温度控制器汇总

1、1 引言在工业生产中， 温度很难把握，往往高于或低于允许值，致使产品质量问题 影响生产，甚至导致重大事故的发生。 这就需要一个温度的控制显示器， 随时向 用户显示当前环境温度， 能够在温度过高时发出警报并自动降温， 在温度低于正 常温度时自动加热。另外， 由于现实环境的不同， 系统应能够允许用户自行调节 允许温度，并能够显示。随着单片机的发展，用单片机控制具有很多优点，现代 工业中应用单片机来控制温度越来越普遍。1.1 单片机的介绍单片机是一种集成电路芯片， 是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理 能力的中央处理器 CPU随机存储器 RAM 、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中 断系统

2、、定时器 / 计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模 拟多路转换器、 A/D 转换器等电路） 集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计 算机系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统， 因此它得到了最多的 应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。 现代人类生活中所用的几乎每 件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子 玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。 而个人电脑中也会 有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制 系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其

3、他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。1.1.1 单片机的发展1971年Intel公司研制出世界上第一个 4位的微处理器； Intel公司的霍夫研 制成功世界上第一块 4位微处理器芯片 Intel 4004，标志着第一代微处理器问世， 微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志 列为“二战以来最有影响力的 7 位科学家”之一 。1971年11月， Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括 4001 ROM 芯片、 4002 RAM 芯片、 4003移位寄存器芯片和 4004微处理器 ）其中 4004（下图） 包含 2300 个晶体管，尺寸规格为 3mm×4

4、mm，计算性能远远超过当年的 ENIAC， 最初售价为 200 美元。1972年4月，霍夫等人开发出第一个 8位微处理器 Intel 8008 。由于 8008 采用的是 P沟道 MOS 微处理器，因此仍属第一代微处理器。1973年 Intel公司研制出 8位的微处理器 8080；1973年8月，霍夫等人研制 出 8 位微处理器 Intel 8080 ，以 N 沟道 MOS 电路取代了 P 沟道，第二代微处 理器就此诞生。主频 2MHz的8080芯片运算速度比 8008快 10倍，可存取 64KB存储器，使 用了基于 6微米技术的 6000个晶体管，处理速度为 0.6 4MIPS(Millio

5、n Instructions Per Second )。1975 年 4 月，MITS 发布第一个通用型 Altair 8800 ，售价 375 美元，带有 1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。1976年Intel公司研制出 MCS-48系列 8位的单片机，这也是单片机的问世。Zilog 公司于 1976 年开发的 Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动 控制设备。当时， Zilog 、Motorola 和 Intel 在微处理器领域三足鼎立。20 世纪 80 年代初， Intel 公司在 MCS-48 系列单片机的基础上，推出了 MCS-51系列8位高档单片机。 MCS-51系列

6、单片机无论是片内 RAM 容量，I/O 口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。1.1.2 单片机的应用目前单片机渗透到我们生活的各个领域， 几乎很难找到哪个领域没有单片机 的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传 输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用 豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩 具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智 能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造 就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪

7、器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的 智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：1. 在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、 功耗低、控制功能强、扩展灵活、 微型化和使用方便等优点， 广泛应用于仪器仪表中， 结合不同类型的传感器， 可实现诸如电压、 功率、频率、 湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测 量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电 子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪） 。2. 在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、 数据采集系统。 例如工厂流水线的

8、智能 化管 理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3. 在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、 电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无 所不在。4. 在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口， 可以很方便地与计算机进行数据通信， 为在计 算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件， 现在的通信设备基本上都 实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫 系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无 线电对讲机等

9、。5. 单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛， 例如医用呼吸机， 各种分析仪，监护仪， 超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6. 在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能， 从而在各种电路中进行模块化应用， 而 不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能， 微缩在 纯电子芯片中（有别于磁带机的原理） ，就需要复杂的类似于计算机的原理。 如： 音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于 ROM），由微控制器读出，转化为 模拟音乐电信号（类似于声卡） 。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、 错误率，

