单片机温度控制系统

1、单片机课程设计报告一、引言随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域较广泛。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本设计系统包括单片机，温度采集模块，显示模块，按键控制模块，报警和指示模块五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题所有要求。二、

2、实验目的和要求2.1学习DS18B20温度传感芯片的结构和工作原理。2.2 掌握LED数码管显示的原理及编程方法。2.3 掌握独立式键盘的原理及使用方法。2.4 掌握51系列单片机数据采集及处理的方法。三、方案设计总体设计方案采用AT89C52单片机作控制器，温度传感器选用DS18B20来设计数字温度计，系统由5个模块组成：主控制器、测温电路、显示电路、控制电路、报警及指示电路。主控制器由单片机AT89C52实现，测温电路由DS18B20温度传感器实现，显示电路由4位LED数码管直读显示,，报警指示电路由蜂鸣器和发光二级管构成，控制电路由按键构成。本设计所使用的数字温度计与传统的温度计相比，具

3、有读数方便，测温范围广，测温准确等特点，其输出温度采用数字显示，主要用于对温度的精度要求较高的场所，或科研实验室使用，并且加有报警装置，超过限制温度可发出报警信号，还可以调整报警上下限温度。该设计控制器使用单片机AT89C52，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管以1/O口传送数据，实现温度显示，能准确达到以上要求。四、实验原理利用温度传感器芯片监测环境温度，将温度信号转换为数字信号传送到单片机内部，单片机通过对温度数据进行处理，利用四位八段数码管显示环境温度，并利用蜂鸣器和发光二极管发出超限警报信号。通过按键操作可以改变报警温度的上下限。五、材料清单序号名称型号/规格数量备

4、注1单片机STC89C52RC1U12温度传感器DS18B201U23电阻3KQ5R1,R2,R3,R4,R12410004R5,R6,R7,R8510KQ4R9,R13,R14,R15620001R1071K01R118排阻10K1RP19电容30pF2C1,C210电解电容22uF1C311三极管9013(NPN)4Q1,Q2,Q3,Q4128550(PNP)1Q513发光二极管黄色1D114红色1D215绿色2D3,D416蜂鸣器1BUZ117按键4S1,S2,S3,S418晶振11.0592MHz1X119四位八段数码管XD3941BR-ST1显示六、基本芯片及其原理6.1单片机89C

5、52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出（I/O）口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89

6、C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C52有PDIP（40pin）和PLCC（44pin）两种封装形式。本次课程设计所使用的单片机为STC89C52单片机，是深圳宏晶科技生产的完全兼容INTEL公司MCS-51系列的单片机。6.2温度传感器及其原理传感器DS18B20具有体积小、精度高、适用电压宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“

7、一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使用户可以充分发挥“一线总线”的优点。同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C+125°C,在-10+85°C范围内，精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度

8、测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。6.2.1 DS18B20的特性(1) 适应电压范围更宽，电压范围:3.05.5V，寄生电源方式下可由数据线供电。(2) 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。(3) DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。(4) DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电

9、路内。(5) 温范围一55°C_125°C，在-10+85°C时精度为±0.5°C。(6) 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5°C、0.25°C、0.125C和0.0625C，可实现高精度测温。(7) 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。(8) 测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。(9) 负压特性:电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

10、6.2.2 DS18B20内部结构及DS18B20的管脚排列64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。DS18B20的引脚定义：DALLAS123NCDALLAS18820GND8-Pin150iuilSOD51£B20Z)BOTTOMVZE'iViTO92nJ二INC=NC=1NGfi-Plll|lL&OP(DSISB20U)图一DS18B20引脚定义（1）DQ为数字信号输入/输出端。（2）

11、GND为电源地。（3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。6.2.3DS18B20的编程（1）DS18B20的初始化： 先将数据线置高电平“1”。 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点） 数据线拉到低电平“0”。 延时750us（该时间的时间范围可以从480us到960us）。 数据线拉到高电平“1”。 延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。 若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的

