基于单片机的智能温控电机系统设计本科生毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的智能温控电机系统设计本科生毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

（设计） 6 图 31 STC89C52 引脚 STC89C52 主要 引脚 功能 说明 ： VCC(40 引脚 )：电源电压。 VSS(20 引脚 )：接地。 P0 端口 (~)： P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/O 口。 P1 端口 (~)： P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 另 外， 口和 还 具有引脚功能复用， 具体参数见表 31： 表 31 和 引脚功能复用 引脚号 功能特性 T2（定时器 /计数器 2） T2EX（定时器 /计数器 2 捕获 /重装触发控制方向） P2 端口 (~)： P2 口是一个带内部上拉电阻 8 位双向 I/O 端口。 在访问外部和 16 位地址存储器时， P2 端口 送出高 8 位地址。 在访问 8 位地址的外部存储器时， P2 口引脚上的 信息 在整个访问其不变。 对于 Flash ROM 编程和校检期间， P2也 会 接受高位 的 地址和一些控制 信息。 P3 端口 (~)： P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。 P3 的输出缓冲器可驱动 (吸收或输出电流方式 )4 个 TTL 输入。 P3 端 口 还 具有 一些其他复用 的 功能。 如表32 所示 ： RST(9 引脚 )：复位输入。 当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来 完 成单片机的复位初始化操作。 看门狗计时 之 后， RST 引脚 随后 输出 具有 96 个晶振周期的高电 合肥师范学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 7 表 32 P3 端口的复用功能 引脚号 复用功能 RXD XD (外部中断 0) (外部中断 1) T0(定时器 0 的输入 ) T1(定时器 1 的输入 ) (写选通 ) (读选通 ) 平 有效。 另外 特殊寄存器 AUXR 上的 DISRTO 位 能够 使此功能 处 于 无效 模式。 在 DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 ALE（ 30 引脚）： 当 地址锁存控制信号访问外部程序存储器时，输出脉冲 由 锁存低 8位地址 提供。 在 大多数情况下 ， ALE 的输出脉冲固定频率为晶振六分之一 ， 具有 作为 时钟 或 外部定时器 使用 的功能。 XTAL1（ 19 引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2（ 18 引脚） ： 振荡器反相放大器的输出端。 单片机的最小系统：指的是用最少的原器件组成的能够工作的单片机系统。 就用 52系列单片机来说，最小系统应该包括单片机和晶振电路还有复位电路。 如图 32 所 示： 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U689s52VCCVCC12Y130pFC530pFC61uFC4100KR7VCCS1SWPBF100FQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7RSRWE 图 32 单片机最小系统 合肥师范学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 8 温度采集模块 温度传感器的种类繁多，但是应用在高精度和高可靠性的场合时， DS18B20 温度传感器当仁不让。 温度传感器的介绍 DS18B20 数字温度传感器是美国 DALLAS 公司生产的 1Wire，即单总线器件，它是世界上最早的支持 “一线总线”接口的温度传感器 [13]。 它具有体积小、适用电压宽、功耗低、抗干扰能力性能高、配处理器容易等优点，它能够直接将温度转化成串行数字信号（按 9 位二进制数字）给单片机进行处理，还能在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它 具有三引脚 TO92 小体积封装形式。 它的温度测量范围在 55~+125℃，测温分辨率可达 ℃，特别是在 10℃ ~+85 ℃范围之间，精度更能达到177。 ℃。 同样的， DS18B20可编程温度传感器它包含 3 个管脚。 DS18B20 的引脚排列图如图 33 所示： 图 33 DS18B20 的管脚图 如上图所示： GND 引脚为接地线； DQ 引脚为数据输入 /输出的接口，它经过一个较弱的上拉电阻和单片机相连； VDD 引脚为电源接口，它既能够由数据线提供电源，又能够由外部提供电源，范围 ~[14]。 DS18B20 具体特性如下： (1) DS18B20 采用了单总线技术，可通过串行 口 线，也可通过其他 I/O 口线与微机直接接传感器 就能 直接输出被测温度值。 (2) DS18B20 中的器件都有各自的的序列号。 (3) 在实际的使用中不需要外接其他器件就能测温。 (4) 温度检测范围 为 55℃ ~+125℃。 (5) “ 0”功耗待机。 合肥师范学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 9 (6) 可自行设定温度报警上下限值。 (7) 能够实现多点连接功能，多个 DS18B20 能够并联在统一的三线上，完成多点温度测量。 (8) 负压特性，当电源接反时， DS18B20 不会烧坏 ，但不能够测温。 DS18B20 内部结构大体是由： 64 位光刻 ROM、非挥发的温度报警触发器 TH 与 TL、配置寄存器 与 高速暂存器 这 4 个部分组合而成。 DS18B20 的工作原理 按照 DS18B20 的通讯协议，单片机控制 DS18B20 要完成温度的转换必须得经过以下几个步骤才能完成： (1) 读写时都必须对 DS18B20 完成复位。 (2) 复位成功之后都会送出 ROM 命令。 (3) 最终会传出 RAM 命令，这样才能够对 DS18B20 实现实际控制。 复位时，先得取得单片机对数据线 下拉 500μs再释放，待 DS18B20 取到命令信号，等待 15~60μs左右后，再发出 60~240μs的存在低脉冲，最后主 CPU 收到此信号表示复位成功。 它的工作时序有初始化时序和写时序还有读时序。 具体工作方法如图 3 3 36所示。 (1) 初始化时序 总线上的一切传输过程均是以初始化开始的。 主机响应应答脉冲。 应答脉冲让主机知道，总线上有从机设备，并准备就绪。 