10、也方便于更换。7. 单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛， 例如汽车中的发动机控制器， 基于 CAN总线的汽车发动机智能电子控制器， GPS导航系统， abs 防抱死系统，制动系统等此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分 广泛的用途。1.2 P89V51RD2FN 型单片机介绍P89V51RB2/RC2/RD2是 一款80C51 微控制器，包含 16/32/64kB Flash 和 1024 字节的数据 RAM。P89V51RB2/RC2/RD2的 典型特性是它的 X2 方式选项。利用该特性，设计工 程师可使应用程序以传统的 80C51 时

11、钟频率（每个机器周期包含 12 个时钟）或 X2 方式（每个机器周期包含 6 个时钟）的时钟频率运行， 选择 X2 方式可在相同 时钟频率下获得 2 倍的吞吐量。从该特性获益的另一种方法是将时钟频率减半而 保持特性不变，这样可以极大地降低电磁干扰 （EMI） 。Flash 程序存储器支持并行和串行在系统编程（ ISP）。并行编程方式提供 了高速的分组编程（页编程）方式，可节省编程成本和上市时间。 ISP 允许在软 件控制下对成品中的器件进行重复编程。应用固件的产生 / 更新能力实现了 ISP 的大范围应用。P89V51RB2/RC2/RD2也 可采用在应用中编程（ IAP），允许随时对 Fla

12、sh 程 序存储器重新配置，即使是应用程序正在运行也不例外。P89V51RD2FN 型单片机特性80C51 核心处理单元；5V 的工作电压，操作频率为 040MHz；16/32/64kB 的片内 Flash 程序存储器，具有 ISP（在系统编程）和 IAP（在 应用中编程）功能；通过软件或 ISP 选择支持 12 时钟（默认）或 6 时钟模式；SPI（串行外围接口）和增强型 UART；PCA（可编程计数器阵列），具有 PWM和 捕获/ 比较功能；4 个 8 位 I/O 口，含有 3 个高电流 P1 口（每个 I/O 口的电流为 16mA）；3 个16 位定时器 / 计数器；可编程看门狗定时器（

13、 WD）T ；8 个中断源， 4 个中断优先级；2 个 DPTR 寄存器； 低EMI 方式（ ALE 禁能）； 兼容 TTL 和CMOS逻 辑电平； 掉电检测； 低功耗模式 掉电模式，外部中断唤醒； 空闲模式；DIP40，PLCC44 和 TQFP44的 封装；1.2.2 管脚图及管脚描述1、主电源引脚 VCC和 VSS VCC（ 40 脚）接+5V电压； VSS（ 20 脚）接地。2、外接晶体引脚 XTAL1和 XTAL2 XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的 输入端，这个放大器构成了片内振荡器。 当采用外部振荡器时， 对 HMOS单片机， 此引脚应接

14、地；对 CHMO单S 片机，此引脚作为驱动端。XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大 器的输出端。采用外部振荡器时， 对 HMOS单片机， 该引脚接外部振荡器的信号， 即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMO，S此引脚应悬浮。3、控制或与其它电源复用引脚 RST/VPD、ALE/PRO、G PSEN和 EA/VPP RST/VPD（9 脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使 单片机复位。 推荐在此引脚与 VSS引脚之间连接一个约 8.2k 的下拉电阻，与 VCC 引脚之间连接一个约 10F 的电容，以保证可靠地复位。

15、VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部 RAM的数据不丢失。当 VCC 主电源下掉到低于规定的电平，而 VPD在其规定的电压范围（ 5±0.5V ）内，VPD 就向内部 RAM提供备用电源。 ALE/PRO（G 30 脚）：当访问外部存贮器时， ALE（允许地址锁存）的输出用于 锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器， ALE端仍以不变的频率周期性地 出现正脉冲信号， 此频率为振荡器频率的 1/6 。因此，它可用作对外输出的时钟， 或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE脉冲。 ALE端可以驱动（吸收或输出电流） 8个LS型的 TTL输

