基于单片机的温度控制显示系统设计Word格式文档下载.docx

1、第2章 系统概述2.1系统方案数字温度传感器DS18B20输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理性、化学性很稳定，能用做工业测温元件。采用51单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，硬件实现简单，体积小，安装方便。所以该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可根据需要设定上下限控制及报警温度。2.2系统组成本设计是以AT89C51单片机为核心的一种数字温度显示控制系统，系统整体硬件电路包括：采集模块、显示模块、设置模块和单片机最小系统模块四大模

2、块组成。系统框图如图2-1所示。图2-1 系统基本方框图第3章 系统硬件设计3.1 AT89C51单片机的介绍AT89C51有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。AT89C51的存储器系统由4K的程序存储器（掩膜ROM），和128B的数据存储器（RAM）组成，具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计，使用系统可用USB供电。AT89C51单片机的基本组成框图见图3-1。图3-1 AT89C51单片机结构由图3-1可见，AT89C51单片机主要由以下几部分组

3、成：1.CPU系统8位CPU，含布尔处理器；时钟电路；总线控制逻辑。2.存储器系统4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可外扩至64KB）；128字节的数据存储器（RAM，可再外扩64KB）；特殊功能寄存器SFR。3.I/O口和其他功能单元4个并行I/O口；2个16位定时计数器；1个全双工异步串行口；中断系统（5个中断源，2个优先级）。3.2显示电路3.2.1 1602液晶简介LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的 比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如图3-2所示。图3-2 LCD1602规格引脚功能LCD1602

4、采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3.1所示。表3.1 LCD1602引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D33VL液晶显示偏压11D44RS数据/命令选择12D55R/W读/写选择13D66E使能信号14D77D015BLA背光源正极8D116BLK背光源负极3.2.2 指令说明LCD1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表3.2所示。表3.2 LCD1602内部控制器序号指令清显示光标返回*置输入模式I/DS显示开/关控制DCB光标或字符移位S/CR/L置功能DLNF置字符发生存贮器地址字符发生存贮器地址置数据存

5、贮器地址显示数据存贮器地址读忙标志或地址BF计数器地址写数到CGRAM或DDRAM）要写的数据内容从CGRAM或DDRAM读数读出的数据内容3.3 DS18B20介绍DS18B20引脚如图3-3所示。图3-3 DS18B20引脚图数字温度传感器DS18B20是一种新型的“一线器件”， 采用单总线的数据传输，其体积小，输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，在0100 摄氏度时，其最大线形偏差小于1 摄氏度。工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生。多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的

6、引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统，线路十分简单。3.3.1温度传感器测温原理低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。其内部结构图如图3-4所示

7、。图3-4 DS18B20内部结构3.4系统工作原理温度传感器DS18B20将模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，单片机将处理后的数据通过LCD1602显示屏显示出来，同时判断测得的温度和设置控制及报警的温度限进行比较，超过限度则通过蜂鸣器发出报警声音。3.5系统整体电路图3-5 系统电路第4章 系统软件设计4.1主程序设计整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它

8、是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。主程序流程见图4-1。 图 4-1 主程序流程图主程序如下：void main（） ReadTemperature（）; init_lcd（）;/初始化液晶1602 disp_start（）;/显示字符 while（1） Display（）; disp_t_h（）;/显示温度 key_scan（）; bijiao（）; 4.2 DS18B20初始化DS18B20初始化流程图见图4-2。图4-2 DS18B20初始化流程图初始化子程序

9、： unsigned char x=0; DQ=1; Delay（8）; DQ=0; Delay（80）; Delay（14）; x=DQ; Delay（20）;4.3 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。传感器与单片机接口如图4-3所示：图4-3 DS18B20与单片机的接口电路温度读取子程序： unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; float tt=0; Tmpchange（）; Init_DS18B20（

10、）; WriteOneChar（0xCC）; WriteOneChar（0xBE）;a=ReadOneChar（）; b=ReadOneChar（）; t=b; t=8; t=t|a; tt=t*0.0625; t= tt*100+0.5; return（t）;4.4数码管显示与单片机对接如图4-4所示。用AT89C51的P0口作为数据端口，P2.5-P2.7为液晶显示使能控制端。P0口接上上拉电阻，拉高信号使液晶显示。图4-4 LCD1602显示屏与AT89C51对接显示子程序：void disp_t_h（） write_cmd（0xcc）; write_dat（tab_lcd_numa）;

11、/显示温度十位 write_cmd（0xcd）; write_dat（tab_lcd_numb）;/显示温度个位 write_cmd（0xce）; write_dat（tab_lcd_xsd0）;/显示小数点 write_cmd（0xcf）; write_dat（tab_lcd_numc）;/显示温度小数位4.5仿真结果设置温度上限为38度，温度下限为8度。1.如图4-5所示。此时温度为7度，低于下限温度，蜂鸣器实现报警，加温器指示灯D2亮，表示加温器工作。图4-5 仿真图12.如图4-6所示。此时温度为39度，超过上限温度，蜂鸣器实现报警，降温器指示灯D3亮，表示降温器工作。图4-6 仿真图

12、23.如图4-7所示。此时温度为30度，在所设范围内，蜂鸣器没有报警，说明温度正常。图4-7 仿真图3总 结本文介绍了基于AT89C51单片机的数字温度计控制系统的设计，对整个硬件电路和软件程序设计做了分析。并介绍了本设计中的几大模块和设计软件仿真，更直观地反映设计的正确性。通过这次设计，不仅巩固了知识，而且让所学的知识通过实践的形式转化为相应的产品和成果，提高了自己的动手能力。参考文献：1杨素行.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2006：77-78.2阎石著.数字电子技术基础M.北京：23-26.3李全利，仲伟峰，徐军著.单片机原理及应用M. 北京:清华大学出版社2006：46-48.4何立民著.单片机高级教程M.北京:航空航天大学出版社，2000：55-57.5杨路明著.C语言程序设计教程M.北京:邮电大学出版社，2005：124-132.