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1、摘要文中的设计电路以AT89C52单片机作为控制器。主要由键盘输入电路、温度测量电路、输出显示电路和电动机控制电路四部分。吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。该系统利用AT89C52单片机分别采集各个温度点的温度，实现温度显示、控制以及时间的显示等功能。它以AT89C52单片机为主控制芯片,采用数字温度传感器DS18B20实现温度的检测,测量精度可以达到0.5。该系统采用了1602显示模块，形象直观的显示测出的温度值。基于AT89C52单片机的单总线温度测控系统具有硬件组成简单、读数方便、精度高、测温范围广等特点，在实际工程中得到广泛应用。关键
2、词：数字温度传感器；AT89C52单片机；温度测量;温度控制；时间显示AbstractThis design of the circuit in order to the AT89C52 single-chip microcomputer as the controller. It includes Keyboard input circuit, temperature measurementcircuit, output display circuit，motor control. Many functions are finished by the software. So it simp
3、les the circuit and enhances the stability of the system Adopting the AT89C52 single-chip microcomputer in the system to collected temperature from various temperature positions realizes the temperature display and control function. Applying AT89C52 single-chip microcomputer-based as main control ch
4、ip, it realizes the multi-temperature testing by using of digital temperature sensor DS18B20, and measurement accuracy reaches to 0.5 . At the time the system uses a 1602 display module to show the measured temperature values. Based on AT89C52 single-chip single-bus multi-point temperature measureme
5、nt and control systems hardware assemble simply, reading data conveniently, high accuracy and widely temperature measuring, in the actual projects it is widely applied.Keywords：digital temperature sensor; AT89C52 microcontroller; temperature measure；temperature control；time display目 录1 绪论11.1 课题研究的背
6、景11.2 课题研究的目的和意义12 硬件电路设计22.1 总体设计22.2 单元电路设计22.2.1 单片机最小系统设计22.2.2 显示电路42.2.3 温度传感器检测电路62.2.4 键盘电路83 软件设计103.1功能说明103.2 主程序流程104 Protel绘图114.1 Protel软件简介114.2 原理图绘制115 电路仿真165.1 绘制仿真电路图165.2 程序调试185.3 仿真结果216 硬件电路制作与调试236.1 电路焊接236.2 电路调试236.3 调试结果26结论27致 谢28参考文献291 绪论1.1 课题研究的背景温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，
7、人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其操作简单，可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于粮仓，电冰箱，空调，电饭锅等。等方面的温度测量及控制。本设计是一个数字温度测量及控制系统，能测柜内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整。保证环境保持在限定的温度中。 1.2 课题研究的目的和意义随着
