毕业设计(论文)基于AT89S51单片机的温度控制系统设计.doc
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1、目录摘 要IABSTRACTII第一章 引言11.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义11.2 温度控制系统的目的11.3 温度控制系统完成的功能2第二章 系统总体设计32.1 元器件基本知识32.1.1 单片机AT89S5132.1.2 模数转换器AD080972.1.3 温度传感器 AD590102.1.4 数码管LED显示器132.2.2 功能15第三章 软件详细设计163.1 流程图163.2 源代码18第四章 实验过程中积累的经验234.1 实验过程中出现的问题及解决方法234.2 ADC0809的CLK信号与单片机的经典接法24总 结25致 谢27参考文献28摘 要温度是日常
2、生活中无时不在的物理量,温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备,如用于热处理的加热炉,用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等,采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点,而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量。因此,智能化温度控制技术正被广泛地采用。本温度设计采用现在流行的AT89S51单片机,配以AD590温度传感器,是一个利用温度来实现简单智能控制的例子。它完成了从温度的采集、转换、显示以及控制的一系列任务。由于时间关系,本文并未深入探讨温度的具体实例。例如根据温度来控制热水器、电风扇等与温度有关的设备
3、。但是它提供了一个通过温度来控制设备的基本思想和原理。相信能在实际应用中为我们的生活带来更大的便利。关键词:AT89S51 模式转换 单片机 控制AbstractTemperature is the ever-present in daily life physical quantities, temperature control in various fields have positive significance. A lot of businesses have a lot of electric heating equipment, such as for heat treatme
4、nt furnace for melting the metal crucible resistance furnace and a variety of different uses of the temperature boxes, using SCM to control them is not only easy to control, Simple, flexibility and other characteristics, but also can greatly improve the temperature was charged with technical indicat
5、ors, which can greatly improve product quality. Therefore, intelligent temperature control technology is being widely adopted.The temperature of the design with the now popular AT89S51 microcontroller, together with the AD590 temperature sensor, is a smart use of simple temperature control example.
6、It completed the acquisition of temperature, conversion, display and control a series of tasks. Because of the time, this article does not explore in depth the temperature of the concrete examples. For example, under temperature control, water heaters, electric fans and other equipment related to te
7、mperature. But it provides a temperature control device through the basic ideas and principles. I believe in practical application to our lives more convenient.Key words: AT89S51 mode conversion SCM control第一章 引言1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义 随着社会的发展,科技的进步,以及测温仪器在各个领域的应用,智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来,温度控制系统已
8、应用到人们生活的各个方面,但温度控制一直是一个未开发的领域,却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况,设计一个温度控制系统,具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一,物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中,像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内,温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如,发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内;许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行;炼油过程中,原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境,许多电子设
9、备就不能正常工作,粮仓的储粮就会变质霉烂,酒类的品质就没有保障。因此,各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见,温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛,在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样,各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。1.2 温度控制系统的目的本设计的内容是温度测试控制系统,控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛,比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视,其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题,本系统设计的目的是实现一种可
