基于单片机的温度控制器的设计与实现(编辑修改稿)

基于单片机的温度控制器的设计与实现(编辑修改稿)内容摘要：

错获得了众多的号品，在这其中 INTEL 的 8031 是最成功的，此后 MCS51 系列单片机系统便是通过 8031 的基础上发展起来的。 基于这个系统， MCS51 单片机系统至今为止仍然被广泛使用。 渐渐的随着工业控制领域的要求有所提高，出现了十六位的单片机，却因为十六位单片机的性价比不是很理想所以并没有得到广泛的使用。 在 90 年代后期，随着科学的发展和消费电子产品的增多，单片机的技术获得了质的飞跃。 随着 INTEL 公司的 I960 系列单片机得到了广泛的应用，特别是 ARM 系列的应用，十六位单片机在主流市场的高端地位立马被三十二 位单片机所取代。 与此同时传统的 8 位单片机的性能也有了质的飞跃，相 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 7 对 80 年代来说处理能力提高了数百倍。 目前，性能和 90 年代中期的专用处理器相差不大的高端的 32 位单片机并且其主频已经超过了 300HZ，普通的型号出厂的价格跌落到1 美金，连最高的型号也不过 10 美金而已。 现如今的单片机系统已经不是单单的在裸机环境下使用和开发，众多的全系的单片机上已经运用到了专用的嵌入式操作系统。 STC89C52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可檫除只读存储器的低电压，高性能COMOS8 的微处理器，俗称单片机。 并且使用了 ATMEL 的技术通 过高密度非易失性存储器来制造，而且还和工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 单片机总控制电路如下图所示： 图 1 单片机总控制电路 STC89C52 具体介绍如下： ① 主电源引脚（ 2 根） VCC(Pin40)：电源输入，接＋ 5V电源 GND(Pin20)：接地线 ② 外接晶振引脚（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 ③ 控制引脚（ 4 根） 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 8 RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 ④ 可编程输入 /输出引脚（ 32 根） STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、 P P P3 口，每个口有 8 位（ 8 根引脚），共 32 根。 PO 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位双向 I/O 口线，名称为 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 ～ STC89C52 主要功能 如表 一 所示。 表 一 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统 8K 可反复擦写 Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断 时钟频率 024MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行 通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 本章小结 本章主要介绍了此设计的所需要的中央控制电路所需的单片机进行了对比与分析，最终选择了 STC89C52 单片机作为中央控制电路，同时在又对 STC89C52 单片机进行了一些介绍。 接下来会将硬件的选择以及设计详细的介绍。 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 9 3 系统硬件设计方案 该系统由六部分组成： STC89C52RC 核心单片机，温度采集电路，数码管显示电路，报警警电路，复位电路，晶振等，其中温度采集主 要由 DS18B20 组成，在短时间内把热力学温度信号数字 ,送入单片机，由单片机控制显示电路显示，并且判断是否达到设定温度，若达到设定温度，由单片机启动报警电路，报警。 图 1 系 统设计框图 复位电路 由于单片机在复位短为高时系统复位，复位电路由一个阻值为 4K 和一个 150 欧的电阻分压得到低电平，经 74LS14 滤波整形反向后得到高电平使系统上电复位。 复位电路图如图 23。 主 控 制 器 温度显示器 （液晶显示屏） 多路温度采集 （ DS18B20） 报警控制电路 （发光二极管） 输入控制电路 （按键） 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 10 图 23 复位电路 在管脚 1 处的电压为 V1 VVRRRVV cc)4 0 0 01 5 0(1 5 05)( 1615151 式 （ 21） 当电平低于 ，高于 视为高电平。 管脚 1 处的 电压经反向后变成 5V高电平。 开关闭合的时候同时也闭合了电容 C4 充电，稳定了复位脚的电平。 为保证复位电路能够正常的进行工作，在设计电路的时候必须在开关断开时有给电容 C4 的放电回路，故加一 IN4148 做泄放二极管。 电容 C5 主要是为了抑制开关动作时在闭合瞬间产生的尖峰脉冲对整个设计系统的冲击，同理也是起到了减少电路干扰的作用。 