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1、单片机恒温箱温度控制系统的结构设计一、本课程设计系统概述1、系统原理选用AT89C2051单片机为中央处理器，通过温度传感器DS18B20寸恒温箱进 行温度采集，将采集到的信号传送给单片机，在由单片机对数据进行处理控制显 示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动恒温箱的加热或制冷。2、系统总结构图总体设计应该是全面考虑系统的总体目标， 进行硬件初步选型，然后确定一 个系统的草案，同时考虑软硬件实现的可行性。总体方案经过反复推敲，确定了 以美国Atmel公司推出的51系列单片机为温度智能控制系统的核心，并选择低 功耗和低成本的存储器、数码显示器等元件，总体方案如下图：图1系统总体框图二、
2、硬件各单元设计1、单片机最小系统电路单片机选用Atmel公司的单片机芯片AT89C2051,完全可以满足本系统中要 求的采集、控制和数据处理的需要。单片机的选择在整个系统设计中至关重要， 该单片机与MCS-51系列单片机高度兼容、低功耗、可以在接近零频率下工作等 诸多优点，而广泛应用于各类计算机系统、工业控制、消费类产品中。AT89C2051是 AT89系列单片机中的一种精简产品。它是将AT89C51的 P0 口、P2 口、EA/Vpp ALE/PROG PSENH线省去后，形成的一种仅 20引脚的单片机，相当于早期Intel8031的最小应用系统。这对于一些不太复杂的控制场合，仅有 一片AT
3、89C2051就足够了，是真正意义上的“单片机” 。AT89C2051为很多规模 不太大的嵌入式控制系统提供了一种极佳的选择方案，使传统的 51系列单片机 的体积、功耗大、可选模式少等诸多弱点不复存在。该型号单片机包括 ：（1）一个8位的微处理器（CPU）。（2）片有2K字节的程序存储器（ROM和128/256字节RAM（3）15条可编程双向I/O 口线位定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。（5）五个中断源的中断控制系统。（6）个全双工UATR通用异步接收发送器）的串行I/0 口，用于实现单片
4、机之 间或单片机与微机之间的串行通信。（7）片含模拟比较器。（8）低功耗的闲置和掉电模式。+5VAT89C205是一个20脚的双列直插封装（DIP）芯片。最小系统电路包括晶体振 荡电路和手动复位电路，如图2。本设计使用一片AT89C205就代替了原来的8031、EPROM2732地址锁存器 74LS373,因为AT89C205部的2KBEPRO和128B的RAM对智能化温度传感器测试 系统已能满足设计要求，而且降低了成本，结构设计也较精巧。2、温度传感器采用数字温度传感器DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被 测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912位的数字值读数方式。
5、可 以分别在93.75ms和750m完成9位和12位的数字量,并且从DS18B2读出的信息 或写入DS18B2的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于 数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B2供电，而无需额外电源。因而使 用DS18B2可使系统结构更趋简单,可靠性更高，成本更低。测量温度围为 55C +125C。C,在一 10C +85C。C围，精度为土 0.5 C。DS182的精度较差 为土 2C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗 干扰性。其引脚分布如图3所示! MNC几 MDSI8B20图3 DS18B20引脚图（1）引脚功能如下：NC（1
6、、2、6、7、8脚）：空引脚，悬空不使用。VDDG脚）:可选电源脚，电源电压围35.5V。DQ（4脚）：数据输入/输出脚,漏极开路,常态下高电平。DS18B20测温原理DS18B2的测温原理如图4所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存 器被预置在-55 C所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1,计数器1 的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信
