本电路主要由12M晶振、30PF的瓷片电容、电阻、开关组成，电路如图11所示。
12M晶振和30PF的瓷片电容构成稳定的自激振荡器，产生时钟信号。
上电自动复位电路则由22uF电容和两个电阻构成。
加电瞬间电容通过充电实现正脉冲，用以复位。
手动复位则由开关和电阻组成。
按下开关之后就产生一个正脉冲，就可以实现复位。
本电路采用的是二者的组合。
如图10所示：
图10复位及时钟信号产生电路
5.传感器与主机连接电路
在主机上可以挂接多个DS18B20，从而构成多点温度测控系统。
根据每个DS18B20把温度采集后送给主机分析，从而控制环境温度。
本图为了方便只给出一个DS18B20的连接方式，电路图如图11所示：
图11传感器与主机连接电路
2.1.4总体硬件电路图
由上述分析可以得出总体硬件电路图如图12所示：
图12总体硬件电路图
2.2软件
2.2.1程序流程图
系统程序流程图如图13所示：
图13系统程序流程图
2.2.2系统程序
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0030H
MAIN:
LCALLRESET
MOV40H,#1
MOV41H,#1
MOV42H,#0
MOV43H,#0;设定温度上下限
MOV44H,#5
MOV45H,#0
MOVP2,#0FBH
JNBP2.6,PPP
SJMPKKK
PPP:
LJMPKEY
KKK:
LCALLRESET
LCALLRES18B20
START:
LCALLRESET
MOVA,0CCH
LCALLWRITE
MOVA,44H
LCALLWRITE
LCALLRESET
MOVA,0CCH
LCALLWRITE
MOVA,0BEH
LCALLWRITE
LCALLREAD
MOV50H,A
LCALLREAD
MOV51H,A
LCALLRESET
LCALLTEMPER
LCALLCOM
LCALLBEEP
LCALLXIANSHI
LJMPMAIN
RESET:
CLREA;
SETBP1.3;
BACK:
MOV60H,#200;
L1:
CLRP1.3
DJNZ60H,L1
SETBP1.3
MOV61H,#30H
DJNZ61H,$
CLRC
ORLC,P1.3
JCBACK
MOV61H,#80
L2:
ORLC,P1.3
JCL3
DJNZ61H,L2
SJMPBACK
L3:
MOV61H,#240
DJNZ61H,$
RETI;
；重新写DS18B20暂存存储器设定值
RES18B20:
JB20H.1,RES1
RETI
RES1:
MOVA,#0CCH
LCALLWRITE
MOVA,#4EH
LCALLWRITE
MOVA,#00H
LCALLWRITE
MOVA,#00H
LCALLWRITE
MOVA,#7FH
LCALLWRITE
RETI
WRITE:
CLREA
MOVR3,#08H
WR1:
SETBP1.3
MOVR4,#8
RRCA
CLRP1.3
DJNZR4,$
MOVP1.3,C
MOVR4,#20
DJNZR4,$
DJNZR3,L1
SETBP1.3
RET
READ:
CLREA
MOVR6,#08H
RD1:
CLRP1.3
MOVR4,#4
NOP
SETBP1.3
DJNZR4,$
MOVC,P1.3
RRCA
MOVR5,#30
DJNZR5,$
DJNZR6,RD1
SETBP1.3
RET
;键盘扫描子程序
KEY:
MOVP2,#0F0H
MOVR7,#0FFH
MOVR0,#40H
MOV63H,#07H
KEY1:
DJNZR7,KEY1
MOVA,P2
ORLA,#0FH
CPLA
JZEKEY
LCALLDELAY
SKEY1:
MOVA,#00H
MOVR5,A
MOVR7,A
MOVR3,#0FEH
SKEY2:
MOVA,R3
MOVP2,A
NOP
NOP
NOP
MOVA,P2
MOVR7,A
ORLA,#0FH
CPLA
S123:
JNZSKEY3
INCR5
SETBC
MOVA,R3
RLCA
MOVR3,A
MOVA,R4
CJNEA,#04H,SKEY1
EKEY:
RET
SKEY3:
MOVA,R1
JNBACC.4,SKEY5
JNBACC.5,SKEY6
JNBACC.6,SKEY7
JNBACC.7,SKEY8
AJMPEKEY
SKEY5:
MOVA,#00H
MOVR2,A
AJMPDKEY
SKEY6:
MOVA,#01H
MOVR2,A
AJMPDKEY
SKEY7:
MOVA,#02H
MOVR2,A
AJMPDKEY
SKEY8:
MOVA,#03H
MOVR2,A
AJMPDKEY
;键位置译码
DKEY:
MOVA,R5
ACALLDECODE
AJMPEKEY
;键值译码
DECODE:
MOVA,R5
MOVB,#04H
MULAB
ADDA,R2
MOV@R0,A
INCR0
DJNZ63H,KEY
RET
;将从DS18B20中读出的温度数据进行转换
TEMPER:
MOVA,#0F0H
ANLA,50H
SWAPA
MOV53H,A
