1、  單片機應用系統設計說明書  設計題目：溫度控制系統設計自動化學院一、系統設計小組工作分工序號成員工作分工1LCD1602顯示218b20溫度檢測3二系統設計目標我的設計是基于STC98C52系列單片機的溫度控制系統，以DS18B20作為溫度檢測元件，實時監測溫度；以LCD1602顯示實時溫度、預設溫度以及PID調節參數的設定。三系統方案設計1. 單片機選型STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統 8051 單片機，12 時鐘/機器周期和 6 時鐘/機器周期可以任意選擇。單片機主要特性如下：

2、 1. 增強型 8051 單片機，6 時鐘/機器周期和 12 時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統 8051. 2. 工作電壓：5.5V3.3V（5V 單片機）/3.8V2.0V（3V 單片機） 3. 工作頻率范圍：040MHz，相當于普通 8051 的 080MHz，實際工 作頻率可達 48MHz 4. 用戶應用程序空間為 8K 字節 5. 片上集成 512 字節 RAM 6. 通用 I/O 口 （32 個） 復位后為： ， P1/P2/P3/P4 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。 7. ISP（

3、在系統可編程）/IAP（在應用可編程） ，無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數秒即可完成一片 8. 具有 EEPROM 功能 9. 具有看門狗功能 10. 共 3 個 16 位定時器/計數器。即定時器 T0、T1、T2 11. 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發中斷方式喚醒 12. 通用異步串行口（UART） ，還可用定時器軟件實現多個 UART 13. 工作溫度范圍：-40+85（工業級）/075（商業級） P0 端口（P0.0P0.7 P0.7，3932 引腳）

4、 ：P0 口是一個漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個引腳能驅動 8 個 TTL 負載，對端口 P0 寫入 每個引腳能驅動 寫入“1”時，可 以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數據存儲器時 在訪問外部程序和數據存儲器時，P0 口也可以提供低 8 位 地址和 8 位數據的復用總線 位數據的復用總線。此時，P0 口內部上拉電阻有效。在 Flash ROM 編 在 程時，P0 端口接收指令字節 端口接收指令字節；而在校驗程序時，則輸出指令字節 則輸出指令字節。驗證時，要求外接上拉電阻。 P1 端口（P1.0P1.7，18 引腳）：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向 I/O口。P1

5、 的輸出緩沖器可驅動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL 輸入。對端口寫入 1 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流 。 P2 端口（P2.0P2.7，2128 引腳）：P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙 向 I/O 端口。P2 的輸出緩沖器可以驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入 1 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。P2 作為輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會 輸出一個電流（I） 。 P3 端口（P3.0P3.7，1017 引腳

6、） ：P3 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。P3 的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4 個 TTL 輸入。對端 口寫入 1 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3 做輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流。RST（9 引腳） ：復位輸入。當輸入連續兩個機器周期以上高電平時為有效， 用來完成單片機單片機的復位初始化操作。看門狗計時完成后，RST 引腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功 能無效。DISRTO 默認狀態下，復位高電平有效。 ALE/ R

7、OG （30 引腳） 地址鎖存控制信號 ： （ALE） 是訪問外部程序存儲器時， 鎖存低 8 B位地址的輸出脈沖。在 Flash 編程時，此引腳（ ROG）也用作編程輸入 脈沖。 2.溫度傳感器DS18B20單線數字溫度傳感器。提供計9位(二進制)溫度讀數，指示器件溫度。信息經過單線接口送入DS18B20送出，因此從主機CPU到DS18B20僅需一條線（和地線）。DS18B20的電源可以有數據本身提供而不需要外部電源。以為每一個DS18B20在出廠時已經給定了唯一的序號，因此任意多個DS18B20可以放在同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件DSl820的測量范圍從-55到+

8、125增量值為0.5可在l s(典型值)內把溫度變換成數字。DSl8B20中還有用于貯存測得的溫度值的兩個8位存貯器RAM編號為0號和1號。1號存貯器存放溫度值的符號，如果溫度為負()，則1號存貯器8位全為1，否則全為0。0號存貯器用于存放溫度值的補碼，LSB(最低位)的“1”表示0.5將存貯器中的二進制數求補再轉換成十進制數并除以2就得到被測溫度值(-55125)。每只DS18B20都可以設置成兩種供電方式，即數據總線供電方式和外部供電方式。采取數據總線供電方式可以節省一根導線，但完成溫度測量的時間較長；采取外部供電方式則多用一根導線，但測量速度較快。3.液晶顯示1602液晶，它是一種專門用

