基于AT89S51單片機的數(shù)字溫度測量及顯示系統(tǒng)設計

1、基于AT89S51單片機的數(shù)字溫度測量及顯示系統(tǒng)設計(畢業(yè)論文) 揚 州 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術學 院2021?2021學年第二學期畢 業(yè) 設 計課題名稱:基于AT89S51單片機的數(shù)字溫度測量及顯示系統(tǒng)設計 設計時間: 系 部: 電子信息工程系 班 級: 姓 名: 指導老師: 總目錄第一局部 任務書 第二局部 開題報告 第三局部 畢業(yè)設計正文第 一 部 分任務書揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計任務書系 部電子信息工程系指導老師單丹職 稱助教學生姓名柳鵬程班 級0702應電電子學 號0705120230設計題目基于AT89S51單片機的數(shù)字溫度測量及顯示系統(tǒng)設計設計內(nèi)容目標和要求一、畢業(yè)設計的主要

2、內(nèi)容及技術指標 1、主要內(nèi)容 隨著科技的不斷進步,在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù),而采用單片機來對這些被控參數(shù)進行控制已成為當今的主流。本文介紹了數(shù)字溫度測量及自動控制系統(tǒng)的設計。本文采用單片機來實現(xiàn)對溫度的控制。它的主要組成局部有:AT89S51單片機、溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電路。它可以實時的顯示和設定溫度,實現(xiàn)對溫度的自動控制。通過測試說明,本設計對溫度的控制有方便、簡單的特點,從而大幅提高了被控溫度的技術指標。 2、主要技術指標二、畢業(yè)設計的根本要求收集、整理與畢業(yè)設計有關領域的信息資料;完本錢畢業(yè)設計方案和結(jié)構(gòu)框圖的設計; 完本錢畢業(yè)設計電路原理圖設計。完本錢畢業(yè)設計程

3、序流程圖和匯編語言源程序設計完成軟件和硬件系統(tǒng)的調(diào)試,功能指標到達技術要求;程序清單和圖樣資料;作品及照片;形成符合學校規(guī)定的畢業(yè)設計書面文檔;三、畢業(yè)論文(設計)進度安排第一階段 2021 年11月21 日 - 2021 年 1 月 20日選題、調(diào)研、收集資料、論證、開題第二階段 2021 年2月20 日 - 2021 年 4 月 20日 方案、電路、硬件、軟件設計第三階段 2021年 4月21 日 - 2021 年 5 月 10日 軟硬件調(diào)試、寫作初稿第四階段 2021 年 5 月10 日 - 2021 年 6 月 15日 修改、定稿、打印、辯論四、畢業(yè)設計提交的成果 1) 開題報告 2)

4、 設計說明書 3) 圖樣資料 a 系統(tǒng)原理圖; b 硬件電路圖; c 軟件流程圖; 4) 中、英文摘要(中文摘要約200字,3?5個關鍵詞) 5) 查閱文獻不少于8篇教研室審核系部審核第 二 部 分 開 題 報 告 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院 電子信息工程系 2021 屆畢業(yè)設計(論文)開題報告書學生姓名柳鵬程 專業(yè)應用電子技術班級0702應用電子 學號0705120230題 目基于AT89S51單片機的數(shù)字溫度測量及顯示系統(tǒng)設計指導教師單丹職稱助教學位碩士題目類別 工程設計 根底研究 應用研究 其它【課題內(nèi)容及要求】提出選題的初步設想和研究目的 掌握單片機的工作原理、結(jié)構(gòu)了解單片機的結(jié)構(gòu)組成和原理

5、了解單片機在當今社會的應用完成數(shù)字溫度測量及控制系統(tǒng)【前言】 單片機芯片作為核心控制部件,已經(jīng)滲入到人們工作和生活的各個角落,有力地推動了各行業(yè)的技術改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代,前景廣闊。用單片機來實現(xiàn)對溫度的自動控制,從而大幅度提高被測溫度的技術指標。 【方案的比較與評價】 本設計是一個數(shù)字溫度溫度控制系統(tǒng),能測量溫度,并能在超限的情況下進行控制、調(diào)整,并報警。CPU選用的是 AT89S51 ,溫度傳感器用的是Dallas公司的DS18B20,顯示器選用的LCD液晶屏。 【預期的效果及指標】1、測量并顯示溫度,且對所測溫度進行監(jiān)控。2、當溫度高于設定溫度時,風扇開;當溫度低于設定溫度時,加熱器開。