16、入电路。 对于 EPROM单片机（如 8751），在 EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲 （PRO）G。 PSEN（29 脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存 储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次 PSEN有效。但在此期间，每当 访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN信号将不出现。 PSEN同样可以驱动 （吸收或输出） 8 个 LS 型的 TTL输入。 EA/VPP（引脚）：当 EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在 PC（程 序计数器）值超过 0FFFH（对 851/8751/80C51 ）或 1FFFH（对 8052）时，将自动 转向执行外

17、部程序存储器内的程序。当 EA保持低电平时，则只访问外部程序存 储器，不管是否有内部程序存储器。 对于常用的 8031 来说，无内部程序存储器， 所以 EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。对于 EPROM型的单片机（如 8751），在 EPROM编程期间，此引脚也用于施加 21V 的编程电源（ VPP）。4、输入/输出（ I/O ）引脚 P0、P1、P2、P3（共 32根）P0口（39脚至 32 脚）：是双向 8 位三态 I/O 口，在外接存储器时，与地址总 线的低 8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动 8 个 LS型的 TTL负载。 P1口（1脚至8脚）：是准双向 8位I/

18、O 口。由于这种接口输出没有高阻状态， 输入也不能锁存，故不是真正的双向 I/O 口。P1 口能驱动（吸收或输出电流） 4 个 LS型的 TTL负载。对 8052、8032，P1.0 引脚的第二功能为 T2 定时/ 计数器的 外部输入， P1.1 引脚的第二功能为 T2EX捕捉、重装触发，即 T2 的外部控制端。 对 EPROM编程和程序验证时，它接收低 8 位地址。 P2口（ 21脚至28脚）：是准双向 8位I/O 口。在访问外部存储器时，它可以 作为扩展电路高 8位地址总线送出高 8 位地址。在对 EPROM编程和程序验证期间， 它接收高 8位地址。 P2可以驱动（吸收或输出电流） 4个L

19、S型的 TTL负载。 P3口（10脚至 17脚）：是准双向 8位I/O 口，在 MCS-51中，这8个引脚还用 于专门功能，是复用双功能口。 P3能驱动（吸收或输出电流） 4个LS型的 TTL 负载。作为第一功能使用时，就作为普通 I/O 口用，功能和操作方法与 P1 口相同。 作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。值得强调的是， P3 口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二 功能。表 P3 各口线的第二功能定义口线 引脚 第二功能P3.0 10 RXD（串行输入口）P3.1 11 TXD （串行输出口）P3.2 12 INT0 （外部中断 0）P3.3 13 INT1 （外

20、部中断 1）P3.4 14 T0 （定时器 0 外部输入）P3.5 15 T1 （定时器 1 外部输入）P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲）P3.7 17 RD （外部数据存储器读脉冲）2 系统设计2.1 系统设计要求1）温度范围为： -20 +100 ，最小区分度为 1，标定温度 1 ；2）温度采样时间： 100ms 10min （ 可调）；3）具有超温声、光报警功能；4）实时温度显示（四位数码管） ；5）实时温度控制（风扇及加热负载）功能；6）温度参数输入功能（温度 +、温度- 键）。2.2 系统实物要求根据系统原理， 结合模电和单片机的基础理论知识， 完成温度控制仪的方案 和电路

21、设计和仿真，并在面包板上完成连接、装配、调试和演示。2.3 系统设计总体框图LED显示 加热丝双向可控制控硅对象设定输入 单片机 控制输出传继电器风扇传感器A/D采集信号调电路理电路2.4 系统主要实验仪器和器件 稳压源 实验工具箱万用表Op078 联数码管 （ SM420564）排阻P89V51RD2FN ULN2003APG3 单元模块设计3.1 纹理电路3.1.1 电路功能利用桥式分压电路， 将温度传感器表现出的电阻量转换成电压值， 在利用比 例运放将微小的电压量放大，以满足 ADC0809 的需要。在次过程中就会行成电 压值和电阻值的换算公式， 但在这之前应该先由实验建立传感器的温度与