9、來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。管腳功能：第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度）。第4腳：RS為

10、寄存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時讀取信息，負跳變時執行指令。第714腳：D0D7為8位雙向數據端。第15腳背光正極。第16腳背光負極。四硬件電路設計及描述五軟件設計及描述1.主程序流程圖：單片機上電，LCD1602液晶初始化，定時器T0、T1初始化，之后進入循環函數，鍵盤掃描；讀取溫度；送去LCD1602顯示。定時器T0 2秒終端一次，調用PID程序，即每兩秒進行一次PID運算。定時器T1為PWM波形生成函數。2、源程序代碼

11、#include<reg52.h>#include<intrins.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P23;/ds18b20與單片機連接口sbit RS=P25;/1602sbit RW=P26;/1602sbit EN=P27;/1602sbit out=P17;unsigned char code str1="T . "unsigned char code str2="t . "unsigned char code str3=&quo

12、t;P . I . D . "char data disdata5;uint tvalue;/溫度值 k 為return返回值uchar k,flag;uint a;/a timer1定時時間參數uchar tflag;/溫度正負標志uchar setflag;/模式標志uchar flagdat;char num,bai,shi,ge,xiaoshu,Kp_ge,Kp_xiao,Ki_ge,Ki_xiao,Kd_ge,Kd_xiao;sbit setkey=P32;/模式鍵1sbit up_key=P33; /加鍵sbit down_key=P34;/減鍵uchar count,E

13、kFlag3; / 輸出時間單位計數器uint Ek3,RK,CK,Uk,KP,KI,KD; /RK設定值；CK實際值；Uk輸出電壓/*函數聲明*/ void PIDOutput ();void PIDOperation (); /*PID調節程序*/void delay1ms( uchar ms)/延時1毫秒（不夠精確的） uchar i,j;for(i=0;i<ms;i+) for(j=0;j<100;j+);void PIDOperation()uchar Temp3;KP=Kp_ge+0.1*Kp_xiao;KI=Ki_ge+0.1*Ki_xiao;KD=Kd_ge+0.1

14、*Kd_xiao;RK=1000*bai+100*shi+10*ge+xiaoshu;CK=tvalue;if( RK > CK ) /設定值大于實際值否？if( RK - CK > 100 ) /偏差大于10否？ Uk = 100; /偏差大于10為上限幅值輸出(全速加熱) else Temp0 = RK - CK; /偏差<=10,計算E(k)Ek2 = Ek1; Ek1 = Ek0; Ek0 = Temp0;Uk=KP*Ek0-KI*Ek1+KD*Ek2; else Uk=0; void PIDOutput (void) static char i;i=Uk;if(i=

15、100) ET1=0;TR1=0;out=1; if(i=0)ET1=0;TR1=0;out=0;if(i<100)&&(i>0)/如定時中斷為40MS,40MS*5=0.2S(輸出時間單位),加熱周期20S(100等份) /每20S PID運算一次 ET1=1; TR1=1; a=655*i+3*i/10;/*lcd1602程序*/void wr_com(unsigned char com)/寫指令/ delay1ms(1); RS=0; RW=0; EN=0; P0=com; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0;void w

16、r_dat(unsigned char dat)/寫數據/ delay1ms(1); RS=1; RW=0; EN=0; P0=dat; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0;void lcd_init()/初始化設置/delay1ms(15);wr_com(0x38);delay1ms(5); wr_com(0x08);delay1ms(5); wr_com(0x01);delay1ms(5); wr_com(0x06);delay1ms(5); wr_com(0x0c);delay1ms(5);void display(unsigned char *p)

17、/顯示/while(*p!='0')wr_dat(*p);p+;delay1ms(1);init_play()/初始化顯示 lcd_init(); wr_com(0x80);display(str1);wr_com(0x88);display(str2);wr_com(0xc0);display(str3);num=0;bai=0;shi=0;ge=0;xiaoshu=0;return(k);/*溫度按鍵程序*/void key()if(setkey=0)delay1ms(100);if(setkey=0)setflag+;if(setflag=12)setflag=0;whi

