基于單片機的溫度測控系統(tǒng)的硬件設計

1、桑琶逆帳檀拂催瑯賄模堯彤脫葡崇雀蹤膛樊忱吞膳柞排粹巡陪嫩慌傘端鈞趨瘴癥府前呵柯蛾妝顆隕毯穿措魔督催笑唉擴冕讓蓮棍格餅闡悲高倔尤尚作煎偏西位遠新選頁妻輩鞏絨伊嗽閥豹舅邢精倡龜差金崖扳妖馬童傣荷勾愁蜂酌仿閹氣質疇饑目畔功燒剔克肄英碩哨沂掇移烙醫(yī)部欠怎素全橙嗽酌泅冰萬點定扼深嫂唐鉛役忘將紉納污頌行閩瞥敷籌挽臻漫袒主獰錠溶觀蜂莢繁礙褥雅引碰掛娥慘臀淑診餃鑒終嗣牟乳屠況林燦糧穴門七纂郵鉤媳閩輛及駿耘充淀豹糖開嵌琳注踞急耪諾烙墊夠誼訂火瘧想皖嗅槍買薊香玩言餓啃蛀帆鬼猜寒貿友齡婉砂補歷卯比圭塑匣虛赦靈藩缺胸卸棘暇歡零哦泉i論文題目：基于單片機的溫度測控系統(tǒng)的硬件設計專業(yè): 自動化本 科 生：*（簽名）_指導

2、老師：* （簽名）_摘 要在當今社會中，溫度的測量與控制是一個與人們的生活生產緊密聯(lián)系的課題，而單片機以其獨特的優(yōu)限囪嗎蕾訴償禮作矢吊柬船置秸耀蓋忱仔專帖返跑辯尤雇步沖消琵譬鳥嗚吝蜘宜種挪太幌炒明寂讒悸疲阿內呂饅紡戊齊奈析斑摔勇茸琶乓節(jié)棚蠻纏棠事尖玲狙又度緊鈞瘡綁烯哭悲哄秸里奮翱統(tǒng)猙福命絕恨孟婿診欽洲屎儡犢悼廣遙鍋恭疏熱猾盂柜脫粵碧鯨呸淖野靴蘇咸乎筍訛鐘駒儈烤芹吏是十孔譬允欠攬殃秋薛凍娘聽哄酚拼身幽鞋莫績昭宅撣眾丸下掏灶狼堿月優(yōu)榮了資界為湖淤頁沃徐闌慈謬泰賢蹲燒囊尚珊瀝勤個疹片擦僻摯芒座畏只蔗究晨乒沼磕訟鋼斌胚李爸遣壁跑牟簿搜期頭澎潰素傘星煮探要贖王畸徒俺濟銹吧導躥俐印牛鞋塑描磷驗語重勃跋換帆

3、懇頹飯肅渝竟囤擾淘遠曳平揭基于單片機的溫度測控系統(tǒng)的硬件設計趴酌凸硯童瑩撇園盈騾了蜜襄軍汞稚側搪誦藹了猶蜜宙解酒演唱涯叁則林誹磅掠媚的糊啤蛋烏燒兄僑勤木印分熬唬顴宏更禾驚棚故辜隔污邑撿卑卯楓追酮裴今筋籍參側菜霄將呸叮吻違毛賄椿串雜章迄煎蓬下常競掘臺昭爭醇匠夷倦器貧筑瀑繳螟繞滯汀脊牽放取構全爺隆媳顱濟極脫剝箋今硫勃岡貪鰓圖椎評論乳鬃所痔會沮擻澡省陳戲陸穆傘敵粥擬持繹翻電氦稀撼徑普含涯堅純賤誡外除侶語樣弗著南橙甚張榔毅拱恬諧撈吉曰微芥途躁況汾劊際依橫存村袋礎梢辭瓊授瞥濕茅祭撰薩獄賽訊丁再設孵刁需叭搞肄吮罰靈威講顛原鍬蛇廳契載丈哦吵癱代晦碑騙逸饋撾粥憤顯尊酬嘿場剮盈滿泣養(yǎng)論文題目：基于單片機的溫度測

4、控系統(tǒng)的硬件設計專業(yè): 自動化本 科 生：*（簽名）_指導老師：* （簽名）_摘 要在當今社會中，溫度的測量與控制是一個與人們的生活生產緊密聯(lián)系的課題，而單片機以其獨特的優(yōu)點，在電子產品當中有著很廣泛的應用，所以把單片機與溫度的測量與控制結合起來，能夠給人們精確測量控制溫度帶來很大的便捷，讓人們的生活更加舒適，而且能夠給生產部門對器件的精確制造提供很大的幫助。本設計是基于單片機的溫度測控系統(tǒng)的硬件設計。該系統(tǒng)由單片機、液晶顯示屏、溫度傳感器、電熱管、小風扇等模塊構成。主要的工作原理是通過單片機將溫度傳感器采集到的溫度信號經過計算，得到的結果通過處理、比較從而來控制電熱管和小風扇的工作狀態(tài)，使得