22、电阻的 关系。表 1 传感器温度与电阻值温度（oC）8075706560555045403530252015阻值（K）第一次0.4060.440.5060.6030.7050.8381.0071.2081.4621.7652.1452.624323.206第二次0.410.4280.4770.5840.7070.8250.9761.2081.4311.7442.2812.6303.2064.03第三次0.40.4130.4890.5730.6950.8491.0281.21.4701.7862.1622.63.23.958平均0.4050.4270.4970.5870.7020.8371.00

23、41.2051.4541.7652.1962.6183.2023.971图 1 传感器温度与阻值由图 1 可以得到传感器温度与阻值之间的关系式：R（t ）=-0.1538t+6.278t20-0.0853t+4.3285 20t 35-0.041133t+3.09932 35t 55-0.01485t+1.593 55t 803.1.2 电路设计图 2 纹理电路仿真3.1.3 电路参数计算由纹理电路知 U0 2(U max U) 2(2.5 R 5) ,所以 4R(6.27820 4U)/ 0.1538 U50.182<U<0.554(4.328520 4U) / 0.0853U5

24、0.554<U<1.938(3.0993220 4U)/ 0.041133 U51.938<U<3.27(1.59320 4U ) / 0.014853.7<U<4.08U53.2 A/D 转换3.2.1 电路功能 本系统是用单片机进行监测与控制的， 而单片机只能处理二进制信号， 因此 必须用 A/D 转换电路将纹理电路输出的模拟量转换成数字量，供单片机处理。3.2.2 A/D 转换芯片 ADC0808介绍图 3 ADC0808 管脚图地址码选通模拟通道ABC000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表

25、2 通道选择在管脚图中 IN-0 IN-7 为通道的输入引脚， 2-1 2-8 是 A/D 转换的输出， 并且 2-8 是低位引脚， 2-1 是高位引脚。ADC 0808 要注意的特性：地址所存信号 ALE 为上升沿有效，与 80C51的 ALE相反。ENABLE(OE) 为输出允许，高有效。CLOCK 低于 640KHz。EOC 为转换结束，高有效。 启动 AD 变换是要给出通道地址。3.2.3 单片机和 ADC0808的级联联 后 0 通 道的 地 址为 XBYTE 7FF8,1 通道的地址为 XBYTE 7FF9 ，2 通道的地址为 XBYTE 7FFA等等3.3 数码管显示用于显示实际

26、温度和预设温度，便于用户的使用3.3.1 显示数码管 SM420564引脚说明：1 引脚位选 12引脚A3引脚F4引脚位选 25引脚位选 36引脚B7引脚位选 48引脚G9引脚C10引脚CR11引脚D12引脚ESM420564利用人眼的视觉暂留动态显示数字，同一时间内只有一个数码管是被选中的。由于单片机的输出电流很小， 不足以驱动数码管工作， 所以需要用ULN2003 来增加电流。3.3.2 驱动器 ULN2003APG在实际使用时 ULN2003APG 必须加上拉电阻3.3.33.4 按键电路3.4.1 电路功能 用户可以通过按键来自主的调节预设温度， 并且能够通过按键在实际温度与 预设温度

27、之间转换显示。3.4.2 与单片机的连接电路3.5 负载电路电路功能当温度高于预设温度时， 红灯亮，蜂鸣器也会报警。 当温度低于预设温度时，黄灯会亮。 通过这种外部负载的工作状态使用户了解被控对象的工作状态， 即使做出反应与单片机的链接电路4 软件设计4.1 A/D 转换4.1.1 程序流程图启动 A/D 转换 0 通道延时等待 A/D 转换结读取转换结果将转换得到的二进制变为十进制将十进制的电压量变为温度量4.1.2 C 语言程序void samp( ) /* A/D 转换函数，并将电压量转换成温度量 */ unsigned char i;float c;XBYTE0X7FF8=0; / 启