6、【進度安排】 2021 年 12 月 4 日 ? 12月 10 日選題、調(diào)研、收集資料 2021 年 12 月 11 日 ? 12月 21 日論證、開題 2021 年 12 月 22 日 ? 12月 31 日設計 (寫作初稿) 2021 年 1 月 1 日 ? 3月 31 日修改、定稿、打印、辯論 【參考文獻】1、沙占友. 智能化傳感器原理與應用. 北京:電子工業(yè)出版社,2004 2、俞國亮. MCS-51單片機原理及應用. 北京:清華大學出版社 ,2021 3、何希才. 傳感器及其應用電路. 北京:電子工業(yè)出版社,20014、沙占友. 單片機外圍電路設計. 北京:電子工業(yè)出版社,20035、

7、?單片機典型系統(tǒng)設計實例精講? 電子工業(yè)出版社6、“單片機愛好者等網(wǎng)站【指導教師意見】(有針對性地說明選題意義及工作安排是否恰當?shù)? 同意提交開題論證 修改后提交不同意提交(請說明理由) 指導教師簽章: 年月 日 【系部意見】 同意指導教師意見 不同意指導教師意見(請說明理由) 其它(請說明) 隊系(部)主任簽章: 年 月 日 第 三 部 分畢業(yè)設計正文基于AT89S51單片機的數(shù)字溫度測量及顯示系統(tǒng)設計柳鵬程0702應用電子摘 要隨著科技的不斷進步,在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù),而采用單片機來對這些被控參數(shù)進行控制已成為當今的主流。本文介紹了數(shù)字溫度測量及自動控制系統(tǒng)的設計。本文采用單片

8、機來實現(xiàn)對溫度的控制。它的主要組成局部有:AT89S51單片機、溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電路。它可以實時的顯示和設定溫度,實現(xiàn)對溫度的自動控制。通過測試說明,本設計對溫度的控制有方便、簡單的特點,從而大幅提高了被控溫度的技術指標。關鍵詞: 單片機 溫度傳感器 鍵盤和顯示 Based on AT89S51 digital temperature measurement and display system design Liu Pengcheng0702 application of electronicAbstract: As the technology advances in

9、industrial production in the temperature is charged with common parameters, and the use of those charged with SCM to the parameters of control has become the mainstream. In this paper, digital temperature measurement and automatic control system design. In this paper, SCM to achieve the temperature

10、control. It is a major component of: AT89S51 SCM, temperature sensor, keyboard and display circuit, temperature control circuit. It can display real-time and temperature settings, and the temperature control. Passed the tests show that the design of the temperature control is convenient and simple c

11、haracteristics, thus greatly raising the temperature was charged with the technical indicators.Key words: MCUTemperature sensor Keyboard and Demonstration目錄第1章 系統(tǒng)的總體設計- 12 - 1.1 設計背景- 12 - 1.2 電路的總體工作原理- 12 -第2章 方案論證- 15 - 2.1 題目分析- 15 - 2.1.1 具體指標- 15 - 2.1.2 具體控制要求- 15 - 2.2 溫度傳感器的選擇- 15 - 2.3 顯示器

12、的選擇- 17 - 2.4 單片機的選擇- 18 -第3章 系統(tǒng)的硬件設計- 20 - 3.1 單片機最小系統(tǒng)的設計- 20 - 3.2 溫度傳感電路設計- 21 - 3.3 溫度控制電路的設計- 24 - 3.4 鍵盤電路的設計- 24 - 3.5 顯示電路的設計- 26 -第4章 系統(tǒng)的軟件設計- 29 - 4.1 系統(tǒng)的主程序設計- 29 - 4.2 中斷程序的設計- 30 -第5章 系統(tǒng)的控制- 32 - 5.1 溫控電路及報警電路的控制- 32 - 5.2 LCD顯示電路的控制- 33 - 5.3 使用說明- 33 -第6章 全文總結(jié)- 34 - 6.1 經(jīng)濟效益分析- 34 - 6

