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 AT89
2、C51 单片机作为主控核心，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
3、、硬件电路仿真。实验结果证明了设计方案的正确性与可行性，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
4、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、
5、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 AT89C2051 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 原理分析控制信号温度值图 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AT89C2051 温度传感器继电器数码管显示按键的温度
6、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
7、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
8、送入 MAX7219 中在后三位显示。如图 5：Y N图 3-2-1 显示程序流程图3.2.2 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;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_nop_();_nop_();_nop_();for(i=0;i8;i+)code1=chch=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(u
9、char addr,uchar number)LOAD=0;_nop_();_nop_();_nop_();Sendchar(addr);_nop_();_nop_();_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
10、 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
11、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
12、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（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。
