基于单片机和DSB的多路温度控制系统_毕业设计论文 .pdf
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1、大学毕业论文(设计)基于单片机的多路温度控制系统Microcontroller-based Multi-channel Temperature Control System 申请学位:工学学士学位院系:光电信息学院专业:电子信息工程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 42 页 - - - - - - - - - 基于单片机的多路温度控制系统姓名:导师: 201x 年 5 月 20 日大学名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -
2、- - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 42 页 - - - - - - - - - 烟台大学毕业论文(设计)任务书院(系) :光电信息科学技术学院姓名学号毕业届别专业电子信息工程毕业论文(设计)题目基于单片机的多路温度控制系统指导教师学历职称讲师所学专业通信 与信 息 系统具体要求 ( 主要内容、基本要求、主要参考资料等):主要内容: 学习单片机 STC89C52 和温度传感器 DS18B20 的相关知识,结合单片机的理论与应用知识 , 使用单片机控制两路传感器并联进行温度采集和报警控制。基本要求: 培养学生解决实际问题的能力及初步的
3、理论研究能力;查阅文献资料、调查收集信息的能力;独立思考,认真钻研,提出方案并论证方案的能力;设计、计算、绘图能力;实验数据分析与处理的能力;外文阅读、计算机应用能力;撰写实验报告、设计说明书、技术总结和论文的能力;语言表达、思辨能力。参考资料:新概念 51 单片机 C语言教程;单片机原理及接口技术;DALLAS 公司的 DS18B20 的数据手册进度安排:2012-2013-1 学期: 1416周,确定指导教师,选题。2012-2013-2 学期:14周查阅资料、学习相关软件,确定设计方案;58周系统硬件设计;911周系统软件设计及系统调试;1213周撰写、修改毕业论文;1415周系统验收、
4、论文答辩。指导教师(签字):年月日院(系)意见:教学院长(主任)(签字) :年月日备注:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 42 页 - - - - - - - - - 摘要 在计算机技术广泛应用的今天单片机也得到了广泛的使用,应用单片机的产品已经出现在我们日常生活的每个角落。本次设计器材主要有STC89C52 单片机、DS18B20 温度传感器、LED共阴数码管。本次设计先是通过Keil 软件进行编程生成Hex文件,然后下载到单片机中进而控制 DS18B20
5、 温度采集并通过数码管显示。 本文重点完成了单片机基本的I/O口的功能实现、 DS18B20的功能实现与特点、温度传感器的软件读写程序、数码管位选段选实现程序、独立键盘控制两路温度的显示和温度报警的实现。 关键词 STC89C52单片机; DS18B20 ;LED ;独立键盘名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 42 页 - - - - - - - - - Abstract In the age of computer technique,the microco
6、ntroller has also been widely used,and we can see the products of microcontroller everywhere in our daily life.The equipment used of The design,contain STC89C52 microcontroller,DS18B20 temperature sensor,common cathode LED.This design first run through Keil software,producing Hex file,and then downl
7、oaded to the MCU to control DS18B20 temperature collecting and through digital tube display.This paper mainly introduces the single chip microcomputer of the realization of the function of the basic I/O port,the functions and features of DS18B20,the temperature sensor of the software to read and wri
8、te procedures,digital tube location and passage chose program,two way independent keyboard control display of temperature and temperature alarm. Key words STC89C52 microcontroller; DS18B20; LED; Separate keyboard 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 4
9、2 页 - - - - - - - - - 目录1 绪论. . 12 系统的设计方案 . . 22.1 设计任务 . . 22.2 设计原理 . . 23 器件的选择 . . 43.1 单片机 STC89C52 . . 43.2 DS18B20 . . 44 模块设计 . . 74.1 晶振电路和复位电路 . . 74.2 温度采集电路 . . 74.3 键盘单元 . . 74.4 显示电路 . . 75 系统硬件实现 . . 96 软件实现 . . 126.1 DS18B20 工作时序 . 126.2 程序实现 . . 136.2.1 DS18B20 的指令集: . 136.2.2 编程 .
