单片机温度控制开发应用论文.doc
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1、- -单片机温度控制开发与应用绪论随着新技术的不断开发与应用,近年来单片机开展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决1。传统的控制方式以不能满足高精度,高速度的控制要求,如温度控制表温度接触器,其主要缺点是温度波动围大,由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来到达改变加热功率的目的,受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制,通断频率很低。本设计使用单片机作为核心进展控制。单片机具有集成度高,通用性好,功能
2、强,特别是体积小,重量轻,耗能低,可靠性高,抗干扰能力强和使用方便等独特优点,在数字、智能化方面有广泛的用途。1 温度控制及单片机开展历程温度控制系统在国各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国生产的温度控制器来讲,总体开展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比,仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位控制及常规的PID控制器为主,它们只能适应一般温度系统控制,而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表,国技术还不十分成熟,形成商品化并广泛应用的控制仪表较少2。随着我国经济的开展及参加WTO,我国政府及企业对此都非常重视,对相关企业资源进展了重组,相继建立了一些国家、企业的研发中心
3、,开展创新性研究,使我国仪表工业得到了迅速的开展。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大局部功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大局部部件:CPU、存、部和外部总线系统,目前大局部还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器Microcontroller,是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片仅有CPU的专用处理器开展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而
4、对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的开展便分道扬镳3。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上开展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开场出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大开展,单片机技术得到了巨大的提高。随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主
5、流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。1.1 课题背景及研究意义近年来单片机开展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个
6、行业。传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。1.2 课题的设计目的1. 稳固、加深和扩大单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。2. 培养针对课题需要,选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力,提高组成系统、编程、调试的动手能力。3. 通过对课题设计方案的分析、选择、比拟、熟悉单片机用系统开发、研制的过程,软硬件设计的方法、容及步骤。1.3 课题的主要工作本课题的温度传感器DS18B20,此传感器课读取被测量温度值,进展转换。主要工作研究重点是设计一种基于单片机的数字温度测量及报警系统。利用数字温度
7、传感如下:1. 测温围 55+125,固有测温分辨率0.5。2. 精度误差小于1。3. LCD1602液晶显示。4. 两路温度测量及报警功能。5. 实现报警提示蜂鸣器及LCD发光二极管。1.4 本文研究容电子温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器如铂电阻,热电偶,半导体,热敏电阻等,将温度的变化转换成电信号的变化,如电压和电流的变化,温度变化和电信号的变化有一定的关系,如线性关系,一定的曲线关系等,这个电信号可以使用模数转换的电路即A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号,数字信号再送给处理单元,如单片机或者PC机等,处理单元经过部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来,成为可以显示出来的温度数
8、值,如25.0摄氏度,然后通过显示单元,如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了电子温度计的根本测温功能。 本文是基于AT89S51单片机,采用数字温度传感器DS18B20,利用DS18B20不需要A/D转换,可直接进展温度采集显示,报警的电子温度计设计。包括传感器数据采集电路,温度显示电路,上下限报警调整电路,单片机主板电路等组成。2 系统总体方案及硬件设计2.1电子温度计设计方案论证 由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进展A/D转换后,就可以用单片机进展数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出
9、来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比拟麻烦。进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进展转换,就可以满足设计要求。2.2总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图2.1所示,控制器采用单片机AT89C52,温度传感器采用DS18B20,LCD1602实现温度显示。LCD1602显示模块AT89C52 单片机时钟震荡电路温度检测电路温度门限报警电路图2.1总体设计框图2.2.1 主控制器 单片机AT89C52具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个
10、口就能满足电路系统的设计需要,适合便携手持式产品的设计使用。AT89C52单片机芯片具有以下特性:1 指令集合芯片引脚与Intel公司的8052兼容;2 4KB片在系统可编程FLASH程序存储器;3 时钟频率为033MHZ;4 128字节片随机读写存储器RAM;5 6个中断源,2级优先级;6 2个16位定时/记数器;7 全双工串行通信接口;8 监视定时器;9 两个数据指针;2.2.2 LCD1602显示模块显示电路采用LCD1602显示模块,接P0口。LCD1602主要技术参数: 显示容量:162个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最正确工作电压:5.0
11、V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm2.2.2.1 引脚功能说明:LCD1602采用标准的14脚无背光或16脚带背光接口,各引脚接口说明如表2.1所示4:表2.1 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚:VSS为地电源。第2脚:VDD接5V正电源。第3脚:VL为液晶显示器比照度调整端,接正电源时比照度最弱,接地时比照度最高,比照度过高时会产生“鬼影,
12、使用时可以通过一个10K的电位器调整比照度。第4脚:RS为存放器选择,高电平时选择数据存放器、低电平时选择指令存放器。第5脚:R/W为读写信号线,高电平时进展读操作,低电平时进展写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚:E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,LCD1602显示模块执行命令。第714脚:D0D7为8位双向数据线。第15脚:背光源正极。第16脚:背光源负极。2.2.2.2 LCD1602的指令说明及时序LCD1602显示模块部的控制器共有11条控制指令,如表2.
13、2所示5:表2.2 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据容LCD1602显示模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。说明:1为高电平、0为低
14、电平指令1:清显示,指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2:光标复位,光标返回到地址00H。指令3:光标和显示模式设置I/D:光标移动方向,高电平右移,低电平左移S屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效,低电平那么无效。指令4:显示开关控制。D:控制整体显示的开与关,高电平表示开显示,低电平表示关显示C:控制光标的开与关,高电平表示有光标,低电平表示无光标B:控制光标是否闪烁,高电平闪烁,低电平不闪烁。指令5:光标或显示移位S/C:高电平时移动显示的文字,低电平时移动光标。指令6:功能设置命令DL:高电平时为4位总线,低电平时为8位总线N:低电平时为单行显示,高电平时双行显示F
15、:低电平时显示5x7的点阵字符,高电平时显示5x10的点阵字符。指令7:字符发生器RAM地址设置。指令8:DDRAM地址设置。指令9:读忙信号和光标地址BF:为忙标志位,高电平表示忙,此时模块不能接收命令或者数据,如果为低电平表示不忙。指令10:写数据。指令11:读数据。 与HD44780相兼容的芯片根本操作时序表如表2.3所示6。表2.3 根本操作时序表读状态输入RS=L,R/W=H,E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L,R/W=L,D0D7=指令码,E=高脉冲输出无读数据输入RS=H,R/W=H,E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H,R/W=L,D0D7=数据,E=高脉冲输出
16、无读写操作时序如图2.2和图2.3所示:图2.2 读操作时序图2.3写操作时序2.2.2.3LCD1602的RAM地址映射及标准字库表LCD1602液晶显示模块是一个慢显示器件,所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平,表示不忙,否那么此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址,也就是告诉模块在哪里显示字符,图2.4是LCD1602的部显示地址。图2.4 LCD1602部显示地址例如第二行第一个字符的地址是40H,那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢?这样不行,因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B(4
17、0H)+10000000B(80H)=11000000B (C0H)。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式,在液晶模块显示字符时光标是自动右移的,无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。 LCD1602液晶模块部的字符发生存储器CGROM已经存储了160个不同的点阵字符图形,这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比方大写的英文字母“A的代码是01000001B41H,显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A。2.2.3 温度传感器DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司
18、推出的一种改良型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下: 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进展通信,无须经过其它变换电路; 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能; 含64位经过激光修正的只读存储器ROM; 可通过数据线供电,含寄生电源,电压围为3.05.5; 零待机功耗; 温度以或位数字; 用户可定义报警设置; 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度温度报警条件的器件; 负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作;测温围为-5
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