主机输出低电平，且保持低电平的时间至少 480 微秒，从而产生复位脉冲。 然后主机释放总线，  上拉电阻 将总线拉高，延时 15~60 微秒后进入接受模式，用来产生低电平应答脉冲。 如果为低电平，就再延时 480 微秒。 响应脉冲60~24 0等待15 60主机 最小48 0主机复位脉冲最小480 US 图 34 初始化时序 (2) 写时序 合肥师范学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 10 采样15~ 45采样15~ 4511主机写1 时 序主机写0 时 序 图 35 写时序 写时序包含写“ 0”时序与写“ 1”时序。 一切写时序最少要 60 微秒，并且在两次独立的写时序当中最少要 1 微秒的恢复时间。 两者都是从总线拉低开始。 写“ 1”时序：主机先输出 低电平，延时 2 微秒后释放总线再延时 60 微秒。 写“ 0”时序：主机先输出低电平，延时 60 微秒后释放总线再延时 2 微秒。 (3) 读时序 主机采样主机采样454511主机写1 时 序主机写0 时 序 图 36 读时序 总线器件只在主机发出读时序的时候，才向主机传输数据。 因此，在主机发出读数据命令后，定要马上产生读时序，从而使从机可以够传输数据。 一切读时序至少要 60 微秒，而在两次独立的读时序当中至少需要 1 微秒的恢复时间。 每个读时序均靠主机发起，且至少拉低总线 1 微秒。 主机在读时序的时候一定要释放总线，且在时序开始后的 15 微秒中采样总线状态。 主机输出低电平延时 2 微秒后主机转入输入模式，再延时 12 微秒后读取总线当前电平，然后延时 50 微秒。 温度 显示器 模块 LCD1602 可以显示为 162 的数字和字符内容，即能够显示两行，每一行具有 16 个液晶模块。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶。 每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用， LCD1602 引脚如图 37 所示： 合肥师范学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 11 图 37 LCD1602 引脚图 1602 具有标准的 16 引脚脚接口，各个引脚功能如下： 第 1 脚： GND 为电源地 第 2 脚： VCC 接 5V 电源正极 第 3 脚：液晶显示偏压（调节对比度） 第 4 脚：寄存器选择 第 5 脚： R/W 读 /写 第 6 脚：使能端 第 7~14 脚：数据总线，与单片机数据总线相连 第 15 脚：背光板电源，串联 1 个滑动变阻器 第 16 脚：背光板电源地 LCD1602 和单片机 STC89C52 的连接电路非常简单， RS、 RW、 EN 分别接主控单片机的 、 、 脚， DB0~DB7 接到主控单片机的 P0 数据接口。 VSS 端接地， VDD供电，电路如图 38 所示： 图 38 LCD1602 液晶显示电路 电机转速显示模块 LED（ Light Emitting Diode）是发光二极管的缩写。 LED 显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“ LED”。 LED 显示器在单片机系统中应用非常广泛。 四位共 合肥师范学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 12 阳数码管如图 39 图所示： 图 39 四位共阳数码管 常用的 LED 显示器为 8 段。 每一段对应一个发光二极管这种显示器有共阴和共阳级两种。 了解 LED 的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。 本设计所应用的就是四位共阳极数码管。 LED 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码 管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据 LED 数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 电机驱动模块 L298N 芯片 本次设计采用的电机驱动为 L298N 芯片，该芯片的图形如图 310 所示： 图 310 L298N 芯片实物图 L298N 是一款单片集成的高电压、高电流、双路全桥式电机驱动，设计用于连接标准TTL 逻辑电平，驱动电感负载（诸如继电器、线圈、 DC 和步进电机）。 L298N 提供两个使能输入端，可以在不依赖于输入信号的情况下，使能或禁用 L298N 器件 [15]。 使用 L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动两台直流电机，也可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，本设计就是让该芯片驱动一台直流电机。 合肥师范学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 13 图 311 L298N 管脚图 芯片简要说明： 驱动芯片：全新原装 L298N 双 H 桥驱动芯片 驱动部分端子供电范围 VMS： +5V~+30V 驱动部分峰值电流： 2A 逻辑部分端子供电范围 VSS： ~ 逻辑部分工作电流范围： 0~47mA 控制信号输入电压范围：高电平 ~ 低电平 0V 最大功耗： 20W 存储温度： 25℃ ~+130℃ 当 L298N 的 ENA 通道为低电平时候， IN1 通道和 IN2 通道的输入信号是无效的。 电机始终处于停止状态。 当 ENA 为高电平的时候 IN1 和 IN2 的信号输出才是有效的。 当 IN1输出为高电平而 IN2 的输出频率为低电平的时候。 电机会顺时针转动。 当 IN1 输出为低电平，而 IN2 输出为高电平时候，电机会逆时针转动。 具体功能整理后如下表 33 所示： 表 33 L298N 功能表 IN1 IN2 ENA 电机状态 X X 0 停止 1 0 1 顺时针 0 1 1 逆时针 0 0 0 停止 1 1 0 停止 直 流电机 本设计采用直流电机， 直流电机由定子和转子两部分组成。 直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围宽泛。 直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子 合肥师范学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 14 上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动 [16]。 电机转速控制原理图如图 312 所示： 图 312 电机控制系统原理图 PWM 调速原理 脉宽调制（ PWM）基本原理： P。