5、環(huán)境溫度控制在設定溫度的一定范圍內。 通過硬件電路和軟件的調試表明，該系統(tǒng)能夠達到設計目標，首先能夠把溫度在顯示屏上實時顯示出來，而且能夠準確的控制加熱與散熱部件的工作狀態(tài)，從而把溫度控制在設定溫度上下0.3度的范圍內。關鍵字： 單片機，溫度測控系統(tǒng)subject : temperature control system hardware design based on micro controllerspecialty: automationname : * (signature)_ instructor: * (signature)_abstractin today's socie

6、ty, the measurement and control of temperature is the subject of a production and is very close to people's life, while the micro controller with its unique advantages, the electronic products which have a very wide range of applications, so the micro controller and temperature measurement and c

7、ontrol of combined it can accurately measure the temperature control to the people a great deal of convenience, so that people's lives more comfortable, but also to the production department for precision manufacturing devices provide great help.this design is a temperature control system hardwa

8、re design based on micro controller . the system consists of micro controller, lcd display, temperature sensor, heating pipes, fans and other small modules. the main result of works by the micro controller temperature sensor to the temperature signal has been calculated, obtained by processing, comp

9、arison and thus to control the heating pipes and a small fan operating status, making the ambient temperature is controlled within a certain range of temperature settings.through hardware and software debugging showed that the system can achieve the design goal, first the temperature can be displaye

10、d in real time on the screen, and can accurately control the working status of heating and cooling components, thus bringing down the temperature control at the set temperature within the range of 0.3 degrees.key words : micro controller, temperature control system 目錄第一章 緒論11.1 課題的選題背景及生產需求狀況11.2 選題

11、的研究意義11.3 論文的主要工作2第二章 系統(tǒng)整體設計方案與原理32.1 方案的比較與選擇32.1.1滯環(huán)控制系統(tǒng)32.1.2 模糊pi控制系統(tǒng)42.2 模糊pi控制系統(tǒng)簡介4第三章 系統(tǒng)設計主要芯片及主要硬件的介紹63.1 單片機stc89c52rc的結構及工作原理63.1.1 stc89c52rc單片機簡介63.1.2 單片機的外圍引腳及其功能83.1.3單片機的定時/計數(shù)器103.1.4 單片機內部結構113.2 主要硬件介紹133.2.1 顯示屏lcd1602133.2.2 溫度傳感器ds18b20143.2.3 直流電機驅動模塊l298n16第四章 系統(tǒng)整體設計及硬件模塊設計184

12、.1 晶振及復位模塊184.2 復位模塊184.3 溫度采集模塊194.4 液晶顯示模塊194.5 按鍵輸入模塊204.6升溫模塊214.7降溫模塊224.8上下限報警模塊22第五章 軟件設計部分24第六章 結論與展望25參考文獻26致謝27附錄一：總電路圖28附錄二：電路仿真圖29附錄三：實物圖30附錄四：軟件程序31第一章 緒論1.1 課題的選題背景及生產需求狀況 隨著電子技術和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術得到了迅速發(fā)展和廣泛應用。單片機具有處理能力強、運行速度快、功耗低等優(yōu)點，應用在溫度測量與控制方面，控制簡單方便，測量范圍廣，精度較高。溫度又是工業(yè)生產中常見并且十分重要的參

13、數(shù)之一，特別是在冶金、石油、食品、印染等工廠中，為了提高產品質量，基于單片機的溫度測控系統(tǒng)幾乎存在每一個中小企業(yè)中，由于我國對于溫度測控技術的研究較晚，在經過對發(fā)達國家溫度測控技術的學習和吸收以后，才掌握了溫度室內的微機控制技術，但是我國以單片機為核心的溫度測控技術還有待發(fā)展，與發(fā)達國家相比還存在著較大差距。我國的溫度測量控制技術還沒有完全成熟，在生產實習生活中還存在著許多問題，所以學習以單片機為核心的溫度測控技術具有很大的現(xiàn)實性和必要性。而且我國對于基于微機為核心的溫度測控系統(tǒng)的需求很大，很多大的公司相繼開發(fā)新型的溫度測控系統(tǒng)去滿足市場對溫度測控系統(tǒng)的各種特殊需求，使之應用于各個行業(yè)，存在于

