【基于单片机的数字温度控制系统设计9400字（论文）】

基于单片机的数字温度控制系统设计物联网技术近年来备受关注，特别是51单片机技术。采用51单片机技术组成主控系统，定期孕育发生秒信号。通过该程序能够自主进行年、月、日、时、分、秒的计数。数字温度传感器DS18B20用于采集温度。在12864宽屏幕液晶显示器上及时显示刻下时间和室内外温度信息，经过议定设置按键可调节刻下时间、报警时间和温度报警值。WiFi模块用于达成手机控制的单片机设置周年纪念提醒的功能。末了达成了手机时间设置、警铃设置、室内外温度提示、高温自动报警等功能。该设计拥有着抗干扰能力强、测量精度高、无需所有的固定网络的支持、而且比较安装简单、性价比也很高、可维护性好等优点。达成适时时温度控制是一种智能、经济的方案。在原有的室内温度计时和测量显示的基础上，增加了室外温度测量和显示、节假日、周年纪念和高温报警等功能，增强了日历的功能，增强了日历带给人们的仪式感和安全感。关键词：单片机智能万年历温度传感器目录TOC\o"1-4"\h\u19960一、绪论 目前，基于单片机控制技术的微电子技术得到了前所未有的发展。它普及运用于控制、智能和仿真等各个领域。控制领域中的准时控制和温度控制在生产和生活中得到了普及的运用，在我们的日常生活中随处可见。LCD模块越来越普及地运用于百般测量仪器、测量装置、显示仪表等日常电子产品中，对测量精度和显示精度的请求也越来越高，尤其是对时间测量的请求，不但请求准确，而且请求非常直观，便于我们观察和修改，利便地读取数值。本文以51单片机为主控芯片，DAI、I为公司的适时时钟芯片DS1302为时钟控制芯片，12864为液晶显示模块，设计了电子日历系统。系统不妨在同一屏幕上显示年、月、日、周、温度和闹钟设置。单片机是第四代微机的要紧分支。单片机将CPU、随机存取存储器、只读存储器、准时器/计数器和I/0接口电路集成到集成电路芯片中。单片机的运用在控制领域中引起了一场微机的控制革命。传统的硬件控制慢慢退出了舞台由微控制技术代替。近十年来，单片机遍及运用于生产过程控制、自动检测、数据采集与处置、科学计算、集团的管理和自动化工作等领域。单片机拥有体积小、重量轻、节能、价格低廉、通过性高、通用性强等优点。广泛运用于卫星定位、汽车火花控制、交通自动管理、微波炉特用控制等领域。近年来，单片机的发展越来越极速，它曾经渗出到好多学科，以及人们生活的各个方面，我们在生活中无处不享受这微机控制带来的便利。MCS-51系列51芯片构成了一个完整的计算机硬件系统。从CPU、内存到输入/输出端口，都是可用的。只要编写程序，就不妨完成中央控制或数据采集、处置和通信传输的信息处置器。为知足控制的必要，MCS-51单片机的指令系统拥有较强的位处置功能，拥有加、减、乘、除指令的功能。CPU时钟高达12MHz，并拥有可以执行单字节乘法或除法的操作装置。该系列微控制器可分为军用、民用和工业产品。民用产品首要用于办公室和计算机房环境，工作温度为0到+70摄氏度。军品必须在恶劣环境中稳定工作。工业产品的工作温度在-65至125摄氏度之间。它们不妨在-40摄氏度到+85摄氏度的温度范围内寻常工作。工业产品比民用产品更信得过，但价格低于军品。在单片机的运用中，不妨按照实际工作环境选择工业芯片，以保证系统的信得过性。在国内，李光迪、朱月秀和冷祖琦的《单片机基础》2017版。本书以AT89C51为核心，辅以必要的外围电路，不妨经过议定LED更准确地显示时间和分钟。两个简单的键调整时间。整个电子时钟系统不妨完成时间显示、准时、准时闹钟、复位等功能。提高了测量精度。胡华主编，《单片机原理与运用技术》，2015年。本书还以A51为核心，必要的外围电路可以得到辅助，经过议定设置六位LED数码管，利用单片机的计数器功能，不妨更准确地显示小时、分钟和秒。用两个键调整时间。整个电子时钟系统还不妨完成时间显示、准时、复位等功能。日历的日程安排曾经改进了。陈立刚题为“汽车智能电子钟的设计与达成”的论文发表在《科技创新公报》2015/13号上。基于低功耗多功能时钟/日历芯片PCF8563，设计了一种拥有准时和闹钟功能的汽车智能电子时钟。经过议定键盘及时调整系统的刻下时间和报警时间。温度升高报警功能。张勇在《济南职业学院学报》2016/06第三期上发表了题为《基于DS1302的电子钟制作难度分析》的文章。