全自动电热水壶的设计(包含原理图和程序)

1、单片机控制电热水壶温度的设计中文摘要随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计论述了一种以STC89C52I片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。系统设计了相关的硬件电路和相关应用程序。硬件电路主要包括STC89C52I片机最小系统，测温电路、实时时钟电路、LCD1晶显示电路以及通讯模块电路等。系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，计算温度子程序、按键处理程序、LCD显示程序以及数据存储程序等。关键词STC89C52

2、单片机；DS18B20显示电路一、引言4（一）课题研究的背景4（二）课题研究的目的和意义5二、硬件电路的设计5（一）系统设计的框架5（二）单片机最小系统电路6（三）单片机的选型61.STC89C52单片机简介62.STC89C52单片机时序73.STC89C52单片机引脚介绍7（四）温度传感器电路9（五）系统电源电路的设计10（六）LCD显示电路11（七）串口通讯电路12（八）按键接口电路13（九）DS1302时钟电路13（十）存储器接口电路13三、系统软件设计14（一）计算温度子程序15（二）按键处理子程序15（三）计算温度子程序16（四）显示数据刷新子程序17四、结束语18参考文献19致谢

3、20附件1：系统原理图21附件2：系统相关程序221、 DS18B20底层驱动程序222、 DS1302时钟底层驱动程序27三、数据存储底层驱动程序33一、引言（一）课题研究的背景工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制系统正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术、通过信息技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计就是基于单片机STC89C5温度控制系统的设计，通过本次课程实践，我们

4、更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。（二）课题研究的目的和意义随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。本文采用单片机STC89C52s计了温度实时测量及控制系统。单片机STC89C52能够根据温度传感器DS18B20所采集的温度在液晶屏上实时显示，通过控制从而把温度控制在设定的范围之内。所有温度数据均通过液晶显示器LCD显示出来。系统可以根据时钟存储相关的数据。通过该课程的学习使我们对计算机控制系统有一个全面的了解、掌握常规控制算法的使用方法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法，进一步锻炼同学们在微型计算机应用方面的实际工作能力。二、硬件电路的设计（一）系统

5、设计的框架本课题设计的是一种以STC89C52I片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。其主要包括：电源模块、温度采集模块、按键处理模块、实时时钟模块、数据存储模块、LCD显示模块、通讯模块以及单片机最小系统。电源模块STC89C52单片机数据存储模块图1系统设计框架（二）单片机最小系统电路在课题设计的温度控制系统设计中，控制核心是STC89C5常片机，该单片机为51系列增强型8位单片机，它有32个I/O口，片内含4KFLASHX艺的程序存储器，便于用电的方式瞬间擦除和改写，而且价格便宜，其外部晶振为12MHz一个指令

6、周期为1使用该单片机完全可以完成设计任务，其最小系统主要包括：复位电路、震荡电路以及存储器选择模式（2单片机最小系统(三)单片机的选型本课题设计的温度控制系统主控制芯片选型为STC89C52I片机，其特点如下：1.STC89C52i1片机简介目前，51系列单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。STC89C5印片机是深圳宏晶科技有限公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括：一个8位的微型处理器CPU一个512K的片内数据存储器

7、RAM4K片内程序存储器；四个8位并行的I/O接口P0-P3,每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART勺串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ以上各个部分通过内部总线相连接。2.STC89C52i1片机时序STC89C52单片机的一个执器周期由6个状态(s1s6)组成，每个状态又持续2个震荡周期，分为P1和P2两个节拍。这样，一个机器周期由12个振荡周期组成。若采用12MHz的晶体振荡器，则每个机器周期为1us,每个状态周期为1/6us；在一数情况下，算术和逻辑操作发生在N期间，

8、而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。对于单周期指令，当指令操作码读人指令寄存器时，使从S1P2开始执行指令。如果是双字节指令，则在同一机器周期的s4读人第二字节。若为单字节指令，则在51期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数据也不加1。在加结束时完成指令操作。多数STC89C52旨令周期为12个机器周期，只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令，它们需4个机器周期。对于双字节单机器指令，通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节，但Movx指令例外，Movx指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令，在执行Movx指令期间，外部数据存储器被访问且被选通时跳过两