10、 . 14结 论. . 17致 谢. . 18参 考 文 献. . 19附录 . . 20名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 42 页 - - - - - - - - - 1 绪论在此科技迅速发展的年代, 在人们的生产和生活中已经广泛使用温度采集控制,人们采集温度通常使用温度计,而人们控制温度的方式一般是通过通风或者人工操作加热或降温,可是控制效果不好、时效性也不好,而且工作员工的工作硬度比较大。 虽然现在相当一部分用户的温度传感器是用半导体二极管充当,但这样
11、做有不好的交换性和太好的成绩。因为对温度要求较高的行业比较多,并且引发事故的多数是由于环境温度变化不合理造成,并且还有很多操作人员安全收到威胁的情况, 所以,将数字温度测量及控制设备安装在不安全环境的某些特定位置,在温度超过某范围就报警。本设计由于使用了智能温度传感器进行控制,这种传感器具有比较高的测量精度,简单的操作,并且还具有比较便宜的价格,本设计是一个基于单片机的数字温度采集及控制系统。随着社会的发展, 愈来愈多的行业需要进行温度的采集及控制,致使本课题变得很重要。温度传感器DS18B20 所采集的温度先发送至单片机STC89C52 ,然后 STC89C52 对数据进行进一步的分析处理,
12、进而使其能在LED数码管上表示出来,并通过温度控制相连的报警或其他系统。通过学习该课程使我们全面的了解单片机和温度传感器、 掌握此传感器与单片机各模块电路的连接线路和程序的编写的过程,从而锻炼我们在使用单片机进行各种设计方面的实践活动和动手能力。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 42 页 - - - - - - - - - 2 系统的设计方案2.1 设计任务本次设计主要是通过按键选择两路DS18B20 进行温度采集,并传到主机进行处理,然后主机把处理好的温度
13、值发送到数码管上显示并控制温度报警。而在本次设计中, 两路温度传感器采用与主机的单总线进行并联方式,这样就需要对两路温度传感器分开进行处理。 这里就用到了温度传感器的匹配ROM 编码命令进行对两路温度传感器的识别, 此时用独立键盘进行控制选择哪一路温度传感器进行温度采集。2.2 设计原理根据系统的设计要求, DS18B20 作用此次设计使用的数字温度传感器和单片机则使用 STC89C52 。当主机 STC89C52 给从机 DS18B20 发送采集温度命令后,从机 DS18B20 响应主机并进行模数转换,发往主机STC89C52 自己所测得的二进制温度数据;单片机对从机 DS18B20 发送来
14、的温度数据按照自己存储的程序进行处理,使之变成十进制温度数值,并通过单总线发送到数码管(LED )显示,蜂鸣器根据温度数值来进行报警; 由键盘控制电路选择对哪路DS18B20 发送读取温度命令,进而数码管显示。系统设计框图如图2.1 图 2.1 设计原理图STC89C52 温度控制系统报警电路显示电路温度传感器键盘设定名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 42 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
15、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 42 页 - - - - - - - - - 3 器件的选择3.1 单片机 STC89C52 STC89C521作为本 次设 计使用的单片机 (引脚图如图 3.1 ) ,一是 因 为 本 人 手 中 有 现 成 的STC89C52 单片机的开发板,可以方便调试和使用,二是STC89C52 单片机和市面流行的单片机一样,容易上手,并且特性比较好。此设计使用到单片机的P0 口作为数据线控制四位共阴数码管的段选而来传输数据, 使用单片机的 P2 的 2.3.4口连接 74LS138译码器的输
16、入引脚来控制四位数码管的位选,使用P37 口连接两个DS18B20 的数据线引脚, 使用 P20连接一个独立按键来控制传感器的选择。图 3.1 单片机引脚本3.2 DS18B20DS18B202温度传感器(如图3.2 )是美国 Dallas公司的一线器件, 它内部结构主要由四部分 (如图 3.3 )组成: 64 位光刻 ROM 、温度传感器、非挥发的温度存储器、配置寄存器;即使用单一的数据线与主机进行数据交换。DS18B20由于其各方面都优点使它得到公众的认可,而得到广泛的使用。本次设计使用两个 DS18B20 都与单片机 STC89C52 的一个 I/O 口相连,利用他们两个 ROM 序列号
17、的不同来控制它们分别进行温度的采集和控制。图3.2 DS18B20 引脚名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页,共 42 页 - - - - - - - - - 图 3.3 DS18B20 内部结构光刻 ROM (如图 3.4 )在出厂前64 位编码号就被光刻设置好了,并且每个DS18B20 的 ROM 序列号都是世上唯一存在的。单片机可以通过单一的总线与多个DS18B20 相连并互不影响低采集温度正是基于每个DS18B20 ROM 的数据都不同的原理。图 3.4