13、.2 社會效益分析- 34 -致謝- 35 -參考文獻- 52 -附錄I 元器件清單- 35 -附錄II 程序- 37 - 第1章 系統(tǒng)的總體設計1.1 設計背景 溫度控制廣泛應用于人們的生產(chǎn)和生活中,人們使用溫度計來采集溫度,通過人工操作加熱、通風和降溫設備來控制溫度,這樣不但控制精度低、實時性差,而且操作人員的勞動強度大。即使有些用戶采用半導體二極管作溫度傳感器,但由于其互換性差,效果也不理想。在某些行業(yè)中對溫度的要求較高,由于工作環(huán)境溫度不合理而引發(fā)的事故時有發(fā)生。對工業(yè)生產(chǎn)可靠進行造成影響,甚至操作人員的平安。為了防止這些缺點,需要在某些特定的環(huán)境里安裝數(shù)字溫度測量及控制設備。本設計由

14、于采用了新型單片機對溫度進行控制,以其測量精度高,操作簡單?？蛇\行性強,價格低廉等優(yōu)點,特別適用于生活,醫(yī)療,工業(yè)生產(chǎn)等方面的溫度測量及控制。 本設計是一個數(shù)字溫度測量及控制系統(tǒng),能測柜內(nèi)的溫度,并能在超限的情況下進行控制、調(diào)整,并報警。保證環(huán)境保持在限定的溫度中。1.2 電路的總體工作原理 溫度控制系統(tǒng)采用AT89S51八位機作為微處理單元進行控制。采用4X4鍵盤把設定溫度的最高值和最低值存入單片機的數(shù)據(jù)存儲器,還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉(zhuǎn)換。溫度傳感器把采集的信號與單片機里的數(shù)據(jù)相比較來控制溫度控制器。 系統(tǒng)框圖如圖1.1: 圖1.1 系統(tǒng)框圖 根據(jù)系統(tǒng)的設計要求,選擇DS18B20

15、作為本系統(tǒng)的溫度傳感器,選擇單片機AT89S51為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報警等功能。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20,省卻了采樣/保持電路、運放、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路以及進行長距離傳輸時的串/并轉(zhuǎn)換電路,簡化了電路,縮短了系統(tǒng)的工作時間,降低了系統(tǒng)的硬件本錢。 該系統(tǒng)的總體設計思路如下:溫度傳感器DS18B20把所測得的溫度發(fā)送到AT89S51單片機上,經(jīng)過51單片機處理,將把溫度在顯示電路上顯示,本系統(tǒng)顯示器為點陣字符LCD,1602液晶模塊。檢測范圍5攝氏度到60攝氏度。本系統(tǒng)除了顯示溫度以外還可以設置一個溫度值,對所測溫度進行監(jiān)控,當溫度高于或低于設定溫度時,開始報警并啟動

16、相應程序(溫度高于設定溫度時,風扇開;當溫度低于設定溫度時,加熱器開)。 中央微處理器 AT89S51: AT89S51是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機,片內(nèi)含4k Bytes ISPIn-system programmable的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造,兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80S51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點:40個引腳,4k Bytes Fla

17、sh片內(nèi)程序存儲器,128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,看門狗(WDT)電路,片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外,AT89S51設計和配置了振蕩頻率,并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下,CPU暫停工作,而RAM定時計數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式。AT89S51單片機綜合了微型處理器的根本功能。按照實際需要,同時也考慮到設計本錢與

18、整個系統(tǒng)的精巧性,所以在本系統(tǒng)中就選用價格較低、工作穩(wěn)定的AT89S51單片機作為整個系統(tǒng)的控制器。 第2章 方案論證 本章主要對畢業(yè)設計的題目進行了分析,根據(jù)要實現(xiàn)的功能,綜合比較幾種設計方法,提出了實現(xiàn)系統(tǒng)功能的最正確方案。2.1 題目分析 本設計是一個數(shù)字溫度控制系統(tǒng),能測量溫度,并能在超限的情況下進行控制、調(diào)整,并報警。2.1.1 具體指標 正常工作溫度范圍: 560 溫度誤差:1 2.1.2 具體控制要求 根據(jù)設計的要求,要利用溫度傳感器實時溫度。當溫度高于設定的溫度時(60),翻開降溫裝置進行調(diào)整使溫度在設定的范圍內(nèi)。當溫度低于設定的溫度時(5),翻開升溫裝置進行調(diào)整使溫度在設定的

