基于单片机的温度测量与控制系统.

课程设计报告

课程名称综合电子设计

题目基于单片机的温度测量与控制系统指导教师

设计起止日期

系别

专业

学生姓名

班级/学号

成绩

目录

一．摘要 (2)

二．功能介绍 (3)

1，基本要求 (3)

2，硬件设计要求及思路 (3)

3，系统结构 (3)

三，方案论证与比较 (3)

1，使用DE2开发板设计 (3)

2，使用单片机设计思路 (4)

四，系统设计 (4)

1，主控制部分AT89S51的设计方案 (5)

2，温度测量设计方案 (10)

五，单元电路设计 (13)

1，最小系统 (13)

2,温度采集 (14)

3,显示电路 (14)

六，软件设计 (15)

七，结束语 (15)

1，实验总结 (15)

2,设计心得与体会 (16)

八，参考文献 (17)

九，附录 (18)

摘要

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

二，功能介绍

1，基本要求

（1）温度设定范围为20－30oC，最小区分度为1oC。

（2）环境温度超温时，接通制冷装置；低于等于设定温度时，断开制冷装置。用LED表示制冷装置的接通/断开状态。

（3）用数码管显示环境的实际温度，温度显示范围0-99oC，显示精度为小数点后1位。

2，硬件设计要求及思路

要求设计单片机（AT89S51）最小系统，并在此基础上完成对温度传感器DS18B20的读写操作，实现温度测量功能，温度实时显示功能，要求所设计系统具备报警温度设置功能。对超过设置温度值的状态进行报警和相应控制操作（本次使用LED表示相应的控制操作）。

单片机的选择在整个系统设计中至关重要，要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求，本课题选择AT89S51作为主控芯片。

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k 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位中央处理器和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。

3，系统结构

三，方案论证与比较

设计这个温度测量有两种方法：分别是使用DE2开发板和单片机开发，以下是两种设计方法的原理介绍：

（1）使用DE2开发板设计：

使用DE2开发板提供的资源进行设计题目的实现。

1）FPGA 芯片：EP2C35F672C6N (Cyclone II)

2）5M时钟

3）LED、按键、开关

4）IO扩展接口

5）7段数码管

（2）使用单片机设计思路：

要求设计单片机（AT89S51）最小系统，并在此基础上完成对温度传感器DS18B20的读写操作，实现温度测量功能，温度实时显示功能，要求所设计系统具备报警温度设置功能。对超过设

置温度值的状态进行报警和相应控制操作（本次使用LED表示相应的控制操作）。

两种方法比较的优缺点：

DE2是Altera研究机构推出的FPGA多媒体开发平台。通过对DE2平台的了解它完全可以按照工业产品的标准进行，使用QUARTUSII的开发工具来进行设计，仿真。它的优点是可靠性高，性能稳定。但是缺点是平时我们接触较少，而且需要使用的程序相对于发杂。

而单片机与高精度温度传感器结合的方式我们接触较多，而且成本低，测量温度简单且容易实现。即用单片机完成人机界面，系统控制，信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集与转换。这种方案克服了方案一的缺点，所以本课题任务是基于单片机和温度传感器实现对温度的控制。

四，系统设计

本课题设计的是一种以STC89C52单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。其主要包括：电源模块、温度采集模块、按键处理模块、实时时钟模块、数据存储模块、LCD显示模块、通讯模块以及单片机最小系统。

本系统由温度传感器DS18B20、AT89S52、LCD显示电路、软件构成。DS18B20输出表示摄氏温度的数字量，然后用51单片机进行数据处理、译码、显示、报警等。

单片机原理系统结构图：

图1，单片机系统结构图

（1）主控制部分AT89S51的设计方案：

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位中央处理器和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 ,并且价格低廉。