單片機結(jié)業(yè)論文

1、引言目前，溫度控制器產(chǎn)品從模擬、集成溫度控制器發(fā)展到智能數(shù)碼溫度控制器。智能溫控器（數(shù)字溫控器）是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)的結(jié)合，特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種控制器，并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實現(xiàn)控制功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平，現(xiàn)階段正朝著高精度高質(zhì)量的方向發(fā)展,相信以我國的實力，溫控技術(shù)在不久的將來一定會為于世界前列！關(guān)鍵詞：8051 溫度控制 單片機 傳感器摘 要 單片機是20世紀中期發(fā)展起來的一種面向控制的大規(guī)模集成電路模塊，具有功能強、體積小、可靠性高、價格低廉等特點，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機電一體化、家用電器等領(lǐng)域得到了

2、廣泛的應(yīng)用，極大的提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化程度。51系列單片機是國內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的一種8位單片機之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應(yīng)用。51系列及其衍生單片機還會在繼后很長一段時間占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場，因此，作為新世紀的大學(xué)生，在信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，掌握單片機的基本結(jié)構(gòu)、原理和使用是非常重要的。本次課程設(shè)計的內(nèi)容是使用89C52RC單片機最小系統(tǒng)設(shè)計溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機為主控單元，主要用于對溫度的測量和控制。1 溫度控制系統(tǒng)原理1.1 溫度控制系統(tǒng)總原理圖 總原理圖1.2 溫度控制系統(tǒng)總方案 溫度傳感器是各種傳感器中最常用的一種，如熱敏電阻，隨著

3、環(huán)境溫度的變化，他的阻值也發(fā)生線性變化，用處理器采集電阻兩端的電壓，然后根據(jù)某個公式就可以計算出當前環(huán)境溫度。隨著科技的進步，現(xiàn)代的溫度傳感器已經(jīng)走向數(shù)字化，外外形小，接口簡單，廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域。美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20采用單總線協(xié)議，基于單片機接口僅需占用一個IO端口，無需任何外部元件，直接將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，以數(shù)字碼方式串行輸出，從而大大簡化了傳感器與微處理器的接口。1.2.1溫度傳感器方案論證 方案：使用熱敏電阻作為溫度傳感器 熱敏電阻實物圖 熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負溫度系數(shù)

4、熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。 熱敏電阻的主要特點是：靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10100倍以上，能檢測出10-6的溫度變化；工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55315，高溫器件適用溫度高于315（目前最高可達到2000），低溫器件適用于-27355；體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；使用方便，電阻值可在0.1100k間任意選擇；易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；穩(wěn)

5、定性好、過載能力強。 主要缺點： 阻值與溫度的關(guān)系非線性嚴重；元件的一致性差，互換性差；元件易老化，穩(wěn)定性較差；除特殊高溫?zé)崦綦娮柰?，絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合0150范圍，使用時必須注意。2 溫度控制系統(tǒng)的測量及顯示溫度控制系統(tǒng)總電路圖如圖。 2.1 51單片機介紹 運用單片機的運算功能，實現(xiàn)信號處理。將獲得的結(jié)果通過輸出裝置輸出顯示在LM016L顯示屏上。本次作品即使用單片機控制并采集DS18B20發(fā)出的溫度信號。完成對溫度的控制和測量。 MCS51單片機組成結(jié)構(gòu)中包含運算器、控制器、片內(nèi)存儲器、并行I/O口、串行I/O口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。89C51單片機2.2 溫度

6、測量部分 運用DS18B20作為溫度傳感器。接法如圖九運用的是電源寄生接法，在對DS18B20芯片供電的同時提高信號輸出線的電壓。 DS18B20DS18B20時序表 2.3 顯示部分上拉電阻RP1和顯示屏LCD1(LM016L)組成顯示部分， 。LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM

7、（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系。 溫度信號顯示3 Proteus軟件介紹 Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它

8、EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Co

9、rtex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。proteus 與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU 的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補了實驗和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。3.1原理圖的繪制Proteus的智能化可以在你想要畫線的時候進行自動檢測。當鼠標的指針靠近一個對象的

10、連接點時，跟著鼠標的指針就會出現(xiàn)一個“×”號，鼠標左鍵點擊元器件的連接點，移動鼠標(不用一直按著左鍵)就。出現(xiàn)了粉紅色的連接線變成了深綠色。如果你想讓軟件自動定出線路徑,只需左擊另一個連接點即可。這就是Proteus的線路自動路徑功能(簡稱WAR)，如果你只是在兩個連接點用鼠標左擊，WAR將選擇一個合適的線徑。WAR可通過使用工具欄里的“WAR”命令按鈕來關(guān)閉或打開，也可以在菜單欄的“Tools”下找到這個圖標。如果你想自己決定走線路徑，只需在想要拐點處點擊鼠標左鍵即可。在此過程的任何時刻，你都可以按ESC或者點擊鼠標的右鍵來放棄畫線。 1、原理圖編輯窗口（The Editing W

