单片机课程设计报告.docx

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单片机课程设计报告

课　程　设　计　报　告

教务处制表

二Ο一一年十二月廿九日

课程名称：

　单片机系统综合设计　　　课程号码：

　30206503　　　　

开课时间：

　　　2011.12.19　　　　　　课程学分：

　　　　3　　　　　　

一、课程题目及设计要求：

题目：

基于DS18B20的温度控制器

基本要求：

1、测量温度范围在-55～+125°，精度为0.5度；

2、动态温度显示；

3、能通过按键设置温度上下限；

4、根据温度上下限设置，控制继电器输出。

发挥要求：

1、能在同一个IO中连接2个或2个以上的DS18b20,通过18B20中独特的序列号进行识别和检测温度；

2、实现恒温控制。

二、课程预期达到目标：

智能恒温控制系统通过DS18B20采集温度信息并将其传送到AT89S52单片机中，单片机再将采集的温度信息与用户设定的温度值进行比较，从而控制加热／通风执行机构是否需要加热或降温，以此来保持环境温度在设定范围内。

用户可通过按键输入来设置温度上下限值，LCD1602液晶用于显示当前采集温度值、用户设定上下限的提示界面等。

测得当前温度过高或过低时时，系统发出声、光报警。

该系统还可以识别同一个IO上连接的2个DS18b20,通过传感器中独特的序列号进行识别和检测温度。

三、小组组内部分工：

四、课程总结报告（需包含报告题目、摘要、设计图纸、流程图等）：

1概述

1.1设计题目

基于DS18B20的温度控制器

1.2摘要

在工农业生产和日常生活中，温度的测量及控制越来越重要。

传统的温度控制系统采用热敏电阻器或热电偶测量温度，但是由于模拟温度传感器输出的是模拟信号，必须经过A／D转换等环节才能获得数字信号，再加上这种温度采集电路有时需要冷端补偿电路，这样增加了电路的复杂性，且电路易受干扰，使采集到的数据准确性不高。

随着技术的发展，目前国际上新型温度传感器已从模拟式向数字式。

从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。

智能化温度传感器DSl8820将温度传感器、寄存器、接口电路集成在一个芯片中，能直接输出数字信号。

本论文设计了以AT89S52单片机和DSl8820为主构成的智能温控系统，该系统的温度上下限可以根据用户需要而自行设定。

2系统总体设计

2.1系统总体原理设计

智能恒温控制系统通过DS18B20采集温度信息并将其传送到AT89S52单片机中，单片机再将采集的温度信息与用户设定的温度值进行比较，从而控制加热／通风执行机构是否需要加热或降温。

用户可通过按键输入来设置温度值，1602液晶用于显示用户设定的温度值、当前采集温度值。

测得当前温度过高或过低时时，系统发出声、光报警。

2.2系统总体结构设计

总体设计原理确定以后就可以设计出温控系统的结构框图，温控系统主要有2大任务：

采集温度信息和能对温度实时控制。

本智能温控系统的总体结构构成如下图所示。

3系统硬件设计

本系统的硬件设计主要包括AT89S52单片机的最小系统、4个独立按键、1602液晶显示模块、温度检测模块、加热/通风执行机构、以及报警电路的设计。

3.1单片机最小系统

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口片内晶振及时钟电路另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

并且可直接驱动LED、SSR或继电器，因此本系统采用该单片机作为微处理器。

单片机最小系统主要包括电源、复位电路、晶振电路等。

第40引脚为电源端，第20脚接地。

第31脚拉高，使用内部程序存储器。

第9脚为复位脚，当其接高电位时，单片机停止当前工作并恢复到初始状态。

18、19脚为晶振脚。

3.2DS18B20温度采集模块

在众多应用于温度监测的温敏元件中，虽然温敏电阻成本低，但后续电路复杂，且需要进行温度标定，因此本系统采用DS18B20进行温度采集。

由美国DALLAS半导体公司生产的DSl8B20型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中，例如多路温度测控仪、中央空调、大型冷库、恒温装置等。

