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1、课程设计任务书学 院专 业学生姓名班级学号课程设计题目基于单片机温度控制系统设计-显示电路设计实践教学要求与任务:1） 构成单片机温度控制系统2） 显示电路设计3） 实验调试4） THFCS-1现场总线控制系统实验5） 撰写实验报告工作计划与进度安排:1） 第12天，查阅文献，构成单片机温度控制系统2） 第34天，显示电路设计3） 第56天，实验调试4） 第79天，THFCS-1现场总线控制系统实验5） 第10天，撰写实验报告指导教师： 201 年 月 日专业负责人：201 年 月 日学院教学副院长：201 年 月 日摘 要本论文着重阐述了温度控制系统的设计方法，以AT89C51单片机作为主控
2、核心，按键、数码管等较少的辅助硬件电路相结合，采用模块设计，利用软件实现对温度进行控制。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单、软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等优点。论文主要论述了基于单片机的温度控制系统的设计过程。主要工作如下：重点论证了系统方案的选择及其实现方法；全文详细论述了系统的软、硬件电路，其中硬件部分重点介绍了单片机的基本结构和各引脚以及晶振电路、复位电路的工作原理，软件部分重点叙述主程序和子程序的C语言实现；硬件、软件电路调试过程；所有源程序均采用C语言编译，并在Keil uVision2软件里编译、调试；在Proteus环境下实现软、硬件电路仿真。实验结果证明了设计方案
3、的正确性与可行性，以此为理论基础，对我们设计彩灯电路具有很强的使用和参考价值。关键词：温度控制系统；AT89C51单片机；模块设计目录1 绪论22 系统概述32.1设计思路32.2原理分析33.系统软件设计43.1 软件设计主要思路43.2 显示程序流程图及其源代码44.系统调试74.1软件调试74.2软件仿真结果及分析8结束语9附录101 绪论在工业自动化高度发达的今天，对一些过程控制要求很高。传统的度监控一般都采用模拟电路设计。其缺点是：转换速率低，实时性差。抗干扰能力弱，特别是在高频电路中，很容易产生自激。而采用单片机控制能很好弥补以上缺点。a)精度高，实时性强，能及时发现问题。b)采用
4、数字电路，抗干扰能力强。单片微型计算机简称单片机，又称为微控制器（MCU），它的出现是计算机发展史上的一个重要里程碑，它以体积小、功能全、性价比高等诸多优点而独具特色。随着社会的发展、科技的进步，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的控制系统就是其中之一。本温控系统主要以AT89C51单片机作为主控核心，18B20温度传感器和MAX7219驱动芯片为辅以及按键、数码管等较少的其它辅助硬件电路相结合，采用模块设计，利用软件实现对温度进行控制。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单、软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等优点。2 系统概述2.1设计思路运用单片机AT8
5、9C2051对可编程数字温度传感器DS18B20进行编程控制，采集实时温度。通过数码管显示该温度。并设置相应的默认工作温度，当实际温度小于默认工作温度，启动加热装置。另外，通过一些按键，可以调节工作温度，以便适合不同的场所需求。2.2原理分析AT89C2051数码管显示控制信号温度传感器温度值继电器按键 图2-2-1温度监控器结构如图1所示，首先，由单片机送出温度传感器的初始化控制信号，温度传感器进行复位操作。接着发出读温度命令，温度传感器开始工作。并将采集到的温度信号以十六进制代码形式通过AT89C2051引脚送到单片机内部。经过软件将温度信号送到MAX7219，并在数码管上显示。同时，将采
6、集的温度与设定默认温度比较，并通过AT89C2051的P1.4端口控制继电器是否工作。此外，通过外部中断程序调节默认设定温度。3.系统软件设计3.1 软件设计主要思路本系统主要有四部分组成，即温度采集环节，显示环节，继电器控制环节以及调节环节。因此程序也主要由以上四部分组成。程序首先开外中断1，并设置相关参数，其次，测试数码管显示。然后进入一个死循环，即每个三秒用18B20采集一次温度，然后用MAX7219驱动数码管显示采集温度的温度。与此同时，每次采集得到的温度都要与已设定温度进行比较，如果温度小于设定温度，那么接通继电器，是加热装置工作，否则不工作。为了保证调节的灵敏度，故把调节部分放到中
7、断之中。当程序进入中断，那么就可以通过按键增加或减小设定的默认温度，即继电器工作的零界温度。由此完成了整个温度控制系统的设计。3.2 显示程序流程图及其源代码3.2.1显示程序流程图本子程序主要通过MAX7219驱动数码管显示温度的。首先获取要现实的数据，判断数据是否大于零，如果大于0，则symbol=0；否则symbol=1，并取反且在第一位数码管中显示负号。然后，所得到的数据进行处理，并得到个位，十位及小数点后一位，将这些数据送入MAX7219中在后三位显示。如图5：数据处理并在后三位显示结束开始获取要显示数据该数据小于0数据取反并在第一位显示负号 Y N 图3-2-1 显示程序流程图3.
