基于 51 单片机的水温控制系统设计

本科课程设计报告

理工大学

《单片机应用与仿真训练》设计报告基于51单片机的水温控制系统设计

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摘要

本设计是一个基于单片机的温度控制系统,该设计可以方便地实现温度采

集、温度显示等功能。本设计的温度控制部分采用单片机完成。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、使用电子元件较少、内部配线少、制造调试方便等显著优点，将其用于温度检测和控制系统中可大大地提高控制质量和自动化水平，具有良好的经济效益和推广价值。利用单片机对温度进行测控的技术，日益得到广泛应用。

在众多的温度控制系统中，测温元件常常选用热敏电阻、半导体测温二极管、三极管、集成温度传感器等。相比而言，集成温度传感器具有线性好、稳定度高、互换性强、易处理等突出优点，故在许多场所得到了广泛应用。本系统中单片机作为下位机，完成测温任务，并通过与单片机连接的键盘可以实时设定测控温度的下限。本系统还可以连接相应的外围加热电路，当环境温度低于设定下限温度时，单片机发出的指令，加热器起动对环境进行加热，当温度回升到下限温度时加热器停止加热。为了便于操作，还设计一个简单的操作面板，它主要由键盘与按钮开关组成，通过操作面板可以进行系统的开停、RESET、设置温度下限告警值等。键盘输入部分采用了键盘专用IC 74C922,简化了软件编程，用起来非常

方便。

系统软件主要由初始化程序、主程序、监控显示程序等组成。其中初始化程序是对单片机的接口工作方式，A/D 转换方式等进行设置；显示程序包括对显示模块的初始化、显示方式设定及输出显示；主程序则完成对采集数据进行处理。

该设计应用范围相当广泛，同时采用单片机技术，由于单片机自身功能强大，因而系统设计简单，工作可靠，抗干扰能力强，也可在此基础上加入通信接口电路，实现与上位机之间的通信。

目录

1 概述 (4)

2 系统总体方案及硬件设计 (5)

2.1 系统原理框图 (5)

2.2 单片机及输入输出模块选型 (5)

2.3 电源模块的选择 (5)

2.4 I/O 地址分配 (5)

2.5 晶振及复位电路 (6)

2.6 数码管驱动电路 (7)

2.7 温度显示模块 (7)

2.8 DS18B20 温度传感器 (8)

2.8.1 DS18B20 的主要特性 (8)

3 软件设计 (9)

3.1 控制流程图 (9)

3.2 DS18B20 的软件设计 (10)

3.2.1 DS18B20 的初始化程序 (10)

3.2.2 DS18B20 的写操作 (10)

3.2.3 DS18B20 的读操作 (11)

3.3 程序调试 (12)

4 Proteus 软件仿真 (14)

5 课程设计体会 (16)

参考文献 (17)

附1：源程序代码 (18)

附2：系统原理图 (24)

1 概述

1971 年intel 公司霍夫研制出世界上第一块四位的微处理芯片intel4004 芯

片，标志着第一代微处理器问世，单片机从此开始了它的发展历程。单片机诞生

于20 世纪70 年代末，经历了SCM、MCU、SOC 三大阶段。20 世纪80 年代初，Intel 公司在MCS-48 系列单片机的基础上，推出了MCS-51 系列8 位高档单片机。MCS-51 系列单片机无论是片内RAM 容量，I/O 口功能，系统扩展方面都有了很

大的提高。从1993 年到现在，单片机正发展在第四阶段。单片机的发展趋势将

是向着大容量、高性能化、低功耗化、外围电路内装化等方面发展。因此它广泛

应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过

程控制等领域，大致可分如下几个范畴：在智能仪器仪表上、工业控制中、家用

电器中、计算机网络和通信领域中、在医用设备领域中、.在各种大型电器中的

模块化中的应用。

温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产

过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的

测量方法和装置具有重要的意义。温度是一个十分重要的物理量,对它的测量与

控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提

高,人们也迫切需要检测与控制温度:如大气及空调房中温度的高低,直接影响着

人们的身体健康;在大规模集成电路生产线上,环境温度不适当,会严重影响产品

的质量。测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和

安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。因此准确的测量温度对我们的

生活生产等至关重要。

本次设计就是将两者结合，利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度监

控系统。它是基于MCS-51 单片机的温度采集系统，同时结合了温度传感器的模

拟采集并通过三位数码管显示实时测出的温度值，可完成每一秒测一次，测得温

度在-20—70 度的设计要求。

2 系统总体方案及硬件设计

2.1 系统原理框图

该系统的原理框图如图2-2 所示：

图2-1 系统原理框图

2.2 单片机及输入输出模块选型

在该题目当中，单片机选用STC89C52，温度检测模块采用DS18B20 作为温度传感器对水温进行实时检测，温度显示模块选用两个四位一体共阳极数码管，

分别显示实际温度和目标温度。

2.3 电源模块的选择

由于单片机输出的是TTL 电平信号，因此对单片机单独提供5V 电源。该电源可以由220V 交流电源经整流、降压和稳压后获得。对继电器线圈端子提供经5V 放大后的8V 电源供电，触头端子直接接入220V 电源。

2.4 I/O 地址分配

将单片机P0 口作为实际水温的段选端，P2 口作为目标水温的段选端。P1 作为位选端，其中P1.0—P1.3 作为实际水温位选，P1.4—P1.7 作为目标水温位选。P3 口主要作为信号指示以及读取温度传感器的温度数据使用。单片机引脚分配