时钟电路 时钟电路对于单片机来说是很重要的，就等同与我们人类的心脏一样工作，单片机的所有操作，程序的执行，都是在时钟脉冲的同步下才使得进行的，时钟 电路控制着单片机的工作节奏。 STC89C52 内部都有一个反相放大器，芯片内部的反相放大器的输入和输出端分别是 XTAL XTAL2，外接定时反馈元件就组成震荡器产生时钟送至单片机内部的各个部件。 如下图 24 所示，片内电路与片外器件构成一个时钟发生电路。 片内振荡器的震荡频率 fOSC 非常接近晶振频率，一般多在 ～ 12MHz 之间选取，这次毕设用的时钟频率是 6MHz。 XTAL2 输一个正弦波。 图中 C1 C17 是反馈电容，其值在 5pF～ 30pF 之间选择 ,其典型值是 30Pf。 本系统采用的是。 其作 用有两个：一个是使振荡器起振，而另一个则是对振荡器的频率 f 起微调作用（ C1 C17 大， f 变小）。 图 24 时钟电路 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 11 键盘及显示模块 由于在风扇的面板处有也有一个控制电路，因此在这里我们一样也加上了显示与键盘的模块。 显示与按键电路构成一个人机交互界面，整个系统的用户体验度的好画也就在这个模块的设置上。 本文采用了四个方案进行论证。 方案一 ： 采用 74LS164 芯片 在本次设计中，用单片机的串行口来外接三片 74LS164 作为 6 位 LED 显示器的静态显示接口，把单片机的 RXD 作为数据输出线， TXD 作为移位时钟脉冲。 所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于笔划段字形代码。 这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路就可以了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码。 使用这种方法，占用 CPU 的内部资源少，控制程序简单，但占用较多的硬件资源。 故本次设计采用可提供单独锁存的 I/O 接口电路的串并转换电路74LS164。 其电路原 理图如图。 图 74LS164 的静态显示 74LS164 为 TTL 单向 8 位移位寄存器，可 实现串行输入、并行输出的功能。 它的 A、B（第 2 脚）为串行数据输入端， 2 个引脚按－逻辑与运算规律输入信号，公用一个输入信号时可并接。 T（第 8 脚）为时钟输入端，可连接到串行口的 TXD 端。 每一个时钟信号的上升沿加到 T 端时，移位寄存器移一位， 8 个时钟脉冲过后， 8 位二进制数全部移入 74LS164 中。 R（第 9 脚）为复位端，当 R＝ 0 时，移位寄存器各复位为 0，只有当 R＝ 1 时，时钟脉冲才起作用。 Q1－ Q8（第 3－ 6 和 10－ 13 引脚）并行输出端分别接LED 显示器的 dp、 g、 f、 e、 d、 c、 b、 a 各段对应的引脚上。 所谓时钟 脉冲端，其实就是需要高、低、高、低的脉冲，在 74LS164 获得时钟脉冲的瞬间，如果数据输入端（第 2 脚）是高电平，则就会有一个 1 进入到 74LS164 的内部。 如果数据输入端是低电平，则就有一个 0 进入其内部。 在给出了 8 个脉冲后，最先进入 74LS164 的第一个数据就到达了最高位，然后再来一个脉冲，从单片机 RXD 端1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 3 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : C : \ P r og r a m F i l e s \ D e s i gn E x p l o r e r 9 9 S E \ E xa m p l e s \ B A C K U P ~ 3 .D D BD r a w n B y:SER INA1SER IN B2Q03Q14Q25Q36CLK IN8CLR9Q410Q511Q612Q713 7 4L S 1 64abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp L E DSER INA1SER IN B2Q03Q14Q25Q36CLK IN8CLR9Q410Q511Q612Q713 7 4L S 1 64abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp L E DSER INA1SER IN B2Q03Q14Q25Q36CLK IN8CLR9Q410Q511Q612Q713 7 4L S 1 64abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp L E DV C CR X DT X DV C C 2 0K 3 00 北京理工大学珠海学院 2020届本科生毕业设计 12 输出的数据就 进入到第一片 74LS164 中，当第二个 8 个脉冲到来后，第一个数据就进入第二片 74LS164，而新的第二个数据就进入到了第一片 74LS164 中，这样依次类推。 方案二： 8255 解决方案 8255 内部有三个并行数据输入 /输出端口，有两个工作方式控制电路，一个读写控制逻辑电路，一个 8 位数据总线缓冲器。 8255 有 3 种基本工作方式。 方式 0（基本 I/O 方式）：输出具有锁存功能，输入没有锁存功能。 方式 0 适用于无条件传输数据的设备，如读一组开关状态、控制一组显示灯，不需要应答信号， CPU可以随时读出开关状态，随时可以把一组数据送指示灯显示。 方式 1（应答 I/O 方式）： PA 口、 PB 口定义为方式 1 时， PC 口的某些位为状态控制线，其余的线。