基于单片机的温度采集与控制设计

I毕业论文基于单片机的温度采集与控制设计论文作者专业学号班级指导教师：II摘要随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。采用单片机对温度进行控制,不仅具有控制方便和组态简单的优点,而且可以提高被控温度的技术指标。温度检测是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。现代电子工业的飞速发展对自动测试的要求越来越高。采用单片机对温度进行控制,不仅具有控制方便和组态简单的优点,而且可以提高被控温度的技术指标。随着科学技术的发展，由单片集成电路构成的温度传感器的种类越来越多，测量的精度越来越高，响应时间越来越短，因其使用方便、无需变换电路等特点已经得到了广泛的应用。本文正是介绍了一种基于DS18B20单片机温度采集系统的硬件结构及汇编程序。该装置采用硬件有8051，DS18B20，LED。且具有显示精度高、价格低廉、结构简单、扩展方便和应用广泛等一系列优点。关键词：单片机，温度传感器，LED数码管III目录摘要..............................................II1单片机的概述........................................11.1什么是单片机.........................................11.2单片机的特点.........................................21.3单片机的应用领域.....................................31.4单片机的发展趋势.....................................42硬件介绍...........................................52.18051简介...........................................52.2DS18B20简介........................................72.3DS18B20与单片机的接口电路............................82.4数码管简介...........................................92.5数码管与单片机的接口电路............................113系统功能与设计........................................113.1温度采集与控制系统功能介绍.........................133.2温度采集与控制系统硬件设计.........................133.3温度采集与显示软件设计.............................133.4温度控制软件设计...................................13结束语.................................................23参考文献...............................................24致谢..............................................2511单片机的概述1.1什么是单片机单片机与现代微型计算机一样，系统结构均采用冯·诺依曼提出的“存储程序”思想，即程序和数据都被存放在内存中，采用二进制代替十进制进行运算和存储程序。人们将计算机要处理的数据和运算方法、步骤，事先按计算机要执行的操作命令和有关原始数据编织成程序（二进制代码），存放在计算机内部的存储器。，计算机在运行时能够自动地，连续地从存储器中取出并执行，不许人工加以干预。通常最基本的单片机由以下几部分组成：……中断中央处理器CPU内部总线程序存储器ROM数据存储器RAM各种I/O定时器/计数器CTC时钟OSC图1-1单片机的典型结构框图(1)中央处理器单片机中的中央处理器CPU和通用微处理器基本相同，由运算器和控制器组成，另外增设了“面向控制”的处理功能，如位处理、查表、多种跳转、乘除法运算、状态检测、中断处理等，增强了实时性。(2)存储器单片机的存储空间有两种基本结构。一种是普林斯顿结构（Princeton），将程序和数据合用一个存储器空间，即ROM和RAM的地址同在一个空间里分配不同的地址。CPU访问存储器时，一个地址对应惟一的一个存储单元，可以是ROM，也可以是RAM，用同类的访问指令。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为哈佛（Harvard）结构。CPU用不同的指令访问不同的存储器空间。由于单片机实际应用中“面向控制”的特点，一般需要较大的程2序存储器。目前，包括MCS-51和80C51系列的单片机均采用程序存储器和数据存储器截然分开的哈佛结构。①数据存储器（RAM）在单片机中，用随机存取的存储器（RAM）来存储数据，暂存运行期间的数据、中间结果、缓冲和标志位等，所以称之为数据存储器。一般在单片机内部设置一定容量（64B～256B）的RAM，并以高速RAM的形式集成在单片机内，以加快单片机的运行速度。同时，单片机内还把专用的寄存器和通用的寄存器放在同一片内RAM统一编址，以利于运行速度的提高。对于某些应用系统，还可以外部扩展数据存储器。②程序存储器（ROM）单片机的应用中常常将开发调试成功后的应用程序存储在程序存储器中，因为不再改变，所以这种存储器都采用只读存储器ROM的形式。(3)并行I/O口单片机为了突出控制的功能，提供了数量多、功能强、使用灵活的并行I/O口。使用上不仅可灵活地选择输入或输出，还可作为系统总线或控制信号线，从而为扩展外部存储器和I/O接口提供了方便。