基于51单片机的温度控制系统设计.docx
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1、毕 业 论 文基于51单片机的温度控制系统设计摘 要随着电子技术的迅速发展,特别是随大规模集成电路的出现,给人类生活带来很大的改变,尤其是有关单片机技术应用的产品走进了千家万户,其中温度更是工业生产中常见的被控参数,因此对温度控制系统进行研究是具有很广泛的意义。智能温度测量装置将广泛地应用于工业现场、农业生产及我们生活环境之中。目前常用的温度测量系统大多存在缺点,研究和开发温度测量装置既可为人民生活服务,也满足工业生产的要求。本文从硬件和软件两方面介绍MCS-51单片机温度控制系统的设计思路。通过本次设计了解到如何设计单片机温度控制及设计的方法和步骤,同时也进一步加深了对单片机温度控制的了解。
2、本设计主要利用单总线数字温度传感器DS18B20为测量器件、以LCD液晶显示为显示器件,AT89S52微处理器为控制核心,构成了温度实时测量装置。关键词MCS-51单片机; 温度传感器; 液晶显示 AbstractAlong with the rapid development of electronic technology, especially with a large-scale integrated circuits, to human life has been a fundamental change. Especially SCM technology applications
3、 has entered the tens of thousands of households. Industrial production in the temperature is charged with common parameters, the typical temperature control system to study with a very broad meaning.The intelligence temperature survey installment widely will apply in the industry scene, the agricul
4、tural production and our living conditions. At present the commonly used temperature survey system mostly has shortcomings.The research and the development temperature survey installment already may serve for the lives of the people, also satisfies the industrial production the request. In this pape
5、r from both hardware and software introduced the MCS-51 microcontroller temperature control system design, hardware schematic diagram and the process was simple description. Through this design makes me understand how to design SCM temperature control and design of methods and steps to achieve。This
6、design mainly uses single main line digit temperature sensor DS18B20 is surveys the component, take the LCD liquid crystal display as the display device, AT89S52 the microprocessor is the control core, constituted the temperature real-time measurement installment. Keywords MCS-51 monolithic integrat
7、ed circuit ;temperature sensor ;liquid crystal display 前言本论文介绍MCS-51 单片机结合DS18B20设计的温度控制系统,系统用一种新型的“一总线”可编程数字温度传感器(DS18B20),不需复杂的信号调理电路和AD转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理,实现方便、精度高、功耗低、微型化、抗干扰能力强,可根据不同需要用于各种温度监控及其他各种温度测控系统中。AT89S52系列单片机与MCS-51系列兼容,它是在MCS-51的技术内核为主导的基础上倾注了ATMEL公司优良技术进行新的设计和开发,使之功能更强、更具特色。AT89S52单
8、片机是AT89S系列中的增强型高档机产品,AT89S系列单片机是继AT89C系列之后推出的功能更强的新产品。AT89S系列与AT89C系列相比,运算速度有了较大的提高,它的静态工作频率为033MHz,片内集成有双数据指针DPTR、定时监视器(watch dog timer,又称看门狗)、低功耗休闲状态及关电方式、光电方式下的中断恢复等诸多功能,极大地满足了各种不同的应用要求。AT89S52片内存储器容量是AT89S51的一倍,即片内8KB的Flash程序存储器和256B的RAM。另外,它还增加了一个功能极强的、具有独特应用的16位定时/计数器2等多种功能。美国DALLAS最新单线数字温度传感器
