基于STC單片機(jī)恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及C語言程序

1、 目錄第1章 恒溫控制系統(tǒng)完成的功能1 第2章  總體設(shè)計(jì)方案1  2.1  單片機(jī)主控制電路1   2.3  溫度測量與控制模塊1  2.2  人機(jī)交互模塊2第3 章 硬件電路詳細(xì)設(shè)計(jì) 2  3.1  單片機(jī)最小系統(tǒng)2  3.2  人機(jī)交互模塊3 3.3  測溫模塊5  3.4  溫度控制模塊5  3.5  總電路圖6  第4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6 4.1  原理框圖6  4.

2、2  詳細(xì)程序8  結(jié)論16參考文獻(xiàn)16 第1章 恒溫控制系統(tǒng)完成的功能 本恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用現(xiàn)在流行的51系列單片機(jī)，配以DS18B20數(shù)字溫度傳感器，能夠較精確的控制溫度，并顯示設(shè)定溫度與當(dāng)前溫度。單片機(jī)將實(shí)時(shí)檢測到的溫度與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，根據(jù)兩者差值決定是否讓加熱電阻加熱以及加熱多長時(shí)間。 實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度1時(shí)，單片機(jī)輸出高電平，控制大功率三極管導(dǎo)通，進(jìn)而使得加熱電阻通電，加熱電阻加熱，溫度快速上升，同時(shí)紅燈亮。當(dāng)溫度上升到與設(shè)定溫度差值小于1時(shí)，單片機(jī)輸出高低電平的時(shí)間不相等，也就是加熱電阻的通斷時(shí)間不等，使得溫度緩慢上升

3、，同時(shí)紅、綠燈都亮。當(dāng)溫度上升到設(shè)定溫度時(shí)，單片機(jī)輸出低電平，三極管截止，加熱電阻停止加熱，同時(shí)綠燈亮。 數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，同時(shí)可以通過2個(gè)按鍵調(diào)節(jié)設(shè)定溫度。 第2章  總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。 單 片 機(jī) 被 控 制 對 象溫度測量人機(jī)交互模塊 溫度控制2.1 單片機(jī)主控制電路  主控制電路采用STC 89C52的單片機(jī)作為控制主機(jī)。89C52作為51系列單片機(jī)的一種，其使用性能穩(wěn)定，價(jià)格便宜，完全能夠滿足此次設(shè)計(jì)的需求。89C52內(nèi)部集成了程序存儲(chǔ)器，可以裝載用戶程序，方便使用。 外 部 接 口 電 路 電 源 ST

4、C 89C52 單 片 機(jī) 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路燒錄口2.2 溫度測量與控制模塊 溫度測量模塊采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司的DS18B20溫度傳感器。該傳感器與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度。這一部分主要完成對溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳P1.3傳到單片機(jī)，單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。 溫度控制模塊采用FAIRYCHILD的8N60C開關(guān)管、10W10的水泥電阻。由單片機(jī)根據(jù)設(shè)定溫度與測量溫度之差決定輸出高低電平，控制8N60C開關(guān)管的通斷，近而控制水泥電阻加熱

5、。STC 89C52單片機(jī)被 控 制對 象DS18B20溫度傳感器控制信號(hào)8N60C開關(guān)管10W1的水泥電阻10V直流電2.2 人機(jī)交互模塊 人機(jī)交互模塊主要包括鍵盤、數(shù)碼管、LED指示燈，其中鍵盤用于供用戶輸入溫度期望值，數(shù)碼管用于顯示用戶設(shè)定溫度及控制對象中溫度，LED指示燈用于指示系統(tǒng)工作狀態(tài)（加熱中，加熱過高時(shí)）。 鍵盤 STC 89C52 單 片 機(jī) 數(shù)碼管 LED指示燈 第3章  硬件電路詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)： 包括電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、燒錄口共四個(gè)單元，其中電源電路與燒錄口省略。電路圖如下： 其中，31端口接高電平，表明單片機(jī)復(fù)位后

