AT89C51单片机温度控制系统.doc
《AT89C51单片机温度控制系统.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《AT89C51单片机温度控制系统.doc(27页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、毕毕 业业 设设 计(论计(论 文)文)论文题目:论文题目: AT89C51AT89C51 单片机温度控制系统单片机温度控制系统 所属系部:所属系部: 电子工程系电子工程系指导老师:指导老师: 职职 称:称: 学生姓名:学生姓名: 班级、学号班级、学号: : 专专 业:业: 应用电子技术应用电子技术2012 年年 05 月月 15 日日毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书题目:题目: AT89C51 单片机温度控制系统任务与要求:任务与要求: 设计并制作一个能够控制 1KW 电炉的温度控制系统,控制温 度恒定在 37-38 度之间。时间:时间: 年 月 日 至 年 月 日 所属系部:所
2、属系部: 电子工程系学生姓名:学生姓名: 学号: 专专 业:业: 应用电子技术指导单位或教研室:指导单位或教研室: 测控技术教研室指导教师:指导教师: 职职 称:称: 年年 月月 日日摘要摘要本设计是以一个 1KW 电炉为控制对象,以 AT89C51 为控制系统核心,通过单片机系统设计实现对保电炉温度的显示和控制功能。本温度控制系统是一个闭环反馈调节系统,由温度传感器 DS18B20 对保炉内温度进行检测,经过调理电路得到合适的电压信号。经 A/D 转换芯片得到相应的温度值,将所得的温度值与设定温度值相比较得到偏差。通过对偏差信号的处理获得控制信号,去调节加热器的通断,从而实现对保温箱温度的显
3、示和控制。本文主要介绍了电炉温度控制系统的工作原理和设计方法,论文主要由三部分构成。 系统整体方案设计。 硬件设计,主要包括温度检测电路、A/D 转换电路、显示电路、键盘设计和控制电路。 系统软件设计,软件的设计采用模块化设计,主要包括 A/D 转换模块、显示模块等。关键词:单片机 传感器 温度控制目目 录录绪论 .1第一章 温度控制系统设计和思路 .21.1 温度控制系统设计思路 .21.2 系统框图.2第二章 AT89C51 单片机.32.1 AT89C51 单片机的简介 .32.2 AT89C51 单片机的主要特性 .32.3 AT89C51 单片机管脚说明 .4第三章 温度控制的硬件设
4、备 .63.1 温度传感器简介 .63.2 DS18B20 工作原理 .73.3 DS18B20 使用中注意事项 .8第四章 系统硬件设计 .94.1 温度采集电路 .94.2 数码管温度显示电路.94.2.1 数码管的分类 .94.2.2 数码管的驱动方式 .104.2.3 恒流驱动与非恒流驱动对数码管的影响 .114.3 单片机接口电路.124.3.1 P0 口的上拉电阻原理.124.3.2 上拉电阻的选择 .144.4 单片机电源及下载线电路.144.5 温度控制电路.15第五章 温度控制的软件设计 .175.1 数码管动态显示.175.2 DS18B20 初始化 .175.3 系统流程
5、图.19谢辞 .20参考文献 .21附录 .22绪论绪论温度控制,在工业自动化控制中占有非常重要的地位。单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命,自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中,可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象,同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。现代自动控制越来越朝着智能化发展,在很多自动控制系统中都用到了工控机,小型机、甚至是巨型机处理机等,当然这些处理机有一个很大的特点,那就是很高的运行速度,很大的内存,大量的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中,处理机的成本占系统成本的
6、比例高达 20%,而对于这些小型的系统来说,配置一个如此高速的处理机没有任何必要,因为这些小系统追求经济效益,而不是最在乎系统的快速性,所以用成本低廉的单片机控制小型的,而又不是很复杂,不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。 温度控制,在工业自动化控制中占有非常重要的地位,如在钢铁冶炼过程中要对出炉的钢铁进行热处理,才能达到性能指标,塑料的定型过程中也要保持一定的温度。随着科学技术的迅猛发展,各个领域对自动控制系统控制精度、响应速度、系统稳定性与自适应能力的要求越来越高,被控对象或过程的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合、较大的随机扰动、各种不确定性以及现场测试手段不完善等,使难以按数学方法
7、建立被控对象的精确模型的情况。 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,如果对此原理图稍加改进,我们还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。第一章第一章 温度控制系统设计和思路温度控制系统设计和思路1.11.1 温度控制系统设计思路温度控制系统设计思路在这个系统中我们从性能及设计成本考虑,我们选择 AT89C51 芯片。AT89C51的广泛使用,使单片机的价格大大下降。目
8、前,89C51 的市场零售价已经低廉因此,如把 89C51 作为接口芯片使用,在经济上是合算的。在温度传感器的选择上我们采用温度芯片 DS18B20 测量温度。该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,且此元件线形较好。在 0100 摄氏度时,最大线形偏差小于 1 摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号,便于单片机处理及控制。本制作的最大特点之一就是直接采用温度芯片对温度进行测量,使数据传输和处理简单化。采用温度芯片 DS18B20 测量温度,体现了作品芯片化这个趋势。部分功能电路的集成,使总体电路更简洁,搭建电路和焊接电路时更快。而且,集成块的使用,有效地避免外界的干扰,提高测量电路的
9、精确度。所以芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片,也是顺应这一趋势。对于温度的调节系统,我们才用的只是简单的升温和降温方法,当温度低于我们设定的最低温度值时,则单片机系统则会通过一个高电平的脉冲电流直接送给继电器,使连接在继电器上的电阻丝通电产生热量来提高温度。如果当温度高于我们设定的最高温度值时,则单片机会通过另一个口发出一个高电平的脉冲电流送个继电器,使连在继电器上的一个风扇启动,来降低温度。在次过程中,我们通过单片机将传感器所测量出来的温度通过数码管显示出来。这样就能只管的观察到即时的温度情况,以便更好的验证系统的性能。1.21.2 系统框图系统框图单片机温度控制系
10、统采用的装置有单片机、温度传感器和显示器组成起结构如图 1.1 硬件结构图所示。图图 1.11.1 温度控制系统硬件结构图温度控制系统硬件结构图第二章第二章 AT89C51AT89C51 单片机单片机2.12.1 AT89C51AT89C51 单片机的简介单片机的简介AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能 CMOS8 位微处理器,俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以
11、反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器,AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2.22.2 AT89C51AT89C51 单片机的主要特性单片机的主要特性与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命:1000 写/擦循环温度传感器 AT89C51单片机数据显示键盘温度控制123456ABCD654321DCBA
