基于单片机的温度控制仪本科毕业设计论文.docx

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基于单片机的温度控制仪本科毕业设计论文

基于单片机的温度控制仪

目次

1绪论3

2系统的总体设计3

2．1系统基本工作原理3

2．2系统总体设计方案3

2.2.1主控制单片机选取3

2.2.2温度传感器选取3

2．3系统总体设计框图3

3系统的硬件设计3

3.1主控制单元设计3

3.1.1STC89C52单片机的简介3

3.1.2STC89C52单片机的引脚介绍3

3.1.3STC89C52单片机的工作模式3

3.1.4降低单片机对外部的电磁辐射（EMI）3

3．2温度采集单元设计3

3.2.1DS18B20总体特性3

3.2.2DS18B20的引脚说明3

3.2.3温度传感电路设计3

3．3按键输入单元设计3

3.3.1按键电路工作原路3

3.3.2按键原理图3

3．4显示电路单元设计3

3.4.1LCD1602模块的特点3

3.4.2LCD1602模块的引脚定义3

3.4.3显示电路单元原理图3

4系统的软件设计3

4．1系统软件设计步骤3

4．2系统设计流程3

4.2.1系统设计总流程图3

4.2.2DS18B20温度测量子程序流程图3

4.2.3显示子程序流程图3

4.2.4报警子程序流程图3

5系统调试3

5．1PROTEUS软件简介3

5．2PROTEUS的仿真3

5．3PROTEUS的仿真结果3

6实物制作3

6．1实物焊接3

6．2遇到的问题及解决方法3

结论3

致谢3

参考文献3

附录A系统原理图3

附录B实物照片3

1绪论

温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产和日常生活中经常测量的物理量，也是人类研究最早测量方法最多的物理量之一。

温度对于工业生产的影响是很大的，很重要的，因为在生产中，对温度的要求是很严格的，特别是一些先进的工业生产。

在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。

比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。

没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。

因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。

温度对人类的生活也很重要，如果温度突然改变了，人就会受到很大的影响，人类总是要利用外物降温保暖来保持一定的温度，以便能够健康的生活。

因此对温度进行适时的控制对人们的生产和生活具有重要的意义。

本设计基于单片机系统的温度传感及温度过程控制研究，是对单片机及温度控制一个很好的学习和提升自身的知识水平的机会。

2系统的总体设计

2．1系统基本工作原理

本系统设计以单片机STC89C52RC作为核心控制单元，以温度传感器DS18B20作为温度采集单元。

温度传感器DS18B20采集得到的温度数字信号送至单片机STC89C52RC进行处理，单片机STC89C52RC进行运算后得到相应的温度值。

此外由按键输入单元输入设定温度至单片机STC89C52RC，单片机STC89C52RC将采集到的温度值与键盘输入的温度设定值进行比较，并根据比较结果做出相应的处理，例如超温报警处理。

采集温度和设定温度都可由显示电路显示出来。

2．2系统总体设计方案

本设计在考虑整体方案选取时最主要考虑两个部分，一个是主控制单片机的选取，另一个是温度传感器的选取。

2.2.1主控制单片机选取

在本设计的温度控制系统中，选择的核心控制单片机是STC89C52，该单片机为51系列增强型单片机，包含32个I/O口，片内含8Kflash程序存储器，便于电擦除和改写操作，而且价格便宜，使用该单片机完全可以完成本设计任务。

2.2.2温度传感器选取

考虑到使用温度传感器，所以很容易想到数字温度传感器DS18B20，此传感器可直接被单片机读取所测温度，进行转换，且DS18B20中还包含用于存储温度上下限值的寄存器，完全满足本设计要求。