19、范圍內(nèi)。同時要求能設定溫度。畢業(yè)設計的主要任務是能對溫度進行自動的檢測和控制。設計中采用單片機來控制溫度,因此要有溫度的采集電路,鍵盤顯示電路,溫控電路,報警電路等幾個局部。 要實現(xiàn)系統(tǒng)的設計要用到的知識點有單片機的原理及其應用,溫度傳感器的原理和應用,及鍵盤和顯示電路的設計等。2.2 溫度傳感器的選擇2.2.1 采用模擬集成溫度傳感器 集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的,因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器,它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一僅測量溫度、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、

20、微功耗等,適合遠距離測溫、控溫,不需要進行非線性校準,外圍電路簡單。圖2-1是AD590用于測量熱力學溫度的根本應用電路。因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比,當電阻R1和電位器R2的電阻之和為1k時,輸出電壓隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差,電阻也有誤差,因此應對電路進行調(diào)整。調(diào)整的方法為:把AD590放于冰水混合物中,調(diào)整電位器R2,使273.2mV。或在室溫下25條件下調(diào)整電位器,使273.2+25298.2(mV)。但這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度。 AD590把被測溫度轉(zhuǎn)換為電流再通過放大器和A/D轉(zhuǎn)換器,輸出數(shù)字量送給單片機進行溫度控制。 圖2

21、.1 基于AD590測溫根本應用電路 采用數(shù)字單片智能溫度傳感器 智能溫度傳感器亦稱數(shù)字溫度傳感器是微電子技術、計算機技術和自動測試技術ATE的結(jié)晶。目前,已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器或存放器和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器CPU、隨機存取存儲器RAM和只讀存儲器ROM。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量,適配各種微控制器MCU. 智能溫度傳感器的總線技術也實現(xiàn)了標準化、標準化,所采用的總線主要有單線1-WIRE總線、I2C總線、SMBUS總線和SPI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用

22、總線接口與主機進行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的根底上開展而成的。典型產(chǎn)品有DS18B20,智能溫度控制器適配各種微控制器,構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨工作,自行構(gòu)成一個溫控儀。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,具有3引腳TO-92小體積封裝形式;溫度測量范圍為-55+125,被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出,其工作電源既可在遠端引入,也可采用寄生電源方式產(chǎn)生;多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上,CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。同DS1820一樣,DS

23、18B20也 支持“一線總線接口,測量溫度范圍為 -55+125,在-10+85。DS18B20的精度較差為 ?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。如:環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同,新的產(chǎn)品支持3V5.5V的電壓范圍,使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更廉價,體積更小。 DALLAS 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持 “一線總線接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點,使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡,為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在,新一代的“DS1820體積更小

24、、更經(jīng)濟、更靈活。使您可以充分發(fā)揮“一線總線的長處。 DS18B20、 DS1822 “一線總線數(shù)字化溫度傳感器 。 由于DS18B20將溫度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、接口全部集成于一芯片,與單片機連接簡單、方便,與AD590相比是更新一代的溫度傳感器,所以溫度傳感器采用DS18B20。2.3 顯示器的選擇2.3.1 LED顯示器 采用傳統(tǒng)的七段數(shù)碼LED顯示器。LED雖然價格廉價,但在現(xiàn)代的許多儀表、各種電子產(chǎn)品中逐漸被LCD所取代。2.3.2 LCD液晶屏 采用LCD液晶屏進行顯示。LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件,只要23伏就可以工作,工作電流僅為幾微安,是任何顯示器