9、次取指操作。3.STC89C52单片机弓I脚介绍STC89C5印片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O弓I脚。下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。（1）电源引脚Vcc和VssVcc（40脚）:接+5V电源正端；Vss（20脚）：接+5V电源正端。（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOSi片机，该弓|脚接地；对于CHOMSi片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2（18脚）：

10、接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOSI片机，该弓|脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS片，该引脚悬空不接。（3）控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPDALE/P、PSENF口EA/VPP等4种形式。（A） .RST/VPD（9脚）：RST即为RESETVPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）

11、为内部RAMft电，以保证RAMfr的数据不丢失。（B） .ALE/P（30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低（C） .PSEN（29脚）：片外程序存储器读选通输出端，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESNW次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PESN1号将不出现。（D） .EA/Vpp（31脚）：EA为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。当EA端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB（MS-52子系列为8KB）o若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器

12、的程序。当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROMJ单片机，在EPRO编程期间，该引脚用于接21V的编程电源Vpp。（4）输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口（A） .P0口（39脚22脚）：P0.0P0.7统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。对于片内含有EPROMS单片机，当EPRO端程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。（B） .P1口（1脚8脚）：P1.0

13、P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于MCS-52子系列单片机，P1.0和P1.1还有第2功能：P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2;P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX对于EPRO褊程和进行程序校验时，P0口接收输入的低8位地址。（C） .P2口（21脚28脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。对于EPRO褊程和进行程序校验时，P2口接收输入的8位地址。（D） .P3口（10脚17脚）：P3.0P3.7统称为P3口。它为

14、双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。P3口的第2功能见下表表1单片机P3.0管脚含义引脚第2功能P3.0RXD（用行口输入端0）P3.1TXD （用行口输出端）P3.2INTO （部中断0请求输入端，低电平有效）P3.3INT1 （中断1请求输入端，低电平有效）P3.4T0 （时器/计数器0计数脉冲端）P3.5T1 （时器/计数器1数脉冲端）P3.6WR（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P3.7RD （部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）1）.单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚

15、具有第2功能;综上 所述， MCS- 51 系列单 片机的 引脚作 用可归 纳为以 下两点：2）.单片机对外呈3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线。（四）温度传感器电路采用一线制数字温度传感器DS18B2味作为本课题的温度传感器。传感器输出信号进4.7K的上拉电阻直接接到单片机的P1.0引脚上。DS18B20温度传感器是美国达拉斯（DALLAS导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器。该器件将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上。本设计中温度传感器之所以选择单线数字器件DS18B20是在经过多方面比较和考虑后决定的，主要有

16、以下几方面的原因：（1）系统的特性：测温范围为-55C+125C,测温精度为0.5C；温度转换精度912位可变，能够直接将温度转换值以16位二进制数码的方式用行输出；12位精度转换的最大时间为750mg可以通过数据线供电，具有超低功耗工作方式。（ 2）系统成本：由于计算机技术和微电子技术的发展，新型大规模集成电路功能越来越强大，体积越来越小，而价格也越来越低。一支DS18B20勺体积与普通三极管相差无几，价格只有十元人民币左右。（ 3）系统复杂度：由于DS18B2配单总线器件，微处理器与其接口时仅需占用1个I/O端口且一条总线上可以挂接几十个DS18B20测温时无需任何外部元件，因此，与模拟传

17、感器相比，可以大大减少接线的数量，降低系统的复杂度，减少工程的施工量。（ 4）系统的调试和维护：由于引线的减少，使得系统接口大为简化，给系统的调试带来方便。同时因为DS18B201全数字元器件，故障率很低，抗干扰性强，因此，减少了系统的日常维护工作。DS18B20S度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口DQ,外供电源线VDD共用地线GNDDS18B2M两种供电方式：一种为数据线供电方式，此时VDD接地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，来完成温度转换，相应的完成温度转换的时间较长。这种情况下，用单片机的一个I/O口来完成对DS18B20总线的上拉。另一种是外部供电方式（VDD接+

