2017畢業(yè)論文-基于AT89C51單片機的溫度監(jiān)控器設(shè)計與制作.doc

浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題 目 溫度監(jiān)控器的設(shè)計與制作 姓 名 學(xué) 號 專業(yè)班級 分 院 指導(dǎo)教師 2011年 9 月 23 日溫度監(jiān)控器的設(shè)計與制作摘 要：本設(shè)計基于AT89C51和DB18B20來實現(xiàn)溫度控制器的制作，它以89C51單片機為核心，配以DS18B20(數(shù)字溫度傳感器)，小風(fēng)扇，金屬膜電阻來完成溫度的控制與顯示。系統(tǒng)的硬件和軟件都比較簡明，且易于實施。在硬件設(shè)計方面，由AT89C51、DS18B20(數(shù)字溫度傳感器)、數(shù)碼管，小風(fēng)扇，金屬膜電阻構(gòu)成的電路，在軟件方面，以單片機和DS18B20數(shù)字溫度傳感器為中心，詳細的闡述了系軟件設(shè)計的思想，主流程圖以及相應(yīng)電路模塊的流程圖。關(guān)鍵詞：溫度控制器；DS18B20；AT89C51目錄摘要 11緒論 31.1 溫度控制器的意義與任務(wù) 31.2 溫度控制器的發(fā)展 31.3 論文設(shè)計內(nèi)容 42 系統(tǒng)設(shè)計思路 4 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路 42.2 核心電路介紹52.3 DS18B20數(shù)字溫度傳感器7 2.3.1 DS18B20數(shù)字溫度傳感器結(jié)構(gòu)介紹8 2.3.2 DS18B20數(shù)字溫度傳感器的特性9 2.3.3 DS18B20與AT89C51的連接電路103 硬件電路設(shè)計 103.1 顯示電路設(shè)計103.2 控制電路設(shè)計123.3 晶振電路的設(shè)計123.4 復(fù)位電路的設(shè)計 134 軟件設(shè)計144.1 設(shè)計思路 144.2 顯示程序設(shè)計 15 4.3 溫度控制程序設(shè)計 165 調(diào)試 17 5.1調(diào)試準備 175.2 關(guān)于溫度控制器的部分調(diào)試 185.3 軟件編程的幾點體會18結(jié)論 19謝辭 20參考文獻 21附錄A（電路元器件清單）22附錄B（電路原理圖）23附錄C（PCB圖） 24附錄D（實物圖）25附錄E（軟件程序）261 緒論1.1溫度控制器的意義與任務(wù)隨著社會的發(fā)展，時代的進步，在人們的生活中對于溫度的要求也越來越來要求了，而溫度控制器它就可以解決人們對于這方面的要求，他可以把溫度控制在人們所需要的溫度范圍內(nèi)。比如用在對冷部位（如空調(diào)室、冷凍水、庫溫等）的溫度及其波動范圍進行控制的電開關(guān)。根據(jù)制冷、制熱裝置方式的不同，溫度控制器電路的電控對象亦不同。例如，對于制冷于制熱裝置（如空調(diào)器、冷飲水機、電冰箱、浴室，咖啡壺等等許多用品中）溫度控制器可以根據(jù)設(shè)定溫度直接控制電機或者開關(guān)的停開，使溫度到達所預(yù)定的溫度值。溫度控制器在實際中應(yīng)用很廣泛，也很實用。溫度的輸出值也比較準確。隨意技術(shù)的發(fā)展，溫度控制器的應(yīng)用更加廣泛，所應(yīng)用的場合也越來越多，效率與穩(wěn)定也會不斷的提高，在以后的發(fā)展中會更加的完善、實用。 溫度控制器的任務(wù)，具體的說就是用DS18B20（數(shù)字溫度傳感器）來感應(yīng)被加熱的電阻溫度，把傳感器感應(yīng)到的溫度傳輸?shù)絾纹瑱C里進行數(shù)據(jù)處理，用單片機進行準確的把溫度值輸出來傳輸?shù)綌?shù)碼管中去顯示當(dāng)前測到的溫度值。如果所測到的溫度值位達到限定最高值時就讓繼電器吸和把金屬膜電阻加熱，以至達到所規(guī)定的上限溫度值，如果達到了所規(guī)定的溫度值，繼電器就斷開。而小風(fēng)扇就開始降溫工作，把加熱器的溫度降到所規(guī)定的最低值，之后繼電器又開始吸合，開始加熱工作。就這樣一直反復(fù)工作，把溫度控制在所規(guī)定的溫度值內(nèi)活動，而數(shù)碼管也會顯示相應(yīng)的溫度值。1.2 溫度控制器的發(fā)展 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集控制(即溫度控制器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機技術(shù))。溫度控制器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。以溫度作為被控制量的反饋控制系統(tǒng)。在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過程的物理過程和化學(xué)反應(yīng)中，溫度往往是一個很重要的量，需要準確地加以控制。除了這些部門之外，溫度控制系統(tǒng)還廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域，是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)常用來保持溫度恒定或者使溫度按照某種規(guī)定的程序變化。 