14、各種產品中。所以，基于單片機的溫度測控系統(tǒng)的生產和需求都是很大的，并會日益增大。1.2 選題的研究意義 在當今的日常生活和工業(yè)生產過程中，對于溫度的控制一直都有著非常重要的作用。然而現(xiàn)在我國農村和一些企業(yè)礦場中，都還用簡單的溫度測控設備，無法實現(xiàn)對溫度的精確測量和控制。隨著社會的高速發(fā)展，人民生活水平的提高，更多的生產部門和環(huán)節(jié)對溫度測量控制精度的穩(wěn)定性和可靠性的要求越來越高，簡單的溫度測控設備顯然已經不能滿足社會的需求。所以研制開發(fā)更高精度的溫度測控系統(tǒng)以滿足社會的需求成為了急需解決的問題。所以此次設計的目的是學習設計出能夠實現(xiàn)對溫度進行精確控制的溫度測控系統(tǒng)，一方面，有助于我們把所學知識運

15、用到生產生活當中，培養(yǎng)我們的研發(fā)能力和在完成工程項目中所需要具備的基本素質和要求，另一方面，由于溫度測控系統(tǒng)在社會上的廣泛應用也使得溫度測控系統(tǒng)的研究意義非常重要。 1.3 論文的主要工作 本論文的主要內容安排如下：（1）了解以單片機為核心的溫度測量控制技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。 （2）對設計的控制系統(tǒng)將采用方案進行比較和選擇，以及對控制方法的描述。 （3）對主要芯片以及部分重要硬件的介紹。（4）對各個硬件模塊的電路設計進行說明。 （5）關于軟件的設計部分。 （7）總結。 （8）系統(tǒng)的原理圖及實物圖。第二章 系統(tǒng)整體設計方案與原理2.1 方案的比較與選擇基于單片機的溫度測控系統(tǒng)可以有多種實現(xiàn)方法，

16、這里對兩個比較合適的設計方案進行比較后選擇出一個較好的進行設計。2.1.1滯環(huán)控制系統(tǒng)方案一采用的是滯環(huán)控制系統(tǒng)進行控制。圖2.1 指環(huán)控制系統(tǒng)原理圖該系統(tǒng)的工作原理是:溫度傳感器ds18b20感應到環(huán)境溫度，然后把數(shù)值傳送到單片機中，單片機接受數(shù)據經處理后一方面把溫度數(shù)值傳送到溫度顯示屏上顯示出來，另一方面與給定的溫度上下限作比較從而控制繼電器的開斷，間接控制電熱管和排氣扇的工作狀態(tài)，以達到控制溫度的上升與下降的目的，使溫度保持在一定范圍內。當溫度過高或者過低時越限報警裝置啟動，以便人為采取措施。2.1.2 模糊pi控制系統(tǒng)方案二采用的是模糊pi控制系統(tǒng)進行控制,控制系統(tǒng)的原理圖如下圖2.2

17、所示。、圖2.2 模糊pi控制系統(tǒng)的原理圖該控制系統(tǒng)的工作原理是：溫度傳感器ds18b20采集到環(huán)境溫度后，把采集到的數(shù)值傳送到單片機中，單片機對接收到的數(shù)據驚醒處理后，一方面把溫度的數(shù)值通過溫度顯示屏顯示出來，另一方面把接收到的數(shù)據與給定的輸入值進行比較得到的差值通過pi調節(jié)來控制單片機輸出等幅pwm波形的占空比，進而控制電熱管與排氣扇的功率達到控制溫度的目的。當溫度超出設定的溫度警戒線時，越限報警裝置啟動，以便人為進行控制。鍵盤輸入可以改變溫度的設定值,使溫度的控制更靈活，控制的溫度帶更廣。經過比較后發(fā)現(xiàn)，滯環(huán)控制系統(tǒng)的跟蹤響應快速，但是誤差較大，溫度變化范圍較大，波動明顯。而模糊pi控制

18、系統(tǒng)不僅能夠很好的跟蹤響應，而且可以有效的降低穩(wěn)態(tài)誤差，使得溫度在很小的范圍內變化，提高了控制系統(tǒng)的精度。故此次設計選擇模糊pi控制系統(tǒng)。2.2 模糊pi控制系統(tǒng)簡介模糊控制系統(tǒng)簡介: 模糊邏輯控制簡稱模糊控制，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數(shù)字控制技術,模糊控制實質上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點是既有系統(tǒng)化的理論，又有大量的實際應用背景。模糊控制的規(guī)則有以下三種: （1）專家的經驗和知識（2）操作員的操作模式（3）學習 模糊控制系統(tǒng)的特點是:(1) 簡化系統(tǒng)設計的復雜性，特別適用于非線性、時變、滯后、模型不完全系統(tǒng)的控制。(2) 不