28、动 A/D 转换 /for(i=0;i<0xff;i+); / 等待一次 A/D 转换结束 /result=XBYTE0X7FF8; / 读取 A/D 转换的结果 /u=result*5/256;/ 将二进制转换成十进制 /c=(20-4*u)/(u+5);if(u<0.554&&u>0.182)/* 电压量转换成温度量的函数 */t=(6.278-c)/0.1538;if(u>0.554&&u<0.1938)t=(4.3285-c)/0.0853;if(u>1.938&&u<3.27)t=(3.0993

29、2-c)/0.041133;if(u>3.27&&u<4.08)t=(1.593-c)/0.01485;4.2 定时器中断4.2.1 程序流程图4.2.2 C 语言程序void t0_ser() interrupt 1 using 1 TL0=0XB0;TH0=0X3C;/* 定时器定时 0.1s ，产生方波，并作 为 A/D 转换的间隔 */ 定时器初值 / 定时器初值 / 红灯亮时向蜂鸣器送方波 /flag=1; if(p34=1) p31=!p31;4.3 数码管显示4.3.1 程序流程图开始P2口送位选码P1口送段选码延时否4位数显示完是结束4.3.2 C

30、语言程序charunsignedTab1=0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F;void delay() unsigned char i;/* 延时函数 */for(i=0;i<200;i+); void display(int t) unsigned int d,e;d=t/10;e=t%10;P2=0x74;P1=0x39; delay();P1=0X00;P2=0x72; P1=Tab1e; delay();P1=0X00;P2=0x71; P1=Tab1d; delay();P1=0X00;4.4 按键程序流程图/*

31、显示函数 */ 读取温度的十位数 / / 读取温度的个位数 / / 选取第三个数码管 / / 显示 C/ 选取第二个数码管 / 显示个位数 / 选取第一个数码管 / 显示十位数 /开始是否中断是可能有按键操作 ， 延时消抖是否中断是预设温度 +1或 1结束4.4.2 C 语言程序/* 外部中断 0*/ 减小预设温度 / 循环显示 /* 外部中断 1*/void int0_srv() interrupt 0 using 0 int j;tu-;for(j=0;j<200;j+)display(tu);void int1_srv() interrupt 2 using 0int j;/ 增加

32、预设温度 /tu+;for(j=0;j<200;j+)display(tu); / 循环显示 / 5 系统测试5.1 系统总电路图5.2 系统功能通过传感器对温度的感知， 将温度量转换成电阻量， 再由纹理电路转换成电 压量，进过 A/D 转换变为单片机能够处理的二进制。在单片机处理中，将实际测 得的温度与设置的预设温度通过开关在数码管上能够切换显示。 另外，如果实际 温度小于预设温度时，黄灯会亮；如果实际温度大于预设温度时，红灯会亮，蜂 鸣器也会响。6 设计总结6.1 设计小结通过本次设计， 加深了我对利用单片机开发系统的理解。 能够更好的理论结 合实际的来理解和巩固单片机知识，对单片机与其他芯片的级联也有更深的理 解，尤其是用单片机和 ADC0808来实现 A/D转换，从根本上理解了 A/D 转换的启 动和读数。第一次接触了纹理电路，知道了电阻值与电压值之间的转换。6.2 设计的完善可以利用两片单片机之间的串行通信实现对被测对象的远程控制， 实际工业 生产中有很多需要监控的对象是在高温环境中的，人是不能直接面向被测对象 的，这就需要远程监控。附录：1 系统原理图2 系统软件流程图3 系统总程序#include<reg51.h>#include<