溫度控制在我國電子，治金，機械等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于具有其工礦復(fù)雜，參數(shù)多變，運行慣性大，控制滯后等特點，它對控制調(diào)節(jié)器要求極高。目前，仍有相當(dāng)部分工業(yè)企業(yè)在用窖，爐，烘干生產(chǎn)線存在著控制精度不高，爐內(nèi)溫度均勻性差等問題，達不到工藝要求，造成裝備運行成本費過高，產(chǎn)出品品質(zhì)差，嚴重影響企業(yè)濟濟效益，急需進行技術(shù)改造。 嚴格說，多數(shù)溫度控制系統(tǒng)中被控對象在進行熱交換時的溫度變化過程，既是一個時間過程，也是沿空間的一個傳播過程，需要用偏微分方程來描述各點溫度變化的規(guī)律。因此溫度控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個分布參數(shù)系統(tǒng)。分布參數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計理論還很不成熟，而且往往過于復(fù)雜而難于在工程實際問題中應(yīng)用。解決的途徑有二：一是把溫度控制系統(tǒng)作為時滯系統(tǒng)來考慮。時滯較大時采用時滯補償調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具有時滯是多數(shù)溫度控制系統(tǒng)的特點之一。另一途徑是采用分散控制方式，把分布參數(shù)的被控過程在空間上分段化，每一段過程可作為集中參數(shù)系統(tǒng)來控制，構(gòu)成空間上分布的多站控制系統(tǒng)。采用分散控制常可獲得較好的控制精度。 近年來，國內(nèi)外對溫度控制調(diào)節(jié)器進行了廣泛，深入的研究，特別是隨著計算機的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的進展，形成了一批商品化溫度調(diào)節(jié)器。自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化，自適應(yīng)，參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面，國外的技術(shù)比國內(nèi)的技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)了一批商品化的，性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用，溫度控制器具有控制精度高，抗干擾力強，魯棒性好響應(yīng)快、動態(tài)偏差小的特點，目前，國內(nèi)外的溫度控制系統(tǒng)以及儀器儀表正朝著高精度，智能化，小型化等方面快速發(fā)展。1.3 設(shè)計任務(wù)與要求 本論文詳細的闡述了一個溫度控制器的設(shè)計與實現(xiàn)，主要包括介紹溫度控制器的基本理論、硬件電路的設(shè)計、軟件編程、硬件軟件調(diào)試等幾部分。（1）溫度控制器的基本理論方面，對溫度傳感器加以討論。 （2）硬件電路設(shè)計方面，完成了總體硬件電路的設(shè)計：包括核心電路的選擇(AT89C51)、數(shù)字溫度傳感器、顯示電路、控制電路和晶振電路的設(shè)計。（3）軟件設(shè)計方面，完成了各個子程序模塊的編程設(shè)計：主控制程序、顯示子程序等。 2 系統(tǒng)設(shè)計思路2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計說明在現(xiàn)代工業(yè)測溫的許多方面都要有對溫度的處理、控制和顯示。而單片機由于它具有性能高、速度快、價格低、體積小、穩(wěn)定可靠、使用方便靈活等特點。還有溫度控制器具有控制精度高，抗干擾力強，魯棒性好響應(yīng)快、動態(tài)偏差小的特點。因而它們常常被用在職能檢測裝置及控制中，是本次設(shè)計的核心元件。本文給出了基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計框圖，它主要由以下幾部分構(gòu)成，如圖2.1所示：數(shù)字溫度傳感器DS18B20單片機溫度顯示控制電路晶振電路圖2.1系統(tǒng)框圖基于單片機AT89C51的核心電路部分。即AT89C51單片機，其主要任務(wù)是將傳感器輸入的信號，傳輸?shù)絾纹瑱C中。傳感器部分。主要是由DS18B20(數(shù)字溫度傳感器)構(gòu)成，主要任務(wù)是將傳感器輸出的溫度經(jīng)AT89C51進行數(shù)字處理。顯示電路部分。它的主要器件是由4位七段LED數(shù)碼管組成，其任務(wù)是將單片機傳輸并處理后的數(shù)據(jù)實時顯示出來。控制電路部分。它主要由降溫電路和加熱電路組成。其任務(wù)的是控制溫度的上下限溫度值。晶振電路部分。2.2 核心電路的設(shè)計在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中硬件的價格和成本是對經(jīng)濟效益有關(guān)鍵影響的因素，因此選擇一種最合適硬件電路的核心單片機是首要任務(wù)。單片機的價格在整個裝置的價格中占有較大的比重。因此選擇一個價格低廉而且功能合適的單片機有著十分重要的意義。經(jīng)過綜合考慮，本次設(shè)計采用AT89C51單片機。