18、5V）,相应的完成温度测量的时间较短。在本设计中采用外部供电方式实现DS18B20专感器与单片机的连接，具接口电路如图4所示。图4温度传感器接口（五）系统电源电路的设计本系统采用电源稳压芯片是LM2596该开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A勺驱动电流，输入电压是+5v,输入电压是+24v,同时具有很好的线性和负载调节特性。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。该器件还有其他一些特点：在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在土 4%勺范围内，振荡频率误差在土 15%勺范围内；可以

19、用仅80仙A的待机电流,实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）在该温度控制系统中，具电源电路设计如下图10所示DS1SB202卬FEETA：KP6KE5Ag g oinpuT o o口 2051 小图5系统电源模块（六）LCD显示电路本课题设计的温度控制系统是采用液晶屏128*64作为显示模块，具接口原理图如下图6所示:（七）串口通讯电路本课题设计的通讯采用的是常见的串口通讯，协议转换芯片是采用MAX232A其接口原理图如下图7所示:CllC1+标-cTcTT2OUTE0)Count-;Count=Coun;while(Count0)Co

20、unt-;/复位DS18B20voidDS1820_Reset(void)TMDAT=0;DS1820_DelayCount(412);TMDAT=1;DS1820_DelayCount(16);/等待DS18B2g答unsignedcharDS1820_Answer(void)dataunsignedinti;dataunsignedcharj;i=0xc000;while(TMDAT)i-;if(i=0)return(aban_return);i=0xffff;j=3;while(TMDAT)i-;if(i=0)if(j=0)return(aban_return);elsej-;i=0xf

21、fff;DS1820_DelayCount(16);return(done_return);/等待DS18B2g答/读取位bitDS1820_Readbit(void)datainti=0;bitdat;TMDAT=0;i+;i+;i+;i+;TMDAT=1;i+;i+;i+;i+;i+;i+;i+;i+;dat=TMDAT;/DS1820_DelayCount(8);DS1820_DelayCount(32);returndat;/读取字节unsignedcharDS1820_Readbyte(void)dataunsignedchari,j,dat=0;for(i=1;i=8;i+)j=D

22、S1820_Readbit();dat=(j1);returndat;/写一个字节voidDS1820_Writebyte(unsignedchardat)datasignedchari=0;dataunsignedcharj;bittestb;for(j=1;j1;if(testb)TMDAT=0;i+;i+;i+;i+;i+;i+;i+;i+;TMDAT=1;/DS1820_DelayCount(8);DS1820_DelayCount(32);elseTMDAT=0;/DS1820_DelayCount(8);DS1820_DelayCount(32);TMDAT=1;i+;i+;i+;

23、i+;i+;i+;i+;i+;/读操作开始unsignedcharDS1820_StartTem(void)EA=0;DS1820_Reset();if(DS1820_Answer()=aban_return)EA=Ea;return(aban_return);/DS1820_Delayms(1);DS1820_Delayms(4);DS1820_Writebyte(0xcc);/DS1820_Writebyte(0x55);/for(i=0;i8;i+)/DS1820_Writebyte(DS1820_tempi);DS1820_Writebyte(0x44);EA=Ea;return(do

24、ne_return);/读所有传感器intDS1820_ReadTem(void)dataunsignedchara,b;datainty3;datafloaty4;dataunsignedchari;EA=0;DS1820_Reset();if(DS1820_Answer()=aban_return)EA=Ea;return(0xffff);DS1820_Delayms(4);DS1820_Writebyte(0xcc);/跳过匹配传感器/DS1820_Writebyte(0x55);/匹配传感器/for(i=0;i8;i+)/DS1820_Writebyte(run_inf.system_

25、index.DS1820_tempi);读取温度DS1820_Writebyte(0xbe);/for(i=0;i9;i+)run_inf.system_index.DS1820_tempi=DS1820_Readbyte();if(CRC(9)!=0)EA=1;return(0xffff);/计算CRCa=run_inf.system_index.DS1820_temp0;b=run_inf.system_index.DS1820_temp1;DS1820_Reset();y3=(b0;i-)rtc_io=temp_0;/*相当于汇编中的RRC*/rtc_sc=1;rtc_sc=0;temp