11、indow）：顧名思義，它是用來繪制原理圖的。藍色方框內(nèi)為可編輯區(qū)，元件要放到它里面。注意，這個窗口是沒有滾動條的，可用預(yù)覽窗口來改變原理圖的可視范圍。 2、預(yù)覽窗口（The Overview Window）： 它可顯示兩個內(nèi)容，一個是：當你在元件列表中選擇一個元件時，它會顯示該元件的預(yù)覽圖；另一個是，當你的鼠標焦點落在原理圖編輯窗口時（即放置元件到原理圖編輯窗口后或在原理圖編輯窗口中點擊鼠標后），它會顯示整張原理圖的縮略圖，并會顯示一個綠色的方框，綠色的方框里面的內(nèi)容就是當前原理圖窗口中顯示的內(nèi)容，因此，你可用鼠標在它上面點擊來改變綠色的方框的位置，從而改變原理圖的可視范圍。 3、模型選擇工

12、具欄（Mode Selector Toolbar）： 主要模型（Main Modes）： 1* 選擇元件（components）（默認選擇的） 2* 放置連接點3* 放置標簽（用總線時會用到） 4* 放置文本5* 用于繪制總線6* 用于放置子電路7* 用于即時編輯元件參數(shù)（先單擊該圖標再單擊要修改的元件） 配件（Gadgets）： 1* 終端接口（terminals）：有VCC、地、輸出、輸入等接口2* 器件引腳：用于繪制各種引腳3* 仿真圖表（graph）：用于各種分析，如Noise Analysis 4* 錄音機5* 信號發(fā)生器（generators） 6* 電壓探針：使用仿真圖表時要用到

13、7* 電流探針：使用仿真圖表時要用到8* 虛擬儀表：有示波器等2D圖形（2D Graphics）： 1* 畫各種直線 2* 畫各種方框 3* 畫各種圓 4* 畫各種圓弧 5* 畫各種多邊形 6* 畫各種文本 7* 畫符號 8* 畫原點等4、元件列表（The Object Selector）： 用于挑選元件（components）、終端接口（terminals）、信號發(fā)生器（generators）、仿真圖表（graph）等。舉例，當你選擇“元件（components）”，單擊“P”按鈕會打開挑選元件對話框，選擇了一個元件后（單擊了“OK”后），該元件會在元件列表中顯示，以后要用到該元件時，只需在

14、元件列表中選擇即可。5、方向工具欄（Orientation Toolbar）： 旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn)角度只能是90的整數(shù)倍。翻轉(zhuǎn)：完成水平翻轉(zhuǎn)和垂直翻轉(zhuǎn)。使用方法：先右鍵單擊元件，再點擊（左擊）相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)圖標。 6、仿真工具欄仿真控制按鈕 1* 運行2* 單步運行3* 暫停 4* 停止4 溫度測量部分模擬調(diào)試PROTEUS ISIS模擬DS18B20對溫度的測量是通過調(diào)節(jié)DS18B20上下兩個箭頭來輸出不同的溫度。DS18B20調(diào)節(jié)溫度模擬中用三個LED發(fā)光二級管的亮滅來顯示溫度控制的工作狀態(tài)，液晶LCD1602作為溫度顯示口。設(shè)置19.520.5攝氏度為保溫溫度，keep燈亮；19.5攝氏度一下為加熱溫度，heat燈亮；20.5攝氏度以上為制冷溫度，refrigerate燈亮。調(diào)節(jié)DS18B20可以模擬溫度控制系統(tǒng)的實時工作狀態(tài)。調(diào)節(jié)溫度LED與LCD1602工作狀態(tài)（一）調(diào)節(jié)溫度到21.1，溫度顯示和LED狀態(tài)顯示如圖。調(diào)節(jié)溫度LED與LCD1602工作狀態(tài)（二）調(diào)節(jié)溫度到20.1，溫度顯示和LED狀態(tài)顯示如圖。調(diào)節(jié)溫度LED與LCD1602工作狀態(tài)（三）調(diào)節(jié)溫度到17.1，溫度顯示和LED狀態(tài)顯示,如圖。5 參考文獻 1 康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分（第五版），華中科技大學(xué)出版社，20