单片机温度控制

摘 要 随着电子产品向智能化和微型化的不断发展,单片机已成为电子产品研制和开发 中首选的控制器。为了更好地推广单片机在实际生活和生产中的应用,本文从硬件和 软件两个方面介绍了基于 AT89C52 单片机温度控制系统的设计，以实现系统能自主 调节温度的功能。 该系统的硬件部分由温度采集模块、键盘扫描及按键处理模块、温度显示模块、 继电器控制模块组成。其中温度采集模块采用温度传感器DS18B20来采集当前温度， 并对采集的温度信号进行AD转换以数字信号的方式传送给单片机。键盘扫描及按 键处理模块由34矩阵键盘、反相驱动器74LS06、显示驱动芯片8279组成，完成扫 描键盘，形成键码，并将其送至单片机处理。温度显示模块由显示驱动芯片8279和 数码管组成，输入的温度值进行比较，并通过液晶显示器LCD显示出来。继电器控制 模块由继电器和升温电炉、降温风扇组成。如果采集温度低于设置温度，系统将通 过继电器模块自动控制升温；如果采集温度高于设置温度，系统将通过继电器模块 自动控制降温。 该系统的软件设计部分由系统主程序流程框图、温度处理子程序流程框图、键 盘处理子程序框图组成，其中系统主程序由初始化程序、扫描键盘程序及温度处理 子程序组成。温度采集子程序由对温度传感器的初始化和温度处理程序组成。键盘 处理子程序由8279芯片的初始化程序及扫描处理程序组成。 关键词：单片机AT89C52；温度控制；温度传感器DS18B20；液晶显示器LCD 。 ABSTRACT With the electronic products developing to intelligent and miniaturization, single chip has become the first chosen controller which is used to develop and explore the electronic product. In order to promote single chip applicating in real life and production, the paper will introduce a temperature control system which is based on a kind of single chip AT89C52, and it can achieve the function that the system can regulate the temperature independently. The hardware of the system by the temperature acquisition module, keyboard scan and key processing module, temperature display module, relay control module. Wherein the temperature sensor DS18B20 temperature acquisition module to acquire the current temperature, and the acquisition of the temperature signal to the A / D converted digital signal is transferred to the microcontroller. Keyboard scan and key processing module consists of a 3 4 matrix keyboard, inverting driver 74LS06 display driver chip 8279, to complete the scan keyboard, a key code, and sent to the microcontroller processing. The temperature display module consists of a display driver chip 8279 and digital tubes, the input temperature values are compared, and through the liquid crystal display LCD display. Relay control module relay and heating furnace, cooling fan. If the acquisition temperature is below the set temperature, the system will automatically controlled by the relay module temperature; the collecting temperature is higher than the set temperature, the system will automatically control the cooling relay module. Software design of the system by the system main program flow block diagram temperature processing the subroutine flow diagram, keyboard handling subroutine block diagram form, the system main program initialization procedure, scanning keyboard program and temperature processing subroutines.The temperature acquisition subroutine by the temperature sensor the initialization and temperature handler. The keyboard handling routine by the 8279 chip initialization procedures and scanning process. Keywords: Single Chip AT89C52；Temperature Control；Temperature Sensor- DS18B20；Liquid Crystal Display. 