8、社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。本文采用单片机AT89C52设计了温度实时测量及控制系统。单片机AT89C52 能够根据温度传感器DS18B20 所采集的温度在液晶屏上实时显示，通过控制从而把温度控制在设定的范围之内。所有温度数据均通过液晶显示器LCD显示出来。系统可以根据时钟存储相关的数据。通过该课程的学习使我们对计算机控制系统有一个全面的了解、掌握常规控制算法的使用方法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法，进一步锻炼同学们在微型计算机应用方面的实际工作能力。2 硬件电路设计2.1 总体设计该方案使用了单片机作为控制核心,用智能温度传感器为温度测量元件，对环境温度进行检测。
9、设置预定温度，超过其温度值电机就会工作。显示电路采用LCD液晶模块显示，使用电阻，光和耦合器，三极管，电机（由于没有合适电机，后面的电机工作用发光二级管代替），二极管作为执行机构。其结构框图如下图2-1所示。图2-1 控制系统的结构框图2.2 单元电路设计2.2.1 单片机最小系统设计单片机的最小系统主要包括单片机，时钟电路，复位电路三部分。单片机 单片机的选择在整个系统设计中至关重要，要满足大内存、高速率和通用性的要求。方案一：采用凌阳单片机随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（DSP，Digital SignalProcess
10、ing）等领域。凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。它的CPU内核采用凌阳最新推出的nSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器芯片（以下简称nSP）。围绕nSP所形成的16位nSP系列单片机（以下简称nSP家族）采用的是模块式集成结构，它以nSP内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件。nSP内核是一个通用的核结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小或可有可无。借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，便可形成各种不同系列派生产品，以适合不同的应用场合。这样做无疑会使每一种派生产品
11、具有更强的功能和更低的成本。利用凌阳单片机有一定的好处凌阳的优势是硬件性能，抗干扰能力强，但凌阳单片机我们没有系统的学习，这对于刚接触单片机的我们来说不是很容易上手，其价格也要贵一些，因此我们并没有将其作为首选。方案二：采用AT89C52单片机AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash
12、存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。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。因此本设计采用单片机AT89C52作为控制芯片。时钟电路 单片机的时钟产生方式有两种，为内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，如图2-3所示。单片机的内部振荡电路有一
13、个高增益反相放大器，用于构成振荡器，但要形成时钟，外部还需附加电路。通过在引脚XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，再利用芯片内部的振荡电路，就构成了稳定的自己振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。外接晶振时，C1和C2的值通常选择为2030pF10pF；外接陶瓷谐振器时C1和C2为3040pF10pF；C1、C2对频率有微调作用，影响振荡的稳定性和起振速度。所采用的晶体或陶瓷谐振器的频率范围可在224/33MHz之间选择，此系统中选择晶振的频率为12MHz。为了减少寄生电容，更好的保护振荡器的稳定和可靠的工作，谐振器和电容尽可能与单片机靠近安装。图2-3 时钟电路复位电路的设
14、计 单片机上有一个复位引脚RST，在该引脚上保持2个机器周期以上的高电平，单片机就会复位。复位的主要方式有：上电自动复位、按键电平复位（手动复位）、用看门狗技术实现自动复位。本设计主要采用按键电平复位方式，如图2-4所示，即相当于按复位键后复位端通过电阻与VCC电源接通。当给一块内部含有程序储存器的单片机配上时钟电路和复位电路就可构成单片机的最小应用系统。图2-4 按键电平复位电路图2.2.2 显示电路方案一：采用LED显示器采用传统的七段数码LED显示器。LED虽然价格便宜，但是本设计显示的内容较多。如果选用它，需要很大的PCB版面。方案二：采用1602LCD显示器1602液晶显示器为5V电
15、压驱动，带背光，可显示两行，每行16个字符，不能显示汉字，内置128个字符的ASCII 字符集字库，只有并行接口，无串行接口。1602 型液晶接口信号说明如表2-1 所示。表2-1 1602 液晶接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VCC电源地9D2数据口2VDD电源正极10D3数据口3VO液晶显示器对比度调节端11D4数据口4RS数据命令选择断12D5数据口5R/W读写选择端(H/L)13D6数据口6E使能信号14D7数据口7D0数据口15BLA背光电源正极8D1数据口16BKL背光电源负极液晶主要技术参数。表2-2 1602 液晶主要技术参数表显示容量162个字符芯片工作电压4.