6、訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；由于P0口作為輸出口時(shí)處于漏極開路狀態(tài)，所以必須外接上拉電阻，如果后期實(shí)驗(yàn)中不使用其作為輸出口，則此處可省略。 3.2 人機(jī)交互模塊：（1） 、數(shù)碼管： 其中，采用8段共陰數(shù)碼管，P0、P2口輸出段碼、位碼，P1.4和P1.6為段鎖存，P1.5和P1.7為位鎖存。數(shù)碼管上面四位顯示用戶測量溫度，下面四位顯示用戶設(shè)定溫度。（2） 、LED指示燈： 其中，指示燈綠色用于指示加熱溫度過高、紅色用于指示加熱中，當(dāng)兩個(gè)LED均亮起時(shí)，表示當(dāng)前溫度接近設(shè)定溫度，也可理解成保溫狀態(tài)。（3） 、按鍵 其中，上面的按鍵表示溫度上升1、下面的按鍵表示溫度下降1。3.3 測溫

7、模塊： 測溫模塊采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司的DS18B20溫度傳感器。其輸出與P1.3相連。3.4 溫度控制模塊： 8N60C是仙童公司出品的一款N溝道的MOSFET，最小開啟電壓為4V，最大關(guān)斷電壓為2V，故可以直接接在單片機(jī)IO口，由高低電平控制通斷。 8N60C的柵極（G）與P1.2相連，源級（S）接地（注意與單片機(jī)控制端共地，否則將導(dǎo)致無法關(guān)斷），漏極（D）接水泥電阻，水泥電阻另一端接10V直流電。 水泥電阻是將電阻線繞在無堿性耐熱瓷件上，外面加上耐熱、耐濕及耐腐蝕材料，并把繞線電阻體放入方形瓷器框內(nèi)，用特殊不燃性耐熱水泥充填密封而成。水泥電阻的外側(cè)主要是陶瓷材質(zhì)。3.5

8、 總電路圖： 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 原理框圖：（1） 、主程序 開始 按鍵輸入端口置高，定時(shí)器初始化調(diào)用讀溫度子程序顯示被測溫度和用戶設(shè)定溫度Y是否按下加溫度設(shè)定鍵？設(shè)定溫度加1NY是否按下減溫度設(shè)定鍵？設(shè)定溫度減1N初始設(shè)定溫度為20當(dāng)前溫度<設(shè)定溫度1YP1.2置高電平，加熱電阻加熱，紅燈亮NY當(dāng)前溫度>=設(shè)定溫度？P1.2置低電平，加熱電阻停止加熱，綠燈亮N調(diào)節(jié)P1.2的高低電平時(shí)間長短的比例，紅綠燈同時(shí)亮系統(tǒng)是否斷電？NY 結(jié)束（2） 、定時(shí)器T0中斷程序定時(shí)器T0中斷 定時(shí)器初始化調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序N計(jì)數(shù)>300?Y 讀溫度標(biāo)志置1 中斷

9、返回4.2 詳細(xì)程序：（1）、主程序/*- 名稱：恒溫控制系統(tǒng)采用DS18b20并用數(shù)碼管顯示當(dāng)前測的溫度 和用戶設(shè)定的溫度，用戶可用按鍵增加或減小溫度。 編寫：1013105班小組 日期：2013.10 內(nèi)容：精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，顯示格式 符號(hào) xxx.x C-*/#include<reg52.h> /包含頭文件，一般情況不需要改動(dòng)，頭文件包含特殊功能寄存器的定義#include "18b20.h"#include "delay.h"#define DataPort0 P0 /定義數(shù)據(jù)端口 程序中遇到DataPort0 則用P0

10、替換#define DataPort1 P2 /定義數(shù)據(jù)端口 程序中遇到DataPort1 則用P1 替換sbit LED_Green=P10;/定義綠色指示燈sbit LED_Red=P11;/定義紅色指示燈sbit PWM=P12; /定義加熱端口sbit LATCH1=P14;/定義鎖存使能端口 段鎖存sbit LATCH2=P15;/ 位鎖存sbit LATCH3=P16;/定義鎖存使能端口 段鎖存sbit LATCH4=P17;/ 位鎖存sbit KEY_ADD=P32;/定義按鍵輸入端口 增加1度sbit KEY_DEC=P33;/減小1度bit ReadTempFlag1;/定義

11、讀時(shí)間標(biāo)志1unsigned char code DuanMa10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/ 顯示段碼值09unsigned char code WeiMa=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/分別對應(yīng)相應(yīng)的數(shù)碼管點(diǎn)亮,即位碼unsigned char TempData18; /存儲(chǔ)顯示值的全局變量1unsigned char TempData28; /存儲(chǔ)顯示值的全局變量2/*- 函數(shù)聲明-*/void DelayUs2x(unsigned char t);/us延時(shí)函