8、2.2显示程序部分源代码/*向MAX7219写入一个字节数据*/void Sendchar(uchar ch)uchar i,code1;_nop_();_nop_();_nop_();for(i=0;i8;i+)code1=ch&0x80;ch=ch1;if(code1)DIN=1;CLK=0;CLK=1;elseDIN=0;CLK=0;CLK=1;/*向MAX7219写入一个字（16位）*/void Sendword(uchar addr,uchar number)LOAD=0;_nop_();_nop_();_nop_();Sendchar(addr);_nop_();_nop_();_
9、nop_();Sendchar(number);_nop_();_nop_();_nop_();LOAD=1;/*MAX7219初始化*/void Start()Sendword(Scanbit,Scannum);Sendword(Decode,Demode);Sendword(Light,Lightgrade);Sendword(Lowpower,Norpw);详细程序见附录4.系统调试4.1软件调试4.1.1 单片机C语言单片机C语言程序设计不同于通用计算机应用程序设计，它必须针对具体的微控制器及外围电路来完成，为了便于学习单片机应用程序设计和系统开发，很多公司退出了单片机实验箱、仿真器和
10、开发板等，这些硬件设备可用于验证单片机程序，开发和调试单片机应用系统。开发8051单片机系统时，使用C语言会使开发周期大为缩短，开发效率大幅提高，程序可读性好且易于移植，所以使用C语言开发单片机系统已经成为必然趋势17。C语言在单片机系统开发中的优势： 用C语言编写的程序可读性强； 在不了解单片机指令系统而仅熟悉8051单片机存储结构时就可以开发单片机程序； 寄存器分配和不同存储器寻址及数据类型等细节可由编译器管理； 程序可分为多个不同的函数，这使程序设计结构化； 函数库丰富，数据处理能力强； 程序编写及调试时间大大缩短，开发效率远高于汇编语言； C语言具有模块化编程技术，已编写好的通用程序模
11、块很容易植入新程序，这进一步提高了程序开发效率。4.1.2 Keil uVision4C51单片机支持HEX文件，我采用的编译器是Keil uVision2软件，该软件是美国Keil Software 公司开发的，关于8051系列MCU的开发工具，是目前世界上最好的51单片机开发工具之一。软件本身支持数百种51系列单片机芯片，可以用来编译C源码，汇编源程序以及两者的混合编程代码，连接重定位目标文件和库文件，创建HEX文件，调试目标程序等，是一种集成化的文件管理编译环境。4.2软件仿真结果及分析 完成单片机系统仿真电路图设计后，即可开始仿真运行单片机绑定的程序文件，双击单片机，打开单片机属性窗口
12、（也可以先在单片机上单击右键，再单击左键，或者选中单片机后按下（Ctrl+E组合键），在“Program Files”项中选择对应的HEX文件。在仿真电路和程序都没有问题时，直接单击Proteus主窗口下的“运行”（Play）按钮，即可仿真运行单片机系统， 在运行过程中如果希望观察内存、24C0X、温度寄存器、时钟芯片等内部数据可在运行时单击“单步”（Step）或“暂停”（Pause）按钮，然后再“调试”（Debug）菜单中打开相应设备。如果要观察仿真电路中某些位置的电压或波形等，可向电路中添加相应的虚拟仪器，例如，电压表、示波器等。结束语通过本次的设计，使我了解了51系列单片机的基本工作原理
13、。以及对其编程的技巧和注意事项等。对自动控制原理有了一个新的认识，学到许多书本上没有的知识。特别是实际动手方面的能力。在此过程中也 遇到很多的困难，经过自己的思考，翻阅资料及老师耐心的讲解问题都 得到了解决。并且把这些经历作为宝贵的经验记录了下来。以便以后查阅。使我学以至用，把书本与实际联系起来。为我们今后的发展打下了坚实的基础。 附录一 基于单片机的温控系统完整程序代码/规定默认设定温度为T0=50度，K0键为开始设置键，K1键为加一度键，K2键为减一度键#include/MAX7219端口定义#include#define uchar unsigned char#define uint u
14、nsigned intsbit DIN=P10;sbit CLK=P11;sbit LOAD=P12;sbit JIDIANQI=P27;/继电器接口sbit K0=P32;sbit K1=P15;sbit K2=P16;sbit K3=P17;sbit DQ =P33; /DS18B20定义单片机数据引脚 #define Noop 0x00#define reg0 0x01#define reg1 0x02#define reg2 0x03#define reg3 0x04#define Decode 0x09#define Light 0x0a#define Scanbit 0x0b#de
15、fine Lowpower 0x0c#define DisplayTest 0x0f#define Lowpw 0x00#define Norpw 0x01#define Scannum 0x03#define Demode 0xff#define Lightgrade 0x0a#define Teststart 0x01#define Testend 0x00 uchar DisBuffer4=0,0,0,0;unsigned int temperature;uchar symbol;unsigned int T_MOREN=0x28; / 规定默认设定温度为T0=40度unsigned i