2．3系统总体设计框图

温度控制电路设计总体设计方框图如图2-1所示：

核心控制单元采用单片机STC89C52RC，温度传感器采用DS18B20，系统中还包括电源电路，键盘输入电路，显示电路等，此外该系统支持ISP单片机在线烧程。

图2-1总体设计方框图

3系统的硬件设计

3.1主控制单元设计

本设计温度控制系统的主控制单片机为STC89C52，其特点如下：

3.1.1STC89C52单片机的简介

STC89系列单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。

本设计选用的单片机型号为：

STC89C52RC-40I-PDIP40,如图3-1为STC89系列单片机命名规则。

图3-1STC89系列单片机命名规则

所选单片机型号STC89C52RC-40I-PDIP40的特性如下：

∙工作电压范围：

3.8V～5V

∙工作频率范围：

0～40MHz

∙程序空间大小为：

8K字节

∙RAM大小为：

512字节

∙32个通用I/O口P1/P2/P3/P4

∙具有EEPROM功能

∙具有看门狗功能

∙3个16位定时器/计数器，即定时器T0、T1、T2

∙工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）

∙40个引脚的PDIP封装

3.1.2STC89C52单片机的引脚介绍

如图3-2所示为STC89C52单片机的引脚图，其引脚介绍如下：

图3-2STC89C52单片机引脚图

∙VCC（40引脚）：

电源电压

∙VSS（20引脚）：

接地

∙P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：

P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。

在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。

∙P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见表3-1：

引脚号

功能特性

P1.0

T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出

P1.1

T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）

表3-1定时器计数器功能特性

∙P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。

在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器时，P2送出高8位地址；在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的内容就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容，在整个访问期间不会改变。

∙P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：

P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如表3-2所示：

引脚号

复用功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

（外部中断0）

P3.3

（外部中断1）

P3.4

T0（定时器0的外部输入）

P3.5

T1（定时器1的外部输入）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（外部数据存储器读选通）

表3-2P3口的复用功能

∙RST（9引脚）：

复位输入。

当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。

∙ALE/（30引脚）：

地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。

在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。

在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可作为外部定时器或时钟使用。

∙（29引脚）：

外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。

当单片机从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。

∙/VPP（31引脚）：

访问外部程序存储器控制信号。

为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。

∙XTAL1（19引脚）：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

∙XTAL2（18引脚）：

振荡器反相放大器的输入端。

3.1.3STC89C52单片机的工作模式

STC89C52单片机共有3种工作模式，在每种工作模式下，都有超低的功耗：

∙掉电模式：

典型功耗<0.1μA，可由外部中断唤醒，中断返回后继续执行原程序

∙空闲模式：

典型功耗2mA

∙正常工作模式：

典型功耗4mA～7mA

3.1.4降低单片机对外部的电磁辐射（EMI）

EMI在电子行业中是需要被考虑的一个重要的要素，通过3种设计方法可以降低单片机STC89C52对外部干扰：

∙禁止ALE时钟信号输出:

使用汇编语言命令：

MOVAUXR,#00000001B；ALEOFF位置“1”，禁止ALE时钟输出。

∙外部时钟频率降一半：

如将单片机在ISP烧录程序时设为双倍速（即6T模式，每个机器周期6时钟），则可将单片机外部时钟频率降低一半，有效的降低单片机时钟对外界的辐射

∙单片机内部时钟振荡器增益降低一半：

在ISP烧录程序时将OSCDN设为1/2gain可以有效的降低单片机时钟高频部分对外界的辐射。

3．2温度采集单元设计

本设计温度控制系统所采用的温度传感器为DS18B20，该传感器是美国DSLLAS半导体公司推出的应用单总线技术的数字式温度传感器，其特点介绍如下：

3.2.1DS18B20总体特性

∙单总线接口，单引脚通信特性

∙ROM中存有独立的64位序列号

∙多支路功能使分散感温应用简化

∙无需外围器件支持

∙可用数据线供电；供电电压范围：

5.5V~13V

∙温度测量范围:

-55℃~+125℃

∙在-10℃~+85℃温度范围内的测量精度为±0.5℃

∙可读出9到12位数字信号

∙在750ms内将温度转换位12位数字信号

∙用户自定义的非易失性温度警报设置

∙警告搜索命令识别和温度超限器件寻址（设定温度警告）

∙应用范围包括：

控温系统，工业系统，消费类产品，温度计及热敏系统

3.2.2DS18B20的引脚说明

本设计选用的是3引脚TO-92封装形式的DS18B20，其引脚定义如表3-3：

表3-3DS18B20的引脚定义

3.2.3温度传感电路设计

数字传感器DS18B20采用5V外接供电，数据引脚DQ接单片机P1.0，并通过4.7K电阻上拉，如图3-3所示：

图3-3DS18B20原理图

3．3按键输入单元设计

本设计采用的按键电路为独立式按键，独立式按键就是指每个按键相互独立，每个按键都通过一根线与主控制芯片相对应的引脚连接。

这