10、连续高精度调温的温度控制系统,它应用广泛,功能强大,小巧美观,便于携带,是一款既实用又廉价的控制系统。1.3 温度控制系统完成的功能本设计是对温度进行实时监测与控制,设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能:当温度低于设定下限温度时,系统自动启动加热继电器加温,使温度上升,同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时,停止加温;当温度高于设定上限温度时,系统自动启动风扇降温,使温度下降,同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时,停止降温。温度在上下限温度之间时,执行机构不执行。三个数码管即时显示温度,精确到小数点后一位。第二章 系统总体设计2.1 元器件基本知识2.1.1 单片机AT89S51(1)
11、主要特性 与MCS-51单片机产品兼容 4K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态工作:0Hz33MHz 32个可编程I/O口线 2个16位定时器/计数器 6个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 看门狗定时器 双数据指针 灵活的ISP编程(字或字节模式) 4.0-5.5V电压工作范围(2)内部结构 图2-1 是单片机AT89S51的内部结构总框图。它可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时/计数器和中断逻辑几个部分。 CPU由运算器和控制逻辑构成。其中包括若干特殊功能寄存器。 AT89S51时钟有两种方式产生,即内部方式和外部方式。(如图2-2所示
12、) AT89S51在物理上有四个存储空间:片内/片外程序存储大路、片内/片外数据存储器。片内有256B数据存储器RAM和4KB的程序存储器ROM。除此之外,还可以在片外扩展RAM和ROM,并且和有64KB的寻址范围。 AT89S51内部有一个可编程的、全双工的串行接口。它串行收发存储在特殊功能寄存器SFR的串行数据缓冲器SBUF中的数据。图2-1 AT89S51 内部结构框图 AT89S51共有4个(P0、P1、P2、P3口)8位并行I/O端口,共32个引脚。P0口双向I/O口,用于分时传送低8位地址和8位数据信号;P1、P2、P3口均为准双向I/O口;其中P2口还用于传送高8位地址信号;P3
13、口每一引脚还具有特殊功能(表2-1),用于特殊信号的输入输出和控制信号。 AT89S51内部有两个16位可编程定时器/计数器T0、T1。最大计数值为216-1。工作方式和定时器或计数器的选择由指令来确定。图2-2 AT89S51的时钟电路表2-1 P3口引脚的特殊功引脚号第二功能P3.0RXD(串行输入)P3.1TXD(串行输出)P3.2(外部中断0)P3.3(外部中断1)P3.4T0(定时器外部输入0)P3.5T1(定时器外部输入1)P3.6WR(外部数据存储器)P3.7RD(外部数据存储器) 中断系统允许接受5个独立的中断源,即两个外部中断,两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。(3)
14、外部特性(引脚功能)图2-3 AT89S51引脚图AT89S51芯片有40条引脚,双列直插式封装引脚图如2-3所示: Vcc(40):电源+5V Vss(20): 接地 XTAL1(19)和XTAL2(18):使用内部振荡电路时,用来接石英晶体和电容;使用外部时钟时,用来输入时钟脉冲。 P0口(3932):双向I/O口,既可作地址/数据总线口用,也可作普通I/O口用。 P1口(18):准双向通用I/O口。 P2口(2128):准双向口,既可作地址总线口输出地址高8位,也可作普通I/O口用。 P3口(1017):多用途口,既 可作普通I/O口,也可按每位定义的第二功能操作。 ALE/PROG(3
15、0):地址锁存信号输出端。在访问片外丰储器时,若ALE为有效高电平,则P0口输出地址低8位,可以用ALE信号作外部地址锁存信号。公式(21)fALE=1/6fOSC ,也可作系统中其它芯片的时钟源。第二功能PROG是对EPROM编程时的编程脉冲输入端。 RST/VPD(9):复位信号输入端。AT89S51接能电源后,在时钟电路作用下,该脚上出现两个机器周期以上的高电平,使内部复位。第二功能是VPD,即备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障,降低到低电平规定值时,VPD将为RAM提供备用电源,发保证存储在RAM中的信号不丢失。 EA/Vpp(31):内部和外部程序存储器选择线。EA=0时访问外部
16、ROM 0000HFFFFH;EA=1时,地址0000H0FFFH空间访问内部ROM,地址1000HFFFFH空间访问外部ROM。 PSEN(29):片外程序存储器选通信号,低电平有效。 2.1.2 模数转换器AD0809(1)主要特性 8路8位AD转换器,即分辨率8位。 具有转换起停控制端。 转换时间为100s 单个5V电源供电 模拟输入电压范围05V,不需零点和满刻度校准。 工作温度范围为-4085摄氏度 低功耗,约15mW。(2)内部结构 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器,内部结构如图2-4所示,它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼
17、近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此,ADC0809可处理8路模拟量输入,且有三态输出能力,既可与各种微处理器相连,也可单独工作。输入输出与TTL兼容。图2-4 ADC0809内部结构框图(3)外部特性(引脚功能)寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此,ADC0809可处理8路模拟量输入,且有三态输出能力,既可与各种微处理器相连,也可单独工作。输入输出与TTL兼容。图2-5 ADC0809的引脚图ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,如图2-5所示。下面说明各引脚功能。IN0IN7:8路模拟量输入端。2-12-8:8位数字量输出端。ALE(22):地址锁存允许
18、信号,输入,高电平有效。START(6): AD转换启动信号,输入,高电平有效。EOC(7): AD转换结束信号,输出,当AD转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。 OE(9):数据输出。允许信号,输入,高电平有效。当AD转换结束时,此端输入一个高电平,才能打开输出三态门,输出数字量。 CLK(10):时钟脉冲输入端。典型值为640KHZ。 REF(+)、REF(-):参考电压输入端。Vcc(11):电源,5V。GND(13):地。ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路。如表2-2所示。表2-2 ADDA、ADDB、ADDC模拟通道地址码(
19、4)ADC0809的工作过程首先输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到AD转换完成,EOC变为高电平,指示AD转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。2.1.3 温度传感器 AD590(1)主要特性集成温度传感器AD590实质上是一种半导体集成电路,它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的
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