9、DS18B20,具有微型化低功耗、高性能、可组网等优点,新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 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 “一线总线”接口的温度传感器。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。DS18B20的测温分辨率较高,DS18B20可直接将温度转化成串行数字信号,因此特别适合和单片机配合使用,直接读取温度数据。目前DS18B20数字温度传感器已经广泛应用于恒温室、粮库、计算机机房。测量温度范围为 -55C+125C,在-10+85C范围内,误差为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数
10、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测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。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。 DS18B20可以程序设定912位的分辨率,精度为0.0625C。可选更小的封装方式,更宽的电压适用范围。分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在EEPROM中,掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的!性能价格比也非常出色!DS18B20使电压、特性及封装有更多的选择,让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中,需要很好的解决引线误差
11、补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题,才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣,各种干扰信号较强,模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差,影响测量精度。因此,在温度测量系统中,采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案,新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、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。传统的测温元件测出的一般都是电压,再转换成对应的温度,需要比较多的外部硬件支持,电路复杂,软件调试复杂,制作成本高。所以本人改用一种智能传感器DS18B20作为检测元件,可以直
12、接读出被测温度值。1线制与单片机相连,减少了外部硬件电路,具有低成本和易使用的特点。目 录第一章 绪论71.1研究目的和意义71.2单片机概述81.2.1单片机简介81.2.2单片机的特点81.3单片机的发展和应用91.3.1单片机的发展91.3.2单片机的应用10第二章MCS-51单片机122.1 MCS-51单片机概述122.2 AT89S52 单片机132.2.1 AT89S52单片机的硬件结构142.2.2 AT89S52单片机的引脚功能说明152.2.3 AT89S52 中央处理器192.2.4 AT89S52存储器结构202.2.5 AT89S52 复位电路212.2.6 AT89
13、S52 振荡器、时钟电路232.2.7 AT89S52 单片机的中断242.2.8 AT89S52 单片机定时/计数器26第三章 DS18B20温度传感器293.1 DS18B20基本情况293.1.1 DS18B20 特点293.1.2 单线技术303.2 DS18B20描述313.2.1 DS18B20 引脚功能313.2.2 DS18B20 供电方式333.2.3 DS18B20 数据输出格式343.3 DS18B20单线协议和相关命令353.4 DS18B20的应用373.4.1 DS18B20使用须知373.4.2 DS18B20电路图38第四章 显示器394.1 LCD液晶显示器简
14、介394.1.1 LCD液晶显示器的特点394.1.2 LCD液晶显示器的分类394.2 1602液晶显示器简介404.2.1 1602液晶显示器基本特性404.2.2 1602液晶显示器引脚404.2.3 1602液晶显示器指令424.2.4 LCD1602液晶接口电路434.3 DS18B20及 LCD1602温度显示434.3.1 51单片机温度控制原理图说明434.3.2 51单片机温度控制软件设计45结论51参考文献52致 谢52第一章 绪论1.1研究目的和意义在近四十年的时间里,电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段,尤其是随着半导体集
15、成技术的飞跃发展,七十年代初诞生了一代新型的电子计算机微型计算机,使得计算机应用日益广泛;而单片微型计算机的问世,则更进一步推动了这一发展趋势,使计算机应用渗透到各行各业,达到了前所未有的普及程度。一个由微电子技术为先导,计算机技术为标志,包括新材料、宇航、生物工程、海洋工程等多种学科在内的新技术革命正在兴起。在国内,由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好、和价格低廉等独特优点,因此,在智能仪器仪表、工业自动控制、计算机智能终端、家用电器、儿童玩具等许多方面,都已得到了很好的应用,因而受到人们高度重视,取得了一系列科研成果,成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种,具有广阔的发展前景。考