16、55.5V工作电流2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压5.0Vf字符尺寸2.954.35(WH)mm基本操作时序：读状态输入：RS=L, R/W=H,E=H 输出：D0D7=状态字。读数据输入：RS=H, R/W=H,E=H 输出：无。写指令输入：RS=L, R/W=L,D0D7=指令码，E=高脉冲输出：D0D7=数据。写数据输入：RS=H, R/W=L, ,D0D7=数据，E=高脉冲输出：无写操作时序(见图2-5)分析时序图可知操作1602 液晶的流程如下：(1)通过RS 确定是写数据还是写命令。写命令包括使液晶的光标显示/不显示、光标闪烁/不闪烁、需/不需要移屏、在液晶的什么位置显示等等
17、。写数据是指要显示什么内容。(2)读/写控制端设置为写模式，即低电平。(3)将数据或命令送达数据线上。(4)给E一个高脉冲将数据送入液晶控制器，完成写操作。（注：tsp1-地址建立时间（30ns）tsp2-数据建立时间(40ns)tHD1地址保持时间(10ns )tHD2数据保持时间（20us）tpw脉冲宽度（150us）tR tF上升/下降沿时间（小于25us）Valid Data-数据）。图2-5 1602 液晶写操作时序图虽然LCD显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，是当今显示器的主流，所以采用LCD 作为显示器。2.2.3 温度传感器检测电路方案一：采用模拟集成温度传感器集成传
18、感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。AD590把被测温度转换为电流再通过放大器和A/D转换器，输出数字量送给单片机进行温度控制。方案二：采用数字单片智能温度传感器数字温度传感器DS18B20如图（2-6）输出信号进4.7K的上拉电阻直接接到单片机的P1.7引脚上。图2-6 温度传感器DS18B20温度传感器是
19、美国达拉斯(DALLAS)半导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器。该器件将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上。本设计中温度传感器之所以选择单线数字器件DS18B20，是在经过多方面比较和考虑后决定的，主要有以下几方面的原因：（1）系统的特性：测温范围为-55+125 ，测温精度为士0.5；温度转换精度912位可变，能够直接将温度转换值以16位二进制数码的方式串行输出；12位精度转换的最大时间为750ms；可以通过数据线供电，具有超低功耗工作方式。（2）系统成本：由于计算机技术和微电子技术的发展，新型大规模集成电路功能越来越强大，体积越来越小，而价格也越来
20、越低。一支DS18B20的体积与普通三极管相差无几，价格只有十元人民币左右。（3）系统复杂度：由于DS18B20是单总线器件，微处理器与其接口时仅需占用1个I/O端口且一条总线上可以挂接几十个DS18B20，测温时无需任何外部元件，因此，与模拟传感器相比，可以大大减少接线的数量，降低系统的复杂度，减少工程的施工量。（4）系统的调试和维护：由于引线的减少，使得系统接口大为简化，给系统的调试带来方便。同时因为DS18B20是全数字元器件，故障率很低，抗干扰性强，因此，减少了系统的日常维护工作。DS18B20温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口DQ ，外供电源线VDD，共用地线GND。DS
21、18B20有两种供电方式：一种为数据线供电方式，此时VDD接地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，来完成温度转换，相应的完成温度转换的时间较长。这种情况下，用单片机的一个I/O口来完成对DS18B20总线的上拉。另一种是外部供电方式(VDD接+5V)，相应的完成温度测量的时间较短。在本设计中采用外部供电方式实现DS18B20传感器与单片机的连接，其接口电路如图2-7所示。图2-7温度传感器接口此方案硬件电路非常简单，但程序设计复杂一些，但是在课外对DS18B20、字符型液晶显示有所了解，而且曾经在网上看到过此类程序程序设计，并且我已经使用过开发工具KEIL 用C语言对系统进行了程序设计
22、，用单片机开发板对系统进行了测试，达到了预期的结果。由此可见，该方案完成具有可行性，体现了技术的先进性，经济上也没有任何问题。由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一芯片，与单片机连接简单、方便，与AD590相比是更新一代的温度传感器，所以温度传感器采用DS18B20。2.2.4 键盘电路本课题设计采用的键盘模块，其接口原理图如下图2-8所示。其中从上到下按键的功能依次是：功能键，时钟调整加一键，时钟调整减一键，温控开关。图2-8 键盘模块电路3 软件设计3.1功能说明系统的软件主要是采用C语言，对单片机进行变成实现各项功能。主程序对模块进行初始化，而后调用设
