单片机课程设计

本设计以at89s51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片ds18b20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：

温度检测电路、温度控制电路、pc机与单片机串口通讯电路和一些接口电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：

数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。

关键词：at89s51单片机 ds18b20温度芯片温度控制串口通讯。

this design take at89s51 monolithic integrated circuit as core temperature control system's principle of work and design method. the temperature signal by the temperature chip ds18b20 gathering, and transmits by digital signal's way for the monolithic integrated circuit. in the article introduced this control system's hardware part, including:

temperature examination electric circuit, temperature-control circuit, pc machine and monolithic integrated circuit serial port communication channel and some interface circuit. the monolithic integrated circuit through carries on corresponding processing to the signal, thus realizes the temperature control goal. in the article also emphatically introduced the software design part, uses the modular structure in here, the main module includes:

nixietube display sequence, keyboard scanning and pressed key disposal procedure, temperature signal processing procedure, black-white control procedure, excess temperature warning procedure.

keywords：at89s51 monolithic integrated circuit ；ds18b20 temperature chip；temperature control；serial port communication

温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中，如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大，滞后现象严重，存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致控制系统性能不佳，甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。

控制领域还大量采用传统的pid控制方式，但pid控制对象的模型难以建立，并且当扰动因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器ds18b20，因其内部集成了a/d转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器ds18b20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。

由于ds18b20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器ds18b20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器ds18b20进行范围的温度检测。

设计基于单片计算机的温度控制器，用于控制温度。具体要求如下：

1. 温度连续可调，范围为0℃-40℃

2. 超调量σ%≤20%

3. 温度误差≤±0.5℃

4. 人-机对话方便

2.2工作原理。

温度传感器 ds18b20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机 at89s51 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备 (压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) 。

当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。

系统中将通过串口通讯连接pc机存储温度变化时的历史数据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。

2-1工作原理图。

ds18b20是dallas公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（按9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚to-92小体积封装形式，温度测量范围－55～＋125℃，可编程为9～12位a/d转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个ds18b20可以并联到三根或者两根线上，cpu只需一根端口线就能与多个ds18b20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出ds18b20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。

综上，在本系统中我采用温度芯片ds18b20测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。

该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。

图4-1温度芯片ds18b20

at89s51 是一个低功耗，高性能cmos 8位单片机，片内含8k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写1000次的flash只读程序存储器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构，芯片内集成了通用8位**处理器和isp flash存储单元，功能强大的微型计算机的at89s51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。at89s51具有如下特点：40个引脚，4k bytes flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（ram），32个外部双向输入/输出（i/o）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。

此外，at89s51设计和配置了振荡频率可为0hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，cpu暂停工作，而ram定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有pdip、tqfp和plcc等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

由于系统控制方案简单 ,数据量也不大 ,考虑到电路的简单和成本等因素 ,因此在本设计中选用 a tmel 公司的 a t89s51单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 a t89s51芯片内含有4 kb的 e2prom ,无需外扩存储器 ,电路简单可靠 ,其时钟频率为 0～24 mhz ,并且**低廉 ,批量价在 10元以内。

其主要功能特性：

兼容mcs-51指令系统4k可反复擦写(>1000次）isp flash rom

32个双向i/o口4.5-5.5v工作电压。

2个16位可编程定时/计数器时钟频率0-33mhz

全双工uart串行中断口线 128x8 bit内部ram

2个外部中断源低功耗空闲和省电模式。

中断唤醒省电模式3级加密位。

看门狗（wdt）电路软件设置空闲和省电功能。

灵活的isp字节和分页编程双数据寄存器指针

可以看出at89s51提供以下标准功能：4k字节flash闪速存储器，节内部ram，32个i/o口线，看门狗（wdt），两个数据指针，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时， at89s51可降至0hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止cpu的工作，但允许ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在ram中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。

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