AT89C51單片機：89C51系列的單片機是當(dāng)前最新的一種電擦寫的8位單片機，與80C51系列完全兼容，有較強的保密功能，其片內(nèi)的閃速存儲器編程和擦除完全用電實現(xiàn)，編程的速度快，可實現(xiàn)在線編程。89C51片內(nèi)有4KB的Flash ROM代碼存儲器陣列。有低電壓編程和高電壓編程（12V）兩種模式。低電壓編程模式為用戶在系統(tǒng)中編程89C51提供了一個方便的途徑，而高電壓編程程（12V）模式與一般常規(guī)的EPROM編程器兼容。 主要性能： 內(nèi)含4KB的FLASH存儲器，擦寫次數(shù)1000次。 具有6個中斷源，5個中斷矢量，2級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)。 AT89C51工作電源電壓為5（10.2）V，且典型值為5V。 兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式。 內(nèi)含128字節(jié)的RAM。 具有32根可編程I/O線。 具有2個16位可編程定時器。 具有1個全雙工的可編程串行通信接口。 具有1個數(shù)據(jù)指針DPTR。 具有可編程的3級程序鎖定位。 AT89C51最高工作頻率為24MHz。 完全定態(tài)操作：0Hz-24Hz，可輸出時鐘信號 管腳說明：AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖及功能的敘述。1）電源和晶振： VCC運行和程序校驗時加+5V。 圖2.2 AT89C51VSS接地。 XTAL1輸入到振蕩器的反相放大器。 XTAL2反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。當(dāng)用外部振蕩器時，XTAL2不用，XTAL1接收振蕩器信號。2）制線：共4根。a. 輸入：RST復(fù)位輸入信號，高電平有效。在振蕩器工作時，在RST上作用兩個機器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。EA/VPP片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上施加21V或12V的編程電壓。b. 輸入、輸出：ALE/PROG地址鎖存允許信號，輸出。用作片外存儲器訪問時，低字節(jié)地址鎖存。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用做對外輸出的時鐘或用于定時。在EPROM編程期間，作輸入。輸入編程脈沖（PROG）。ALE可以驅(qū)動8個LSTTL負載。c. 輸出：PSEN片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取指期間，在每個機器周期中，當(dāng)PSEN有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動8個LSTTL負載。3）I/O口：4個口，32根。P08位、漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM及RAM）時，作地址和數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用。在程序校驗期間，輸出指令字節(jié)（這時，需加外部上拉電阻）。P0口能驅(qū)動8個LSTTL負載。P18位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。在編程/校驗期間，用做輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動4個LSTTL負載。P28位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng)使用片外存儲器（ROM及RAM）時，輸出高8位地址。在編程/校驗期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動4個LSTTL負載。P38位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3還提供各種替代功能。在提供這些功能時，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P3口可以驅(qū)動4個LSTTL負載。I/O口的端口自動識別功能，保證了無論是P1口（低8位地址）P2口（高8位地址）的總線復(fù)用，還是P3口的功能復(fù)用，內(nèi)部資源自動選擇而不需要用指令進行狀態(tài)選擇。l 串行口：P3.0RXD（串行輸入口），輸入。P3.1TXD（串行輸出口），輸出。l 中斷：P3.2INT0，外部中斷0，輸入。P3.3INT1，外部中斷1，輸入。l 定時器/計數(shù)器：P3.4T0，定時器/計數(shù)器0的外部輸入，輸入。P3.5T1，定時器/計數(shù)器1的外部輸入，輸入。l 數(shù)據(jù)存儲器選通：P3.6WR，低電平有效，輸出，片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通。P3.7RD，低電平有效，輸出，片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通。圖 中VCC就是由外電源電路提供的+5V的電源。