12、TitleNumberRevisionSize B Date:21-May-2007Sheet of File:E:业业业业业业业业业业业MyDesign.ddbDrawn By:EA/VP31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012INT113T014T115P101 P112 P123 P134 P145 P156 P167 P178P0039 P0138 P0237 P0336 P0435 P0534 P0633 P0732P2021 P2122 P2223 P2324 P2425 P2526 P2627 P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD10U?
13、 8051数据保留时间:10 年全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8 位内部 RAM32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器/计数器5 个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式 图图 2.12.1 AT89C51AT89C51 引脚图引脚图片内振荡器和时钟电路 2.32.3 AT89C51AT89C51 单片机管脚说明单片机管脚说明如图 2.1 为 AT89C51 引脚图,各引脚功能说明如下: VCC: 电源 GND: 地 P0 口:P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口,每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时,引脚用
14、作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下,P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时,P0 口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。 P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL) 。此外,P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/
15、计数器 2 的触发输入(P1.1/T2EX) P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL) 。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器(例如执行 MOVX DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址(如 MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2 口输出 P2 锁存器的内容。在 flash 编程和校
16、验时,P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。 P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,对 P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL) 。P3口亦作为 AT89C51 特殊功能(第二功能)使用,如表 2-1 所示。P3.0 RXD(串行输入) P3.1 TXD(串行输出) P3.2 INT0(外部中断 0) P3.3 INT0(外部中断 0) P3.4 T0(定时器 0 外部输入) P3.5 T1(定时器 1 外部输入) P3.6WR(外部数据存储器写选通)
17、P3.7 RD(外部数据存储器读选通)表表 2-12-1 AT89C51AT89C51 引脚号第二功能引脚号第二功能 RST: 复位输入,晶振工作时,RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后,RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下,复位高电平有效。 ALE/PROG:地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时,此引脚(PROG)也用作编程输入脉冲。在一般情况下,ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可
18、用来作为外部定时器或时钟使用。然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE 脉冲将会跳过。如果需要,通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置“1” ,ALE 操作将无效。这一位置“1” ,ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC 指令时有效。否则,ALE 将被微弱拉高。这个 ALE 使能标志位(地址为 8EH 的 SFR 的第 0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN:外部程序存储器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号。当 AT89C51 从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN 在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,PSEN 将不被激活。
19、EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令,EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令,EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间,EA 也接收 12 伏 VPP 电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。第三章第三章 温度控制的硬件设备温度控制的硬件设备3.13.1 温度传感器温度传感器简介简介DS18B20 原理与特性本系统采用了 DS18B20 单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换,大大简化了电路的复杂度,以及算法的要求。首先先来介绍一下 DS18B
20、20 这块传感器的特性及其功能: DSl8B20 的管脚及特点 DS18B20 可程温度传感器有 3 个管脚内部结构主要由四部分组成:64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的外形及管脚排列如下图所示,GND 为接地线,DQ 为数据输入输出接口,通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。VDD 为电源接口,既可由数据线提供电源,又可由外部提供电源,范围 3O55 V。本文使用外部电源供电。图图 3.13.1 DS18B20DS18B20 的外形及管脚的外形及管脚主要特点有: 1. 用户可自设定报警上下限温度值。 2. 不需要外部组件,能测
21、量55+125 范围内的温度。 3. 10 +85 范围内的测温准确度为05 。 4. 通过编程可实现 9l2 位的数字读数方式,可在至多 750 ms内将温度转换成 12 位的数字,测温分辨率可达 00625 。 5. 独特的单总线接口方式,与微处理器连接时仅需要一条线即可实现与微处理器双向通讯。6. 测量结果直接输出数字温度信号,以“一线总线“串行传送给 CPU,同时可传送 CRC 校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。7. 负压特性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作。8. DS18B20 支持多点组网功能,多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温。3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- AT89C51 单片机 温度 控制系统
限制150内