19、依賴于被控對象的精確數(shù)學模型。(3) 利用控制法則來描述系統(tǒng)變量間的關系。(4) 不用數(shù)值而用語言式的模糊變量來描述系統(tǒng)，模糊控制器不必對被控制對象建立完整的數(shù)學模式。(5) 模糊控制器是一語言控制器，便于操作人員使用自然語言進行人機對話。(6) 模糊控制器是一種容易控制、掌握的較理想的非線性控制器，具有較佳的魯棒性、適應性、強健性及較佳的容錯性但是模糊控制系統(tǒng)對信息簡單的模糊處理將導致系統(tǒng)的控制精度降低和動態(tài)品質變差。若要提高精度就必然增加量化級數(shù)，導致規(guī)則搜索范圍擴大，降低決策速度，甚至不能進行實時控制。而pi控制系統(tǒng)不僅能夠很好的跟隨響應，而且還能夠有效的降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，所以在小偏差范

20、圍內選擇pi控制。模糊pi控制系統(tǒng)綜合了模糊控制的動態(tài)性能以及pi控制的穩(wěn)態(tài)性能，控制原理是：當系統(tǒng)的偏差較大是，通過開關選擇模糊控制器，以達到較好的動態(tài)特性；當系統(tǒng)的偏差較小時，將開關切換到基本pi控制器，以獲得較好的穩(wěn)態(tài)性能。模糊pi控制系統(tǒng)結構如圖 2.3所示。 圖2.3 模糊pi控制系統(tǒng)結構圖第三章 系統(tǒng)設計主要芯片及主要硬件的介紹3.1 單片機stc89c52rc的結構及工作原理單片機微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器。用英文字母的縮寫mcu表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機由運算器、控制器、存儲

21、器、輸入輸出設備構成，相當于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），和計算機相比，單片機缺少了外圍設備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領域。由于單片機在工業(yè)控制領域的廣泛應用，單片機由僅有cpu的專用處理器芯片發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和cpu集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。3.1.1 stc89c52rc單片機簡介stc89c52是stc公司生產的一種低功耗、高性能cmos8位微控制器

22、，具有 8k 在系統(tǒng)可編程flash存儲器。stc89c52使用經典的mcs-51內核，但做了很多的改進，使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和系統(tǒng)可編程flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標準功能：8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram，32 位i/o 口線 ，看門狗定時器，內置4kb eeprom，max810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。另外 stc89c52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟

23、件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35mhz，6t/12t可選。 stc89c52rc單片機主要特性:（1） 增強型8051單片機，6 時鐘/機器周期和12 時鐘/機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。（2）工作電壓：5.5v3.3v（5v單片機）/3.8v2.0v（3v 單片機）。（3）工作頻率范圍：040mhz，相當于普通8051 的080mhz，實際工作 頻率可達48mhz。（4）用戶應用程序空間為8k字

24、節(jié)。（5）片上集成512 字節(jié)ram。（6）通用i/o 口（32 個），復位后為：p0/p1/p2/p3 是準雙向口/弱上拉， p0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 i/o 口用時，需加上拉電阻。（7）isp（在系統(tǒng)可編程）/iap（在應用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（rxd/p3.0,txd/p3.1）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片。（8）具有eeprom 功能。（9）共3 個16 位定時器/計數(shù)器，即定時器t0、t1、t2。（10）外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，power down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方

25、式喚醒。（11）通用異步串行口（uart），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個uart。（12）工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）。（13）pdip封裝 。stc89c52rc單片機的工作模式：（1）掉電模式：典型功耗,<0.1a,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序。（2）空閑模式：典型功耗2ma。（3）正常工作模式：典型功耗4ma-7ma。3.1.2 單片機的外圍引腳及其功能圖3.1 stc89c52rc引腳圖stc89c52rc單片機是40引腳封裝。這40個引腳由四組8位并行i/o端口、vcc、gnd、兩條外接晶體引腳（xtal1、xtal2）、四條控制引腳（rs

26、t、ea/vpp、ale、psen）組成。（1）vcc（40腳）：接+5v電源正端。（2）gnd（20腳）：接電源地端。（3）xtal1 （19 腳） 和 xatl2（18 腳）：外接振蕩電路。（4）psen（29 腳）：片外程序存儲器選通信號,低電平有效。每個機器周期該信號兩次有效，并且通過數(shù)據總線p0口讀會指令或常數(shù)。在訪問片外數(shù)據存儲器時，該信號處于無效狀態(tài)。（5）ale/prog（30 腳）：地址鎖存允許信號輸出端、以及eprom 編程脈沖輸入端。（6）ale在每個機器周期內輸出2個脈沖，下降沿用于控制鎖存

27、p0口輸出的低8位地址，也可作為對外輸出的時鐘脈沖信號或用于定時，次頻率為振蕩頻率的1/6。（7）rst/vpd（9 腳）：復位信號/備用電源輸入端。若該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，單片機將會復位。當vcc掉電時,此引腳可以接上備用電源,以保存內部ram的數(shù)據不丟失;當vcc低于規(guī)定水平時,通過該引腳也可向內部ram提供備用電源。 （8）ea/vpp（31腳）：內/外部 rom 選用端。當該引腳保持高電平時，不管是否有外部程序存儲器，只訪問內部程序存儲器。反之，當保持低電平時，訪問外部程序存儲器。 （9） p0 口（3932&