26、=temp1;/功能：从DS1302实取IByte数据unsignedcharuc_RTOutputByte(void)unsignedchari;rtc_io=1;for(i=8;i0;i-)temp=temp1;/*相当于汇编中的RRC*/temp_7=rtc_io;rtc_sc=1;rtc_sc=0;return(temp);功能：往DS1302写入数据voidwrite1302(unsignedcharucAddr,unsignedcharucDa)bitea;ea=EA;EA=0;rtc_rs_port&=(rtc_rs_bit);rtc_sc=0;rtc_rs_port|=rtc_

27、rs_bit;v_RTInputByte(ucAddr);/*地址,命令*/v_RTInputByte(ucDa);/*写1Byte数据*/rtc_sc=1;rtc_rs_port&=(rtc_rs_bit);EA=ea;/功能：读取DS1302某地址的数据unsignedcharread1302(unsignedcharucAddr)unsignedcharucDa;bitea;ea=EA;EA=0;rtc_rs_port&=(rtc_rs_bit);rtc_sc=0;rtc_rs_port|=rtc_rs_bit;v_RTInputByte(ucAddr);/*地址,命令*/ucDa=uc

28、_RTOutputByte();/*读1Byte数据*/rtc_sc=1;rtc_rs_port&=(rtc_rs_bit);EA=ea;return(ucDa);/功能:设置初始时间voidSet1302(pTime_Stime_temp)unsignedchari=0x80;whte1302(0x8e,0x00);/*控制命令,WP=0,写操作*/write1302(i,time_temp-sec);i+=2;write1302(i,time_temp-min);i+=2;write1302(i,time_temp-hou);i+=2;write1302(i,time_temp-day);

29、i+=2;write1302(i,time_temp-mon);i+=2;write1302(i,0x02);i+=2;write1302(i,time_temp-yea);i+=2;write1302(0x8e,0x80);/*控制命令,WP=1,写保护*/功能：读取DS1302当前时间voidget1302(void)unsignedchari,time_bcd_temp6;unsignedcharucAddr=0x81;for(i=0;i7;i+)格式为 : 秒 分 时 日 月time_bcd_tempi=read1302(ucAddr);/*星期年*/ucAddr+=2;sec=tim

30、e_bcd_temp0;min=time_bcd_temp1;hou=time_bcd_temp2;day=time_bcd_temp3;mon=time_bcd_temp4;yea=time_bcd_temp6;/连续6字节读出程序voidds1302_read(unsignedchar*ptr,unsignedcharaddr)unsignedchari;addr=addr*2+0x0c1;for(i=0;i6;i+)*(ptr+i)=read1302(addr);addr+=2;/连续6字节写入程序voidds1302_write(unsignedchar*ptr,unsignedcha

31、raddr)unsignedchari;addr=addr*2+0x0c0;write1302(0x8e,0x00);/写保护置低(关闭)for(i=0;i6;i+)write1302(addr,*(ptr+i);addr+=2;write1302(0x8e,0x80);/写保护置高(打开)voidStart1302(void)unsignedchartemp;bitea;ea=EA;EA=0;temp=read1302(0x81);temp&=0x7f;whte1302(0x8e,0x00);/*控制命令,WP=0,写操作*/write1302(0x80,temp);write1302(0x

32、90,0);write1302(0x8e,0x80);/*控制命令,WP=1,写保护*/EA=ea;/DS1302驱动程序结束三、数据存储底层驱动程序/ATC256引脚定义sbitepr_sd=P3A3;sbitepr_sc=P3A2;bdataunsignedchartemp1;sbittemp1_0=temp1A0;sbittemp1_7=temp1A7;/存储器驱动程序开始voidnoack(void)epr_sd=1;epr_sc=1;epr_sc=1;epr_sc=1;epr_sc=0;voidask()unsignedchari=0xff;epr_sd=1;epr_sc=1;epr

