基于单片机的智能温控电机系统设计本科生毕业设计

（）基于单片机的智能温控电机系统设计本科生毕业设计_范文写作网STC89C52是功耗低、性能高CMOS8位微型掌握器，拥有8K在系统可编程Flash。拥有8位CPU和可编程Flash，使得STC89C52在掌握系统供应使用范围广、有效的方案。根本参数：8K字节Flash，512字节RAM，32位IO接口，内置三个16位计数器定时器，一个6向量多级中断构造。当处于空闲状态时，CPU停顿工作，允许RAM、定时器计数器、串口、中断连续工作。掉电爱护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停顿，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz。

3.2.2STC89C52的主要参数

1、工作电压：5.5V~3.3V3.8V~2.0V。

2、工作频率范围：0~40MHz。

3、通用IO口（32个），复位后为：P1P2P3是准双向口弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不加上拉电阻，作为IO口使用时，要加上拉电阻。

4、ISPIAP，不需要特地的编程器，可直接通过串口直接烧程序，下载特别的快速。

5、具有EEPROM功能。

6、共3个16位计数器定时器，为T0、T1、T2定时器。

7、外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。

3.2.3STC89C52的引脚

STC89C52共有40个引脚，32个外部双向输入输出(IO)端口，3个16位可编程定时器，2个外中端口，2个全双工串行通信口，2个读写口线。片内振荡器准时钟电路[12]。

STC89C52有两种编程方法，既可以根据常规编程，同时又可以在线编程。芯片的引脚图如图3-1所示：

图3-1STC89C52引脚

STC89C52主要引脚功能说明：

VCC(40引脚)：电源电压。

VSS(20引脚)：接地。

P0端口(P0.0~P0.7)：P0口是一个漏极开路的8位双向IO口。

P1端口(P1.0~P1.7)：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口。

另外，P1.0口和P1.1还具有引脚功能复用，详细参数见表3-1：

表3-1P1.0和P1.1引脚功能复用

P2端口(P2.0~P2.7)：P2口是一个带内部上拉电阻8位双向IO端口。

在访问外部和16位地址存储器时，P2端口送出高8位地址。在访问8位地址的外部存储器时，P2口引脚上的信息在整个访问其不变。对于FlashROM编程和校检期间，P2也会承受高位的地址和一些掌握信息。

P3端口(P3.0~P3.7)：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向IO端口。P3的输出缓冲器可驱动(汲取或输出电流方式)4个TTL输入。P3端口还具有一些其他复用的功能。如表3-2所示：

RST(9引脚)：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平常为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时之后，RST引脚随后输出具有96个晶振周期的高电

表3-2P3端口的复用功能

平有效。另外特别存放器AUXR上的DISRTO位能够使此功能处于无效模式。在DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE（30引脚）：当地址锁存掌握信号访问外部程序存储器时，输出脉冲由锁存低8位地址供应。

在大多数状况下，ALE的输出脉冲固定频率为晶振六分之一，具有作为时钟或外部定时器使用的功能。

XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输出端。

单片机的最小系统：指的是用最少的原器件组成的能够工作的单片机系统。就用52系列单片机来说，最小系统应当包括单片机和晶振电路还有复位电路。如图3-2所示：

图3-2单片机最小系统

3.3温度采集模块

温度传感器的种类繁多，但是应用在高精度和高牢靠性的场合时，DS18B20温度传感器当仁不让。

3.3.1温度传感器的介绍

DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS公司生产的1-Wire，即单总线器件，它是世界上最早的支持“一线总线”接口的温度传感器[13]。它具有体积小、适用电压宽、功耗低、抗干扰力量性能高、配处理器简单等优点，它能够直接将温度转化成串行数字信号（按9位二进制数字）给单片机进展处理，还能在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚TO-92小体积封装形式。它的温度测量范围在-55~+125℃，测温辨别率可达0.0625℃，特殊是在-10℃~+85℃范围之间，精度更能到达±0.5℃。同样的，DS18B20可编程温度传感器它包含3个管脚。DS18B20的引脚排列图如图3-3所示：

图3-3DS18B20的管脚图

如上图所示：GND引脚为接地线；DQ引脚为数据输入输出的接口，它经过一个较弱的上拉电阻和单片机相连；VDD引脚为电源接口，它既能够由数据线供应电源，又能够由外部供应电源，范围3.0V~5.5V[14]。

DS18B20详细特性如下：

(1)DS18B20采纳了单总线技术，可通过串行口线，也可通过其他IO口线与微机直接接传感器就能直接输出被测温度值。

(2)DS18B20中的器件都有各自的的序列号。

(3)在实际的使用中不需要外接其他器件就能测温。

(4)温度检测范围为-55℃~+125℃。

(5)“0”功耗待机。

(6)可自行设定温度报警上下限值。

(7)能够实现多点连接功能，多个DS18B20能够并联在统一的三线上，完成多点温度测量。

(8)负压特性，当电源接反时，DS18B20不会烧坏，但不能够测温。

DS18B20内部构造大体是由：64位光刻ROM、非挥发的温度报警触发器TH与TL、配置存放器与高速暂存器这4个局部组合而成。

3.3.2DS18B20的工作原理

根据DS18B20的通讯协议，单片机掌握DS18B20要完成温度的转换必需得经过以下几个步骤才能完成：

(1)读写时都必需对DS18B20完成复位。

(2)复位胜利之后都会送出ROM命令。

(3)最终会传出RAM命令，这样才能够对DS18B20实现实际掌握。

复位时，先得取得单片机对数据线下拉500μs再释放，待DS18B20取到命令信号，等待15~60μs左右后，再发出60~240μs的存在低脉冲，最终主CPU收到此信号表示复位胜利。它的工作时序有初始化时序和写时序还有读时序。详细工作方法如图3-4、3-5、3-6所示。