AT89C51微控制器對于廣泛的電源輸入有很強的兼容性，對于供電電源的噪音也有很強的適應(yīng)性。2.3數(shù)字溫度傳感器DS18B20DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易于微處理器等優(yōu)點，特別適合于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號供微機處理，而且每個DS18B20都有唯一的產(chǎn)品號并可存入其ROM中，以使在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛任意多個DS18B20芯片。從DS18B20讀出或?qū)懭隓S18B20信息僅需要一根口線，共讀寫及溫度變換功率來原于數(shù)據(jù)總線，該總體本身也可以向所掛接DS18B20供電，而無需額外電源。DS18B20能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。圖2.3 DS18B20表 1：數(shù)字溫度傳感器的引腳引腳8腳（SOIC）引腳 PR35說明51GND地42DQ單線應(yīng)用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳43VDD電源2.3.1 DS18B20數(shù)字溫度傳感器結(jié)構(gòu)介紹DS18B20的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口，存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器，用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL解發(fā)器，存儲與控制邏輯、8位循環(huán)沉余校驗碼（CRC）發(fā)生器等七部分組成。圖2.3.1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。 DS18B20的低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。下圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。低溫度系數(shù)晶振高溫度系數(shù)晶振預(yù)置斜率累加器比較計數(shù)器1=0計數(shù)器2=0溫度寄存器圖2.3.2 DS18B20測溫原理框圖2.3.2 DS18B20數(shù)字溫度傳感器的特性 （1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電（2）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊（3）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫（4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)（5）溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5（6）可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫（7）在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快（8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力（9）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作2.3.3 DS18B20與AT89C51的連接電路圖2.3.3 DS18B20與AT89C51的連接電路3 硬件電路設(shè)計3.1 顯示電路設(shè)計在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，通常用數(shù)碼顯示器作為輸出設(shè)備顯示一些需要的信息和結(jié)果。在顯示驅(qū)動電路中，每一個LED顯示器需要一個譯碼芯片，每一段需要一個限流電阻。而本設(shè)計所使用的傳感器是數(shù)字溫度傳感器，它所測出來的溫度為數(shù)字，就不需要A/D進行轉(zhuǎn)換了，而使用的數(shù)碼管又是四位數(shù)碼管，簡單，方便，這樣，是電路大大減少了工作量，使電路簡單化。 圖3.1 數(shù)碼管此數(shù)碼管有12個腳，正面向上，點為下，前排6個腳和后排6個腳依次從左向右數(shù)為前為6個腳為： E 、 D 、 DP 、 C 、 G 、 Vcc4后排6個腳為：Vcc1、A 、 F 、 Vcc2 、Vcc3、 B 圖3.1.1 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.1.2 數(shù)碼管與AT89C51的連接3.2 溫度控制電路的設(shè)計此控制電路為單片機所控制的兩路電路，一路為小風(fēng)扇的工作電路，它的功能是當(dāng)溫度超過所限定的高值時，就為電路散熱。另一路為加熱電阻的工作電路，它的功能是當(dāng)溫度低于所限定的溫度值時，就為電路加熱。這兩個電路就是把溫度限定的溫度值中工作，即進行控制溫度。 圖3.2 AT89C51與控制電路連接圖3.3 晶振電路的設(shè)計單片機工作的時間基準是由時鐘電路提供的。