数字式温度控制器的设计修改论文 李艳婷Word格式.docx

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Abstract

Tothecontrolareas,therapiddevelopmentofinformationscienceandmicroelectronicstechnologyahugeleapforwardcontroltechniquestendtobemoreautomatedandintelligent,andhasbroughtconvenienceformanyusers.Inthecontrolarea,thetemperatureisacommonterm,however,technicalissuesandtheroleitbringsunusually.Thedigitaltimetemperaturecontrolsystemdevelopedinthisarticleisasinglebus-baseddigitaltemperaturesensorDS18B20singlechipasthecoresystem.Usingthemicrocontrollerasthemainpart.Itsmaincomponents:

AT89C52microcontrollerDS18B20temperaturesensor,LCD1602,thedisplaymodule.Itcanbereal-timetemperaturedisplayandtemperaturethresholdalarm.Thedesignissimple,stableperformance,highsensitivity,stronganti-jammingcapability,easytouse,widelyusedinthemeasurementoftemperatureinthedailylifeofthefarmingindustryandrefrigerators,airconditioners,silosandother.

Keywords:

Temperaturemeasurement.AT89C52microcontroller.DS18B20temperaturesensor.LCD1602

第一章绪论

1.1研究背景和意义

随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

近年来，新型单片机内的接口，无论从类型和数量上都有很大的发展单片机从功能到形态都有了飞速的发展。

在发展出新一代单片机的同时，也在不断扩充着各种功能，如A/D、PWA、高速I/O口、PCA计数器捕获比较/比较逻辑等。

这不仅大大提高了单片机的功能，而且使系统的总体结构也大大简化了。

本设计使用单片机作为核心进行控制。

单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。

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。

成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用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仪表较少。

随着我国经济的发展，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：

CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。

单片机也被称为微控制器，是因为它最早被用在工业控制领域。

单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。

最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

1.2目的及意义

温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。

随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。

在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。

无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。

在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。

温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。

通过本次设计可以巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。

培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。

通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。

1.3思路和主要内容

把DS18B20作为温度传感元件，将环境温度数据转换成数字信号发送给AT89C52，AT89C52通过程序内部的运算将转换好的温度数值发送给LCD显示出来。

根据系统设计的功能，本时钟温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力来测量、显示温度数值。

初步确定设计系统由单片机主控模块、测温模块、显示模块、报警模块共4个模块组成。

对于单片机的选择，如果用8051系列，由于它没有内部RAM，系统又需要一定的内存存储数据。

AT89C52是一个低功耗、高性能CMOS8位的单片机，片内含8kBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，功能强大的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

而AT89C52与AT89C51相比，外型管脚完全相同，AT89C51的HEX程序无须任何转换可直接在AT89C52运行，且AT89C52比AT89C51新增了一些功能，相比较后，在本设计中选用AT89C52更能很好的实现温度计控制功能。

测温电路可以使用热敏电阻之类的器件，利用其感温效应，将被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据处理。

但是这种感温电路比较复杂，且采用热敏电阻精度低，重复性、可靠性都比较差。

如果采用温度传感器DS18B20可以减少外部硬件电路，而且可以很容易直接读取被测温度值，进而转换，还可以在高温报警，且成本低、易使用，可以很好的满足设计要求。

所以本文采用传感器DS18B20代替传统的测温电路。

温度的显示可以采用LED数码管来显示，LED亮度高、醒目，但是电路复杂，占资源多且信息量小。

而采用液晶显示器有明显的优点：

工作电流比LED小几个数量级，功耗低；

尺寸小，厚度约为LED的1/3；

字迹清晰、美观、使人舒服；

寿命长，使用方便，可得性强。

故本设计采用LCD来显示温度。

控制器使用单片机AT89C52,温度计传感器使用DS18B20,用液晶实现温度显示。

本温度计大体分三个工作过程。

首先，由DS18B20温度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。

然后，通过AT89C52单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换，井将此结果送入液晶显示模块。

最后，SMC1602A芯片将送来的值显示于显示屏上。

电路主要由DSl8820温度传感器芯片、SMCl602A液晶显示模块芯片和AT89C52单片机芯片组成。

其中，DSI8B20温度传感器芯片采用“一线制”与单片机相连，它独立地完成温度测量以及将温度测量结果送到单片机的工作。

第二章芯片功能简介

2.1单片机的结构和性能

单片机的基本组成，是由中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、读写存储器（RAM）、输入/输出口（I/O）等等组成。

此外，里面还有一个时钟电路，使单片机在进行运算和控制时，都能有节奏地进行。

另外，还有“中断系统”，当单片机控制对象的参数到达某项需要加以干预的状态时，就可传达给CPU，使CPU采取适当的应付措施。

按结构形式分，单片机有两种基本的结构形式：

普林斯顿结构和哈佛结构。

目前较多的单片机采用改进的哈佛结构，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。

另外，现在单片机采用一种三核（TriCore）结构，这是种建立在一块片上的系统概念上的结构。

三核是：

数据和程序存储器核，控制器和DSP核和外围用户专用电路ASIC。

这种单片机最大特点是把DSP和微控制器同时做在一个片上。

单片机按其内部数据通道的宽度，可分为4位、8位、16位、32位及64位。

由于单片机的集成度高，功能强，可靠性高，体积小，功耗低，使用方便等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活中。

就单片机本身来说，除了4位机和8位机仍保持巨大的领域之外，各种新型高性能的机型也在迅速发展。

2.2单片机的选择

2.2.1管脚说明

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程（S系列的才支持在线编程）。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