18、DS18B20ROM 编码DS18B20 中的温度传感器(如图3.5 ) ,以 16 位的二进制值来保存采集的数据,S为符号标志位 。图 3.5 DS18B20 温度传感器配置寄存器(图3.6 )主要是用于通过R1和 R0来设置 DS18B20的分辨率(DS18B20 出厂默认设置为 12) ,他们的对应关系如图3.7 。图 3.6 配置寄存器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页,共 42 页 - - - - - - - - - 图 3.7 DS18B20 分辨率
19、设置图 3.8 高速暂存存储器高速暂存存储器 RAM (如图 3.8 )由 9 个字节组成, 主要用于存储温度数据、设置高低温阀值和校验。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页,共 42 页 - - - - - - - - - 4 模块设计4.1 晶振电路和复位电路晶振电路和复位电路如图4.1和 4.2 。晶振电路中本次设计使用的是STC89C52 的片内时钟振荡方式,器件数值大小如图4.1 所示。单片机的晶振采用11.0592MHZ ,此频率对应的振荡周期即为单片
20、机的振荡周期,外加两个的电容选取大小为30pF的,振荡器的作用主要是产生时钟振荡,这个电路即可产生自激振荡。对于复位电路, STC89C52 采用的是更加直接和简单的复位( 如图 4.2) 。RST是复位输入引脚,在按下按键后,系统自动复位,非常容易,而上拉电阻起到限流作用,保护电路。图 4.1 晶振电路图 4.2 复位电路4.2 温度采集电路温度采集电路即使DS18B20 和单片机连接,如图4.3 。本次设计中使用DS18B20与的 P37 口相连的方式 , 由于STC89C52 单片机的 P37口没有内置上拉电阻,所以使用它时需要接上拉电阻。 本次设计中采用两路DS18B20 的数据线都与
21、 P37相连的并联的单总线方式。图4.3DS18B20连接电路4.3 键盘单元本次设计使用了一个独立按键,按键开关状态通常是需要去抖后确定的,本次设计中采用的方法是,在检测到有键按下时,不是去先执行原程序,而是先执行一个时间很小的延时程序,然后再次检测该键是否还是按下状态的软件去抖,如该键还是按下状态则输入此键按下的信息,从而达到去抖动功效。4.4 显示电路本次设计并没有采用现在比较流行的LCD液晶显示器,而是采用了价格比较名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页,共
22、 42 页 - - - - - - - - - 便宜并容易操作的LED数码管显示器( 如图 4.4) 。本部分电路是使用锁存器 74LS573 连接单片机和四段数码管,单片机通过 P0口数据线将要显示的数值先送达锁存器74LS573 ,再由74LS573 传输到数码管显示,从而控制数码管的段选,进而实现数码管上显示传输来的数据, 而通过 P2的三个图 4.4 共阴数码管3 I/O口经过 138 译码器控制数码管的位选线来控制显示数码管的位。而在控制数码股的位选上, 采用了 74LS138译码器(如图 4.5 ) ,P2的 2.3.4口连接译码器的三个输入引脚,前四个输出引脚连接4 位数码管。图
23、 4.5 74LS138 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页,共 42 页 - - - - - - - - - 5 系统硬件实现本次设计使用到的器件如表1 表 1 器件的使用表器件名称数量STC89C52单片机1个12M晶振1个独立键盘2个共阴数码管4位万通板1个DS18B20 2个74LS138 1个74LS573 1个蜂鸣器1个电阻若干导线若干电容若干STC89C52 的 P37与两路 DS18B20 的数据连接时(如图 5.1 )以并联形式。本次设计使用P
24、2 口的 2.3.4口来控制74LS138 译码器来控制四位数码管,从而达到节约使用单片机I/O 口资源,具体连接电路如图 5.2 ,译码器的真值表如表2。图图 5.1 传感器并联表 2 74LS1384译码器的真值表名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页,共 42 页 - - - - - - - - - 输入输出STA /STB /STC A2 A1 A0 /Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /Y5 /Y6 /Y7 H H H H H H H H H H H
25、H H H H H H H L H H H H H H H H H L L L L L L H H H H H H H H L L L L H H L H H H H H H H L L L H L H H L H H H H H H L L L H H H H H L H H H H H L L H L L H H H H L H H H H L L H L H H H H H H L H H H L L H H L H H H H H H L H H L L H H H H H H H H H H L 图 5.2译码器的连接系统总体连接实现的效果图如图5.3 名师资料总结 - - -精品资
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