基于51单片机的水温控制器设计.doc
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1、毕业设计任务书 毕业设计课题 基于51单片机的水温控制器设计 学生姓名 钟小月 学 号 08 系 名 称 信息工程系 专业及班级 通信技术 讯联1201 指导教师 张卫兵 湖南信息职业技术学院 通信技术专业 2012 届学生毕业设计任务书学生姓名钟小月学 号 08专业通信技术班级讯联1201毕业设计题目基于51单片机的水温控制器设计课题类型1产品设计类课题来源2科学研究 毕业设计时间 2014年 9 月 15 日至 2014 年 11 月 15 日课题简介本设计以STC89C51为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集,并以数字信号的方式传送给单片机。单片
2、机通过对信号进行相应处理,从而实现温度控制的目的。课题任务要求本产品可实现对温度的测量,并能根据设定值对温度环境进行调节,实现控温的目的。设计基于单片计算机的温度控制器,用于控制温度。具体要求如下:1、 温度连续可调,范围为099.9。2、 环境温度降低时(例如用电风扇降温),温度误差小于1。3、 用十进制数码管显示水的实际温度。4、 当温度低于设定的阀值时,相应的指示灯亮,同时相应的继电器吸合,继电器可以驱动负载。当温度高于报警值时,声光报警。温度控制的静态误差小于0.1。进程安排第1周:课题的确定及材料准备,了解设计思路,整理框图。第2-3周:完成水温控制电路原理图设计。第4-5周:根据实
3、际情况修改并完成原理图,进行程序设计并完成水温控制器的Protues仿真。第6周:程序的编译及仿真,进行PCB的设计与制作。第7-8周:完成电路的组装与调试。第9周:下载程序并进行联机与调试,测试功能并做好论文资料的收集。第10周:毕业论文的撰写。主要参考文献1、 单片计算机原理及应用 张鑫,陈书谦 电子工业出版社。2、 现代电子技术 郑水云,杜丽霞 2008年第3期。3、 单片机编程与入门 杨西明,朱祺 北京机械工业出版社。4、 单片机原理及应用教程 刘瑞新 北京机械工业出版社指导老师意见 指导教师签字: 年 月 日专业教研室意见 教研室主任签字: 年 月 日所在系意见 系主任签字: 年 月
4、 日学生毕业设计开题报告书学生姓名钟小月学 号 08专业通信技术班级讯联1201毕业设计题目基于51单片机的水温控制器设计课题类型1产品设计类课题来源2 科学研究 毕业设计时间 2014 年 9 月 15日至 2014 年 11 月 15 日一、选题依据和意义温度无论是在工业生产过程中,还是在日常生活中都起着非常重要的作用。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用,以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计论述了一种以STC89C51单片机为主控制单元,以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记
5、录当前的时间。系统设计了相关的硬件电路和相关应用程序。硬件电路主要包括STC89C51单片机最小系统,测温电路、实时时钟电路、LCD液晶显示电路以及通讯模块电路等。二、基本内容及解决的主要问题基本内容:本课题设计的是一种以STC89C51单片机为主控制单元,以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。DS18B20温度传感器的特性:测温范围为-55+125 ,测温精度为士0.5;温度转换精度912位可变,能够直接将温度转换值以16位二进制数码的方式串行输出;12位精度转换的最大时间为750ms;可以通过数据线供电,具有超低功耗工作方式。解决的主要问题:在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中温度
6、都起着非常重要的作用;基于单片机水温控制器系统大部分使用是在实验室、工业、医药、农业中。三、 进度、步骤1. 09月7 日-09月13日:下达任务、讲授、查资料;2. 09月14日-10月2日:方案确定,软件设计;3. 10月3 日-10月19日:软件调试;4. 10月20日-11月01日:撰写毕业设计说明书和毕业论文;5. 11月02日-11月15日:提交课题,毕业答辩。四、方法、措施设计方案如图一所示;它是由STC89C51单片机、继电器、数码管、键盘输入、DS18B20五部分组成。STC89C51单片机键盘输入继电器DS18B20数码管 图一 系统设计框架五、设计成果 六、主要参考文献3
7、1、李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础北京航空航天大学出版社,2001(07).2、 蔡美琴,张为民等.MCS-51系列单片机系统及其应用高等教育出版社,2004(06).3、 张毅刚,等.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨工业大学出版社,1997.4、 刘瑞星,胡健等.Protel DXP 实用教程机械工业出版社,2003(04).5、 于海生. 计算机控制技术 机械工业出版社 2007(05).6、 谭浩强. C程序设计 清华大学出版社.指导教师意见指导教师签名: 年 月 日专业教研室意见 教研室主任签名: 年 月 日所在系意见 负责人签名: 年 月 日湖南信息职业技术学院 信息工程 系
8、 2012 届毕业设计评阅、答辩及成绩评定表题 目基于51单片机的水温控制器设计姓 名钟小月系别信息工程专业/班级通信技术讯联1201学号08指导教师张卫兵所在部门职务职称答辩与会人员姓名职务(职称)姓名职务(职称)姓名职务(职称)指导教师评语(主要对学生毕业设计的工作态度、研究内容与方法、工作量、文献应用、创新性、实用性、科学性及存在的不足等进行综合评价):成绩: 指导教师签名: 年 月 日答辩记录: 会议主持人: 记 录 人: 年 月 日答辩小组意见:评语:成绩: 答辩委员会(组长)签名: 年 月 日评定成绩: 评定等级: 系领导小组组长签名: 年 月 日 基于51单片机的水温控制器设计
9、摘要随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用,以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计论述了一种以STC89C51单片机为主控制单元,以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。系统设计了相关的硬件电路和相关应用程序。硬件电路主要包括STC89C51单片机最小系统,测温电路、系统电源电路、LED液晶显示电路以及按键接口电路等。系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,计算温度子程序、按键处理程序、LED显示程序以及数据存储程序等。关键词 STC89C51单片机;DS18B20;显示电路 目 录一、引言3(一)课题研究的背景3(二)课题研