23、定温度、测量温度、处理温度、显示、键盘等模块。用的是循环查询方式，来显示和控制温度，主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值并负责调用各子程序,其程序流程如图3-1系统程序流程图。3.2 主程序流程图3-1 流程图4 Protel绘图4.1 Protel软件简介Protel 99 SE是ProklTechnology公司推出的运行于Windows 9X/2000/XP等操作系统之上的电路设计系统，它建立在Protel独特的设计管理器（Design Explorer）基础之上。Protel 99 SE由原理图设计系统、印制电路板设计系统、电路信号仿真和可编
24、程逻辑器件设计系统组成，其中，原理图设计系统和印制电路板设计系统是Protel 99 SE的两大主要组成部分。4.2 原理图绘制用Protel 99se软件绘制带1602液晶显示的智能温控原理图。启动Protel99se，新建一个设计数据库，建立原理图文件，添加元件库，然后从元件列表中选取所需的原件，根据元件的规格对元件进行编辑，合理的放置元件如图4-1所示，最后对元件进行线路连接如图4-2所示。图4-1 放置元件图4-2 带1602液晶显示智能温控的原理图创建PCB文件，根据元器件的大小及现有电路板的大小，设定PCB的大小为3600*2800mil，采用插针式元件，然后调入封装库图和网络列表
25、。图4-3 调入网络表窗口选择好网络表文件，编辑器就首先将网络表变成可执行的宏命令，同时将错误也显示在窗口中，若有错误，需修改，直至完全正确，然后点击”Execute”, 再根据设置的PCB板的大小，合理的布置元件封装的位置，如图4-4所示。图4-4 元件初始位置元件封装的位置合理的布置完之后，要进行手动布线，但要注意以下布线规则。（1）线宽不小于15mil，线间距不小于10mil。为确保安全，线宽要在2530mil，大电流线按照一般布线原则加宽。为布通线路，局部可以到20mil。15mil要谨慎使用。导线间距要大于10mil，焊盘间距最好大于15mil。（2）尽量布成单面板，无法布通时可以考
26、虑跳接线。仍然无法布通时可以考虑使用双面板，但考虑到焊接时要焊两面的焊盘，并排双列或多列封装的元件在toplayer不要设置焊盘。布线时要合理布局，甚至可以考虑调换多单元器件的单元顺序，以有利于布通。尽量使用手工布线，自动布线往往不能满足要求。（3）有0.8mm孔的焊盘要在70mil以上，推荐80mil。否则会由于打孔精度不高使焊盘损坏。（4）孔的直径可以全部设成1015mil，不必是实际大小，以利于钻孔时钻头对准。（5）bottomlayer的字要翻转过来写，Toplayer的正着写。所以根据需要最终设置走线的宽度为电源线底线为60mil，其他线为40mil，设置完毕后，然后进行手动布线，布
27、线图如4-5所示。 图4-5 电路布线图根据生成的PCB板加工成电路板，如图4-6 图4-6 加工好的电路板5 电路仿真5.1 绘制仿真电路图 打开ProteusISIS编辑环境，按表5-1所列的元件清单从元件库中添加元件。添加如图（5-1）表5-1 仿真元件列表元件类型元件名称所属类单片机AT89C52Microprocessor ICs电容CAPCapacitors电阻MINRES*Resistors按键BUTTONSwitches&Relays晶振CRYSTALMiscellaneous三极管NPNtriode排阻RESPACK-8Resistors温度传感器DS18B20sensor电
28、解质电容GENELECT22U35VCapacitors光和耦合器OPTOCOUPLER-NPNoptocoupler二极管1N4001diode可变电阻10kresistors电机MOTORElectromechanical1602液晶显示器ML016LOptoelectronics图5-1 在仿真元件中添加元器件元件完全添加后，在ProteusISIS的编辑区域中画出如图5-2所示的原理图。图5-2 电路原理图5.2 程序调试1、程序设计。创建一文本文件，并改扩展名为“c”，打开后输入程序。2、程序的编译。本设计采用keil软件进行编译。(1) 点击 Project(工程)菜单，选择 Ne
29、w Project（新工程），在文件名中输入您的第一个程序项目名称，假定用test。保存后的文件扩展名为 uv2 ，这时会弹出让你选择单片机型号的对话框，选择ATMEL-AT89C52。如图5-3。图5-3 芯片选择2 汇编源文件的建立：点击 FILE（文件）菜单中的 NEW.（新文件）命令新建一个文本编辑窗口。在里面输入程序，然后点击FILE（文件）菜单中的SAVE（保存）命令保存文件，如图5-4. 图5-4 汇编文件的建立3 点击Target 1（目标1）前面的”+”， 出现Source Group 1，（源程序组1） 选中右键点选”Add files Group Source Group