在單片機的XTAL1和XTAL2兩個管腳，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機的時鐘電路。電路中，電容器C1和C2對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常?。?010）pF。石英晶體選擇6MHz或12MHz都可以。如圖所示：圖3.3 晶振電路圖3.3 晶振電路由圖可知，晶振為12MHz，則機器周期Tc=12/12M=1s，從而決定了執(zhí)行一條一個機器周期的語句為1s。振蕩器的工作可以由PD位（特殊功能寄存器PCON中的一位）控制。當(dāng)PD置1時，振蕩器停止工作，系統(tǒng)進入低功耗狀態(tài)。振蕩器的工作頻率一般在1.212MHZ之間，現(xiàn)在，由于制造工藝的改進，頻率范圍正向兩端延伸，高端可以達到40MHZ，低端可以達到0HZ。圖示由晶振和電容構(gòu)成諧振電路，C1，C2雖沒有嚴格要求，但電容的大小影響振蕩器振蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性，本設(shè)計選擇0.01uF，在設(shè)計電路板時，晶振、電容等均應(yīng)盡可能靠近芯片，以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。3.4 復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位是單片機初始化操作。所謂初始化，就是計算機及各芯片在啟動運行時都要復(fù)位，使各單元處于一個確定的“各就各位”的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS51單片機初始化后。程序指針指向0000H單元，單片機由0000H單元開始執(zhí)行程序。圖3.4 復(fù)位電路4 軟件設(shè)計4.1 總體思路溫度控制器系統(tǒng)控制程序是控制單片機系統(tǒng)按照預(yù)定的操作方式運行的程序，其組要任務(wù)是：對溫度的控制，把溫度控制在規(guī)定的值內(nèi)，以及對溫度的檢測。軟件總體設(shè)計包括主控制程序和子顯示程序，延時程序。主控制程序主要完成對溫度的控制，檢測，它通過調(diào)用各個程序模塊來實現(xiàn)整體系統(tǒng)的各項功能。 MCS-51系列單片機上電復(fù)位后，（PC）=0000H，到0030H。電路上電，首先把DS18B20初始化，然后傳感器開始感應(yīng)當(dāng)前的溫度值，并把溫度采集到單片機里，讓單片機把溫度值傳輸?shù)綌?shù)碼管中去顯示溫度值，并讓單片機進行對溫度的判斷，如果溫度達到所規(guī)定的低值時，單片機P2.4口開始工作，沒達到就繼續(xù)進行溫度測試。如果達到溫度的高值后，單片機P2.7口開始工作，沒達到就繼續(xù)進行溫度測試。開始初始化DS18B20讀入溫度計算溫度LCD顯示溫度延時時間判斷溫度是否上限溫度是否下限溫度降溫返回是否達到下限溫度返回圖4.1 總體流程圖4.2 顯示程序設(shè)計顯示程序就電路上電開始工作，數(shù)碼管就顯示當(dāng)前所測到的溫度值。他的工作原理是，首先把單片機的百位送到數(shù)碼管顯示，P2.0口置位，在把十位送到數(shù)碼管顯示，P2.1口置位，在那個為送到數(shù)碼管顯示，P2.2口置位，最后把個位送到數(shù)碼管顯示，P2.3口置位，就一直這樣工作。 開始單片機百位送數(shù)P2.0置位單片機十位送數(shù)P2.1置位單片機個位送數(shù)P2.2置位單片機小數(shù)送數(shù)P2.3置位RET圖4.2 顯示流程圖4.3 溫度控制程序設(shè)計溫度控制程序就電路上電后對溫度的控制工作。它的工作原理是，首先數(shù)碼管顯示當(dāng)前的溫度，然后DS18B20測試溫度，是否有達到上限的溫度值，如果達到了上限溫度值，風(fēng)扇啟動，開始降溫工作，如果沒有達到就繼續(xù)測試與降溫工作。如果溫度達到下限溫度值后就返回。DS18B20判斷溫度是否到達上限溫度風(fēng)扇啟動降溫是否到達下限溫度返回顯示當(dāng)前溫度開始圖4.3 溫控流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 系統(tǒng)的合成調(diào)試及準備工作軟件編好后需要通過硬件看看是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)想的功能，所以需要二者結(jié)合調(diào)試。 在調(diào)試程序的實際過程中，總是希望在一個很龐大也很復(fù)雜的用戶程序中，挑選出來某一段程序或某一個子程序，單獨進行調(diào)試，以便達到化繁為簡，各個擊破的目的。在編寫本課題程序時，采取的是反其道而行之，先簡后繁，即將編寫好各個子程序先在所購買的目標(biāo)板上調(diào)試成功，然后在組成復(fù)雜的用戶程序，最后將程序燒寫到所設(shè)計的裝置中，完成整個設(shè)計的程序調(diào)試工作。 調(diào)試前的準備工作:PC機;.程序編制器;.數(shù)字萬用表;. 5V的電源;.簡易實驗板(面包板);.電纜;.導(dǎo)線剪;.導(dǎo)線剝離器;.尖嘴的鑷子;.平頭的小改錐等。