16、nt T_time;unsigned char key_s, key_v;void delay(unsigned int i) /延时程序 while(i-); Init_DS18B20(void) /DS18B20复位初始化 unsigned char x=0; DQ = 1; delay(8); DQ = 0; delay(80); DQ = 1; delay(14); x=DQ; delay(20);ReadOneChar(void) /读DS18B20的程序 unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i0;i-) DQ = 0
17、; dat=1; DQ = 1; if(DQ) dat|=0x80; delay(4); return(dat);WriteOneChar(unsigned char dat) /写DS18B20的子程序 unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay(5); DQ = 1; dat=1; ReadTemperature(void) /从DS18B20中读出两个字节的温度数据 unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; Init_DS18B20
18、(); WriteOneChar(0xCC); WriteOneChar(0x44); Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); WriteOneChar(0xBE); a=ReadOneChar(); b=ReadOneChar(); t=b; t=8; /进行精度转换 t=t|a;if(t0x0fff)symbol=0;elset=t+1;symbol=1; temperature=t*0.625; return(temperature); /*向MAX7219写入一个字节数据*/void Sendchar(uchar ch)uchar i,code1;_no
19、p_();for(i=0;i8;i+)code1=ch&0x80;ch=ch1;if(code1)DIN=1;CLK=0;CLK=1;elseDIN=0;CLK=0;CLK=1;/*向MAX7219写入一个字（16位）*/void Sendword(uchar addr,uchar number)LOAD=0;_nop_();Sendchar(addr);_nop_();Sendchar(number);_nop_();LOAD=1;/*MAX7219初始化*/void Start()Sendword(Scanbit,Scannum);Sendword(Decode,Demode);Sendw
20、ord(Light,Lightgrade);Sendword(Lowpower,Norpw); /温度显示-void text_start()/第一次使用数码管测试Start();Sendword(DisplayTest,Teststart);delay(3000000);Sendword(DisplayTest,Testend);temperature_view(uint temperature_x)DisBuffer1=temperature_x/100;DisBuffer2=(temperature_x%100)/10;DisBuffer3=temperature_x%10;if(sym
21、bol=0) DisBuffer0=0x0f;else DisBuffer0=0x0a;if(DisBuffer1=0x00)DisBuffer0=0x0f;if(DisBuffer1=0x00)DisBuffer1=0x0f;Sendword(reg0,DisBuffer0);Sendword(reg1,DisBuffer1);Sendword(reg2,DisBuffer2);Sendword(reg3,DisBuffer3);void delayms(uint ms)/ 延时子程序,单位为msunsigned char i;while(ms-)for(i = 0; i 120; i+);
22、bit scan_key()key_s = 0x00;key_s |= K3;key_s = 1;key_s |= K2;key_s = 1;key_s |= K1;return(key_s key_v);/INT0中断服务程序 int0() interrupt 0 using 0temperature_view(T_MOREN);key_v = 0x07;for(;)if(scan_key()delayms(10);if(scan_key()key_v = key_s;if(key_v & 0x01) = 0)/ K1加一 T_MOREN=1+T_MOREN; temperature_vie
23、w(T_MOREN);else if(key_v & 0x02) = 0)/ K2减一 T_MOREN=T_MOREN-1; temperature_view(T_MOREN);else if(key_v & 0x04) = 0)/K3退出goto EXIT; EXIT:temperature_view(T_time);void main(void) EA=1; /开中断总开关EX0=1; /允许INT0中断IT0=1; /下降沿产生中断 /延时3秒，重新测定一次温度，并用数码管显示，同时控制继电器的开关text_start();/第一次使用数码管测试while(1)T_time=ReadTemperature(); /温度值传给T_timetemperature_view(T_time);/显示温度if(T_timeT_MOREN) /判断继电器是否工作，当温度小于T0时，继电器导通JIDIANQI=1;elseJIDIANQI=0;delayms(30); /延时三秒，即每三秒扫描一次，显示一次二 基于单片机的温控系统仿真图 如下图为基于单片机的温控系统部分仿真图 图 基于单片机的温控系统仿真图