18、le(setkey=0);if(up_key=0)&&(setflag!=0) delay1ms(100); if(up_key=0) num+;if(num=10)num=0;switch(setflag)case 0: ;break;case 1: if(num%2=0) wr_com(0x89);wr_dat(0x20); elsewr_com(0x89);wr_dat(0x2d);break;case 2: if(num=0)wr_com(0x8a);wr_dat(0x20);bai=num;elsewr_com(0x8a);wr_dat(num+0x30);bai=n

19、um;break;case 3: if(bai=0)&&(num=0)wr_com(0x8b);wr_dat(0x20);shi=num;elsewr_com(0x8b);wr_dat(num+0x30);shi=num;break;case 4: wr_com(0x8c);wr_dat(num+0x30);wr_com(0x8d); wr_dat(0x2e);/顯示小數點 ge=num;break;case 5: wr_com(0x8e);wr_dat(num+0x30);xiaoshu=num;break;case 6: wr_com(0xc1);wr_dat(num+0x

20、30);Kp_ge=num;wr_com(0xc2); wr_dat(0x2e);/顯示小數點break;case 7: wr_com(0xc3);wr_dat(num+0x30);Kp_xiao=num;break;case 8: wr_com(0xc6);wr_dat(num+0x30);wr_com(0xc7); wr_dat(0x2e);/顯示小數點 Ki_ge=num;break;case 9: wr_com(0xc8);wr_dat(num+0x30);Ki_xiao=num;break;case 10: wr_com(0xcb);wr_dat(num+0x30);Kd_ge=nu

21、m;wr_com(0xcc); wr_dat(0x2e);/顯示小數點break;case 11: wr_com(0xcd);wr_dat(num+0x30);Kd_xiao=num;break; if(down_key=0)&&(setflag!=0) delay1ms(100); if(down_key=0) num-;if(num<0)num=9;switch(setflag)case 0: ;break;case 1: if(num%2=0) wr_com(0x89);wr_dat(0x20); elsewr_com(0x89);wr_dat(0x2d);brea

22、k;case 2: if(num=0)wr_com(0x8a);wr_dat(0x20);bai=num;elsewr_com(0x8a);wr_dat(num+0x30);bai=num;break;case 3: if(bai=0)&&(num=0)wr_com(0x8b);wr_dat(0x20);shi=num;elsewr_com(0x8b);wr_dat(num+0x30);shi=num;break;case 4: wr_com(0x8c);wr_dat(num+0x30);wr_com(0x8d); wr_dat(0x2e);/顯示小數點 ge=num;brea

23、k;case 5: wr_com(0x8e);wr_dat(num+0x30);xiaoshu=num;break;case 6: wr_com(0xc1);wr_dat(num+0x30);Kp_ge=num;wr_com(0xc2); wr_dat(0x2e);/顯示小數點break;case 7: wr_com(0xc3);wr_dat(num+0x30);Kp_xiao=num;break;case 8: wr_com(0xc6);wr_dat(num+0x30);wr_com(0xc7); wr_dat(0x2e);/顯示小數點 Ki_ge=num;break;case 9: wr_

24、com(0xc8);wr_dat(num+0x30);Ki_xiao=num;break;case 10: wr_com(0xcb);wr_dat(num+0x30);Kd_ge=num;wr_com(0xcc); wr_dat(0x2e);/顯示小數點break;case 11: wr_com(0xcd);wr_dat(num+0x30);Kd_xiao=num;break; /*ds1820程序*/void delay_18B20(unsigned int i)/延時1微秒 while(i-);void ds1820rst()/*ds1820復位*/ unsigned char x=0;D

25、Q = 1; /DQ復位delay_18B20(4); /延時DQ = 0; /DQ拉低delay_18B20(100); /精確延時大于480usDQ = 1; /拉高delay_18B20(40); uchar ds1820rd()/*讀溫度數據*/ unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; /給脈沖信號 dat>>=1; DQ = 1; /給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat);void ds1820wr(uchar

26、wdata)/*寫數據*/unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ = 0; DQ = wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; wdata>>=1; read_temp()/*讀取溫度值并轉換*/uchar a,b;ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/ds1820wr(0x44);/*啟動溫度轉換*/ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/ ds1820wr(0xbe);/*讀取溫度*/ a=ds1820rd();b=d