讨论了以时钟芯片DS1302为核心的电子时钟日历系统的制作难点，分析了以51为主控芯片的电子时钟硬件电路的工作原理，指出了硬件电路设计中应注意的事项，给出了主程序流程图。介绍了RAM的设计思想和几种首要功能子程序，分析了DS1302时钟芯片的运用方法和注意事项。给出了相应的解决方案。智能万年历的核心为51单片机，电路控制是由51单片机完成。使用DS1302时钟芯片和24C02闪存，显示日历年、月、日等。当显示旧历时间时，不妨标记周、小时、分钟、秒和旧历年、月和日。无论是闰月还是非闰月，在完成自动调整和断电保护的同时，运用全部信息LCD。人机界面由设准时间、可调日期、可调报警开关三个按键达成。按照系统设计功能的请求，制订了系统的主控制模块和设计时间。总共有六个模块：时钟模块、存储模块、键盘接口模块、显示模块和报警模块。基于以上分析，系统设计框架如下。键扫描电路（89S51）主控模板键扫描电路（89S51）主控模板DS1302时钟电路液晶显示液晶显示闹钟电路闹钟电路存储电路 存储电路LM016L在显示模块中的运用，其原因在于它拥有结构简单、电路负载轻等特点，使得整个硬件结构异常简单，便于携带。同时，在控制器的选择上，LM016LHD44780是一个很好的选择。它不光是上传下载的速度快，而且对接收的指令的响应速度也是异常敏感。DS1302它的工作电压为2.5伏～5.5伏，可以闰年补偿的功能，采用的传输方式有两种一个是RAM数据突发方式和多字节时钟信号，采用的接口是三线的和CPU同步通信。DS1202是DS1302的低级版，所以DS1302与DS102通用，升级之后添加了主电源和备用电源，提供小电流充电的功能。基于DS1302的时钟拥有很高的时间精度。AM/PM不妨运用24小时制或12小时制。三线接口用于与CPU同步，多字节时钟信号或RAM数据不妨处于突发模式传输。DS1302拥有用于主/备用电源的双针。在工作模式下，VCC1与备用电源相连，无需主电源即可节省时间。。就PC机键盘而言，这些键盘存在震颤现象，但每台PC机的硬件配置各异，相应的PC机键盘的功能也各异。因此，键盘的灵敏度越高，越便当运用，震颤时间越短，对PC机键盘的硬件控制就越庞杂。关于编码键盘，当不按下按钮时，A点的电位不妨测量得更高，高达5伏；当按下按钮时，A点的电位不妨快速下降。这一过程的变化首要是由于外部压力使点电位将钥匙的开关状态转移到CPU，然后CPU将压力的变化处置到信号输出。按照机械开关的特殊结构，按下按钮会导致失真，这自然会导致键盘震颤。按照震颤的特点，第一次检测按键的延迟时间通常为5110毫秒，当震颤消失后，按键的状态将被从头检测。震颤现象不利于键盘操作，会导致键盘操作不稳定，进而导致CPU处置错误。因此，必须解决震颤引起的键盘操作不稳定问题。电子蜂鸣器看成一个整体结构，首要分为压电蜂鸣器和电磁蜂鸣器，普及运用于计算机、打印机、复印机、报警器、电话等电子设备中。主控模块模块在整个系统中起着统筹的作用，需要检测键盘，温度传感器等各种参数，同时驱动液晶显示相关参数，在这里我们选用了51系列单片机中的STC89C52单片机作为系统的主控芯片。51系列单片机最初是由Intel公司开发设计的，但后来Intel公司把51核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如SST、Philip、Atmel等大公司。因此市面上出现了各式各样的均以51为内核的单片机。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51指令、并在51的基础上扩展一些功能而内部结构是与51一致的。STC89C52有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。STC89C52的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。STC89C52单片机的基本组成框图和管脚图见图3-1和。图3-1STC89C52单片机结构图图3-2STC89C52单片机管脚图对于采用的钟表电路，我们选择的是美国一家公司的电路DS1302，对于美国的达拉斯公司的时钟钟表线路，其具有功耗比较低、性能非常高，拥有非常好的RAM。