兼容MCS51指令系统

·

8k可反复擦写（>

1000次）FlashROM

32个双向I/O口·

256x8bit内部RAM

3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz

2个串行中断·

可编程UART串行通道

2个外部中断源·

共6个中断源

2个读写中断口线·

3级加密位

低功耗空闲和掉电模式·

软件设置睡眠和唤醒功能

AT89C52P为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

主要管脚有：

XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。

RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

P0口:

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口:

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

P2口:

P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3口:

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST:

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

ALE/PROG:

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN:

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP:

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

XTAL1:

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2:

振荡器反相放大器的输出端。

特殊功能寄存器

在AT89C52片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFE），SFR的地址空间映象如表2所示。

并非所有的地址都被定义，从80H—FFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。

对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。

不应将数据“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。

AT89C52除了与AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2。

定时/计数器2的控制和状态位位于T2CON，T2MOD，寄存器（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2在16位捕获方式或16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。

数据存储器

AT89C52有256个字节的内部RAM，80H-FFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。

当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。

如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。

例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器0A0H（即P2口）地址单元。

MOV0A0H，#data

间接寻址指令访问高128字节RAM，例如，下面的间接寻址指令中，R0的内容为0A0H，则访问数据字节地址为0A0H，而不是P2口（0A0H）。

MOV@R0，#data

堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高128位数据RAM亦可作为堆栈区使用。

定时器0和定时器1：

AT89C52的定时器0和定时器1的工作方式与AT89C51相同。

2.2.2片上资源

定时器2

定时器2是一个16位定时/计数器。

它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2位选择。

定时器2有三种工作方式：

捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON的控制位来选择。

定时器2由两个8位寄存器TH2和TL2组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2寄存器的值加1，由于一个机器周期由12个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/12。

在计数工作方式时，当T2引脚上外部输入信号产生由1至0的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2期间，对外部输入进行采样。

若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0，则在紧跟着的下一个周期的S3P1期间寄存器加1。

由于识别1至0的跳变需要2个机器周期（24个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24。

为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。

捕获方式

在捕获方式下，通过T2CON控制位EXEN2来选择两种方式。

如果EXEN2=0，定时器2是一个16位定时器或计数器，计数溢出时，对T2CON的溢出标志TF2置位，同时激活中断。

如果EXEN2=1，定时器2完成相同的操作，而当T2EX引脚外部输入信号发生1至0负跳变时，也出现TH2和TL2中的值分别被捕获到RCAP2H和RCAP2L中。

另外，T2EX引脚信号的跳变使得T2CON中的EXF2置位，与TF2相仿，EXF2也会激活中断。

自动重装载（向上或向下计数器）方式

当定时器2工作于16位自动重装载方式时，能对其编程为向上或向下计数方式，这个功能可通过特殊功能寄存器T2CON的DCEN位（允许向下计数）来选择的。

复位时，DCEN位置“0”，定时器2默认设置为向上计数。

当DCEN置位时，定时器2既可向上计数也可向下计数，这取决于T2EX引脚的值，参见图5，当DCEN=0时，定时器2自动设置为向上计数，在这种方式下，T2CON中的EXEN2控制位有两种选择，若EXEN2=0，定时器2为向上计数至0FFFFH溢出，置位TF2激活中断，同时把16位计数寄存器RCAP2H和RCAP2L重装载，RCAP2H和RCAP2L的值可由软件预置。

若EXEN2=1，定时器2的16位重装载由溢出或外部输入端T2EX从1至0的下降沿触发。

这个脉冲使EXF2置位，如果中断允许，同样产生中断。

定时器2的中断入口地址是：

002BH——0032H。

当DCEN=1时，允许定时器2向上或向下计数。

这种方式下，T2EX引脚控制计数器方向。

T2EX引脚为逻辑“1”时，定时器向上计数，当计数0FFFFH向上溢出时，置位TF2，同时把16位计数寄存器RCAP2H和RCAP2L重装载到TH2和TL2中。

T2EX引脚为逻辑“0”时，定时器2向下计数，当TH2和TL2中的数值等于RCAP2H和RCAP2L中的值时，计数溢出，置位TF2，同时将0FFFFH数值重新装入定时寄存器中。

当定时/计数器2向上溢出或向下溢出时，置位EXF2位。

波特率发生器

当T2CON中的TCLK和RCLK置位时，定时/计数器2作为波特率发生器使用。

如果定时/计数器2作为发送器或接收器，其发送和接收的波特率可以是不同的，定时器1用于其它功能。

若RCLK和TCLK置位，则定时器2工作于波特率发生器方式。

波特率发生器的方式与自动重装载方式相仿，在此方式下，TH2翻转使定时器2的寄存器用RCAP2H和RCAP2L中的16位数值重新装载，该数值由软件设置。

在方式1和方式3中，波特率由定时器2的溢出速率根据下式确定：

方式1和3的波特率=定时器的溢出率/16定时器既能工作于定时方式也能工作于计数方式，在大多数的应用中，是工作在定时方式（C/T2=0）。

定时器2作为波特率发生器时，与作为定时器的操作是不同的，通常作为定时器时，在每个机器周期（1/12振荡频率）寄存器的值加1，而作为波特率发生器使用时，在每个状态时间（1/2振荡频率）寄存器的值加1。

波特率的计算公式如下：

方式1和3的波特率=振荡频率/{32*[65536-（RCP2H,RCP2L）]}式中（RCAP2H，RCAP2L）是RCAP2H和RCAP2L中的16位无符号数。

定时器2作为波特率发生器使用的电路如图7所示。

T2CON中的RCLK或TCLK=1时，波特率工作方式才有效。

在波特率发生器工作方式中，TH2翻转不能使TF