25、無法比較的,同時可以顯示大量信息,除數(shù)字外,還可以顯示文字、曲線,比傳統(tǒng)的數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。優(yōu)點為: 1 顯示質(zhì)量高,由于液晶顯示器的每一個點收到信號后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光,因此液晶顯示器的畫質(zhì)高而且不會閃爍。 2 數(shù)字式接口,液晶顯示器都是數(shù)字式的,和單片機的接口簡單操作也很方便。 3 功率消耗小,相比而言液晶顯示器的主要功耗在內(nèi)部電極和驅(qū)動IC上,因而耗電量比其他器件要小很多。 雖然LCD顯示器的價格比數(shù)碼管要貴,但它的顯示效果好,是當今顯示器的主流,所以采用LCD 作為顯示器。2.4 單片機的選擇2.4.1 采用

26、凌陽單片機 隨著單片機功能集成化的開展,其應用領域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制,擴展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理(DSP,Digital SignalProcessing)等領域。凌陽的16位單片機就是為適應這種開展而設計的。它的CPU內(nèi)核采用凌陽最新推出的nSP?(Microcontroller and Signal Processor)16位微處理器芯片(以下簡稱nSP?)。圍繞nSP?所形成的16位nSP?系列單片機(以下簡稱nSP?家族)采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu),它以nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設接口部件。nSP?內(nèi)核是一個通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它

27、功能模塊均為可選結(jié)構(gòu),亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成,便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品,以適合不同的應用場合。這樣做無疑會使每一種派生產(chǎn)品具有更強的功能和更低的本錢。 利用凌陽單片機有一定的好處凌陽的優(yōu)勢是硬件性能,抗干擾能力強,但凌陽單片機我們沒有系統(tǒng)的學習,這對于剛接觸單片機的我們來說不是很容易上手,其價格也要比89S51昂貴一些,因此我們并沒有將其作為首選。2.4.2 采用AT89S51單片機 由于單片機技術在各個領域正得到越來越廣泛的應用,世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機,在單片機家族的眾多成員中,MCS-51系列單片機以其優(yōu)

28、越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性能價格比,迅速占領了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場,成為國內(nèi)單片機應用領域中的主流。 單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩個分支。通用計算機系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運算,不必兼顧控制功能,其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新,從8位、16位迅速過渡到32位、64位,并且不斷提高運算速度和完善通用操作系統(tǒng),以突出其高速海量數(shù)值運算的能力,在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡通信中得到了廣泛應用;單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng),由于其微小的體積和極低的本錢,廣泛應用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設備

29、以及通信產(chǎn)品中,成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此,單片機的出現(xiàn)大大促進了現(xiàn)代計算機技術的飛速開展,成為近代計算機技術開展史上一個重要里程碑。 由于MCS系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元,處理功能強,中央處理單元中集成了方便靈活的專用存放器,這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上,使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短,運行速度更快,可靠性更高,抗干擾能力更強。由于屬于芯片化的微型計算機,各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)到達最優(yōu)化,工作也相對穩(wěn)定。51的優(yōu)點是價錢廉價,I/O口多,程序空間大。因此,測控系統(tǒng)中,使用51單片機是最理想的選擇。單片機屬于典

30、型的嵌入式系統(tǒng),所以它是低端控制系統(tǒng)最正確器件。單片機的開發(fā)環(huán)境要求較低,軟件資源十分豐富,開發(fā)工具和語言也大大簡化。單片機的典型代表是Intel公司在20世紀80年代初研制出來的MCS51系列單片機。MCS51單片機很快在我國得到廣泛的推廣應用,成為電子系統(tǒng)中最普遍的應用手段,并在工業(yè)控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領域取得了大量應用成果。 以MCS-51技術核心為主導的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象,并以此為基核,推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機,同時增加了一些新的功能,所以用AT89S51。 第3章 系統(tǒng)的硬件設計3.1 單片機最小系統(tǒng)的設計 目前的單

31、片機開發(fā)系統(tǒng)只能夠仿真單片機,卻沒有給用戶提供一個通用的最小系統(tǒng)。由設計的要求,只要做很小集成度的最小系統(tǒng)應用在一些小的控制單元。其應用特點是: (1)全部I/O口線均可供用戶使用。 (2)內(nèi)部存儲器容量有限(只有4KB地址空間)。 (3)應用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性 單片機最小系統(tǒng)如圖3.1所示,其中有4個雙向的8位并行I/O端口,分別記作P0、P1、P2、P3,都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸入,P3口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號。時鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機工作所必須的時鐘控制信號,內(nèi)部電路在時鐘信號的控制下,嚴格地按時序指令工作。MCS-51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器,該