它有非常先进的功能，可以识别那一年是闰年并且补偿，对时间每分每秒每天每月每年进行记录，它的工作电压是2.5伏到5伏，采用的是与CPU同步通信的三线接口，突发模式可一次传输多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302时钟芯片内主要包括移位寄存器、控制逻辑电路、振荡器。DS1302与单片机系统的数据传送依靠RST，I/O，SCLK三根端线即可完成。其工作过程可概括为：首先系统RST引脚驱动至高电平，然后在SCLK时钟脉冲的作用下，通过I/O引脚向DS1302输入地址/命令字节，随后再在SCLK时钟脉冲的配合下，从I/O引脚写入或读出相应的数据字节。因此,其与单片机之间的数据传送是十分容易实现的，DS1302的引脚排列及内部结构图如图2。X1，X232.768kHz晶振引脚GND地线RST复位端I/O数据输入/输出端口SCLK串行时钟端口VCC1慢速充电引脚VCC2电源引脚图3-3DS1302的引脚图3-4DS1302与MCU接口电路图3-4为DS1302的接口电路，其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。VCC1在单电源与电池供电的系统中提供低电源并提供低功率的电池备份。VCC2在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式中VCC1连接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302由VCC1或VCC2两者中较大者供电。当VCC2大于VCC1+0.2V时，VCC2给DS1302供电。当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把SCLK端置“0”，接着把RST端置“1”，最后才给予SCLK脉冲；读/写时序如下图5所示。表-1为DS1302的控制字，此控制字的位7必须置1，若为0则不能对DS1302进行读写数据。对于位6，若对时间进行读/写时，CK=0，对程序进行读/写时RAM=1。位1至位5指操作单元的地址。位0是读/写操作位，进行读操作时，该位为1；进行写操作时，该位为0。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。表-2为DS1302的日历、时间寄存器内容：“CH”是时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位为0时，时钟开始运行。“WP”是写保护位，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，“WP”必须为0。当“WP”为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。DS1302的控制字如表2所示。控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为1表示进行读操作，为0表示进行写操作。控制字节总是从最低位开始输出。表3-1DS1302的控制字格式1RAM/CKA4A3A2A1A0RD/WR在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。如下图3-5所示。图3-5DS1302读/写时序图DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表2表3-2DS1302的日历、时间寄存器写寄存器读寄存器Bit7Bit6Bit5Bit7Bit3Bit2Bit1Bit080H81HCH10秒秒82H83H10分分84H85H12/EQ\*jc0\*"Font:宋体"\*hps8\o\ad(\s\up9(——),24)010时时EQ\*jc0\*"Font:TimesNewRoman"\*hps12\o\ad(\s\up11(——),AM)/PM86H87H0010日日88H89H00010月月8AH8BH00000星期8CH8DH10年年8EH8FHWP0000000此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。