27、s1820rd();tvalue=b;tvalue<<=8;tvalue=tvalue|a; if(tvalue<0x0fff) tflag=0; else tvalue=tvalue+1;tflag=1; tvalue=tvalue*(0.625);/溫度值擴大10倍，精確到1位小數return(tvalue);/*/void ds1820disp()/溫度值顯示 uchar flagdat; disdata0=tvalue/1000+0x30;/百位數 disdata1=tvalue%1000/100+0x30;/十位數 disdata2=tvalue%100/10+0x

28、30;/個位數 disdata3=tvalue%10+0x30;/小數位 if(tflag=0) flagdat=0x20;/正溫度不顯示符號 else flagdat=0x2d;/負溫度顯示負號:- if(disdata0=0x30) disdata0=0x20;/如果百位為0，不顯示 if(disdata1=0x30) disdata1=0x20;/如果百位為0，十位為0也不顯示 wr_com(0x81); wr_dat(flagdat);/顯示符號位 wr_com(0x82); wr_dat(disdata0);/顯示百位 wr_com(0x83); wr_dat(disdata1);/

29、顯示十位 wr_com(0x84); wr_dat(disdata2);/顯示個位 wr_com(0x85); wr_dat(0x2e);/顯示小數點 wr_com(0x86); wr_dat(disdata3);/顯示小數位 /*加熱程序*/void init_time0()TMOD=0x11;/T0初始化方式1,定時TH0=(65536-50000)/256;/TH0,TL0裝入定時50mS的初值TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-20000)/256;TL0=(65536-20000)%256;TR0=1;/啟動T0工作ET0=1;/允許T0溢出中斷EA=1

30、;void timer0_isr(void) interrupt 1 static uchar s=0;/秒計數器TH0=(65536-50000)/256;/TH0,TL0裝入定時50mS的初值TL0=(65536-50000)%256;s+;if(s=40)s=0;PIDOperation (); if(RK=0)&&(RK!=CK)/剛開始上電空操作;elsePIDOutput ();TR1=1; void timer1_isr(void) interrupt 3if(flag=1)flag=0;out=1;TH1=(65536-a)/256;/TH0,TL0裝入定時50

31、mS的初值TL1=(65536-a)%256; else flag=1;out=0;TH1=a/256;/TH0,TL0裝入定時50mS的初值TL1=a%256;/*主程序*/void main() out=0;init_play(); /初始化顯示init_time0(); /定時器T0初始化 while(1) key(); /鍵盤溫度掃描read_temp(); /讀取溫度 ds1820disp();/顯示 六設計調試過程及結果1.調試結果2.結果分析 在運行仿真結果時通過改變溫度傳感器DS18B20的溫度，然后調用各種子函數，可以改變液晶顯示1602的第二行顯示數據，說明程序編寫正確。

32、3.系統設計電路的特點和方案的優缺點 我們組設計的數字溫度計系統知識運用簡單的AT89S52芯片的I/O口傳輸功能，通過幾個小的讀數據、傳遞數據、延時子函數實現溫度的讀取傳輸功能，是比較簡單，容易實現的，所以我們的系統只是實現了一些簡單的功能，系統整體來說比較簡易，但好像這個溫度計沒有多大的應用價值，所以我們后續分析覺得這個系統可以加一個溫度復位系統提高AT89S52芯片的功能價值，也提高數字溫度計的智能價值，還可以增加一個報警子函數，實現智能數字溫度計更高的應用價值七系統設計體會1.心得體會李鍵： 本次設計是基于STC89C52單片機的溫度調節系統設計。剛開始打算用數碼管顯示實時溫度、預設溫

33、度以及PID調節參數顯示，可是由于數碼管的位數限制顯示不方便，就決定采用LCD1602進行顯示，而且需要調節電阻來調節背光，使顯示的字符更加清晰。PID的參數和預設溫度是通過獨立按鍵實現的。還有在編寫數字PID程序時，定義的字符占用的空間太大導致超出了單片機的容量，通過降低精度的要求將變量位數定義減小，以達到減小占用的目的。由于整個系統的程序很長，導致單片機運行有時混不穩定，反映會很慢，有些參數的調節會出現顯示與實際輸入值不相符的現象。通過本次設計了解的更多關于單片機的知識，對書本上學到的東西進行了強化。1.心得體會禹鑫：通過這次對數字溫度計的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于數字溫度計的原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。從這次的