33、_sc=1;epr_sc=1;doi-;if(epr_sd=0)epr_sc=0;i=0;while(i!=0);epr_sd=1;epr_sd=1;epr_sd=1;voidstop()epr_sd=0;epr_sd=0;epr_sd=0;epr_sc=1;epr_sc=1;epr_sc=1;epr_sd=1;epr_sd=1;epr_sd=1;epr_sd=1;/24c256startvoidstart()epr_sc=1;epr_sd=1;epr_sd=1;epr_sd=0;epr_sd=0;epr_sc=0;voidwrby(unsignedcharx)unsignedchari;ep

34、r_sc=0;temp1=x;for(i=0;i8;i+)/从高位开始传送数据epr_sd=temp1_7;temp1=temp11;/左移一位epr_sc=1;epr_sc=1;epr_sc=1;epr_sc=1;epr_sc=0;/24c256rdbyunsignedcharrdby()/从高位开始读出数据unsignedchari;epr_sd=1;epr_sd=1;epr_sd=1;for(i=0;i8;i+)epr_sc=1;epr_sc=1;temp1=temp11;temp1_0=epr_sd;epr_sc=0;epr_sc=0;epr_sc=0;return(temp1);/2

35、4c256waddrvoidwaddr()start();wrby(0xa0);ask();/24c256raddrunsignedcharraddr()start();wrby(0xa1);ask();temp1=rdby();noack();stop();return(temp1);voidw16addr(unsignedintx)unionunsignedintint_type;unsignedcharchar_type1;u_int_char;unsignedm,n;u_int__type=x;/将x的高位赋给m低位赋给nm=u_int_char.char_type0;

36、n=u_int_char.char_type1;wrby(m);ask();wrby(n);ask();/延时voidd5ms()unsignedchara,b;for(a=0;a=15;a+)for(b=0;b00H;0.0625*2=0.125-01H;0.0625*3=0.1875-01H;0.0625*4=0.25-02H;0.0625*5=0.3125-03H;以此类推;程序名称:HtoB;功能:十六进制转BCD;入口参数:A;出口参数:R7HtoB:MOVB,#064H;100DIVAB;a/100MOVR7,A;MOVA,#0AHXCHA,BDIVABSWAPAORLA,BRET

37、;程序名称:INIT_TEMP；功能：初始化DS18B20,确定DS18B20是否是存在的;入口参数:无;出口参数:FLAGINIT_TEMP:SETBP_DS18B20NOPCLRP_DS18B20;主机发出延时537微秒的复位低脉冲MOVR0,#6BHMOVR1,#04HTSR1:DJNZR0,$MOV40,#6BHDJNZR1,TSR1SETBP_DS18B20;然后拉高数据线，释放总线进入接受状态NOPNOPNOPMOVR0,#32HTSR2:JNBP_DS18B20,TSR3;等待DS18B20回应DJNZR0,TSR2LJMPTSR4;延时TSR3:SETBFLAG;置标志位,表不

38、DS1820存在LJMPTSR5TSR4:CLRFLAG;清标志位，表示DS1820不存在LJMPTSR7TSR5:MOVR0,#06BHTSR6:DJNZR0,TSR6;时序要求延时一段时间TSR7:SETBP_DS18B20RET;程序名称:READ_TEMP；功能：读取DS18B20的数据;入口参数:TEMPERATURE_，LTEMPERATURE_H;出口参数:无READ_TEMP:SETBP_DS18B20LCALLINIT_TEMP;先复位DS18B20JBFLAG,TSS2RET;判断DS1820是否存在？若DS18B20不存在则返回TSS2:MOVA,#0CCH;LCALLWRITE_18B20MOVA,#44H;跳过ROM配发出温度转换命令LCALLWRITE_18B20LCALLDISPLAY;等待AD转换结束,12位的话750微秒LCALLINIT_TEMP;MOVA,#0CCH;准备读温度前先复位跳过ROM配LCALLWRITE_18B20MOVA,#0BEH;发出读温度命令LCALLWRITE_18B20LCALLREAD_18B20;RET将读出的温度数据保存到35H/36H程序名称:WRITE_18B20;功能:将A保存的数值写入DS1820中，;入口参数:A寄存器;出