16、虑到利用单片机控制在以上方面的重要性,研究利用单片机来控制温度是非常有意义的。温度是一种基本的环境参数,人们的生活和环境的温度息息相关。在工、农业生产过程中需要实现实时测量温度,因此研究温度的测量方法与装置也具有重要的意义。在现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如:在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制,不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高
17、产品的质量和数量。因此,单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。随着电子技术以及应用需求的发展,单片机技术得到了迅速的发展,在高集成度,高速度,低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发展,电子技术有了更高的飞跃,我们现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测,而且我们可以很容易地做到多点的温度检测。1.2单片机概述1.2.1单片机简介单片微型计算机简称单片机。它在一块芯片上集成了计算机的所有基本功能部件,包括中央处理器(CPU)、随机读写存储器RAM、只读存储器ROM、输入输出(I/O)接口电路、中断系统、定时/计数器(T/C)和串行通信接口电路等
18、。因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相组合,就可以成为一个完整的单片机系统。单片机(SCMC)是早期Single Chip Micro Computer的直译,它忠实的反应了早期单片机(甚至到MCS-51系列单片机)的形态和本质。随着单片机技术进一步发展到MCS-96、80C51、M68HC05、M68HC11系列单片机时,着力扩展了控制功能,在芯片内集成了许多外围电路及设备接口,如模/数转换器A/D、脉宽调制器(PWM)、计数器、捕捉/比较逻辑、高速I/O接口、程序监视定时器(WDT)等,从而突破了传统意义上的计算机结构,发展成为Micro Controller的体系结构。因此,最能准
19、确的反应单片机的设计思想、并且有长远技术眼光的词汇是“微控制器”,目前国外已普遍称之为微控制器MCU(Micro Controller Unit)。鉴于单片机在应用时,通常是处于被控系统的核心地位并融入其中,即以嵌入被控对象的方式进行使用,为了强调其嵌入式应用的特点,又称之为嵌入式微控制器EMCU(Embedded Micro Controller Unit)。因在汉语中,单片机的称呼更简洁通俗,以致单片机一词已约定俗成,仍沿用至今。1.2.2单片机的特点单片机的主要特点表现在以下几个方面:功能强、体积小、功耗低、价格便宜、低电压、低功耗、易于产品化;有较强的抗干扰性和较高的可靠性,温度适用范
20、围较广,能够在各种恶劣环境下正常工作;可以方便地实现多机、分布式的集散控制,从而使整个控制系统的效率和可靠性大大提高。单片机的主要特点:l 在结构上把中央处理器(CPU)、存储器、定时器和各种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集电路芯片上,其集成度高,一块单片机芯片就是一台计算机。l 为了满足工业控制的要求,单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机,控制功能强。l 单片机把各功能部件集成在一块芯片上,内部采用总线结构,减少了个各芯片之间的连线,大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。对于强磁环境易于采取屏蔽措施,
21、单片机功能扩展性强,单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。同时,其外部总线丰富 有的机型增加了SPT、I2C、Micro wire、I-Wire等串行总线方式,进一步缩小了体积,简化了体积。l ,能方便地组成各种智能化的控制设别和仪器,做到机电仪一体化,它运用灵活、易于产品化。1.3单片机的发展和应用1.3.1单片机的发展 1.3.2单片机的应用单片机广泛应用于国民经济的各个领域。广泛应用于家用电器、智能化仪器仪表、医用设备、汽车电子产品、航空航天、专用设备的智能化管理及工业生产过程控制等领域。单片机的一些典型应用如下:l 单片机广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型
22、的传感器,可以实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、角度、压力等物理量的测量。单片机的使用加速了仪器仪表向数字化、智能化、多功能化和柔性化方向发展。l 单片机作为机电一体化产品中的控制器,能大大提高产品的自动化、智能化水平。例如,可编程控制器是一个典型的机电控制器,其核心常常就是由单片机构成的。l 单片机的实时数据处理能力和控制功能,使其广泛地应用于工业测控、航天航空、尖端武器等各种实时控制系统中。在现代化的飞机、军舰、大炮、导弹火箭和雷达等各种军用装备上,都有单片机深入其中。l 在比较复杂的系统中,常采用分布式多机系统。单片机在这种系统中经常作为一个终端机,安装在系统的某些节点上
23、,对现场信息进行实时测量和控制。l 消费类电子产品控制。该应用主要反映在家用电器反面,例如,在洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、电视机、点热水器、音响、影碟机、游戏机、电子计价秤、汽车电子与保安系统等产品中使用单片机后,其控制功能和性能大大提高,并且实现了智能化、最优化控制。l 计算机网络终端设备(如银行终端、商业自动收款机等)和计算机的外部设备(如键盘、鼠标、打印机、磁盘驱动器等),以及自动化办公设备(如传真机、复印机、绘图仪、考勤机等)都使用了单片机,使其具有输入、计算、存储、显示等功能,并具有和计算机连接的接口。第二章MCS-51单片机2.1 MCS-51单片机概述尽管8位单片机种
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