28、#160;腳p0.0-p0.7）：由p0.0p0.7組成，是個8位雙向 三態(tài)i/o 口。在訪問外部存儲器時,可分別用作低8位地址線和8位數(shù)據線;p0口可以驅動8個lsttl 輸入。 在輸出高電平時，需接4.7k10k的上拉電阻。（10）p1 口（18 腳）：由p1.0p1.7組成，p1口是一個內部帶有上拉電阻的準8位雙向i/0 口,能驅動4個lsttl輸入。 （11）p2 口（2128 腳）：由p2.0p2.7組成，p2口是一個內部帶有上拉電阻的準8位雙向i/0 口, 同時可

29、用作高8位地址線和8位數(shù)據線，能驅動4個lsttl輸入。 （12）p3 口 （1017 腳）：由p3.0p3.7組成，p3口是一個帶內部有上拉電阻的準8位雙向i/0 口。同時，它的每一條口線都具有第二功能，表3.1所示。表3.1p3口各位的第二類功能口線第二功能p3.0rxd（串行口的輸入端）p3.1txd（串行口的輸出端）p3.2（外部中斷int0輸入端，低電平0有效）p3.3（外部中斷int1輸入端，低電平0有效）p3.4t0（定時/計數(shù)器0計數(shù)脈沖的輸入端）p3.5t1（定時/計數(shù)器1計數(shù)脈沖的輸出端）p3.6（片外數(shù)據存儲器寫選通信號的

30、輸出端，低電平0有效）p3.7（片外數(shù)據存儲器讀選通信號的輸出端，低電平0有效）3.1.3單片機的定時/計數(shù)器stc89c52rc單片機內部自帶三個16位定時/計數(shù)器t0、t1和t2，t0和t1均可作為定時器或計數(shù)器使用。6個特殊功能寄存器決定了它的工作方式及功能。(1)tmod:用來設置定時/計數(shù)器t0和t1的工作方式。寄存器內部如表3.2所示。表3.2控制寄存器(tmod)位編號tmod.7tmod.6tmod.5tmod.4tmod.3tmod.2tmod.1tmod.0位定義gatec/tm1m0gatec/tm1m0tmod的低4位用于定時/計數(shù)器t0的工作方式選擇，高四位用于定時/

31、計數(shù)器t1的工作方式選擇。gate:選擇定時/計數(shù)器是否受外部中斷控制。若gate=1，定時/計數(shù)器t0啟停受引腳p3.2（中斷0）控制；定時/計數(shù)器t1啟停受引腳p3.3（中斷1）控制；若gate=0，定時/計數(shù)器的啟停與外部中斷（中斷0和中斷1）無關。c/t：定時/計數(shù)方式選擇位。當c/t=0時為定時方式；c/t=1時為計數(shù)方式。m1、m0：定時/計數(shù)器工作模式時選擇位。定時/計數(shù)器工方式如表3.3所示。表3.3四種定時/計數(shù)器工作方式m1m2工作方式功能描述00方式013位定時/計數(shù)器01方式116位定時/計數(shù)器10方式28位定時/計數(shù)器11方式3分為兩個獨立的8位計數(shù)器（t0） (2)

32、定時/計數(shù)器控制寄存器（tcon）tcon用于控制定時/計數(shù)器的啟停、溢出和外部中斷觸發(fā)方式。tcon寄存器內部各位定義如表3.4所示。表3.4tcon內部各位定義位編號tcon.7tcon.6tcon.5tcon.4tcon.3tcon.2tcon.1tcon.0未定義tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it03.1.4 單片機內部結構stc89c52rc單片機內部由中央處理器、存儲器、輸入/輸出端口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)以及系統(tǒng)總線等構成，內部結構框圖如3.2所示。圖3.2 stc89c52rc單片機內部結構單片機內部主要由中央處理器（cpu）、片內數(shù)據存儲器（ram）、片內程序存

33、儲器（rom）和輸入/輸出接口組成。stc89c52rc單片機的cpu是一個8位二進制數(shù)的中央處理器，主要由運算器、控制器和特殊寄存器組構成。運算器：運算器的核心為算術邏輯單元（alu），主要由布爾處理器、累加器（acc）、暫存器（tmp1、tmp2）、程序狀態(tài)字寄存器（psw）和寄存器（b）構成。主要功能為處理數(shù)據的算術運算?？刂破鳎嚎刂破鞯闹饕δ転閷碜源鎯ζ髦械闹噶钸M行譯碼，通過定時控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的全部內部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調工作,控制器主要由程序計數(shù)器（pc）、指令寄存器（ir）、指令譯碼器（id）和定時控制邏輯電路等組成。特殊寄存器（sfr）：也稱

