本科課程設(shè)計報告理工大學(xué)《單片機(jī)應(yīng)用與仿真訓(xùn)練》設(shè)計報告基于51片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計word文檔可自由復(fù)制編輯理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告摘要本設(shè)計是一個基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)該設(shè)計可以方便地實現(xiàn)溫度采集、溫度顯示等功能。本設(shè)計的溫度控制部分采用單片機(jī)完成。單片機(jī)有著體積小、功耗低、功能強(qiáng)、性能價格比高、使用電子元件較少、內(nèi)部配線少、制造調(diào)試方便等顯著優(yōu)點，將其用于溫度檢測和控制系統(tǒng)中可大大地提高控制質(zhì)量和自動化水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價值。利用單片機(jī)對溫度進(jìn)行測控的技術(shù)，日益得到廣泛應(yīng)用。在眾多的溫度控制系統(tǒng)中，測溫元件常常選用熱敏電阻、半導(dǎo)體測溫二極管、三極管、集成溫度傳感器等。相比而言，集成溫度傳感器具有線性好、穩(wěn)定度高、互換性強(qiáng)、易處理等突出優(yōu)點，故在許多場所得到了廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)中單片機(jī)作為下位機(jī)，完成測溫任務(wù)，并通過與單片機(jī)連接的鍵盤可以實時設(shè)定測控溫度的下限。本系統(tǒng)還可以連接相應(yīng)的外圍加熱電路，當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定下限溫度時，單片機(jī)發(fā)出的指令，加熱器起動對環(huán)境進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度回升到下限溫度時加熱器停止加熱。為了便于操作，還設(shè)計一個簡單的操作面板，它主要由鍵盤與按鈕開關(guān)組成，通過操作面板可以進(jìn)行系統(tǒng)的開停、、設(shè)置溫度下限告警值等。鍵盤輸入部分采用了鍵盤專用IC74C922,簡化了軟件編程，用起來非常方便。系統(tǒng)軟件主要由初始化程序、主程序、監(jiān)控顯示程序等組成。其中初始化程序是對單片機(jī)的接口工作方式，A/D轉(zhuǎn)換方式等進(jìn)行設(shè)置；顯示程序包括對顯示模塊的初始化、顯示方式設(shè)定及輸出顯示；主程序則完成對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。該設(shè)計應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，同時采用單片機(jī)技術(shù)，由于單片機(jī)自身功能強(qiáng)大，因而系統(tǒng)設(shè)計簡單，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)，也可在此基礎(chǔ)上加入通信接口電路，實現(xiàn)與上位機(jī)之間的通信。word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告目錄...........................................................................................................................................................................................................................................52.1系統(tǒng)...............................................................................................................2.2單片.......................................................................................52.3電源...........................................................................................................2.4................................................................................................................52.5晶振...........................................................................................................2.6數(shù)碼...........................................................................................................2.7溫度................................................................................................................2.8DS18B20....................................................................................................8DS18B20的主................................................................................................83軟件設(shè)計...............................................................................................................................93.1控制...................................................................................................................93.2DS18B20..................................................................................................10DS18B20的初..........................................................................................10DS18B20的寫..................................................................................................10DS18B20的讀..................................................................................................113.3程序.....................................................................................................................12..............................................................................................................14......................................................................................................................16.................................................................................................................................17....................................................................................................................................................................................................................................word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告1概述1971公司霍夫研制出世界上第一塊四位的微處理芯片芯片，標(biāo)志著第一代微處理器問世，單片機(jī)從此開始了它的發(fā)展歷程。單片機(jī)誕生于20紀(jì)70代末，經(jīng)歷了SCM、MCUSOC三大階段。世紀(jì)80年代初，公司在系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了系列8位高檔單片機(jī)。列單片機(jī)無論是片內(nèi)容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了很大的提高。從1993年到現(xiàn)在，單片機(jī)正發(fā)展在第四階段。單機(jī)的發(fā)展趨勢將是向著大容量、高性能化、低功耗化、外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。因此它廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：在智能儀器儀表上、工業(yè)控制中、家用電器中、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中、在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中、在各種大型電器中的模塊化中的應(yīng)用。溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。溫度是一個十分重要的物理量對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高,們也迫切需要檢測與控制溫度:大氣及空調(diào)房中溫度的高低,直接影響著人們的身體健康;在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線上環(huán)境溫度不適當(dāng)會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測，設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。因此準(zhǔn)確的測量溫度對我們的生活生產(chǎn)等至關(guān)重要。本次設(shè)計就是將兩者結(jié)合，利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計了這一溫度監(jiān)控系統(tǒng)。它是基于單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)，同時結(jié)合溫度傳感器的模擬采集并通過三位數(shù)碼管顯示實時測出的溫度值，可完成每一秒測一次，測得溫度在-—度的設(shè)計要求。word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計2.1系統(tǒng)原理框圖該系統(tǒng)的原理框圖如圖2-2所示：數(shù)碼管顯示數(shù)字溫度傳器電熱絲

