基于单片机的温度控制系统设计毕业设计说明书(论文)(编辑修改稿)

基于单片机的温度控制系统设计毕业设计说明书(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

2 1 GND 地 1 2 I|O 数据输入端 8 3 VCC 电源 3 4 5 6 7 NC 空脚 表 DS18B20 管脚排列 图 DS18B20温度值表示方法 D9为符号位， 0表示正， 1表示负，高字节的其他位（ D10～ D15）是以符号位的扩展位表示的； D0～ D8为数据位，以二进制补码表示。 温度是以 1/2℃ LSB 形式表示的。 表 为数值和温度的关系。 专科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 36 页 温度 数据（二进制） 数据（十 六进制） +125 0000 0000 1111 1010 00FAH +25 0000 0000 0011 0010 0032H + 0000 0000 0000 0001 0001H 0 0000 0000 0000 0000 0000H + 1111 1111 1111 1111 FFFFH 25 1111 1111 1100 1110 FFCEH 55 1111 1111 1001 0010 FF92H 表 DS18B20 数值和温度的关系 因房间环境温度不能出现 负温情况，因此本系统不考虑负温情况，这样，在硬件选取上可以考虑选用商业级器件，不必要选用工业级器件，可以大幅度降低成本。 因此单片机读取温度信息后，只需将低字节（ D0～ D8）送入上位机和控制电路即可。 LED 显示接口电设计 本系统选用的是四位数码管动态实时显示房间温度，显示精度。 具体电路图如图 ： R9R 1 0R 1 1R 1 2V C CQ1P N PQ2P N PQ3P N PQ4P N PA1 A2 A3 A41234567abcdefg8dpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpSEG19SEG210SEG311SEG412DSD1D2D3D4D5D6D7D8 图 专科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 36 页 AT89C51 单片机 单片机选用 ATMEL 公司的可在线编程的 AT89C51，用于温度采集及数据通讯。 AT89C51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8位中央处理器和 ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89C51具有如下特点： 40个引脚， 4k Bytes Flash 片内程序存储器， 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM）， 32个外部双向输入 /输出（ I/O）口， 5个中断优先级 2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。 AT89C51 有 3 个并行 I/O 端口， P0:～ 、 ～ 、 ～。 P0 端口在没有片内存储器时，可以作为普通 I/O 口使用，外接存储器时作为地址线 /数据线使用。 P1 端口可以作为普通 I/O 口使用，同时 、 、 ～ 还具备特殊功能，如表 所示。 P2 端口在没有片外存储器时，可以作为普通 I/O 口使用，外接存储器时作为高 8 位地址使用。 引脚 特殊功能 T2: 定时器 |计数器 2 的外部计数器输入 T2EX: 定时器 |计数器 2 的捕捉 |重载触发及方向控制 MOSI: 用于在线编程（ ISP） MOSI: 用于在线编程（ ISP） SCK: 用于在线编程（ ISP） 表 AT89C51 P1 端口的特殊功能 专科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 36 页 引脚 特殊功能 RXD (串行口输 入 ) TXD (串行口输入 ) INT0 (外部中断输入 0) INT1 (外部中断输入 1) T0（定时器 0 外部输入） T1（定时器 1 外部输入） WR （外部数据存储器写控制） RD （外部数据存储器读控制） 表 AT89C51 P3端口的特殊功能 单片机在本房间温度监控系统中主要用于通讯及温度采集。 接 DS18B20。 P0口用于温度显示接口的设计。 单片机与控制电路共用一个外部时钟，采用片内存储器，设有上电复位 功能。 单片机最小系统如图 ： C13 0 p FC23 0 p FY1S4R 2 01KC11 0 u FR 2 11 0 KV C CE A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10P 3 .030U1 图 单片机最小系统 专科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 36 页 LED 数码管 1234567abcdefg8 dpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpSEG19SEG210SEG311SEG412 LED显示器即为发光二极管显示器，具有显示醒目、成本低、配置灵活、接口方便等特点，单片机应用系统中常用它来显示系统的工作状态和采集的信息输入数值等。 LED显示器按其发光管排布结构的不同，可分为 LED数码管显示其和 LED点阵显示器。 LED数码管主要用来显示数字及少数字母和符号， LED点阵显示器可显示数字、字母、汉子和图形等。 LED点阵显示器虽然显示灵活，但其占用的单片机系统软件、硬件资源远大于 LED数码管。 因此 除专门应用大屏幕 LED点阵显示或有特殊显示要求场合外，几乎所有单片机应用系统都采用 LED数码管显示。 