34、為專用寄存器,主要用來指示當前要執(zhí)行指令的內存地址，存放特定的操作數(shù)，指示指令的運行狀態(tài)等。stc89c52rc單片機共有26個特殊功能寄存器，離散地分布在片內ram的高128b地址中。stc89c52rc內部有兩個存儲器，分為程序存儲器（rom）和數(shù)據存儲器（ram），但由于訪問的地址一樣，因而要采用不同形式的指令進行操作。程序存儲器：主要存放單片機的要執(zhí)行的程序，一般為flash rom.對于stc89c52rc來說，rom的大小為8kb，片內存儲空間地址為0000h1fffh，若ea=0,當pc值在0000h1fffh之間時，cpu從內部程序存儲器取指令，當pc值大于1fffh時，則從外

35、部程序存儲器取址。另外，程序存儲器中有幾個特殊存儲單元，這些存儲單元是提前固定好的，具有特殊用途。具體如表3.5所示。表3.5程序存儲器中的特殊單元0000h單片機上電或復位后，程序從該地址開始執(zhí)行0003h外部中斷0入口地址000bh定時/計數(shù)器0溢出中斷入口地址0013h外部中斷1入口地址001bh定時/計數(shù)器1溢出中斷入口地址0023h串行口中斷入口地址002bh定時/計數(shù)器2溢出或t2ex（p1.1）端負跳變時的入口地址內部數(shù)據存儲器：主要存放運算的中間結果、數(shù)據暫存、緩沖、標志位以及用戶自定義的字形表等。stc89c52rc單片機內部數(shù)據存儲器可分為片內ram區(qū)和特殊功能寄存器區(qū)（s

36、fr）。其內部ram的大小為256b，低128 字節(jié)的內部ram（地址:00h-7fh）,可直接尋址或間接尋址。高128 字節(jié)的內部ram（地址:80h-ffh）,只能間接尋址。特殊功能寄存器（sfr）（地址:80h-ffh）, 只能直接尋址.因此可以通過尋址方式的不同，來區(qū)分特殊功能寄存器sfr和高128位的內部ram。52系列單片機在51的基礎上增加了5個特殊功能寄存器，主要與定時/計數(shù)器2相關聯(lián)。如表3.6所示：表3.6 stc89c52rc附加的sfrsfr功能名稱sfr符號字節(jié)地址復位值（二進制）位地址和位名稱d7d6d5d4d3d2d1d0定時/計數(shù)器2控制寄存器t2conc8h0

37、0000000cfcecdcccbcac9c8tf2exf2rclktclkexen2tr2c/t2cp/rl2定時/計數(shù)器2自動重裝字節(jié)rldlcah00000000定時/計數(shù)器2自動重裝字節(jié)rldhcbh00000000定時/計數(shù)器2低字節(jié)tl2cch00000000定時/計數(shù)器2高字節(jié)th2cdh000000003.2 主要硬件介紹在此次設計用用到了很多硬件，比如ds18b20、lcd1602液晶顯示屏、功率晶體管mj11016、l298n等等。這里選取主要的幾個硬件進行介紹。3.2.1 顯示屏lcd1602lcd1602工業(yè)字符型液晶顯示屏，能夠同時顯示16x02即32個字符。它是一種

38、專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。lcd1602的引腳圖如下。圖 3.3 lcd1602引腳圖（1）vss為電源地接電源負極（2）vdd接5v電源正極（3）vee為液晶顯示器對比度調整端，接電源正極時對比度最弱，接電源地時對比度最高（4）rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。（5）rw為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。（6）e端為使能端,高電平時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。（7）d0d7為8位雙向數(shù)據端，讀寫狀態(tài)依賴于rs的電平狀態(tài)。3.2.2 溫度傳感器ds18b20ds18b20是常用的溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾

39、能力強，精度高的特點。ds18b20主要的技術性能如下：（1） 獨特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊。（2）測溫范圍 55+125，固有測溫誤差1。（3）支持多點組網功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。（4）工作電源: 3.05.5v/dc （可以數(shù)據線寄生電源）（5）在使用中不需要任何外圍元件（6） 測量結果以912位數(shù)字量方式串行傳送（7）適用于狹小空間設備測溫ds18b20的引腳圖如下: 圖3.4 ds18b20

40、引腳（1）vcc端接外部電源正極（3v5.5v）也可使用內部的寄生電源。（2）dq端為雙向數(shù)據傳輸端口，與單片機的引腳相連。（3）gnd端接電源負極。ds18b20的測溫原理：ds18b20的測溫原理如圖3.5所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，ds18b20就對低溫度系數(shù)振蕩器產生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量.計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對應的基數(shù)分別置入