5.2 關(guān)于溫度傳感器部分的調(diào)試適應(yīng)電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電，獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，測溫范圍55125，在-10+85時精度0.5，可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫，在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快，測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力，負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。5.3 軟件編程的幾點體會 通過用匯編語言開發(fā)基于單片機AT89C51的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，我發(fā)現(xiàn)在編程時，遵循一些規(guī)則可避免在后面的工作中犯一些基本錯誤。 要時常記得對所用的變量進行初始化。在單片機中文件寄存器是不會被初始化為一個特定的取值的。在對變量進行初始化的時候，要確定把它們置為0，因為只有這樣才和MPLAB模擬器中給它們賦的初值相吻合，也才能保證它們在應(yīng)用軟件中的工作情況和在模擬器中的工作情況完全一樣。 理想情況下，一個應(yīng)用軟件的設(shè)計應(yīng)該使得所有寄存器體1寄存器和硬件設(shè)備都在清零后完成初始化，然后在寄存器體。先要制定一個計劃用以測試并保證你的程序是正確的。在開發(fā)過程中的每一步都要對你的程序進行調(diào)試，直到你對所有先前的程序的性能都100%滿意了才能繼續(xù)進行下一步開發(fā)工作。5.4 標(biāo)定結(jié)論 此次畢業(yè)設(shè)計是對我們大學(xué)三年的所學(xué)知識的最后一次檢驗，其目的是考察我們對所學(xué)專業(yè)的掌握程度以及所應(yīng)用的程度。它與平日所進行的實驗、考試、測驗不同，它更注重我們的實踐能力與綜合能力的表現(xiàn)，在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，使我鍛煉了自我處理與自我控制的能力。在這幾個月的時間里，我通過網(wǎng)上查詢以及到圖書館翻閱資料學(xué)到了許多的專業(yè)相關(guān)知識以及其他所對應(yīng)的專業(yè)知識，從而對自己的畢業(yè)設(shè)計也漸漸的有了了解與思路，同時在老師和同學(xué)的幫助下，我對題目設(shè)計的思路也有了明晰的概念。我將自己在學(xué)校所學(xué)的專業(yè)知識和理論知識與最近所翻閱的資料進行融合，來完成本次設(shè)計的任務(wù)與要求，在這個設(shè)計過程中使我學(xué)到更多的專業(yè)知識，讓我以后在工作的道路得更大的幫助。在論文寫作的過程中，我接觸到了各種不同的問題，在設(shè)計電路過程中，要設(shè)計更加合適、簡明、實用的電路，使之在以后的設(shè)計工作中減少麻煩。但在設(shè)計電路中也碰到一些問題，比如在設(shè)計電路板沒有把器件合理分布，導(dǎo)致線路復(fù)雜化，之后在進行合理布局，使電路簡明清晰化。在軟件編程方面也會碰到一些問題，比如把一些復(fù)雜的程序編成復(fù)雜化了，經(jīng)過反復(fù)的修改，以至達到比更好的軟件程序。在此次設(shè)計中，我提出各種解決方案，獲得了很多有價值的心得和體會，這為未來的工作積累了寶貴的資源。論文主要研究目的是實現(xiàn)設(shè)計一套基于單片機的溫度控制器，包括溫度的上限值與下限值的控制與溫度的測量。工作總結(jié)為如下幾點:設(shè)計、安裝和調(diào)試了溫度控制器，該部件由溫度傳感器以及AT89C51單片機組成，實現(xiàn)溫度的采集。編寫和調(diào)試了各部分的軟件。謝辭 我所做的設(shè)計工作和論文撰寫工作，都是在導(dǎo)師*老師的細心指導(dǎo)和嚴格要求下完成的。*老師嚴謹治學(xué)的態(tài)度和寬厚仁慈的關(guān)愛，使我受益匪淺。尤其是在論文寫作的進行中*老師在百忙之中也不忘關(guān)心我的工作與學(xué)習(xí)，經(jīng)常擠出時間幫助我完成設(shè)計與教我 更多與之相關(guān)的專業(yè)知，使我受益非潛。正是這種對工作和事業(yè)的執(zhí)著追求，永遠不知疲倦的精神鼓舞著我克服一個又一個困難，并順利的完成設(shè)計工作。使我在知識的海洋中不斷前行。在此，謹向我尊敬的導(dǎo)師表示衷心的敬意和誠摯的感謝。 同時，我還要感謝我的同學(xué)們，正是在這樣的一個團結(jié)友愛，親密無間的集體中，在他們的合作、幫助和啟發(fā)中，才有了我今天的小小收獲。謝謝你們！ 參考文獻1呂俊芳編著.傳感器接口與檢測儀器電路.北京航空航天大學(xué)出版.1994.62薛鈞義、姚燕南主編.微機控制系統(tǒng)及其應(yīng)用.西安交通大學(xué)出版社，1994.23李華.MCS-51系列單片機實用接口技術(shù).北京航天航空大學(xué)出版.1993,84周航慈.單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，19918劉樂善主編.微型計算機接口技術(shù)及應(yīng)用 .華中科技大學(xué)出版社10周航慈編著.