51單片機(jī)按鍵操作繼電器圖2-1系統(tǒng)原理框圖

集成運放三極管放大2.2單片機(jī)及輸入輸出模塊選型在該題目當(dāng)中，單片機(jī)選用STC89C52，溫度檢測模塊采用DS18B20作為溫度傳感器對水溫進(jìn)行實時檢測，溫度顯示模塊選用兩個四位一體共陽極數(shù)碼管，分別顯示實際溫度和目標(biāo)溫度。2.3電源模塊的選擇由于單片機(jī)輸出的是電平信號，因此對單片機(jī)單獨提供5V電源。該電源可以由交流電源經(jīng)整流、降壓和穩(wěn)壓后獲得。對繼電器線圈端子提供經(jīng)5V放大后的8V電源供電，觸頭端子直接接入電源。2.4I/O地址分配將單片機(jī)P0口作為實際水溫的段選端，P2口作為目標(biāo)水溫的段選端。P1作為位選端，其中P1.0作為實際水溫位選，P1.7作為目標(biāo)水溫位選。P3口主要作為信號指示以及讀取溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)使用。單片機(jī)引腳分配word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告圖如圖2-1所示：圖2-2單片機(jī)引腳圖2.5晶振及復(fù)位電路該系統(tǒng)中單片機(jī)外部晶振選為11.0592MHZ，通過兩個電容與和XTAL2引腳連接構(gòu)成單片機(jī)的外部時鐘電路如圖2-3所示。圖2-3單片機(jī)外部時鐘電路復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。該系統(tǒng)復(fù)位電路由RC微分電路產(chǎn)生的脈沖來實現(xiàn)，電路如圖2-4所示，按下開關(guān)即可產(chǎn)生復(fù)位信號，通過導(dǎo)線引入單片機(jī)引腳即可發(fā)生復(fù)位。word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告圖2-4單片復(fù)位電路2.6數(shù)碼管驅(qū)動電路該系統(tǒng)選擇四位一體的共陽極數(shù)碼管作為溫度顯示元件。通過測試，我們發(fā)現(xiàn)單片機(jī)上電后輸出電流不能達(dá)到要求，導(dǎo)致數(shù)碼管顯示亮度不夠，因此在本電路中對位選端加了三極管驅(qū)動電路。如圖2-5所示：圖2-5數(shù)碼管驅(qū)動電路2.7溫度顯示模塊由P0口控制實際水溫的段選，口控制目標(biāo)水溫的段選。P1口作為位選端，其中P1.0作為實際水溫位選，P1.4作為目標(biāo)水溫位選。顯示模塊如圖2-6所示。word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告圖2-6溫度示模塊2.8DS18B20溫度傳感器的主要特性適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍為3.0～，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)溫范圍－55℃～＋125℃，在-10℃時精度為0.5可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、℃和℃，可實現(xiàn)高精度測溫在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線串行傳送給CPU，同時可傳送校驗碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告3軟件設(shè)計3.1控制流程圖程序控制流程圖如圖3-1所示：開始單片機(jī)口始化DS18B20初化數(shù)碼管顯示始化讀取水的實溫度實際溫度是低于目標(biāo)溫度？Y