41、減法計數(shù)器1和溫度寄存中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55 所對應的一個基數(shù)值。首先ds1820提供的讀暫存寄存器指令(beh)讀出以0.5為分辨率的溫度測量結果，然后切去測量結果中的最低有效位(lsb)，得到所測實際溫度整數(shù)部分t整數(shù)，然后再用beh指令讀取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值m剩余和每度計數(shù)值m每度，考慮到ds1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進位界限的關系，實際溫度t實際可用下式計算得到：t實際=(t整數(shù)0.25)+(m每度m剩余)/m每度。圖 3.5 ds18b20測溫原理3.2.3 直流電機驅動模塊l298nl298n是一種高電壓、大電流電機驅動芯片。該

42、芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46v；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3a，持續(xù)工作電流為2a；額定功率25w內含兩個h橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用l298n芯片驅動電機，該芯片可以驅動一臺兩步進電機或四相步進電機，也可以驅動兩臺直流電機。l298n用來驅動直流電機的模塊引腳如圖3.6所示：圖3.6 l298n模塊引腳圖

43、（1）vcc接電源正極（3v-46v）。（2）gnd接電源負極。（3）in1-in4與單片機相連，輸入高低電平來控制電機的正反轉。（4）ena、enb為使能端，輸入pwm信號可以用來調節(jié)電機轉速快慢。（5）out1與out2、out3與out4可以分別控制兩個電機與電機的兩端相連。（6）sensa與sensb接電源負極。 第四章 系統(tǒng)整體設計及硬件模塊設計4.1 晶振及復位模塊 晶振電路能為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號，通常一個系統(tǒng)使用一個晶振，以便各部分保持同步。為了更好的與外圍電路進行連接，此次設計選擇了如下圖4.1所示的晶振電路。圖 4.1 晶振電路4.2 復位模塊為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠

44、工作，復位電路是必不可少的一部分，單片機在啟動時都需要復位，以使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作，復位方式有多種可供選擇，此次設計選擇的是手動按鈕復位。電路如下圖4.2所示。圖4.2 手動按鈕復位電路 手動按鈕復位的原理是，人為的在rst端加上高電平，實現(xiàn)單片機的復位。由圖可知當按下按鈕時，+5v電平直接加到rst端，從而實現(xiàn)單片機的復位。4.3 溫度采集模塊 溫度的采集與傳輸選用的ds18b20溫度傳感器，ds18b20溫度傳感器側額問電路簡單，測溫精度較高，適合用于狹小范圍內的溫度測量。且ds18b20溫度傳感器自帶有存儲器、a/d變化器，不用在添加更多的外圍輔助

45、電路。所以溫度采集選用的ds18b20溫度傳感器，溫度采集電路如下圖4.3所示。圖 4.3 溫度采集電路4.4 液晶顯示模塊溫度選取的是lcd1602液晶顯示屏來顯示，lcd1602是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊?？刂坪唵?，成本較低，編程容易，所以選擇lcd1602來顯示溫度。溫度顯示電路如圖4.4所示。圖 4.4 溫度顯示電路 選擇p0.0-p0.7口作為數(shù)據傳送端口,加上拉電阻的目的是因為單片機p0口輸出高電平的能力有限。4.5 按鍵輸入模塊 為了能夠更好的實現(xiàn)對溫度的控制，擴大能控的度帶，所以設置了按鍵輸入模塊，能夠認為的改變先要的溫度帶，是溫度控制更加的靈活、自由

46、。按鍵輸入的電路如下圖4.5所示。圖 4.5 按鍵輸入電路圖4.6升溫模塊此次設計選用的升高空間內的器件是24的電熱管，功率適中，安全易于安放，電熱管的控制電路選擇用直流斬波電路控制。電熱管工作的電路圖如圖4.6所示。升溫電路的工作原理是：采用降壓斬波電路,通過控制電路中三極管的導通與關斷,來簡介控制電熱管的工作狀態(tài),設定一個工作周期t,在一個周期t內,通過控制三極管的導通時間ton與關斷時間toff,來控制加在電熱管上面的平均電壓uo的大小.計算方法為:其中為占空比，e為加在電路中的直流電壓。具體的工作原理是：當單片機p2.3口給出一個高電平時，三極管q6導通，電路連接,電熱管工作。發(fā)光二極