32、高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳XTAL1,輸出端為XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容,就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的微調(diào)電容通常選擇為30pF左右,該電容的大小會影響到振蕩器頻率的上下、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為12MHz。 把EA腳接高電平,單片機訪問片內(nèi)程序存儲器,但在PC值超過0FFFH(4Kbyte地址范圍)時,將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。 MCS-51的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)。采用最簡單的外部按鍵復位電路。按鍵自動復位是通過外部復位電路的來實現(xiàn)的.我們選用時鐘頻率為12MHz,C1取47f。3.2 溫度傳感電路設計 D

33、S18B20的性能特點: 采用單總線專用技術,既可通過串行口線,也可通過其它I/O口線與微機接口,無須經(jīng)過其它變換電路,直接輸出被測溫度值(9位二進制數(shù),含符號位) 測溫范圍為-55-+125 內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM 適配各種單片機或系統(tǒng)機 用戶可分別設定各路溫度的上、下限 內(nèi)含寄生電源。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四局部組成:64位光刻ROM,溫度傳感器,非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL,高速暫存器。DS18B20的管腳排列如圖3.2所示。 在硬件上,DS18B20與單片機的連接有兩種方法,一種是VCC接外部電源,GND接地,I/O與單片機的I/O線相連;另一種是用寄生電

34、源供電,此時UDD、GND接地,I/O接單片機I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電,I/O口線要接5K左右的上拉電阻.我們采用的是第一種連接方法,如圖3.3所示:把DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機的13管腳連接,再加上上拉電阻。 DS18B20有六條控制命令,如表3.1所示: 表3-1 DS18B20控制命令 指 令 約定代碼 操作 說明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH 讀暫存器9個字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié) 復制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中 重新調(diào)E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字

35、節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU CPU對DS18B20的訪問流程是:先對DS18B20初始化,再進行ROM操作命令,最后才能對存儲器操作,數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程,根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議,須經(jīng)三個步驟:每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位,復位成功后發(fā)送一條ROM指令,最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對DS18B20進行預定的操作。3.3 溫度控制電路的設計 圖 3.4 溫度控制電路 實際電路如圖3.4所示,通過鍵盤設定溫度的上

36、下限。把實際測量的溫度和設定的上下限進行比較,來控制P0.0、P0.1、P0.7端口的上下電平。把P0.0、P0.1、P0.7端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報警。當測量的溫度超過了設定的最高溫度,P2.2由高電平變成低電平,就相當于基極輸入為“0,這時三極管導通推動小風扇和控制電路工作,反之,當基極輸入為“1時,三極管不導通,報警器和控制電路都不工作。只要控制單片機的P0.0、P0.1、P0.7口的上下電平就可以控制模擬電路的工作。3.4 鍵盤電路的設計 如圖3.6所示,用AT89S51的并行口P1接44矩陣鍵盤,以P1.0-P1.3作輸入線,以P1.4-P1.7作輸出線;液晶顯示器上

37、顯示每個按鍵的“0-F序號。對應的按鍵的序號排列如圖3.5所示: 圖 3.5 按鍵的序號排列圖 圖3.6中微處理單元是AT89S51單片機,X1和X2接12M的兩腳晶振,接兩個30PF的起振電容,J1是上拉電阻.單片機的P1口8位引腳與行列式鍵盤輸出腳相連,控制和檢測行列式鍵盤的輸入.行線通過上拉電阻接到+5V上,無按鍵按下時,行線處于高電平狀態(tài),有鍵按下時,行線的電平狀態(tài)將由與此行線相連接的列線的電平?jīng)Q定.鍵盤輸入的信息主要進程是: 1 CPU判斷是否有鍵按下. 2 確定是按下的是哪個鍵. 3 把此鍵所代表的信息翻譯成計算機可以識別的代碼或者其他的特征符號 圖 3.6 鍵盤硬件電路圖3.5