12、數(shù) void DelayMs(unsigned char t); /ms延時(shí)函數(shù)void Display1(unsigned char FirstBit,unsigned char Num);/數(shù)碼管1顯示當(dāng)前測的溫度函數(shù)void Display2(unsigned char FirstBit,unsigned char Num);/數(shù)碼管2顯示用戶設(shè)定溫度函數(shù)void Init_Timer0(void);/定時(shí)器T0初始化函數(shù)/*- 主函數(shù)-*/void main (void) unsigned int TempH,TempL,temp; unsigned char usertemp=20;

13、/開機(jī)設(shè)定20度 KEY_ADD=1; /按鍵輸入端口電平置高 KEY_DEC=1; Init_Timer0(); while (1) /主循環(huán) /*- 顯示當(dāng)前測得的溫度-*/ if(ReadTempFlag1=1) ReadTempFlag1=0; temp=ReadTemperature(); TempH=temp>>4; TempL=temp&0x0F; TempL=TempL*6/10;/小數(shù)近似處理 if(TempH/10=0) /不考慮負(fù)溫度 TempData10=0;/消隱 else TempData10=DuanMaTempH/10; /十位溫度 Temp

14、Data11=DuanMaTempH%10|0x80; /個(gè)位溫度,帶小數(shù)點(diǎn) TempData12=DuanMaTempL;/顯示小數(shù)點(diǎn)后一位 TempData13=0x39; /顯示C符號(hào) /*- 顯示用戶設(shè)定的溫度-*/ if(!KEY_ADD) /如果檢測到低電平，說明按鍵按下 DelayMs(10); /延時(shí)去抖，一般10-20ms if(!KEY_ADD) /再次確認(rèn)按鍵是否按下，沒有按下則退出 while(!KEY_ADD);/如果確認(rèn)按下按鍵等待按鍵釋放，沒有釋放則一直等待 if(usertemp<50) /加操作 usertemp+; if(!KEY_DEC) /如果檢測

15、到低電平，說明按鍵按下 DelayMs(10); /延時(shí)去抖，一般10-20ms if(!KEY_DEC) /再次確認(rèn)按鍵是否按下，沒有按下則退出 while(!KEY_DEC);/如果確認(rèn)按下按鍵等待按鍵釋放，沒有釋放則一直等待 if(usertemp>10) /減操作 usertemp-; TempData20=DuanMausertemp/10; TempData21=DuanMausertemp%10|0x80; TempData22=DuanMa0; TempData23=0x39; Display2(0,4);/*- 紅綠燈指示加溫狀態(tài) -*/ if(TempH<use

16、rtemp-1)/當(dāng)測的溫度低于用戶設(shè)定溫度1度時(shí)，紅燈亮， /PWM=1三極管導(dǎo)通，加熱電阻快速加熱 LED_Red=0; LED_Green=1; PWM=1; else if(TempH>=usertemp)/當(dāng)測的溫度高于用戶設(shè)定溫度時(shí)，綠燈亮， /PWM=0三極管關(guān)閉，加熱電阻停止加熱 LED_Red=1; LED_Green=0; PWM=0; else / 當(dāng)測的溫度與用戶設(shè)定溫度的差值小于1度且沒達(dá)到用戶設(shè)定溫度時(shí),加熱 LED_Red=0;/電阻加熱,紅綠燈都亮,當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度時(shí),綠燈亮,加熱電阻又 LED_Green=0;/會(huì)斷開,從而導(dǎo)致溫度維持一定范圍,紅燈會(huì)

17、閃爍,代表溫度恒定。 PWM=1; /*- 顯示函數(shù)，用于動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管 輸入?yún)?shù) FirstBit 表示需要顯示的第一位，如賦值2表示從第三個(gè)數(shù)碼管開始顯示 如輸入0表示從第一個(gè)顯示。 Num表示需要顯示的位數(shù)，如需要顯示99兩位數(shù)值則該值輸入2-*/void Display1(unsigned char FirstBit,unsigned char Num) static unsigned char i=0; DataPort0=0; /清空數(shù)據(jù)，防止有交替重影 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; DataPort0=WeiMai+FirstBit; /取位碼 LATCH2=

18、1; /位鎖存 LATCH2=0; DataPort0=TempData1i; /取顯示數(shù)據(jù)，段碼 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; i+; if(i=Num) i=0;void Display2(unsigned char FirstBit,unsigned char Num) unsigned char i; for(i=0;i<Num;i+) DataPort1=0; /清空數(shù)據(jù)，防止有交替重影 LATCH3=1; /段鎖存 LATCH3=0; DataPort1=WeiMai+FirstBit; /取位碼 LATCH4=1; /位鎖存 LATCH4=0; Data