10、究的目的和意义3二、硬件电路的设计3(一)系统设计的框架4(二)单片机最小系统电路4(三)单片机的选型51.STC89C51单片机简介52.STC89C51主要功能及PDIP封装73.STC89C51单片机引脚介绍7(四)温度传感器电路81.DS18B20 温度传感器简介82.DS18B20引脚介绍103.DS18B20内部结构103.DS18B20程序流程图11(五)系统电源电路的设计11(六)LED显示电路12(七)按键接口电路13三、系统软件设计14(一)计算温度子程序15(二)按键处理子程序16(三)计算温度子程序17(四)显示数据刷新子程序18四、结束语19参考文献20致谢21附件1
11、:系统原理图22附件2:水温控制元件清单23附件3:程序设计24 一、引言 (一)课题研究的背景工业控制是计算机的一个重要应用领域,计算机控制系统正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术,它主要研究如何将计算机技术、通过信息技术和自动控制理论应用于工业生产过程,并设计出所需要的计算机控制系统。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用,以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计就是基于单片机STC89C51温度控制系统的设计,通过本次课程实践,我们更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法,以及其工作的原理。(二)课题研究的目的和意
12、义随着社会的发展,温度的测量及控制变得越来越重要。本文采用单片机STC89C51设计了温度实时测量及控制系统。单片机STC89C51 能够根据温度传感器DS18B20 所采集的温度在液晶屏上实时显示,通过控制从而把温度控制在设定的范围之内。所有温度数据均通过液晶显示器LED显示出来。系统可以根据时钟存储相关的数据。通过该课程的学习使我们对计算机控制系统有一个全面的了解、掌握常规控制算法的使用方法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法,进一步锻炼同学们在微型计算机应用方面的实际工作能力。二、硬件电路的设计(一)系统设计的框架本课题设计的是一种以STC89C51单片机为主控制单元,以DS18B
13、20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统其主要包括:电源模块、温度采集模块、按键处理模块、LED显示模块、以及单片机最小系统。继电器STC89C51单片机键盘输入DS18B20数码管图1 系统设计框架(二)单片机最小系统电路在课题设计的温度控制系统设计中,控制核心是STC89C51单片机,该单片机为51系列增强型8位单片机,它有32个I/O口,片内含4K FLASH工艺的程序存储器,便于用电的方式瞬间擦除和改写,而且价格便宜,其外部晶振为12MHz,一个指令周期为1S。使用该单片机完全可以完成设计任务,其最小系统主要包括:复位电路、震荡电路以及存储器选择模式(EA脚的高低电平选择),电路如下
14、图2-1所示:图2-1 单片机最小系统电路(1)内部方式时钟电路在8051芯片内部有一个高增益反相放大器,其输入端为芯片引脚XTAL1,其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部,XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容,从而构成一个稳定的自激振荡器,这就是单片机的时钟电路,如图2-2所示。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后,才成为单片机的时钟脉冲信号。请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系,否则会造成概念上的错误。一般地,电容C1和C2取30pF左右,晶体的振荡频率范围是1.212MHz。晶体振荡频率高,则系统的时钟频率也高,单片机运行速度也就快。8051在通常
15、应用情况下,使用振荡频率为6MHz或12MHz。图 2-2 时钟振荡电路(2)外部方式时钟电路在由多片单片机组成的系统中,为了各单片机之间时钟信号的同步,应当引入惟一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。这时,外部的脉冲信号是经XTAL2引脚注入,其连接如图2-3所示。图 2-3 外部时钟源接法(3) 时序时序是用定时单位来说明的。8051的时序定时单位共有4个,从小到大依次是:节拍、状态、机器周期和指令周期。它们之间的关系如下:1)一个振荡脉冲的周期为节拍;2)一个状态就包含两个节拍;3)一个机器周期的宽度为6个状态;4)一条指令周期由若干个机器周期组成。 (4) 单片机的复位电路单片机
16、复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作,复位后PC=0000H,使单片机从第一个单元取指令。单片机复位的条件是:必须使RST/VPD 或RST引脚加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平。若时钟频率为12 MHz,每机器周期为1s,则只需2s以上时间的高电平,在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机复位期间不产生ALE和PSEN信号,即ALE=1和PSEN=1。这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。复位后,内部各专用寄存器状态如下:PC: 0000H TMOD:00HACC: 00H TCON: 00HB: 00H TH0:
17、 00HPSW: 00H TL0: 00HSP: 07H TH1: 00HDPTR: 0000H TL1: 00HP0P3:FFH SCON: 00HIP: *00000B SBUF: 不定IE: 0*00000B PCON: 0*0000其中,*表示无关位。注意:(1)复位后PC值为0000H,表明复位后程序从0000H开始执行,这一点在实训中已介绍。(2)SP值为07H,表明堆栈底部在07H。一般需重新设置SP值。(3)P0P3口值为FFH。P0P3口用作输入口时,必须先写入“1”。单片机在复位后,已使P0P3口每一端线为“1”,为这些端线用作输入口做好了准备。电路以STC89C51单片机
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