N控制繼電器通，進(jìn)行熱實際溫度是高于設(shè)定的最大度？Y啟動報警裝，同時控繼電器關(guān)斷進(jìn)行降溫結(jié)束

N

控制繼電器斷，進(jìn)行溫實際溫度是低于設(shè)定的最小度？Y啟動報警裝，同時控繼電器導(dǎo)通進(jìn)行加熱結(jié)束

N圖3-1程序程圖word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告3.2DS18B20的軟件設(shè)計的初始化程序先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。延時（該時間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點）（3）數(shù)據(jù)線拉到低電平“0。（4）延時750微秒（該時間的時間范圍可以從480到960微秒）。（5）數(shù)據(jù)線拉到高電平“1。延時等待（如果初始化成功則在15到毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20所返回的低電平“”。該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行等待，不然會使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時控制）。若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時間算起）最少要微秒。將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。/*

*****************DS18B20初始化****************/Init_DS18B20(void){DQ1;DQ0;delay(80);DQ1;delay(14);x=DQ;delay(20);}的寫操作

復(fù)位//做延時//片機(jī)將DQ拉低//確延時大于480us//高總線//做延時后如果則初始化成功數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。延時確定的時間為15微秒。按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。（4）延時時間為45微秒。（5）將數(shù)據(jù)線拉到高電平。-10word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告（6）重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。（7）最后將數(shù)據(jù)線拉高。/*

*************

向DS18B20寫命令***************/WriteOneChar(unsigned{i=0;for(i=8;i>0;i--){DQ0;DQDQ1;}//delay(4);}的讀操作將數(shù)據(jù)線拉高“1”延時2微秒。將數(shù)據(jù)線拉低“0”延時15微秒。將數(shù)據(jù)線拉高“1”延時15微秒。讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。延時30微秒。DS18B20溫度值格式表，如表2-1所示。這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個比特的中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于，這5位為0只要將測到的數(shù)值乘于即可得到實際溫度；如果溫度小于，這位為，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為，的數(shù)字輸出為FE6FH，-55℃的數(shù)字輸出為。-11word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告表3-1DS18B20溫度值格式//DS18B20程序讀取溫度{intt=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);WriteOneChar(0xBE);前兩個就是溫度t=b;t=t|a;

