1、本科毕业论文（20 届）基于单片机的温度控制系统设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录摘要 .IIIAbstract .IV第一章 绪论 .11.1 背景分析 .11.2 课题意义 .11.3 技术现状 .2第二章 系统相关硬件介绍 .32.1 AT89S52 单片机系统 .32.1.1 AT89S52 单片机硬件结构 .32.1.2 单片机的引脚功能 .42.2 DS18B20 温度传感器简介 .52.2.1 温度传感器的历史简介 .52.2.2 DS18B20 的工作原理 .62.3 ROM 操作指令 .82.4 LED 数码管功能 .
2、8第三章 系统硬件设计 .103.1 温度控制系统的整体设计 .103.2 硬件控制系统 .103.3 温度显示模块 .123.4 74LS164 的功能 .123.5 系统流程 .143.6 温控仪的恒流源改进 .163.7 线性插值法简介 .163.8 恒流源 .173.9 DS18B20 的测温原理 .183.10 DS18B20 的测温流程 .19第四章 系统软件设计 .204.1 主程序和终端服务子程序 .204.2 键盘管理模块 .214.3 显示模块 .214.4 温度控制模块 .244.5 温度越限报警模块 .254.6 报警按键和电路 .25第五章 系统调试及结论分析 .27
3、5.1 硬件调试 .275.1.1 硬件电路故障及解决方法 .275.1.2 硬件调试方法 .275.2 软件调试 .285.2.1 软件电路故障及解决方法 .285.2.2 软件调试方法 .295.3 结论分析 .29第六章 总结与展望 .316.1 总结 .316.2 展望 .31参考文献 .33附录 A .34附录 B .39附录 C .41致谢 .44基于单片机的温度控制系统摘要温度是工业控制中主要的被控参数之一。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，微机测量和控制技术的到了迅速发展和广泛的应用。单片机具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点，尤其在温度测量和控制方面，控制简单方便，测量
4、范围广，精度较高，得到广泛应用。在进行设计的同时对单片机的理论基础和外围扩展知识进行了比较全面准备,并把所学的知识和实践结合在一起,巩固理论知识的同时加强了自己的动手能力。本文介绍以 AT89S52 单片机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。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC 机与单片机串行通讯电路和一些接口电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及处理程序、超温度报警程序
5、。关键词：AT89S52；DS18B20；温度The temperature control system based on single chipAbstractTemperature is one of the mian accused parameters in the industrial control. As the electronic technology and the rapid development of computer technology, measurement on computer and control techology has rapid develo
6、ped and widely applicated. SCM has a processing capacity, higer speed, lower power consumption, especially in temperature measurement and control. The control which is simple and convenient, has a wide measurement range and hight accuracy. So it has been widely used. At design of in the meantime to
7、list slice theories foundation and outer circle of the machine expanded knowledge to carry on more overall preparation, and the knowledge learn and practice combine together, make stronger in the meantime strengthen of the theories knowledge oneself of begin abilityThe design takes AT89S52 monolithi
8、c integrated circuit as core temperature control systems principle of work and design method. The temperature signal is gathering by the temperature chip DS18B20, and transmiting by digital signals way for the monolithic integrated circuit. The article introduced this control systems hardware part,
9、including: temperature examination electric circuit, temperature-control circuit, PC machine and monolithic integrated circuit serial port communication channel and some interface circuits. The monolithic integrated circuit through carring on corresponding to the signal realizes to control the tempe
10、rature. The article also emphatically introduced the software design part, which uses the modular structure. The main modules include: nixietube display sequence, keyboard scanning and pressed key disposal procedure, temperature signal processing procedure, black-white control procedure, excess temp
11、erature warning procedure.Keywords: AT89S52，DS18B20，Temperature第一章 绪论1.1 背景分析温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同，在工业企业中，如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大，滞后现象严重，存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致控制性能不佳，甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因为触点不良而影响正常工作。控制领
12、域还大量采用传统的 PID 控制方式，但 PID 控制对象的模型难以建立，并且当扰动因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了 A/D 转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精准损失，使得测量温度更加准确。数字温度传感器 DS18B20 只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于 DS18B20 芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器 DS18B20 做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器 DS18B20 进行
13、范围的温度检测。1.2 课题意义温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。 在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工
14、业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。1.3 技术现状目前，温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。现在，我国在这方面总体技术水平处于 20 世纪 80 年代中后期水平。成熟产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它只能适应一般温度系统的控制，难以控制滞后复杂时变温系统控制，而且适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制
15、仪表较少。随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛用用，人们对电子产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用范围大以及本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业应用广泛 1。第二章 系统相关硬件介绍2.1 AT89S52 单片机系统AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CP
16、U 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活性、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，3 个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位
17、为止。2.1.1 AT89S52 单片机硬件结构硬件是一个工程设计项目的主要组成部分，它支撑并构成一个完整的系统骨架，缺少这一骨架，就只能纸上谈兵，虚无缥缈。因此，系统的硬件设计是设计中的重要考虑对象。图 2.1 PDIP 引脚图 图 2.2 PLCC 引脚图图 2.3 TQFP 引脚图2.1.2 单片机的引脚功能VCC:电源GND:接地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 /数复用。在这种模式下，P0 具有内部上
18、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，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，pl 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 I。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）和计时器 2 在flash 编程和校验时， P1 口接收低 8 位地址字节。表 2.1 单片机引脚功能表引脚号 第二功能P1.0 T2（定时器/计数器 T2
19、的外部计数输入） ，时钟输出P1.1 T2EX（定时器 /计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MOSO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）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 I。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 MOVXDPTR）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 MOVXRI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存储器的内容。在 flash 编程和校验时， P2 口也接收高八 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，P2 输出缓冲器能驱动 4 个