38、顯示電路的設計 液晶顯示器是一種將液晶顯示器件,連接器件,集成電路,PCB線路板,背光源,結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的組件。 根據(jù)顯示內(nèi)容和方式的不同可以分為,數(shù)顯LCD,點陣字符LCD,點陣圖形LCD在此設計中我們采用點陣字符LCD,這里采用常用的2行16個字的1602液晶模塊。 1602采用標準的14腳接口,其中: 第1腳:VSS為地電源第2腳:VDD接5V正電源 第3腳:V0為液晶顯示器比照度調(diào)整端,接正電源時比照度最弱,接地電源時比照度最高,比照度過高時會產(chǎn)生“鬼影,使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度 第4腳:RS為存放器選擇,高電平時選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時選擇指令存放器。 第5腳:

39、RW為讀寫信號線,高電平時進行讀操作,低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址,當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號,當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳:E端為使能端,當E端由高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行命令。 第714腳:D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳:空腳。 與單片機的連接如圖3.7所示。 圖 3.7 液晶顯示電路圖第4章 系統(tǒng)的軟件設計4.1 系統(tǒng)的主程序設計 主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序,在程序運行的過程中必須先經(jīng)過初始化,包括鍵盤程序,中斷程序,以及各個控制端口的初始化工作。流程圖如4.1 所示。系統(tǒng)在初始化完成后就進入溫度

40、測量程序,實時的測量當前的溫度并通過顯示電路在LCD上顯示。程序中以中斷的方式來重新設定溫度的上下限。根據(jù)硬件設計完成對溫度的控制。按下4*4鍵盤上的A鍵可以設定溫度上限,按下B鍵可以設定溫度下限。系統(tǒng)軟件設計的總體流程圖 圖 4.1 系統(tǒng)總體設計流程圖4.2 中斷程序的設計 MCS-51單片的中斷系統(tǒng)有5個中斷請求源,用戶可以用關中斷指令“CLR EA來屏蔽所有的中斷請求,也可以用開中斷指令“SET EA來允許CPU接收中斷請求。在本設計中我們選用INTO 來作為中斷請求源。 INT1?外部中斷請求0,由INTO引腳輸入,中斷請求標志為IE0。 ORG 0000H LJMP MAIN ORG

41、 0003H (中斷入口地址) JMP INT0 ORG 0038H (主程序的起始地址) MAIN: (主程序)MCS-51響應中斷后,就進入中斷效勞程序,中斷程序的根本流程圖如下列圖 圖 4.2 中斷效勞程序根本流程 第5章 系統(tǒng)的控制 本章對系統(tǒng)的硬件控制進行概述。分別對溫度控制電路,報警電路及LCD液晶顯示電路進行說明。5.1 溫控電路及報警電路的控制 單片機的P0.0、P0.1、P0.7分別與三極管的基極連接來控制控制溫度圖5.1和報警(圖5.2)。利用面包板搭了一個PNP9012的偏置電路電路如圖4-4。基極輸入為“0時,這時三極管導通推動報警器和控制電路工作,當基極輸入為“1時,

42、三極管不導通,報警器和控制電路都不工作。只要控制單片機的P0.0、P0.1、P0.7口的上下電平就可以控制模擬電路的工作。 圖 5.1 硬件控制電路 圖 5.2 硬件報警電路5.2 LCD顯示電路的控制 把8根數(shù)據(jù)線和P2口連接,把3根控制線和P2.5、P2.6、P2.7連接。給VCC端加上+5V的電壓,GND端接地。VEE端的驅(qū)動電壓不要過大,要調(diào)節(jié)滑動變阻器使VEE在0.7伏以下顯示器才能工作。5.3 使用說明 鍵盤中阿拉伯數(shù)字09是數(shù)據(jù)輸入鍵,A鍵是寫上限的功能鍵,B鍵是寫下限的功能鍵,C鍵是取消鍵,其他的鍵置空。 第6章 全文總結(jié)6.1 經(jīng)濟效益分析 本系統(tǒng)的設計,是為了保證某特定環(huán)境