//過讀序號列號的操作//動溫度轉(zhuǎn)換//過讀序號列號的操作//取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器）//八位//八位//并高八位和低八位return(t);}此函數(shù)得到的值為溫度值，最小分度為0.0625，其中低四位為小數(shù)部分一度分為16等分）。中間七位為其整數(shù)部分，高五位為符號位，若高五位為0則說明得到的溫度為正數(shù)。若高五位為，則說明得到的溫度為負(fù)數(shù)。3.3程序調(diào)試在整個系統(tǒng)調(diào)試過程中，由于時間倉促沒有來得及做實物。最終通過仿真軟件進(jìn)行仿真，得到的結(jié)果和預(yù)想的結(jié)果一致。-12word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告調(diào)試步驟如下：先在仿真軟件中搭建硬件電路；根據(jù)設(shè)計思想和硬件電路在Keil2中編寫程序代碼，調(diào)試通過并生成hex文件；雙擊仿真電路中的單片機(jī)，將.hex文件下載到單片機(jī)中，然后運行觀察結(jié)果。-13word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告4Proteus軟件仿真在該電路中，D1代表加熱指示燈，代表電源指示燈，D4代表冷卻指示燈，D5代表報警指示燈，利用燈泡L1代表加熱器，電動機(jī)代表冷卻裝置。整個設(shè)計結(jié)果分為三個部分，分別是實際溫度高于設(shè)定的目標(biāo)溫度、實際溫度低于目標(biāo)溫度、目標(biāo)溫度高于或低于設(shè)定的溫度范圍。1.當(dāng)水的實際溫度低于目標(biāo)溫度時，指示燈D1亮，加熱器開始加熱，同時將單片機(jī)P3.4口置，使三極管斷開，關(guān)閉D4及冷卻裝置。仿真結(jié)果如圖所示。圖4-1實際溫度高于目標(biāo)溫度時的工作狀態(tài)2.當(dāng)水的實際溫度高于目標(biāo)溫度時，指示燈D1不亮，加熱器停止加熱，同時將單片機(jī)P3.4口置，使三極管導(dǎo)通，點亮D4指示燈，電動機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，對水進(jìn)行降溫處理。仿真結(jié)果如圖4-2所示：-14word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告圖4-2實際度低于目標(biāo)溫度時的工作狀態(tài)3.當(dāng)設(shè)定的目標(biāo)溫度超過或者低于設(shè)定的溫度范圍時（℃），啟動報警裝置，同時報警指示燈D5發(fā)光，并且啟動制冷裝置。仿真結(jié)果如圖所示:圖目標(biāo)溫低于設(shè)定溫度范圍的工作狀態(tài)-15word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告5課程設(shè)計體會此次課程設(shè)計考查了我們設(shè)計電路的能力和動手能力。從中我學(xué)到了很多東西。設(shè)計上的電路在實際中運用可能不是像仿真那樣理想，由于元件的誤差及元件的大小在實際中沒有很好的匹配，所以按照設(shè)計的電路焊出來的實物在調(diào)試過程中遇到了一些問題，但我都一步一步地解決了。通過這次課程設(shè)計，我學(xué)會了如何使用仿真軟件以及Keil編程軟件，進(jìn)一步鞏固了以前學(xué)過的單片機(jī)以及數(shù)、模電知識。最重要的是通過這次課程設(shè)計我深深體會到能把所學(xué)的知識運用到實踐中才是真正掌握。這次的課程設(shè)計時間有些倉促，并且相關(guān)的知識掌握得不到位，但隨著設(shè)計的深入，發(fā)現(xiàn)所學(xué)的知識在我設(shè)計的電路中得到了很好的運用，在課程設(shè)計的同時，鞏固和掌握了現(xiàn)學(xué)的知識，這才是設(shè)計的目的。特別是在電路調(diào)試成功的那一刻，出現(xiàn)了我所預(yù)料的現(xiàn)象，著實讓我高興了一番，自己所設(shè)計的東西沒有白費，并且從中獲得了知識，是一件很開心的事。這只是一次簡單的課程設(shè)計，只是一個開始，設(shè)計的東西在實際中的運用還尚欠缺，但從中我學(xué)到了遇到困難要解決，不能浮躁，要靜心，耐心，細(xì)心的做事，堅持下去，總能看到成功的曙光。-16word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告參考文獻(xiàn)[1]華王思明張金敏單片機(jī)原理及應(yīng)用.蘭州：蘭州大學(xué)出版社，[2]志宏杜麗霞崔用明.模擬電子技術(shù).州：蘭州大學(xué)出版社，2003.[3]華范多旺魏文軍侯濤.計算機(jī)控制系統(tǒng).京：機(jī)械工業(yè)出版社，-17word文檔可自由復(fù)制編輯附1：源程序代碼#include<reg51.h>#defineuintint#defineunsignedup=P3^7;

河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告//碼管1斷碼控//碼管2段碼控//源指示燈//鳴器//電器控制位//鍵操作端口//熱指示燈端口//度傳感器端口/**************度小數(shù)部表***********/codeditab[16]=0x08,0x08,0x09,0x09};/*******

共陽極數(shù)碼顯示表

********/unsignedchar0x99,0x92,0x82,0XD8,/******陽極碼管帶小數(shù)點)顯示表******/unsignedchar0x00,0x10,};delay_1(uintz);intb=0,k,wendu_1,mubiao=200;-18word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告pwm=0,r=0,q=0;uintt=0;/**********延時數(shù)***********/inti){while(i--);}/**********DS18B20初始化**********/Init_DS18B20(void){unsignedcharx=0;=1;=0;=1;x=DQ;

//DQ位//做延時//片機(jī)將DQ拉低//確延時大于//高總線//做延時后如果x=0則初始化成功x=1則初始失敗}/********讀入據(jù)********/ReadOneChar(void){i=0;=0;for(i=8;i>0;i--){=0;dat>>=1;=1;}

//脈沖信//脈沖信}/*********DS18B20寫令*********/WriteOneChar(unsignedchardat)-19word文檔可自由復(fù)制編輯河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告{i=0;for(i=8;i>0;i--){=0;==1;dat>>=1;}}/*******DS18B20程序讀溫度*********{b=0;uintt=0;

*/WriteOneChar(0x44);WriteOneChar(0xBE);t=b;t<<=8;

//過讀序列號的操作//動溫度轉(zhuǎn)換//過讀序號列號的操作//取溫度寄存器等，前兩就是溫度//八位//八位//并高八位和低八位}/**********當(dāng)前度顯示************/xianshi(){intx;intzhenshu;intintwendu_1=ReadTemperature();