19、Port1=TempData2i; /取顯示數(shù)據(jù)，段碼 LATCH3=1; /段鎖存 LATCH3=0; DelayMs(2); / 掃描間隙延時(shí)，時(shí)間太長會(huì)閃爍，太短會(huì)造成重影 /*- 定時(shí)器T0初始化子程序-*/void Init_Timer0(void) TMOD |= 0x01; /使用模式1，16位定時(shí)器，使用"|"符號(hào)可以在使用多個(gè)定時(shí)器時(shí)不受影響 /TH0=0x00; /給定初值 /TL0=0x00; EA=1; /總中斷打開 ET0=1; /允許定時(shí)器T0中斷 TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器T0/*- 定時(shí)器T0中斷子程序-*/void Timer0_isr(v

20、oid) interrupt 1 static unsigned int num; TH0=(65536-2000)/256; /重新賦值 2ms TL0=(65536-2000)%256; Display1(0,4); / 調(diào)用數(shù)碼管掃描 num+; if(num=300) / num=0; ReadTempFlag1=1; /讀標(biāo)志位置1（2） 、18B20.c程序#include"delay.h"#include"18b20.h"/*- 18b20初始化-*/bit Init_DS18B20(void) bit dat=0; DQ = 1; /DQ

21、復(fù)位 DelayUs2x(5); /稍做延時(shí) DQ = 0; /單片機(jī)將DQ拉低 DelayUs2x(200); /精確延時(shí) 大于 480us 小于960us DelayUs2x(200); DQ = 1; /拉高總線 DelayUs2x(50); /1560us 后 接收60-240us的存在脈沖 dat=DQ; /如果x=0則初始化成功, x=1則初始化失敗 DelayUs2x(25); /稍作延時(shí)返回 return dat;/*- 讀取一個(gè)字節(jié)-*/unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0

22、;for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; / 給脈沖信號(hào) dat>>=1; DQ = 1; / 給脈沖信號(hào) if(DQ) dat|=0x80; DelayUs2x(25); return(dat);/*- 寫入一個(gè)字節(jié)-*/void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; DelayUs2x(25); DQ = 1; dat>>=1; DelayUs2x(25);/*- 讀取溫度-*/unsign

23、ed int ReadTemperature(void)unsigned char a=0;unsigned int b=0;unsigned int t=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar(0x44); / 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換DelayMs(10);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作 WriteOneChar(0xBE); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個(gè)寄存器） 前兩個(gè)就是溫度a=ReadOneChar(); /低位b=ReadOneChar(); /高

24、位b<<=8;t=a+b;return(t);（3） 、18B20.h程序#ifndef _DS18B20_H_#define _DS18B20_H_#include<reg52.h> /包含頭文件，一般情況不需要改動(dòng)，頭文件包含特殊功能寄存器的定義#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int;/*- 端口定義-*/sbit DQ=P13;/ds18b20 端口/*- 函數(shù)聲明-*/unsigned int ReadTemperature(void);bit I

25、nit_DS18B20(void);unsigned char ReadOneChar(void);void WriteOneChar(unsigned char dat);#endif（4） 、delay.c程序#include "delay.h"/*- uS延時(shí)函數(shù)，含有輸入?yún)?shù) unsigned char t，無返回值 unsigned char 是定義無符號(hào)字符變量，其值的范圍是 0255 這里使用晶振12M，精確延時(shí)請使用匯編,大致延時(shí) 長度如下 T=tx2+5 uS -*/void DelayUs2x(unsigned char t) while(-t);/*-

26、 mS延時(shí)函數(shù)，含有輸入?yún)?shù) unsigned char t，無返回值 unsigned char 是定義無符號(hào)字符變量，其值的范圍是 0255 這里使用晶振12M，精確延時(shí)請使用匯編-*/void DelayMs(unsigned char t) while(t-) /大致延時(shí)1mS DelayUs2x(245); DelayUs2x(245); （5） 、delay.h程序#ifndef _DELAY_H_#define _DELAY_H_/*- uS延時(shí)函數(shù)，含有輸入?yún)?shù) unsigned char t，無返回值 unsigned char 是定義無符號(hào)字符變量，其值的范圍是 0255 這里使用晶振12M，精確延時(shí)請使用匯編,大致延時(shí) 長度如下 T=tx2+5 uS -*/