12、时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。 将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。初始化程序代码如下：voidds_reset（void）charpresence=l;while（presence）while（presence）DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0;delay(50);DQ=1;delay(6);presence=DQ;delay(45);presence=DQ;DQ=1;(2) DS18B20的写操作： 数据线先置低电平“0” 延时确定的时间为15us。 按从低位到高位的顺序发送字节(一次只发送一位)。 延时时间为45us。 将数据线拉到高

13、电平。 重复上(1)到(6)的操作直到所有的字节全部发送完为止。 最后将数据线拉高。写操作程序代码如下：voidds_write(uchards_wrdata)uchari;for(i=8;i>0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ=ds_wrdata&0x01;/最低位移出delay(6);ds_wrdata=ds_wrdata/2;/右移1位DQ=1;delay(1);(3) DS18B20的读操作： 将数据线拉高“1” 延时2us。 将数据线拉低“0”9 延时15us。 将数据线拉高

14、“1”。 延时15us。 读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理 延时30us。读操作程序代码如下：uchards_read(void)uchari;ucharvalue=0;for(i=8;i>0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value>>=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(DQ)value|=0x80;delay(6);DQ=1;return(value);6.2.4DS18B20传感器的温度数据关系：温度数字输出/（二进制

15、）安息字输出（十六进制）+125V0000000011111010OOFA11+0C0000000000110010003211+1/21C0000000000000001OOOlh+此0000000000000000OOOOh-1/2V1111111111111111FFFFh-25°C1111111111001110FFCEh-5511111111110010010FF92h图二温度传感器的温度数据关系6.2.5DS18B20的外部电源供电方式：在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，此时1/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时

16、在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。图三外部电源供电连接图七、系统框图本系统设计由5个模块组成：主控制器（单片机）、温度采集模块、温度显示模块、控制电路模块、报警及指示模块。主控制器由单片机AT89C52实现，测温电路由DS18B20温度传感器实现，显示电路由4位LED数码管直读显示，报警指示电路由蜂鸣器和发光二级管构成，控制电路由按键构成。系统框图如下：图四系统框图八、工作流程图8.1主程序流程图图五主要功能流程图图六指示、报警模块流程图I开始:!图七读取温度值模块流程图V13九、硬件电路图FO.Oi'AEaPO1WC-1FQNAD3PCUi.口P0占

17、如5PO.6.ftD6FO了fAD7F2.WA3巴.1竝gP221AnaP2.3A11P2.4JA12PS5JA13尸乙测ITP2.mi5PS护1rrn卫1羽273P2.S/A14P2.7/A15F3.O/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P33/INT1P3.4/T0P35JT1P3.WWRP3.77RD閃37图八显示模块10i71213U151617R1310kS1i.JSI1_®OO-,S2加一|I®OOrS3贼-I1_過OOR15图九按键控制模块图十一温度传感器连接图基于AT89C52单片机的数字温度监控系统8U88C2KpF%C3=>22uFR10&g

18、t;：!：R11U1AR5D1D203D斗R123kS550止iK止iKXTAllPti.CMADlPO1A&1FOgRXTAL2FO.珈旳POD-eR5.WAD3RTF13.T/AD7P2.&W6P2.1/A9P2.2TA110PS£NP2®叩ALEF2阿2EAP25i'A13P2.0iAl<P2.7fA15P1.Q/T2PiafflXDPI1/T2EXP11/TXDP1.2P3PI.3P33TJT1PJ.aP3.4TTOP1.5P3.5fT1".9ra.enRPIJP37/RC-IT0S92MHZT.ftlhTEI4£-1大学R13通信与信息工程学院电子信息工程丁沁班制作者：fnarilh.riR3U24i阳b2,i337L51-24'Lsa:32'b21督P督PSIBBSOR2SkR4Mr时间M2011年7月11日十、总结通过做本课题，使我们了解传感器的基本理论知识，更深入的了解单片机的开发应用和PC编程控制。为以后从事单片机软硬件产品的设计开发、PC软件开发打下了良好的基础，树立独立从事产品研发的信心。同时也培养了我们认真的做事态度。从得到题目到查找资料，从对题目的研究设定到电路图的设计，电路图的设计到程序设计在这一个充满挑战伴随挫折，充满热情伴随打击的过程中，我们感触颇深，它是对我们的