7、号进行 计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度 寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线 性，其输出用于修正计数器1的预置值。DS18B2在正常使用时的测温分辨率为 0.5 C,如果要更高的精度，则在对DS18B2测温原理进行详细分析的基础上，采取直接读取DS18B2部暂存寄存器的方法，将DS18B2的测温分辨率提高到0.1 0.01 C。图4测温原理图DS18B20与单片机接口电路P1.3 口和DSI8B20的引脚DQS接，作为单一数据线即为温度传感芯片 DS18B20,本设计虽然只使用了一片DSI8B20，但由于不存在远程温
8、度测量的考虑 所以为了简单起见，采用外部供电的方式，如图2.6所示。测温电缆采用屏蔽4芯双 绞线,其中一对线接地线与信号线,另一对接VC（和地线,屏蔽层在电源源端单点 接地。图5 DS18B20与单片机接口电路3、键盘显示电路LED控制器的连接有并行和串行方式。由于串行方式占用较少接口，因此 得到广泛应用。显示电路中选用MAX721作为LEQg动芯片。MAX721是一个高集 成化的串行输入/输出的共阴极LE耶动显示器。每片可驱动8位7段加小数点的共 阴极数码管。片包括BCD?码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和8X 8静态RAM 外部只需要一个电阻设置所有LEE显示器字段电流。MAX721和控
9、制器只需要三根 导线连接，每位显示数字有一个地址由控制器写入。允许使用者选择每位是BCD译码或不译码。使用者还可以选择停机模式、 数字亮度控制、从18位选择扫描 位数和对所有LEE显示器的测试模式。引脚功能MAX7219是24引脚芯片，它的引脚排列如图2.7所示。各引脚功能如下：1）DIN（1脚）:串行数据输入端，当CLI为上升沿时数据被载入16位部移位寄存器。2）CLK （13脚）：串行时钟脉冲输入端，最大工作频率可达 10MHz3）LOAD （12脚）：片选端，当LOA为低电平时，芯片接收来自DIN的数据，接收 完毕，LOA回到高电平，接收的数据将被锁定。4）DIG0DIG7 （2、3、5
11、。8) GND( 9脚)：接地。(2) MAX7219与单片机和LED及键盘的接口电路1) MAX721啲3个输入端DIN、CLK和LOA与单片机的三个I/O 口连接，DIG0DIG7 分别与八个共阴极LED勺公共端连接，SEGSEGG SEGD分别与每个LEDt段 动和小数点驱动端相连。电路图如图 7所示。2) 键盘功能介绍采用独立式按键设计，如图上图所示。 由于只有四个按键，因此按键接口 电路的设计比较简单，单片机P1.4P1.7端口设定为输入状态，平时通过电阻上 拉到Vcc,按键按下时，对应的端口的电平被拉到低电平。这样就可以通过查询 P1的高4位来判断有门有按键按下按键各接一根输入线、一根输入线的按键工作 状态不会影响其他输入线上的工作状态。通过读I/O 口，判断各I/O 口的电平状态， 即可识别出按下的按键。 4个按键定如下：A、P1.4:S1 功能键，按此键则开始键盘控制。B、P1.5:S2加，按此键则温度设定加1度。C、P1.6:S3减，按此键则温度设定减1度。D P1.7:S4发送，按此键将传感器的温度传送到上位机。DS7DSOa10a bc 85e 4g 3Dp7DPY aA89e f g dpfdpecdOGDDpy Amber-CARSTVCC(RXD)P3.0P1.7(TXD)P3.1P1.6XTAL2P1.5XTAL1P1.4(INT0)P3.2P1.3(
20、 EA=0;/ 关中断TRO=0;/ 关定时器 0TL0=0x00;TH0=0x4C;/ 重置定时常数定时累计达 1.5dcount+; if(count=30) /weidog=0;weidog=1; / 输出看门狗信号 四、设计小结经过这两周的课程设计，使我受益匪浅，不仅可以巩固了以前所学过的知识， 比如一些画电路图的软件： protelse99 、visio 等等。更复习到了单片机的知识以 及 C 语言而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。在设计的过程中遇到的 问题，也通过各种方式的查资料以及老师、同学的帮助下一一解决。在这次设计 中老师十分关心我们的设计论文，多次提出宝贵的修改意见
21、，给予了我莫大的精 神鼓励和技术支持，使我能顺利的完成这次论文的设计。但是也正是通过这次设计我发现我还有许多不足之处 , 所学到的知识还远远 不够 , 以至于还没能做到最好。对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不 够牢固，比如说不懂C语言的编程等。总的来说，这次的课程设计不仅巩固了自己平时学的知识，而且也让自己学 到了许多的上课学不到的知识，对自己的专业知识有相当大的帮助！ 五、参考文献1 长德.单片机原理与应用 M. ：机械工业 ,19962 毅刚等 . 单片机应用设计 M. ：工业大学 ,19973 丁元杰.单片微型计算机及其应用 M.: 机械工业 ,1994.4 何立民.MCS-51
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