基于單片機的溫度控制監控系統設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ）： EA 為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當EA 端保持高電平時，單片機訪問片內程序存儲器 4KB（ MS— 52子系列為 8KB）。若超出該范圍時，自動轉去執行外部程序存儲器的程序。當 EA 端保持低電平時，無論片內有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內含有 EPROM 的單片機，在 EPROM 編程期間，該引腳用于接 21V 的編程電源 Vpp。 （ 4）輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0 口、 P1 口、 P2 口及 P3 口 (A).P0 口（ 39腳～ 22腳）： ～ 統稱為 P0 口。當不接外部存儲器與不擴展 I/O 接口時，它可作為準雙向 8 位輸入 /輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展 I/O 口時， P0 口為地址 /數據分時復用口。它分時提供 8 位雙向數據 總線。 對于片內含有 EPROM 的單片機，當 EPROM 編程時，從 P0 口輸入指令字節，而當檢驗程序時，則輸出指令字節。 (B).P1 口（ 1腳～ 8 腳）： ～ 統稱為 P1 口，可作為準雙向 I/O 接口使用。對于 MCS— 52 子系列單片機， 和 還有第 2 功能： 口用作定時器 /計數器 2的計數脈沖輸入端 T2； 用作定時器 /計數器 2 的外部控制端T2EX。對于 EPROM 編程和進行程序校驗時， P0 口接收輸入的低 8位地址。 (C).P2 口（ 21 腳～ 28 腳）： ～ 統稱為 P2 口，一般可作為 準雙向 基于單片機的溫度控制系統畢業設計 11 I/O 接口。當接有外部程序存儲器或擴展 I/O 接口且尋址范圍超過 256 個字節時，P2 口用于高 8位地址總線送出高 8 位地址。對于 EPROM 編程和進行程序校驗時，P2 口接收輸入的 8位地址。 (D).P3 口（ 10腳～ 17腳）： ～ 統稱為 P3 口。它為雙功能口，可以作為一般的準雙向 I/O 接口，也可以將每 1 位用于第 2 功能，而且 P3 口的每一條引腳均可獨立定義為第 1 功能的輸入輸出或第 2 功能。 P3 口的第 2 功能見下表 表 1 單片機 管腳含義 綜上所述， MCS— 51 系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點： 1).單片機功能多，引腳數少，因而許多引 腳具有第 2 功能； 2).單片機對外呈 3 總線形式，由 P P0口組成 16 位地址總線；由 P0 口分時復用作為數據總線。 (四 )溫度傳感器電路 采用一線制數字溫度傳感器 DS18B20 來作為本課題的溫度傳感器。傳感器輸出信號進 的上拉電阻直接接到單片機的 引腳上。 DS18B20 溫度傳感器是美國達拉斯 (DALLAS)半導體公司推出的應用單總線技術的數字溫度傳感器。該器件將半導體溫敏器件、 A/D 轉換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。本設計中溫度傳感器之所以選擇單線數字器件DS18B20，是在經過多方 面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因： 引腳 第 2 功能 RXD（串行口輸入端 0） TXD（串行口輸出端） INT0（部中斷 0請求輸入端，低電平有效） INT1（中斷 1請求輸入端，低電平有效） T0（時器 /計數器 0 計數脈沖端） T1（時器 /計數器 1 數脈沖端） WR（部數據存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效） RD（部數據存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效） 基于單片機的溫度控制系統畢業設計 12 （ 1）系統的特性：測溫范圍為 55℃～ +125℃ ，測溫精度為士 ℃；溫度轉換精度 9～ 12位可變，能夠直接將溫度轉換值以 16位二進制數碼的方式串行輸出； 12 位精度轉換的最大時間為 750ms；可以通過數據線供電，具有超低功耗工作方式。 （ 2）系統成本：由于計算機技術和微電子技術的發展，新型大規模集成電路功能越來越強大，體積越來越小，而價格也越來越低。一支 DS18B20 的體積與普通三極管相差無幾，價格只有十元人民幣左右。 （ 3）系統復雜度：由于 DS18B20 是 單總線器件，微處理器與其接口時僅需占用 1個 I/O 端口且一條總線上可以掛接幾十個 DS18B20，測溫時無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數量，降低系統的復雜度，減少工程的施工量。 （ 4）系統的調試和維護：由于引線的減少，使得系統接口大為簡化，給系統的調試帶來方便。同時因為 DS18B20 是全數字元器件，故障率很低，抗干擾性強，因此，減少了系統的日常維護工作。 DS18B20 溫度傳感器只有三根外引線：單線數據傳輸總線端口 DQ ，外供電源線 VDD，共用地線 GND。 DS18B20 有兩種供電方 式：一種為數據線供電方式，此時 VDD 接地，它是通過內部電容在空閑時從數據線獲取能量，來完成溫度轉換，相應的完成溫度轉換的時間較長。這種情況下，用單片機的一個 I/O 口來完成對DS18B20 總線的上拉。另一種是外部供電方式 (VDD 接 +5V)，相應的完成溫度測量的時間較短。 在本設計中采用外部供電方式實現 DS18B20 傳感器與單片機的連接，其接口電路如圖 4所示。 基于單片機的溫度控制系統畢業設計 13 圖 4 溫度傳感器接口 (五 )系統電源電路的設計 本系統采用電源穩壓芯片是 LM2596， 該開關電壓調節 器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出 3A的驅動電流， 輸入電壓是 +5v,輸入電壓是 +24v,同時具有很好的線性和負載調節特性。 該器件內部集成頻率補償和固定頻率發生器，開關頻率為 150KHz，與低頻開關調節器相比較，可以使用更小規格的濾波元件。 該器件還有其他一些特點：在特定的輸入電壓和輸出負載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在177。 4%的范圍內，振蕩頻率誤差在177。 15%的范圍內；可以用僅80μ A的待機電流，實現外部斷電；具有自我保護電路（一個兩級降頻限流保護和一個在異常情況下斷電的過溫完全保護電路） 在該溫 度控制系統中，其電源電路設計如下圖 10所示。 基于單片機的溫度控制系統畢業設計 14 圖 5 系統電源模塊 (六 )LCD 顯示電路 本課題設計的溫度控制系統是采用液晶屏 128*64 作為顯示模塊，其接口原理圖如下圖 6所示： 圖 6 液晶顯示接口電路 基于單片機的溫度控制系統畢業設計 15 (七 )串口通訊電路 本課題設計的通訊采用的是常見的串口通訊，協議轉換芯片是采用MAX232A，其接口原理圖如下圖 7所示： 圖 6 串口通訊接口電路 (八 )按鍵接口電路 本課題設計采用的鍵盤模塊，其接口原理圖如下圖 8所示： 基于單片機的溫度控制系統畢業設計 16 圖 8 鍵 盤模塊電路 (九 )DS1302 時鐘電路 本課題設計的時鐘是采用時鐘芯片 DS1302，其接口原理圖如下圖 9所示： 圖 9 時鐘接口電路 (十 )存儲器接口電路 本課題設計的存儲器采用的是 AT24C256，其接口原理圖如下圖十所示： 基于單片機的溫度控制系統畢業設計 17 圖 10 存儲器電路 三、系統軟件設計 系統的軟件主要是采用 C語言，對單片機進行變成實現各項功能。主程序對模塊進行初始化，而后調用讀溫度、處理溫度、顯示、鍵盤等模塊。用的是循環查詢方式 ，來顯示和控制溫度，主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理 DS18B20 的測量的當前溫度值并負責調用各子程序 ,其程序流程如圖 10系統程序流程圖。 啟動 DB18B20 讀溫度 計算溫度 LCD顯示 開始 初始化 基于單片機的溫度控制系統畢業設計 18 圖 10 系統程序流程圖 (一 )計算溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能包括初始化 ,判斷 DS18B20 是否存在 ,若存在則進行一系列的讀操 ,作若不存在則返回。其程序流程圖如圖 11 所示。 否 是 開始 初始化 ROM 操作指令 存儲操作指令 讀取溫度值 返回 DS18B20存在？ 基于單片機的溫度控制系統畢業設計 19 圖 11 讀溫度流程圖 (二 )按鍵處理子程序 按鍵處理子程序主要是負責參數的設置，主程序每循環一次都要對按鍵進行掃描 ,判斷是否有輸入鍵按下則進行一系列的按鍵輸入操作。其程序流程框圖如圖 12 所示。 否 開始 RNTER 鍵是 否按下 基于單片機的溫度控制系統畢業設計 20 是 是 否 是 否 是 否 是 否 否 ENTERFLAG 為 1 是否由ENTER 按下 是否由DOWN 按下 ENTER 子程序 flag=1 UP 子程序 DOWN 子程序 DISPLAY 顯示 是否由 UP 按下 基于單片機的