單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社11何立民編著.MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京航空航天大學(xué)出版社12童詩白.模擬電路技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社 13何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京航空航天大學(xué)出版社.190015王之芳.傳感器應(yīng)用技術(shù).西北工業(yè)大學(xué)出版社.199518陳寶江.MCS單片機應(yīng)用系統(tǒng)指南.北京：機械工業(yè)出版社，199719萬福君.單片微機原理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)應(yīng)用.中國科學(xué)出版社.199520張友德、趙志英等.單片機原理應(yīng)用與實驗.上海復(fù)旦大學(xué)出版社.199222高海生等單片機應(yīng)用技術(shù)大全.西安：西安交通大學(xué)出版社. 1991.1223陳汝全電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊.北京理工大學(xué)出版社. 1991.9附 錄附錄A電路元器件清單：序號材料名稱型號規(guī)格數(shù)量編號1數(shù)字溫度傳感器DS18B201J12CPUAT89C511U13集成塊74HC5411U24排組A472G1U35數(shù)碼管LDS-5461AH1A16小風(fēng)扇DC-5V1S17金屬膜電阻2W/1001S28繼電器JRC-21F-05VDC1D29電解電容100uF1C510電解電容10uF1C411電解電容22uF1C312瓷偏電容33PF2C1-C213晶振12M1Y114電阻1K1R115電阻4.7K2R2-R316電阻6802R4-R517二級管IN41481D118三級管8550（PNP）2Q1-Q219發(fā)光二級管LED2L1-L2附錄B 電路原理圖： 附錄C PCB圖附錄D 實物圖26浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系畢業(yè)設(shè)計附錄E 軟件程序31WDLW EQU 35HWDHW EQU 36HWDBW EQU 30HWDSW EQU 31HWDGW EQU 32HWDXSD EQU 33HWX1 BIT P2.0WX2 BIT P2.1WX3 BIT P2.2 WX4 BIT P2.3BZW BIT 00HSJX BIT P1.1 ORG 0000H SJMP START ORG 0030HSTART: MOV DPTR,#WDTAB MOV WDLW ,#00H MOV WDHW ,#00H LCALL ZHSJ LCALL CF LCALL BCDZH LCALL JYBCD SJMP QXSMAIN: LCALL SZROMQXS: MOV R3 ,#10SPCS: LCALL WDXS DJNZ R3 ,SPCS lcall dbj lcall gbj SJMP MAIN;=判斷溫度下限= dbj: mov a,30h clr c cjne a,#2,bd1bd1: jc dl setb p2.7 jmp js1dl: clr p2.7 mov a,#0js1: ret;=判斷溫度上限=gbj: mov a,30h setb c cjne a,#5,db2db2: jnc d2 setb p2.4 jmp js2 d2: clr p2.4 mov a,#0js2: ret ;=設(shè)置DS1820的ROM情況=SZROM: SETB SJX ; 定時入口CSH1: LCALL CSH1820 JB BZW,CZ1820 AJMP CSH1 ; 若DS18B20不存在則返回CZ1820: MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配-0CC LCALL WRITE1820 MOV A,#44H ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL WRITE1820ZHH: JB SJX ,CSH2 LCALL WDXS SJMP ZHHCSH2: LCALL CSH1820 JB BZW,CZ18200 AJMP CSH2CZ18200: MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配 LCALL WRITE1820 MOV A,#0BEH ; 發(fā)出讀溫度命令 LCALL WRITE1820 LCALL READ1820 ;READ1820 LCALL ZHSJ LCALL CF LCALL BCDZH LCALL JYBCD RET;=DS18B20初始化程序=CSH1820:SETB SJX NOP CLR SJX LCALL YS500uS SETB SJX LCALL YS50uS JNB SJX,YES1820 AJMP NO1820YES1820:SETB BZW MOV R7,#100 DJNZ R7,$ AJMP JS3 NO1820: CLR BZWJS3: SETB SJX RET;=讀DS18B20的程序=;從DS18B20中讀出兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù);高位放在WDHW中，底位放在WDLW中;=READ1820: