成都理工大學2011畢業答辯基于單片機的智能恒溫箱設計作者姓名：####專業名稱：電氣工程及其自動化2020.12前言智能恒溫箱主要是用來

控制溫度。隨著現代科

學技術的發展，恒溫控

制系統可以供科研機構

和醫院用作細菌培養之

用，也可用于育種、發

酵、嬰兒培養箱及其他

生物恒溫實驗，且對其

性能要求也越來越高。

因此，恒溫控制系統的

設計有很大的現實意義。1恒溫箱的系統概述

此次設計的溫度控制系統主要是由中央控制器、溫度檢測器、顯示器等模塊組成。

采用單片機為主控制器，通過數字傳感器測得箱內溫度，再將溫度信號送入主控制器，完成恒溫箱的溫度控制。

箱內溫度可保持在設定的溫度范圍內。當設置的溫度高于實時溫時，單片機送出加熱信號；當設置的溫度低于實時溫度時，單片機送出制冷信號。1.1

系統的基本組成溫度設定按鈕：用來設定預定溫度。溫度顯示：顯示實時溫度和設定溫度。溫度調節：調節設定溫度。

顯示轉換按鈕：實時溫度和預設溫度顯示切換。

溫度采集：用于采集恒溫箱內的實時溫度。信號指示燈：指示當前系統的工作狀態。1.2恒溫箱的工作過程

設定預定溫度：閉合“溫度設定”開關，進入調節狀態，此時顯示設定的溫度。按“溫度加”，

“溫度減”設定預定溫度。

溫度采集和計算：單片機通過與溫度傳感器進行通信，獲取實時溫度信息，并將所獲取的溫度信息數據轉化為攝氏溫度的形式存儲起來。

溫度比較和溫度調節：將存儲的實時攝氏溫度與設定的預期溫度經行比較。實時溫度顯示：將實時溫度顯示在LED數碼管上。

設定溫度顯示：按下“溫度顯示切換”按鍵，然后

LED顯示器就會顯示設定預期的溫度，顯示時間為數秒。2智能恒溫箱的硬件設計

本章講述了以80C51為核心元件的恒溫箱的硬件電路具體設計過程。

主要包括周邊的溫度采集電路，時鐘電路，溫度控制電路，顯示電路等。設計時注意以下幾個方面：盡可能采用功能強的芯片，以簡化電路留有設計余地，考慮將來修改擴展的方便。

片內程序空間足夠大，本次采用80C51單片機。在硬件電路設計就預留出一些I/O端口。2.1

80C51單片機簡介一個8位CPU。一個片內振蕩器及時鐘電路。4KB

ROM程序存儲器。128B

RAM數據存儲器。

可尋址64KB外部數據存儲器和

64KB外部程序存儲空間的控制電路。

32條可編程的I/O線（4個8位并行

I/O端口）。兩個16位定時/計時器。一個可編程全雙工串口。5個中斷源、兩個中斷優先級。2.2時鐘頻率電路設計單片機必須在時鐘的驅動下才能工作，在單片機內部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接一個振蕩源就能產生一定周期的時鐘信號送到單片機內部的各個單元，決定單片的工作頻率，時鐘電路如右所示。時鐘電路工作原理

一般選用石英晶體振蕩器。此電路大約延遲

10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶體的頻率確定。

單片機工作時，由內部振蕩器產生或由外直接輸入的送至內部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期，其大小是時鐘信號頻率的倒數，時鐘信號頻率常用fosc表示。圖中時鐘頻率為12MHz，即fosc=12MHz，則時鐘周期為1/12μs。2.3復位電路設計單片機的第9腳RST為硬件復位電路，只要在該端加上持續4個機器周期的高電平即可實現復位，復位后單片機的各個狀態都恢復到初始化狀態，其電路圖如右圖所示。手動復位時，按一下圖中的按鈕即可，當按鍵按下的時候，單片機的9腳RST管腳處于高電平，此時單片機處于復位狀態。2.4七段LED數碼管的原理LED數碼管顯示器由8

個發光二極管中的7個長條發光二極管按a、

b、c、d、e、f、g順

序組成“8”字形，另一個點形的發光二極管

放在右下方，用來顯

示小數點。2.5顯示電路設計圖中RP1為電阻盒，相當于8個獨立的電阻的一端接在一起并接電源，另外一端分別接出引線，在顯示電路中作為上拉電阻。圖中有2個七段LED數碼

管，它們的公共端1、2分別接到單片機的

P2.0、P2.1口，單片機的這2個I/O口輸出位選信號用于動態掃描。2.6開關鍵盤設計指撥開關面板上通常會標有“ON”或其他記號，若將開關撥到“ON”的一邊，則接點接通（on），撥到另一邊則為斷開（off）。若要

以開關作為輸入電路，通常會接一個電阻到Vcc或GND，做上拉電阻或下拉電阻。2.7指示燈電路實時溫度和設定溫度切換時，為了明白LED數碼管顯示的是哪種溫度，可以用兩個發光二極管來指

示，如果標有“實時溫度”標記的發光二極管點亮，則表示數碼管

顯示的是實時溫度，如果標有“設定溫度”標記的發光二極管點亮，則表示數碼管顯示的是設定溫度。圖中兩個發光二極管分別與單片機的P2.6，P2.5口相連，單片機把顯示何種溫度的信號送給這兩個

口，對應的發光二極管就會點亮，信號為低電平有效。2.8溫度采集電路DS18B20內部的低溫度系數振蕩器是一個振蕩頻

率隨溫度變化很小的振

蕩器，為計數器1提供一個頻率穩定的計數脈沖。高溫度系數振蕩器是一

個振蕩頻率對溫度很敏

感的振蕩器，為計數器2提供一個頻率隨溫度變

化的計數脈沖。溫度計算方法舉例

例如當DS18B20采集到+125℃的實際溫度后，輸出為07D0H，則：實際溫度=07D0H╳0.0625=2000╳0.0625=125.0℃。

例如當DS18B20采集到-55℃的實際溫度后，輸出為FC90H，則應先將11位數據位取反加1得370H（符號位不變，也不作為計算），則：實際溫度=370H╳0.0625=880╳0.0625=55.0℃。總體硬件電路圖3軟件系統設計

監控軟件，它是專門用來協調各執行模塊和操作者的關系，使在系統軟件中充當組織調度角色的軟件。

執行軟件，它能完成各種實質性的功能，如測量，計算，顯示，打印，輸出控制和通信等。

本程序中包括了以下主要程序：主程序，溫度設定子程序，溫度讀取及轉換子程序，顯示溫度子程序，比較溫度子程序，顯示切換子程序。3.1主程序流程圖開始初始化設定溫度溫度采集計算溫度比較處理顯示溫度溫度顯示切換結束3.2溫度設定子程序流程圖3.3溫度比較子程序流程圖溫度比較子程序A,TEMPER_SET,COMPP1.0?COMPARE:?DIV

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A,R7CJNESETB??SETBP1.1CLRP1.0?SETBP1.1??LJMP

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P1.1EXIT:RET5軟件調試與仿真具體仿真過程如下：致謝此次畢業設計能夠順利完成與我的導師孫莉莉的悉心指導是分不開的。在此，我向孫老師致以真誠的謝意和敬意！感謝同學們在做論文時