(4)串行I/O口高速的8位单片机都可提供全双工串行I/O口，因而能和某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相连接。(5)定时器/计数器在实际的应用中，单片机往往需要精确地定时，或者需对外部事件进行计数，因而在单片机内部设置了定时器/计数器电路，通过中断，实现定时/计数的自动处理。1.2单片机的特点(1)小巧灵活，成本低，易于产品化，有优异的性能价格比(2)集成度高，由很高的可靠性，能在恶劣的环境下工作。单片机吧功能部件集成在一块芯片内部，缩短和减少了功能部件之间的连线，提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。(3)控制功能强，特别是集成了功能接口电路，使用更方便，更有效。指令面3向控制对象，可以直接对功能部件进行操作，易于实现从简单到复杂的各类控制任务。(4)低功耗，低电压，便于生产便携式产品。单片机所具有的以上显著特点，使它在各个领域都得到广泛应用，从日常的智能化家电产品到专业的智能仪表，从单个的实时测控系统到分布式多机系统以及嵌入式系统。使用单片机已经成为各个行业提高产品性能，降低生产成本，提高生产效率的重要手段。例如交通灯，霓虹灯控制，广场上的计时牌等系统中都用到了单片机控制[1]。1.3单片机的应用领域由于单片机功能的飞速发展，它的应用范围日益广泛，已远远超出了计算机科学的领域。小到玩具、信用卡，大到航天器、机器人，从实现数据采集、过程控制、模糊控制等智能系统到人类的日常生活，到处都离不开单片机。其主要的应用领域如下：(1)在测控系统中的应用单片机可以用于构成各种工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等。例如，工业上的锅炉控制、水闸自动控制、及军事上的雷达、导弹系统等。(2)在智能化仪器仪表中的应用单片机应用于仪器仪表设备中促使仪器仪表向数字化、智能化、多功能化和综合化等方向发展。单片机的软件编程技术使长期以来测量仪表中的误差修正阿、线性化的处理等难题迎刃而解。(3)在机电一体化中的应用单片机与传统的机械产品结合使传统的机械产品结构简化，控制走向智能化，构成新一代的机电一体化产品。这是机械工业发展的方向。(4)在智能接口中的应用计算机系统，特别是较大型的工业测控系统中采用单片机进行接口的控制管理，单片机与主机并行工作，可大大提高系统的运行速度。如数字滤波、误差修正、线性化处理等。(5)在人类生活中的应用单片机由于其价格低廉、体积小巧，被广泛应用在人类生活的诸多场合，如4洗衣机、空调器、视听音响设备、信用卡、楼宇防盗系统等。单片机将使人类的生活更加方便舒适，丰富多彩。1.4单片机的发展趋势由于8位机价格便宜，且在速度与功能上逐步与16位机逼近，可以预计，在未来很长时间内，8位单片机仍将是单片机的主流机型。从发展的趋势来说，单片机正朝着低功耗微型化方向发展。(1)低功耗CMOS化在许多应用场合，单片机不仅要由很小的体积，而且还需要较低的工作电压和绩效的功耗。现在各个单片机制造商基本都采用了CMOS工艺，并设有空闲和掉电两种工作方式。(2)内部资源丰富，外围电路内装化，整体微型化近年来，世界各大半导体厂商热衷于开发增强型8位单片机，片内新增了A/D和D/A转换器，监视定时器，DMA通道和总线接口等。有些厂家还把晶振和LCD驱动电路集成到芯片之中，还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。片内资源丰富，功能强大，构成单片机控制系统的硬件开销越来越少。(3)大容量,高性能单片机片内存储器的容量进一步扩大，存储器种类也从普通的ROM或EPROM向FLASH方向发展，具有在线编程功能。CPU字长增加，总线速度提高，硬件功能扩充，指令执行速度加快。对外部存储器，I/O口寻址能力增强，更利于系统的扩展和开发。52硬件介绍2.18051简介如图1—2所示为8051的管脚图(一)引脚简要说明(1)主电源引脚Vcc和Vss◆Vcc（40脚）：主电源接＋5V◆Vss（20脚）：接地(2)时钟电路引脚XTAL1和XTAL2◆XTAL2（18脚）：接外部晶体振荡器的一端。片内是一个振荡电路反相放大器的输出端。◆XTAL1（19脚）：接外部晶体振荡器的另一端。片内是一个振荡电路反相放大器的输入端。6(3)控制信号RST/Vpd、ALE/(/PROG)、/PSEN和(/EA)/Vpp◆RST/Vpd（9脚）：复位端。高电平有效，宽度在24个时钟周期宽度以上，使单片机复位。该引脚有复用功能，Vpd为备用电源输入端，防止主电源掉电。◆ALE/（/PROG）（30脚）：地址锁存信号端。访问片外存贮器时，ALE作低八位地址的锁存控制信号。平时不访问片外存贮器时，该端以六分之一的时钟振荡频率固定输出脉冲。ALE端负载驱动能力为8个LSTTL门。该引脚有复用功能，为片内程序存贮器编程（固化）的编程脉冲输入。◆/PSEN（29脚）：片外程序存贮器读选通信号端。负载能力为8LSTTL门。◆(/EA)/Vpp（31脚）：/EA端接高电平时，CPU取指令从片内程序存贮器自动顺延至片外程序存贮器。/EA端接低电平时，CPU仅从片外程序存贮器取指令。该引脚有复用功能，Vpp为片内程序存贮器编程时的编程电压。(4)输入/输出引脚P0、P1、P2和P3口◆P0.0～P0.7（39～32脚）：访问片外存贮器时作为低八位地址线和八位数据线（复用）。负载能力为8个LSTTL门。◆P1.0～P1.7（1～8脚）：8位准双向I/O口。负载能力为3个LSTTL门。◆P2.0～P2.7（21～28脚）：访问片外存贮器时作为高八位地址线。◆P3.0～P3.7（10～17脚）：8位准双向I/O口。负载能力为3个LSTTL门。另外还有专门的第二功能[2](二)P3口的第二功能◆P3.0（10脚）：RXD（串行口输入端）◆P3.1（11脚）：TXD（串行口输出端）◆P3.2（12脚）：/INT0（外部中断0输入端）7◆P3.3（13脚）：/IN