30、 1”（增加文件到源程序组 1）这时选择文件类型为 Asm，再选中文件，再按Add添加，在随后的提示框中按”确定”。如图5-5。图5-5 添加程序文件4 仿真部份采用Mon51协议，在使用之前应必须对软件项目进行如下设置： 单击Project（工程）菜单，再在下拉菜单中单击options for target target 1（目标1属性） 在下图中选择 output(输出)”Create HEX file”（产生 hex 文件）的选项。如图5-6。图5-6 设置输出5 在Debug（调试）中点选KeilMonitor-51 Driver，同时选中加载代码到仿真器，运行到main0，在“恢复调
31、试设置”中“断点”、“工具栏”、“浏览点”、“储存器显示”也全部钩选上。然后点击“设置” 。如图5-7。图5-7 调试设置7 按以下两个向下小箭头的图标进行编译，（或者按 F7 快捷）编译成功后如会出现下图红箭头所指的文字正在汇编0（错误），0（警告）这里的意思是没有错误， 没有警告。表示编译成功。如图5-8。图5-8 程序编译5.3 仿真结果程序调入完成后，点击第一个按钮就可以进行模拟仿真了，仿真结果如图5-9至5-12。 图5-9 初始界面，测得环境温度为25 图5-10按下温控键的界面 图5-11预定温度设置为31的状态 图5-12置时间通过仿真我们可以很好的观察出LCD1602显示智能
32、温控系统在程序模拟时的工作过程，仿真效果非常好，实现了预期的控制效果。6 硬件电路制作与调试6.1 电路焊接焊接。焊接前，可以对铜箔进行涂锡处理，但切勿用焊锡膏。在焊接元件前，应先用管脚将跳线和过孔焊通。进行锡焊时，必须具备的条件有以下几点： 焊件必须具有良好的可焊性、 焊件表面必须保持清洁、 要使用合适的助焊剂、 焊件要加热到适当的温度、 合适的焊接时间。焊接时可以先焊管脚比较多的元件，如单片机的管脚座，然后再焊排阻的管脚，lcd1602的管脚等，直至全部焊接完成。焊接完成后的电路板如图6-1、6-2所示。图6-1 焊接好的PCB板图6-2 连接好器件的PCB板6.2 电路调试焊接完成后，仔
33、细检查PCB硬件电路板上是否有线路被腐蚀断开的情况，若有及时用焊锡将其连接上，然后装上所有的元器件，完整的电路板连接如图6-6所示，此时就可以进行硬件电路调试了。调试结果如图6-7至6-12所示：、图6-6 电路板连接图利用RF-X1开发板将编写好的程序写入单片机。连接好电源，按下复位键。1602液晶显示屏的初始状态如图6-7。此时屏幕显示的时间为12:01:36，温度传感器处于关闭状态，预设温度为0，测得环境温度为29图6-7 初始显示器的界面由于此时温度传感器的开关没有打开，虽然设定温度低于测得温度，但控制电路的发光二级管也不发光。如图6-8.图6-8 控制电路的状态打开温度传感器按键，此
34、时发光二极管发光。如图6-9。图6-9 控制电路的状态设置预定温度为30，测得环境温度为29如图6-10.预定温度高于测得温度，控制电路不工作，发光二级管不发光如图6-11.图6-10 设定预定温度30，测得温度为29图6-11 控制电路的状态设定时间为16:00:48图6-12.图6-12 设置时间为16点 6.3 调试结果由图6-7到6-12可见，电路调试结果与仿真结果相同，实现了预期的的控制效果，所以设计是令人满意的。 结论经过几周的努力，终于完成了基于单片机的智能温度控制的设计，达到了基本的控制要求。设计可通过控制按键设定温度控制电机的是否运转，还算比较满意。在设计过程中，让我对数字温
35、度传感器、单片机、液晶显示器有了进一步的认识，并且基本上掌握了它们的工作原理，我学到了很多东西。在这几周的设计中，我付出了很多的努力，也收获了许多，虽然遇到了很多问题，但在老师的悉心帮助下和同学的热情帮助下都得到了很好的解决，在此真心的谢谢他们。毕业设计不仅锻炼了我的思考能力，而且动手能力也得到了很大的提升。但更重要的是把原来所学的理论知识与实际的生活联系在了一起，让枯燥乏味的理论知识变的有趣，激发了我对学习的兴趣。当然在毕业设计中，我也暴露了很多问题和不足，如思考问题欠全面等，我会认真的面对这些问题的，相信这会对我以后的学习和工作有很大的帮助。致 谢在论文完成之际，回顾大学的成长道路，我在学
36、业和生活上得到了众多老师、同学和朋友们的热心帮助和大力支持。在此，我要向你们表示我最诚挚的谢意！本论文是在王锋老师的悉心指导下完成的，在此我首先对刁老师表示诚挚的谢意。 在我的整个学习阶段，无论在专业学习，还是在课题研究和论文撰写上，老师都给予了极大的关心、指导和鼓励。王老师求真务实的治学精神、渊博的知识、丰富的实践经验、勇于开拓的科学精神和平易近人的态度，是我终身难忘，并将深深影响我以后的工作和学习，再次感谢老师对我不倦的栽培。在毕业设计期间，教研组的所有老师都给予我非常大的关心和指导，感谢你们。 最后感谢所有对我有过帮助在我人生中知遇的许许多多匆匆过客，愿他们能心想事成。参考文献1 沙占友智能化集成温度传感器原理与应用机械工业出版社，2002.72 马忠梅，籍顺心，张凯等单片机的C语言应用程序设计（第3版）.北京航天航空大学出版社，2004.33 赵亮，侯国锐单片机C语言编程与实例人民邮电出版社， 2003.9 4 付家才单片机控制工程实践技术M北京：化学工业出版社 2004.3.5 刘湘涛江世明单片机原理与应用M. 北京:电子工业出版社,2006. 6 沙占友. 单片机外围电路设计. 北京：电子工业出版社，2003.7 何希才. 传感器及其应用电路. 北京：电子工业出版社，2001.