DSl8B20的电源电压范围均扩展到+3～+5.5V，DSl8B20还能对温度分辨力进行编程，选择9位~12位模式下工作，在12位模式下的最高分辨力可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

从而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。

DS18B20的TO-92封装有3个引脚：

GND、DQ和VDD。

DS18B20可采用2种方式供电：

一种是采用电源供电方式（即GND与地线连接，DQ与单片机的IO口连接，VDD与5V电源连接）；另一种是寄生电源供电方式（即VDD和GND接地，DQ与单片机的IO口连接）。

由于外部电源供电方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，电路简单，因此本系统采用外部电源供电方式。

外部电源供电方式的I／O线可不需要接强上拉，不存在电源电流不足的问题。

DS18B20内部自带A／D转换器，通过内部的温度采集、A／D数据转换等过程，以形成与温度相对应的数字值，最后将该数字值由DS18B20的DQ端送给单片机。

测温原理如下图所示。

DSl8B20内部测温电路框图如下图所示。

低温度系数振荡器用于产生稳定的频率ƒ0,高温度系数振荡器则相当于T／ƒ转换器，能将被测温度t转换成频率信号ƒ0图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DSl8B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲ƒ0进行计数，进而完成温度测量。

计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定。

每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器、温度寄存器中。

在计数门关闭之前若计数器已减至零，温度寄存器中的数值就增加0.5℃。

然后，计数器依斜率累加器的状态置入新的数值，再对时钟计数，然后减至零，温度寄存器值又增加0.5℃。

只要计数门仍未关闭，就重复上述过程，直至温度寄存值达到被测温度值。

这就是DSl8B20的测温原理。

斜率累加器能对振荡器的非线性予以补偿，提高测量准确度。

3.31602液晶显示模块

液晶显示器（LCD）是一种功耗很低的显示器。

在智能仪器的设计中常用的是现成的液晶显示模块，它是一种集成度比较高的显示组件，液晶显示模块将液晶显示器件、控制器、PCB电路板、背光源和外部连接端口等组装在一起，使用起来十分方便、而且显示效果很清晰和稳定。

LCD液晶显示弥补了LED显示效果不够美观、不能显示图形和汉字等缺点。

下图为在Protel中画出的LCD1602的引脚图：

3.4独立按键输入模块

要实现输入设定温度的功能，那么键盘是必不可少的，键盘分编码键盘和非编码键盘。

键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘；而靠软件编程来识别的称为非编码键盘。

在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。

也有用到编码键盘的。

非编码键盘键盘分为独立键盘和行列式（又称为矩阵式）键盘。

独立式键盘是最简单的键盘电路，每个键独立地接入一根数据线。

平时所有的数据线都被拉为高电平，当任何一个键按下时，与之相连的数据输入线将被拉为低电平。

要判断是否有按键按下，只要用位处理指令即可。

这种键盘的特点是结构点单，使用方便，但是其占用I/O口资源较多，故通常用于按键使用数目较少的情况。

矩阵式键盘，也即通常所讲的行列式键盘，由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上，行、列分别连接到按键开关的两端。

行线通过上拉电阻接至高电平。

无按键动作时，行线处于高电平状态；有按键动作时，交点的行线和列线接通,行线电平状态由与之项链的列线状态决定。

所以必须将行列信号配合起来做相应的处理。

应用最多的是4*4矩阵键盘，共有16个按键，只占用8个I/O口。

由于本系统所用到的按键功能较简单，故选用独立式键盘。

3.5加热/通风执行机构

加热／通风主要是通过控制风扇转动以达到降温的目的，或者通过控制加热器加热达到升温的目的。

3.6报警电路

本系统采用蜂鸣器作为声音报警电路，它由晶体管和蜂鸣器组成。

采用发光二极管作为系统异常显示，它由红、黄发光二极管及限流电阻构成。

单片机工作在正常情况下时，绿色上电指示灯亮，蜂鸣器不发声。

当温度测量值超出给定的上限（下限）时，由AT89S52单片机的IO口控制蜂鸣器发声，红色（黄色）发光二极管点亮，表示温度过高（过低）。

4系统软件设计

本系统采用AT89S52作为核心处理器件。

在电压正常情况下将经过DS18B20现场实时采集到的温度值存入AT89S52的内部数据存储器，并送LCD1602显示，同时与设定的温度上下限值进行比较，然后由AT89S52输出控制信号去控制加热／通风执行机构。