(1)初始化时序

总线上的一切传输过程均是以初始化开头的。主机响应应答脉冲。应答脉冲让主机知道，总线上有从机设备，并预备就绪。主机输出低电平，且保持低电平的时间至少480微秒，从而产生复位脉冲。然后主机释放总线，4.7K上拉电阻

将总线拉高，延时15~60微秒后进入承受模式，用来产生低电平应答脉冲。假如为低电平，就再延时480微秒。

图3-4初始化时序

(2)写时序

图3-5写时序

写时序包含写“0”时序与写“1”时序。一切写时序最少要60微秒，并且在两次独立的写时序当中最少要1微秒的恢复时间。两者都是从总线拉低开头。写“1”时序：主机先输出低电平，延时2微秒后释放总线再延时60微秒。写“0”时序：主机先输出低电平，延时60微秒后释放总线再延时2微秒。

(3)读时序

图3-6读时序

总线器件只在主机发出读时序的时候，才向主机传输数据。因此，在主机发出读数据命令后，定要立刻产生读时序，从而使从机可以够传输数据。一切读时序至少要60微秒，而在两次独立的读时序当中至少需要1微秒的恢复时间。每个读时序均靠主机发起，且至少拉低总线1微秒。主机在读时序的时候肯定要释放总线，且在时序开头后的15微秒中采样总线状态。主机输出低电平延时2微秒后主机转入输入模式，再延时12微秒后读取总线当前电平，然后延时50微秒。

3.4温度显示器模块

LCD1602可以显示为16×2的数字和字符内容，即能够显示两行，每一行具有16个液晶模块。1602液晶也叫1602字符型液晶。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，LCD1602引脚如图3-7所示：

图3-7LCD1602引脚图

1602具有标准的16引脚脚接口，各个引脚功能如下：

第1脚：GND为电源地

第2脚：VCC接5V电源正极

第3脚：液晶显示偏压（调整比照度）

第4脚：存放器选择

第5脚：RW读写

第6脚：使能端

第7~14脚：数据总线，与单片机数据总线相连

第15脚：背光板电源，串联1个滑动变阻器

第16脚：背光板电源地

LCD1602和单片机STC89C52的连接电路特别简洁，RS、RW、EN分别接主控单片机的P3.4、P3.5、P3.6脚，DB0~DB7接到主控单片机的P0数据接口。VSS端接地，VDD供电，电路如图3-8所示：

图3-8LCD1602液晶显示电路

3.5电机转速显示模块

LED（LightEmittingDiode）是发光二极管的缩写。LED显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。LED显示器在单片机系统中应用特别广泛。四位共阳数码管如图3-9图所示：

图3-9四位共阳数码管

常用的LED显示器为8段。每一段对应一个发光二极管这种显示器有共阴和共阳级两种。了解LED的这些特性，对编程是很重要的，由于不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。本设计所应用的就是四位共阳极数码管。

LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此依据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

3.6电机驱动模块L298N芯片

本次设计采纳的电机驱动为L298N芯片，该芯片的图形如图3-10所示：

图3-10L298N芯片实物图

L298N是一款单片集成的高电压、高电流、双路全桥式电机驱动，设计用于连接标准TTL规律电平，驱动电感负载（诸如继电器、线圈、DC和步进电机）。L298N供应两个使能输入端，可以在不依靠于输入信号的状况下，使能或禁用L298N器件[15]。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动两台直流电机，也可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，本设计就是让该芯片驱动一台直流电机。

图3-11L298N管脚图

芯片简要说明：

1、驱动芯片：全新原装L298N双H桥驱动芯片

2、驱动局部端子供电范围VMS：+5V~+30V

3、驱动局部峰值电流：2A

4、规律局部端子供电范围VSS：3.3~5.5V

5、规律局部工作电流范围：0~47mA

6、掌握信号输入电压范围：高电平4.5~5.5V低电平0V

7、最大功耗：20W

8、存储温度：-25℃~+130℃

当L298N的ENA通道为低电平常候，IN1通道和IN2通道的输入信号是无效的。电机始终处于停顿状态。当ENA为高电平的时候IN1和IN2的信号输出才是有效的。当IN1输出为高电平而IN2的输出频率为低电平的时候。电时机顺时针转动。当IN1输出为低电平，而IN2输出为高电平常候，电时机逆时针转动。详细功能整理后如下表3-3所示：

表3-3L298N功能表

3.7直流电机

本设计采纳直流电机，直流电机由定子和转子两局部组成。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、便利，调整范围广泛。直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再连续转受到的磁场方向将转变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也转变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动[16]。电机转速掌握原理图如图3-12所示：

图3-12电机掌握系统原理