MOV R4,#2 MOV R0,#WDLWSTRE0: MOV R6,#8STRE1: CLR C SETB SJX NOP CLR SJX NOP SETB SJX MOV 70H,#2 DJNZ 70H,$ MOV C,SJX LCALL YS30uS RRC A SETB SJX DJNZ R6,STRE1 MOV R0,A INC R0 DJNZ R4,STRE0 RET ;=寫DS18B20的程序=WRITE1820:MOV R6,#8;寫數(shù)據(jù)入DS1820STWR: CLR C CLR SJX NOP RRC A MOV SJX,C LCALL YS30uS SETB SJX DJNZ R6,STWR SETB SJX RET;=;（） 標(biāo)號： 功能：雙字節(jié)二進制無符號數(shù)乘法 ;入口條件：被乘數(shù)在R2、R3中，乘數(shù)在R6、R7中。 ;出口信息：乘積在R2(高位）、R3、R4、R5中。;影響資源：PSW、A、B、R2R7 堆棧需求： 字節(jié) ;=ZHSJ: MOV R3 ,WDLW MOV R2 ,WDHW MOV R6 ,#02H MOV R7 ,#71H MOV A,R3;計算R3乘R7;MOVB,R7MULABMOVR4,B;暫存部分積;MOVR5,AMOVA,R3;計算R3乘R6MOVB,R6MULABADDA,R4;累加部分積MOVR4,ACLRAADDCA,BMOVR3,AMOVA,R2;計算R2乘R7;MOVB,R7MULABADDA,R4;累加部分積MOVR4,AMOVA,R3ADDCA,BMOVR3,ACLRARLCAXCHA,R2;計算R2乘R6MOVB,R6MULABADDA,R3;累加部分積MOVR3,AMOVA,R2ADDCA,BMOVR2,ARET;=; 標(biāo)號： 功能：雙字節(jié)二進制無符號數(shù)除法;入口條件：被除數(shù)在R2(高位）、R3、R4、R5中，除數(shù)在R6(高位）、R7中。;出口信息：OV=0 時，雙字節(jié)商在R2(高位）、R3中，OV=1 時溢出。;影響資源：PSW、A、B、R1R7 堆棧需求： 字節(jié);= CF: MOV R6,#00H MOV R7 ,#64H CLRC ;比較被除數(shù)和除數(shù)MOVA,R3SUBBA,R7MOVA,R2SUBBA,R6JCDVD11SETBOV;溢出RETDVD11:MOVB,#10H;計算雙字節(jié)商DVD21:CLRC;部分商和余數(shù)同時左移一位MOVA,R5RLCAMOVR5,AMOVA,R4RLCAMOVR4,AMOVA,R3RLCAMOVR3,AXCHA,R2RLCAXCHA,R2MOVF0,C;保存溢出位CLRCSUBBA,R7;計算（R2R3R6R7）MOVR1,AMOVA,R2SUBBA,R6ANLC,/F0;結(jié)果判斷JCDVD31MOVR2,A;夠減，存放新的余數(shù)MOVA,R1MOVR3,AINCR5;商的低位置一DVD31:DJNZB,DVD21;計算完十六位商（R4R5）MOVA,R4;將商移到R2R3中MOVR2,AMOVA,R5MOVR3,ACLROV;設(shè)立成功標(biāo)志 RET;=;=溫度顯示子程序=;段碼數(shù)據(jù)分別存在30h-33h中;位選端分別為p3.1-p3.4;=WDXS: setb wx1 setb wx2 setb wx3 setb wx4 MOV A,WDBW MOVC A,A+DPTR MOV P0,A clr WX1 LCALL YS10uS setb WX1 MOV A,WDSW MOVC A,A+DPTR MOV P0,A clr WX2 LCALL YS10uS setb WX2 MOV A,WDGW MOVC A,A+DPTR MOV P0,A clr WX3 LCALL YS10uS setb WX3 MOV A,WDXSD MOVC A,A+DPTR MOV P0,A clr WX4 LCALL YS10uS setb WX4 RET;-; 標(biāo)號： 功能：雙字節(jié)十六進制整數(shù)轉(zhuǎn)換成雙字節(jié)碼整數(shù);入口條件：待轉(zhuǎn)換的雙字節(jié)十六進制整數(shù)在R6(高位）、R7中。;出口信息：轉(zhuǎn)換后的三字節(jié)碼整數(shù)在R3(高位）、R4、R5中。（壓縮）;影響資源：PSW、A、R2R7 堆棧需求： 字節(jié);-BCDZH: MOV A ,R2 MOV R6,A MOV A ,R3 MOV R7 ,ACLRA;碼初始化MOVR3,AMOVR4,AMOVR5,AMOVR2,#10h;轉(zhuǎn)換雙字節(jié)十六進制整數(shù)HB3:MOVA,R7;從高端移出待轉(zhuǎn)換數(shù)的一位到CY中RLCAMOVR7,AMOVA,R6RLCAMOVR6,AMOVA,R5;碼帶進位自身相加，相當(dāng)于乘ADDCA,R5DAA;十進制調(diào)整MOVR5,AMOVA,R4ADDCA,R4DAAMOVR4,AMOVA,R3ADDCA,R3MOVR3,A;雙字節(jié)十六進制數(shù)的萬位數(shù)不超過，不用調(diào)整DJNZR2,HB3;處理完RET;=;將R3（高）R4 R5 中的壓縮BCD嗎解壓到;40H（高）41H 42H 43H 44H顯示緩沖區(qū);