进行温度控制程序设计时还应考虑越限报警。

当采集到的温度值与设定的温度值进行比较后，若发现当前温度值越限，则产生报警信号。

因此，本系统的软件设计主要包括：

系统初始化，键盘扫描、温度读取、温度显示、报警、加热控制和通风控制等，这些操作分别由相应子程序模块完成。

5系统仿真

我们这次选择采用protues软件进行仿真，基本功能是把温度控制在一定的范围内（上限、下限），如果温度高于上限或低于下限则会出现相应的报警信息提示以及相应的措施，并且在整个系统中的温度范围拥有记忆功能。

系统的可供操作步骤有二：

一、设置温度范围

系统温度范围控制采用4个单独的按键完成，如下图：

第一个按键MENU是进入调节温度上下限的入口，按下后液晶显示器会直接进入上限调节界面:

第三个按键（+）和第四个按键（-）分别对当前显示的温度数值进行加和减的操作。

设定好后接下来按第二个确认按键（OK）进入温度下限的操作界面:

数值操作和上限一样，设置好后在按下按键2返回当前温度界面:

二、当前温度设置与显示

18B20温度传感器检测当前温度，当前温度可以调整，直接点温度传感器上的“+”“-”号即可：

当温度超过设置的上下限时，报警电路工作：

若当前温度超过设置的上线，红灯亮，蜂鸣器响；若当前温度低于设置的下限，黄灯亮，蜂鸣器响。

三、温度调结系统部分

当环境温度超过设定范围的时候，我们需要让温度重新回到在设定的范围内，所以需要加热和通风执行机构，本设计使用继电器控制热电阻丝和吹风机是否接入来实现。

①当温度高于设定上限的时候，吹风机给环境降温（仿真中为电动机M）：

②当温度低于设定的下限时，我们用热电阻丝（仿真中为蓝色发光二极管，因为软件中不带发光加热电阻丝）给环境加热：

四、选择温度传感器

在正常显示但前温度时可直接按+或-按键，在两个温度传感器（Divce1、Divce2）之间切换。

注意：

每次切换温度传感器后，系统将会重新初始化。

因此显示温度的数值会有一定时间上的延迟。

6结语

两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．通过这次课程设计设计，本人在多方面都有所提高。

通过这次设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。

创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善。

掌握温度控制系统设计的方法和步骤，懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了各部分的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

7参考文献

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[4]陈忠平等.基于Atmega16与DS18B20的智能温控系统设计[J].现代电子技术，2011年2月第34卷第4期.

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_V_Y"F_iUo[6]戴佳，戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M]．电子工业出版社，2006年4月第一版．%m_K_o_H_v）j

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[8]求是科技编著.8051系列单片机C程序设计完全手册[M].人民邮电出版社，2006年4月第一版.

五、课程遇到的问题（至少两个）及解决情况：

1单片机型号选择问题为什么选择AT89S52，而不是我们更为熟悉的8051单片机？

答：

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

而实现设计中的温度控制已经足够了，而8051已经停产了，市场上还能不能买也不一定。

从功能上讲，S52不仅完全兼容8051和89C51，在功能上，也做了一些改动，比如内部看门狗，ISP在线编程等。

至于89S52也很容易买到。

2数码管与液晶屏的选择与原因。

答：

LCD1602显示数字多，接口少。

数码管接口比较麻烦。

六、小组内部成绩评定（优、良、中、差）及组长评语（须手写）：

七、课程成绩最终评定（教师填写）：

　　　　　　　　　　　　　指导教师签名：

　　　　　　年　　月　　日