MOVA,50H
JNBACC.3,COV1
INC53H
COV1:
MOVA,51H
ANLA,#07H
SWAPA
ORLA,53H
MOV53H,A
MOVB,#64H
DIVAB
MOV46H,A
MOVA,#0AH
XCHA,B
DIVAB;
MOVA,#47H
MOVB,#48H
RET
;温度值与上下限比较
COM:
MOVA,46H
CJNEA,40H,LOOP1
MOVA,47H
CJNEA,41H,LOOP2
MOVA,48H
CJNEA,42H,LOOP3
LOOP3:
JCCOML1
SJMPSPEAKER
LOOP2:
JCCOML2
SJMPSPEAKER
LOOP1:
JCCOML3
SJMPSPEAKER
COML1:
CJNEA,45H,LOOP4
LOOP4:
JCSPEAKER
COML2:
CJNEA,44H,LOOP5
LOOP5:
JCSPEAKER
COML3:
CJNEA,43H,LOOP6
LOOP6:
JCSPEAKER
SPEAKER:
SETBP1.6
RET
;蜂鸣器响铃子程序
BEEP:
LCALLDEX1
CPLP1.6
LCALLDELAY
MOVR6,#100
DJNZR6,DEL2
RET
DEL2:
MOVR7,#180
NOP
DJNZR7,DEL2
RET
DELAY:
MOVR6,#50
MOVR5,#1O
DEX1:
MOVR7,#100
DJNZR7,$
DJNZR6,DEX1
DJNZR5,DELAY
RET
;74LS164驱动4个LED
XIANSHI:
MOVTMOD,#01H
MOVTL0,#00H
MOVTH0,#4BH
MOVR0,48H
MOV70H,#04H
MOVSCON,#00H
SETBTR0
SETBET0
SETBEA
SJMP$
;中断子程序
ORG000B
INTT0:
PUSHACC
PUSHPSW
CLREA
CLRTR0
MOVTL0,#00H
MOVTH0,#4BH
SETBTR0
DJNZ70H,EXIT
SJMPQQQ
EXIT:
MOVDPTR,#TABLE
MOVA,R0
MOVCA,@A+DPTR
CLRTI
MOVSBUF,A
DECR0
DJNZ70H,EXIT
RETI
QQQ:
SETBEA
POPPSW
POPACC
TABLE:
DB11H,77H,92H,32H,74H,38H,18H,73H,10H,30H
END
课程设计体会
课程设计虽然结束了，但在做课程设计中遇到不少难题，经过反复的查找资料以及同学的帮助总算把问题解决了。
从这次的课程设计中我学到了不少东西，不仅对微机控制基础知道加深了理解，更清楚了如何理论联系实际，把书本上学到的知识活用到实际中从而解决问题。
更提高了分析问题的能力，学会了解决问题的方法。
本设计采用常用的单片机组成应用系统，同时外扩接口电路，以实现人机交互，便于人们的操作和掌握系统的运行。
本系统就是根据这一原理来设计电路，通过本系统可以像计算机输入数据，传送命令，控制系统的运行，实现多点温度的检测控制。
本设计介绍了以AT89C51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。
温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。
单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。
本设还介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：
主机控制程序、数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、蜂鸣器响铃子程序、中断子程序。
在实现设计的过程中让我学会了一些相应软件的应用，巩固了以前学过的知识，像这次设计就是单片机、微机原理、自动控制等多门学科的综合，给我们一个知识综合运用的一个实例。
课程设计结束了，从中获益匪浅，在人生的道路中受用无穷。
学习永无止境，一个设计并不能学会很多，但重要的是学到了解决问题的方法，今后遇到问题要学会解决问题，并从中学会更多的知识，在最后要强调一点：
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。
参考文献
[1]张桂红.《单片机原理及应用（第3版）》．科学技术出版社.2007.2
[2]李朝青．《单片机原理及接接口技术》．北京航空航天大学出版社.1990
[3]彭为，黄科，雷道中.《单片机典型系统设计》．电子工业出版社.2006.5
[4]周润景，袁伟亭，景晓松.《Proteus在MCS-51﹠ARM7系统中的应用百例》.电子工业出版社.2006.10
[5]丁元杰．《单片机原理及应用》．机械工业出版社.1996
[6]张海.《基于AT89C51和DS18B20的最简温度测量系统的设计》.现代电子技术.2007
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