系统温度传感器采用DS18B20复线数字温度传感器。温度传感器实用于3-5伏电压（与单片机的5伏电源相仿）这个电压刚好可以解决电源的问题。可测量的温度范围为“551+125摄氏度”（完全知足系统请求）这不仅可以解决发热的问题导致的线路烧坏，还可以对于才时间的工作而产生的发热问题进行很好的解决。此外，它只需要一条总线举行信息交换，即只必要一个单片机的I/O端口，基本上不必要外部原件，线路非常简单对于操作就更加轻松。图3-6DS18B20芯片封装DS18B20的管脚配置和内部结构内部结构如图3-7所示。(1)DQ为单数据总线，是数字信号输入/输出端；(2)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）。图3-7内部结构图（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。DS18B20的工作时序如下：（1）复位时序图图3-8复位时序图（2）读时序图图3-9读时序图（3）写时序图图3-10写时序图（4）工作时序1）总线时序图3-11总线时序2）写周期时序图3-12写周期时序3）起始/停止时序图3-13起始/停止时序4）应答时序图3-14应答时序5）立即地址读时序图3-15立即地址读时序系统采用12864液晶显示模块，显示日历中的年份、日、周、时间信息。采用5伏的电压驱动的LCD模块，背光度和对比度可以根据使用者的喜好任意调整。12864液晶显示模块自带的复位电路拥有80B显示数据存储器DDRAM、1605×7点阵字符发生器CURAM、8个用户自定义5×7点阵字符发生器CURAM和外部CPU。接口采用并行或串行控制方式。系统的软件设计首要是系统的功能设计。单片机的软件设计首要搜罗执行软件（完成百般功能）和监控软件（按键）的设计。本设计采用C语言编程难点，系统分为两部分，主程序和子程序，子程序首要为时钟系统功能模块设计。首先当系统通电时，第一步是初始化，第二步设置显示模式，初始化第二显示，然后打开总中断。单片机入手调用LED显示子程序、按键子程序、DS1302子程序、DS18B20子程序、闹钟子程序、温控子程序，延时后返回程序入手下手循环。图4-1主程序流程图DS18B20是一种复线设备，在一根数据线达成双向数据传输。但是51单片机不支持复线传输，所以在操作DS18B20时必要遵照必要的规则。在复线DQ上，有几种信号类型，如复位脉冲、响应脉冲、写“0”、写“1”、读“0”和读“1”。除了响应脉冲，它们都是由主机孕育发生的，而数据位的读写是由读写准时孕育发生的。写入顺序是经过议定将数据行从高级别拉到低级别来生成的。计时有两种类型：写入“0”和写入“1”。全部写入顺序必须在60us以上，每个写入顺序必须保证lus的最短响应时间。在DQ线变低后，DS18B20在1560us窗口中采样DQ。倘使它是高水平的，它会写“L”。当DQ被拉到一个较低的水平和至少60us时，写“0”。读取顺序是经过议定将数据线从高级别拉到低级别来生成的。计时有两种类型：读取“0”和写入“0”。与写入顺序一样，全部读取顺序应至少保持60us，并且必须保证它们之间1us的恢复时间。在15us中，倘使DQ引脚设置为低电平，并且输出数据在读取序列中有效，则当DQ引脚被拉到高电平时，读取“1”并读取“0”。温度采集子程序流程图如图所示。图4-2温度采集主程序流程图闹钟子程序是不断用时钟的分和时与设定的分和时举行比较，当知足相等条件时，闹钟启动，响铃10分钟，当复位键、模式键、加一键这三个键中有任一个键按下，或不知足相等条件时，闹钟不启动。对于取消和稍后再次提醒有很重要的意义，如果闹钟响起的时候我们没有按下复位键，他会在十分钟后再次提醒我们，知道循环几次之后闹钟就会自动按下复位键。该程序首要达成对DS1302的充电和写保护，以及对年、月、日、时、年级的读写操作。DS1302有12个寄存器，此中7个与时钟和日历相关。写入时钟、日历寄存器或片内RAM时WP=0，读取时WP=1。全充电寄存器的TCL位是控制慢充电的选择。惟有当TCS=1010时，才能入手下手迟缓充电。读写DS1302写寄存器时，应先简略写保护寄存器的“阻拦”状态。