43、溫度維持在設定的范圍內(nèi),以保證工作系統(tǒng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。本系統(tǒng)的設計本錢很低,總本錢不超過50元人民幣。如果采用大批量生產(chǎn)的話,生產(chǎn)本錢會更低。在市場上的溫度自動控制系統(tǒng)的價格在百元人民幣以上。對于本系統(tǒng)的使用者來說,本系統(tǒng)能夠很穩(wěn)定的控制溫度而且穩(wěn)定性很高。只要配上適當?shù)臏囟葌鞲衅?這個系統(tǒng)便還可以實現(xiàn)很多領域的溫度自動控制。這對于提高系統(tǒng)的利用率,防止重復設計有很大的幫助的。在本系統(tǒng)的作用下,可以為工作系統(tǒng)提供一個良好的環(huán)境,使產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量有很大的提高。使得產(chǎn)品的生產(chǎn)本錢降低,從而使系統(tǒng)的使用者獲得的利潤提高了。 通過分析說明:本系統(tǒng)是一個性價比比較好的系統(tǒng),不管對于生產(chǎn)者還是使用者

44、來說,它都可以帶來好的經(jīng)濟效益。6.2 社會效益分析 本設計是以AT89S51為核心,利用軟硬件相結(jié)合的自動控制的典型例子。在單片機自動控制已經(jīng)廣泛的應用于人們的生產(chǎn)和生活的今天,傳統(tǒng)用模擬電路來控制溫度的做法,已經(jīng)逐漸被淘汰。這個系統(tǒng)的實現(xiàn),改變了傳統(tǒng)的溫度控制方法,為溫度的控制開辟了一條新的道路。根據(jù)我國的科技和工業(yè)水平,這個系統(tǒng)的設計是符合工業(yè)生產(chǎn)的需要。實現(xiàn)我國的工業(yè)化,自動控制是其中的一個重要目標,自動控制系統(tǒng)正廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。本系統(tǒng)的設計成功知識實現(xiàn)自動控制的“冰山一角,但它為以后更加智能化、人性化的自動控制系統(tǒng)的設計,作了鋪墊。因此這種系統(tǒng)的設計具有比較好的

45、社會效益。 經(jīng)過四個多月的方案論證、系統(tǒng)的硬件和軟件的設計、系統(tǒng)的調(diào)試。查閱了大量的關于傳感器、單片機及其接口電路、以及控制方面的理論。經(jīng)過了一番特殊的體驗后,經(jīng)歷了失敗的痛苦,也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學的專業(yè)知識來解決問題。檢查了自己的知識水平,使我對自己有一個全新的認識。通過這次畢業(yè)設計,不僅鍛煉自己分析問題、處理問題的能力,還提高了自己的動手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對于我們這些即將走向工作崗位的大學生來說,是很重要的。 這次畢業(yè)設計根本的完成了任務書的要求,實現(xiàn)了溫度的控制。通過測試說明系統(tǒng)的設計是正確的,可行的。但是由于設計者的設計經(jīng)驗和知識水平有限,系統(tǒng)還存在許多缺乏和缺陷。致謝

46、 在本次畢業(yè)設計中,不僅自己付出了很多心血,也得到了很多老師和同學的支持,為我創(chuàng)造了很多有利條件,在這里,我要特別感謝我的導師單丹老師,在畢業(yè)設計的開始,單老師給了我很多幫助,指導我了解了很多單片機的相關知識,并在當我設計遇到困難時,及時的給予幫助和鼓勵,同時,對我其他學科的鼓勵也滲透在畢業(yè)設計的同時,給了我莫大的信心,為我順利完成畢業(yè)設計起到了非常重要的作用。同時。我還要感謝實習組及實驗室的所有老師,為我的畢業(yè)設計提供了非常便利的條件。最后還要感謝幫助我的同學,在我遇到困難時給予我耐心的幫助。 再次對在本次畢業(yè)設計中給予過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W至上我最真摯的謝意。 參考文獻1 沙占友. 集成溫度傳感器原理與應用. 北京:機械工業(yè)出版社,2002, 8495.2 劉君華. 智能傳感器系統(tǒng). 西安:西安電子科技大學出版社,1999,83105.3 沙占友. 智能化傳感器原理與應用. 北京:電子工業(yè)出版社,2004,99108.4