本系统选用的是 LED数码管显示器。 数码管显示器有两种工作方式，即静态显示方式和动态显示方式。 静态显方式程序非常简单，占用 CPU时间资源很少，只是在显示字符改变时调用一下显示程序。 但硬件电路繁多，每个数码管需要一个 8位 I/O口、一个 8位驱动、 8个限流电阻。 一般用于数码管位数较少的场合。 LED静态显示由于使用的元器件较少，在数码管显示器较多的场合，电路显得烦琐，为了简化线路，减低成本，本系统选用的是动态扫描显示 方式。 动态扫描显示方式的工作原理是：逐个地循环点亮各位显示器，也就是说在任意时刻只有 1位显示器在显示。 为了使人看到所有显示器都在显示，就得加快循环点亮各位显示器的速度（提高扫描频率），利用人眼的视觉残留效应，给人感觉到与全部显示器持续点亮的效果一样。 动态扫描显示电路如图 ： abfcgdedp专科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 36 页 图 温度控制电路的设计 R 1 34 . 7 kV C CQ5R 1 54 . 7 KR 1 61kR 1 84 . 7 kQ6R 1 92 2 0RV C CDR E S 1BV C CU?* 图 通过调节脉冲宽度来控制 双向可控硅的通断。 当脉冲宽度变宽（占空比增大）时，双向可控硅的导通时间延长，电阻丝加热时间延长从而使温度升高。 反之脉冲宽度变窄（占空比减小）时，双向可控硅的导通时间缩短，电阻丝的加热时间缩短使得温度降低。 以此方法来控制温度的恒定不变。 专科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 36 页 4 脉宽调制 脉宽调制的介绍 PWM就是 脉冲宽度调制 的英文缩写，方波高电平时间跟周期的比例叫占空比，例如 1秒高电平 1秒低电平的 PWM波占空比是 50% 脉宽调制 PWM是开关型稳压电源中的术语。 这是按稳压的控制方式分类的，除了 PWM型，还有 PFM型和 PWM、 PFM混合型。 脉宽宽度调制式（ PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。 脉宽调制 (PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一 种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 基本原理 随着电子技术的发展，出现了多种 PWM 技术，其中包括：相电压控制 PWM、脉宽 PWM 法、随机 PWM、 SPWM 法、线电压控制 PWM 等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽 PWM 法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为 PWM 波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。 可以通过调整 PWM 的周期、 PWM 的占空比而达到控制充电电流的目的。 模拟信号的值可以连 续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。 9V 电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于 9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。 与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。 模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在 {0V, 5V}这一集合中取值。 模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。 在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。 拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改 变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。 与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。 尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。 其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。 能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重 (如老式的家庭立体声设备 )和昂贵。 模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。 模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。 专科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 36 页 通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。 此外 ，许多微控制器和 DSP 已经在芯片上包含了 PWM 控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。 脉宽调制信号的设计思想 本课题的脉宽调制信号是设定周期为 1s矩形波。 它的产生将定时计数器设定在 10ms定时，后通过寄存器 R3来控制脉宽调制信号的周期，本课题只是达到一种模拟的效果，在精确上没 有过高的要求，因此将 1s周期分成 100等份，即设定。