在多字节模式下操作时，必须写入8个字节。子程序首要由两个判断语句构成。当按下温度控制按钮，当下温度低于设定的最低温度或高于设定的最高温度时，警报将启动。这很好的解决了人体感觉的不足时时显示出当前的温度情况。数码管显示程序相对简单，采用74LS164驱动LED数码管即可显示电路。您必要即将显示的数字编码成相应的BCD码，并慢慢发送到74LS164的A和B串行输入终端。数码管显示合格。本设计所用数码管的动态显示是由位线选择控制的，哪个数码管是有效的，有效的数码管是点亮的。阴历程序的设计，由于运用用了时钟芯片，使阴历程序可以从寄存器、周、月、日、小时、分钟、秒等数据中读取，然后可以通过处理数据完成对应要求。在第一次操作该设备之前，一定要对其进行再处理，之后再从所述转接单元读出，而后解决完成并发送到显示缓冲单元。用三个调整按键调整时间，一个看成一个移位，一个看成一个控制，一个看成一个附加，一个作为一个出口调整和警报开关。我们称之为控制开关、添加开关、退出开关。时间调整程序的设计，在调整时间的过程中，要调整的位特与其他的位不同，因此增加了一闪一闪的功能，即调整后的位继续闪着，直到下一位被调整。其原理是每隔一段时间让被调整的位关闭一次，譬喻，50ms，计时器定时，当达到溢出时，发送位元，在下一次溢出时，将正常显示的值发送到位调整结束为止。此时，将正常的显示值发送给位，然后根据阴历的日期计算下一位调整程序的阴历程序的实现。一个月有30天或31天，但是其中2月不一样有的年份是28天，有的年份是29天，所以我们可以根据这些来推算出闰年和闰月。农历有12个月或13个月，包括闰月、30天或每月29天。如果你把一个29天的月称为一个小月，一个作为一个标志，一个30天的一个月作为一个大月份，一个U作为一个符号，12位二进制可以代表一年和12个月的大小。倘使有一个闰月，则认为闰月的月份比一个字节高4位，低4位以表现为闰月的大小，U表示大月份，1表示小月份，因此一个字节包含闰月的全部信息。调试分为硬件调试和软件调试。硬件调试首要是检查硬件“电路能否有短路、开路、假照焊接等DS1302硬件电路能否异常简单，惟有”三线连接到单片机上，很便当检测，首要是检查其插脚，如“晶体振荡器和电源能否连接良好”。d.此外，硬件不妨经过议定软件举行调试。例如，为了测试显示电路的连接能否正确，不妨编写一个简单的显示程序来测试它。接下来，我们不妨调试软件。我们不妨编写准时和读写程序，显示仅包含DS1302的程序，以测试DS1302能否寻常工作。末了调试时的调整程序和日历计算程序。液晶显示器的亮度可经过议定调节10k电位计R4来调节。调整到适当的亮度后，按控制按钮，光标将从日历年闪灼，进入设置调整状态。此时按加号按钮，可更改刻下号码。按一次，将数字添加到1；“倘使按长，则连续添加数字。此时，调整后的位闪灼，直到它“再次经过议定光标移动控制位，光标跳到下一个位闪灼。调整顺序为：旧历年、月、日、旧历年、月、日、时、分、秒、报警时间、分。全部参数调整完成后，按退出按钮，光标停止闪灼，退出设定调整状态。当再次按下此按钮时，警铃显示“开”。第三次按下此按钮时，警铃显示“关闭”。倘使刻下月份是闰月，屏幕左下角将显示“闰月”，倘使不是闰月，则不显示。KeilUvision4是一个集成的51台单片机开发环境，搜罗强大的编辑器和调试程序。用户不妨在编辑器中编辑程序代码。编辑后，他们不妨调试代码，以利便用户快速检查和修改程序。该软件还拥有代码覆盖、历史追踪、操作简单、可扩展性强等功能。这是一个基于窗口的软件开发环境，它集成了编辑、编译和项目管理。它集成了C语言编译器、宏编译器、链接/位置和十六进制文件生成器。在运用中，首先必要建立一个新的项目，建立和编辑源文件，编译和调试项目，生成调试中没有错误的目标文件，并将目标文件下载到程序内存中。检测程序能否能达到预期效果，倘使不能达到预期效果，则对程序举行分析和修改，直到达成所需的系统功能。测试表明程序调试正确，十六进制文件生成成功。十六进制文件不妨经过议定程序下载器烧入单片机，硬件电路不妨焊接。六、结论本设计的硬件电路简单，所用器件少。电路采用AT89S51单片机、DS1302时钟芯片、24C02闪存、12864液晶显示器等首要芯片达成预期功能。在充实相识芯片管脚的功能和用途后，按照