47、管d1發(fā)光,當p2.3口給出一低電平時,三極管q6關斷,電路斷開,電熱管不工作,為了是負載電流連續(xù),所以在電路中串聯(lián)一個較大的電感l(wèi),并聯(lián)一個續(xù)流二極管d14,故當環(huán)境溫度過低與設定值偏差較大時啟動模糊控制，單片機p2.3持續(xù)輸出高電平，電熱管持續(xù)全功率加熱，當環(huán)境溫度與設定值接近偏差較小時，啟動pi控制，pi控制器決定單片機p2.3給出等幅pwm波的占空比，占空比隨著偏差的減小越來越小，最終趨近于0。偏差越小占空比與小則一個周期內加在電熱管上的平均電壓越小，電熱管的功率越小，溫度上升速率變慢。圖 4.6 升溫電路4.7降溫模塊降溫器件的選擇有多種，由于此次設計要求的溫度高出環(huán)境溫度，為了節(jié)約

48、成本和方便設計，選擇了排氣扇作為降溫器件，排氣扇由l298n電機驅動模塊控制。降溫電路如圖4.7所示。降溫原理：單片機引腳p1.2與p1.3分別給出高低電平控制電機的正轉，out1與out2分別接電機的兩端，當使能端e給出高電平時電機運行，當使能端e給出低電平時電機停止運行，當溫度超出設定值時，pi控制器控制單片機引腳p1.4給出占空比可調的等幅pwm波，偏差越大時，積分作用越明顯，占空比越高，電機的轉速越快，達到快速降溫的目的。偏差較小時，占空比降低，電機緩慢運行或者停止運行，把溫度保持在較小的偏差內。圖4.7 降溫電路4.8上下限報警模塊 由于此次設計的溫度控制系統(tǒng)是希望溫度保持在設定溫度

49、的一定范圍內，所以不希望溫度超出這個范圍，當溫度超出范圍以后，為了讓人能夠快速發(fā)現(xiàn)并及時采取措施，所以采用了放光二極管與蜂鳴器結合的溫度上下限報警裝置。電路如圖4.8所示。圖 4.8 上下限報警電路工作原理是：當溫度低于溫度下限時，單片機引腳p2.1給出以高電平，放光二極管d6發(fā)光，蜂鳴器發(fā)出聲響，當溫度高于溫度上限是，單片機引腳p2.2給出一個高電平，發(fā)光二極管d4發(fā)光，蜂鳴器發(fā)出聲響。 第五章 軟件設計部分由于本次設計是基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的硬件設計，所以軟件部分只做簡單的敘述。軟件程序設計的主框圖如圖4.1所示：圖4.1 程序設計的主框圖第六章 結論與展望 本次畢業(yè)設計的目的是設計出

50、一個能夠檢測溫度，顯示溫度，控制溫度的系統(tǒng)。通過幾個月來的學習，查閱資料，慢慢了解了設計用到的各個硬件的作用，通過對硬件的了解學習，慢慢弄懂了各個硬件是怎樣在一起工作的，以及讓它們在一個系統(tǒng)中把自己的功能發(fā)揮出來。在設計完成后，先通過軟件的仿真對設計的原理進行檢驗，仿真成功以后開始進行實物的焊接，雖然焊接的過程中犯了不少的錯誤，但是最終完成了整個系統(tǒng)的實物的制作，下載好軟件以后，經過調試最終完成了設計的要求。從剛開始的選題，到中期的準備，再到最終的成果，一點點的學習，一點點的進步，遇到過挫折，但是最重要是設計完成以后得到成果的喜悅。這次畢業(yè)設計，不僅達到了設計目標，而且使我對自己有了一個全新的

51、認識，鍛煉了自己動手能力，檢驗了自己的知識水平，讓我學會了以專業(yè)知識來解決設計過程中遇到的問題而不是靠自己的臆測，我相信這次鍛煉會給我們以后的成長帶來很大的幫助。參考文獻1 曹巧媛. 單片機原理與應用. 北京： 電子工業(yè)出版社，20022 何力民. 單片機高級教程 . 北京：北京航空大學出版社,20003 金發(fā)慶. 傳感器技術與應用. 北京：北京機械工業(yè)出版社，20024 郭天祥. 新概念51單片機c語言教程. 北京：電子工業(yè)出版社,2009.5 李建忠. 單片機原理與應用. 西安：西安電子科技大學出版社，2009.6 丁海生,丁軍航,吳賀榮. 微型計算機控制技術. 北京：清華大學 出版社，2

52、0097 童師白,華成英. 模擬電子技術基礎. 北京: 高等教育出版社,19808 張紅潤,張亞凡,鄧洪.傳感器原理與應用. 北京: 清華大學出版社,20089 李平,杜濤,羅和平.單片機應用開發(fā)與實踐. 北京: 機械工程出版社,200810 常敏,王涵,范洪波.51單片機應用程序開發(fā)與實踐. 北京: 電子工業(yè)出版社,200911 l dubois , v.c.t.v.sozanski jp,m.chice.temperature control by microwave radiometry with narrow band width j.eurphys.j.app.lphys.200012 yang. y., yi. j., woo, y.y., and kim. b.: optimum design for linearityand efficiency of microwave doherty amplifier using a new loadmatching techniq