目 录 绪 论 1 选题背景与意义 .1 选题介绍 .1 1 单片机温度控制系统总体设计 .2 1.1 系统的特征 .2 1.2 系统的设计目标和原则 .2 1.3 系统模块设计 .2 1.4 系统层次框图 .2 2 硬件系统设计 .4 2.1 单片系统设计 .4 2.1.1 主要性能参数 .4 2.1.2 功能特性概述 .5 2.1.3 管脚说明 .5 2.1.4 定时与计数 .6 2.1.5 复位电路 .6 2.1.6 时钟电路 .6 2.2 温度传感模块的设计 .7 2.2.1 DS18B20 的性能特点 .7 2.2.2 DS18B20 控制方法 .7 2.2.3 DS18B20 使用中注意事项 .8 2.2.4 高速暂存存储器 .9 2.3 键盘显示模块的设计 .9 2.3.1 键盘显示驱动芯片 8279.10 2.3.2 8279 内部结构 .11 2.3.3 键盘和数码管 .12 2.4 继电器控制模块的设计 .12 2.4.1 继电器接点说明 .13 2.4.2 继电器控制升温 .13 2.4.3 继电器控制降温 .13 3 系统软件设计 .14 3.1 系统主程序流程图 .14 3.2 键盘处理子程序 .15 3.3 DS18B20 子程序图 .15 体 会 .17 致 谢 .18 参考文献 .19 附 录 .20 绪 论 选题背景与意义 在生产的管理过程中，温度的控制是十分常见的。国内已相继出现各种以微机 为核心的温度控制系统。这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高。 在日常生活中，人们为了拥有一个更舒适的生活环境，往往需要室内拥有一个 合适的温度，而单片机的准确性高、价格低、功耗低等一系列优点，可结合升温和 降温设备，有效的应用到实际生活中。 单片机温度控制系统是单片机控制的一项简单应用。近几年来单片机因其独特 的，方便，快捷的优势被广泛的应用于各个领域之中。 选题简介 课题名称：单片机温度控制系统设计 主要任务：将温度控制在设定的温度值，设定范围为0-99度，针对在生产和日 常生活中温度智能化控制系统的实现。 开发环境：本环境温度控制系统的软件部分是通过KEIL进行编译。 技术指标： （1）以AT89C52系列单片机为核心部件 （2）以数字电路和模拟电路为硬件基础 （3）以C语言为软件实现语言 功能概述：在该环境温度控制系统中，单片机作为核心部件进行检测控制，增 强了设计的通用性，适时性。在该环境温度控制系统中温度检测采用 DS18B20 温度 传感器，它不仅具有较高的精度，而且适用电压宽。同时采用了 3X4 矩阵扫描键盘 输入，显示设备等外围扩展芯片。软件部分采用流程图来表示。 1 单片机温度控制系统总体设计 1.1 系统的特征 从功能上讲单片机温度控制系统应该能够快速提供真实准确的温度数据，并能 实现断开操作，从而使粮仓保持在一个恒定的温度。同时单片机温度控制系统也具 有如下特征： (1) 粮仓温度需要不间断测量。 (2) 必须有效地测量的精度。 (3) 系统反应时间短，稳定性高。 (4) 执行装置可靠 。 1.2 系统的设计目标和原则 单片机温度控制系统的建立是一个系统工程，包括硬件和软件两个方面，从技 术角度看，系统设计必须进行充分的需求调查，对运作机制、信息流程、现有仪器 状态、用户要求等做详尽的了解，在从系统工程的角度出发、采用快速原型法，进 行从上而下的系统详细设计。根据单片机温度控制系统的特点，确定如下设计原则： (1) 实用性原则：要求最大限度地满足实际工作的需要，充分考虑其实用性。 (2) 可靠性原则：设计要简洁，保证长时间工作的可靠性。 (3) 准确性原则：保证测量数据的准确性。 1.3 系统模块设计 （1） 单片机控制模块 （2） 温度传感模块 （3） 键盘、显示模块 （4） 继电器控制模块 1.4 系统层次框图 本文所研究的温度控制系统硬件部分按功能大致可以分为以下几个部分：单片 机主控模块、温度传感模块、键盘显示模块、继电器控制模块。其中，温度控制系 统以 AT89C52 单片机为核心，并扩展外部存储器构成主控模块。利用温度传感器 DS18B20 检测并转换成微弱的电压信号。它具有精度高可靠性好和能直接将模拟 被测量转换成数字量输出，因此不需要加 A/D 转换，电路更加简单。键盘扫描及显 示模块主要由显示驱动芯片 8279、反相驱动器 74LS06、数码管和 34 组成,完成了 温度设定值的输入和显示温度的功能。继电器控制模块完成对升温电炉和降温风扇 的控制。对上述各项功能需求进行集中、分块、按照结构化程序设计的要求，得到 温度测量保护系统层次框图，如图 1-1 所示。 图 1-1 单片机温度控制系统层次框图 2 单片机温度控制系统的电路设计 单片机温度控制系统的电路设计在整个系统中占有非常重要的地位，电路结构 设计的好坏将直接对应用系统的效率以及实现的效果产生的影响。合理的电路结构 设计可以大大提高工作的效率，保证数据系统的可靠性。同时合理的电路结构也将 有利于程序的实现。 2.1 单片机模块 单片机模块主要由单片机芯片 AT89C52 组成，本模块负责与温度传感器、键盘 显示驱动传递命令和数据，并进行数据的处理。单片机从 8279 读入键盘扫描得到的 温度设定值，并将数据保存在存储器某一单元。单片机还负责从 DS18B20 的数据引 脚读入实际的温度值，保存在某一单元。最后，单片机对两者进行比较，从而确定 执行的操作。单片机引脚图如图 2-1 所示 图 2-1 89C52单片机引脚图 2.1.1 主要性能参数 与 MCS-51 产品指令和引脚完全兼容 256*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 3 个 16 位定时器/计数器 8 个中断源 可编程串行 UART 通道 片内振荡器和时钟电路 8K 字节可重擦写 flash 闪烁存储器 全静态工作：0Hz-24Hz 三级加密程序存储器 1000 次擦写周期 2.1.2 功能特性概述 AT89C52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线， 看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结 构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操 作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 2.1.3 管脚说明 (1) VCC：供电电压。 (2) GND：接地。 (3) P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 口能够用于外部程序数据存储器， 它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 (4) P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高电平，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位 地址接收。 (5) P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为 输入。P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用 于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八 位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行 读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八 位地址信号和控制信号。 (6) P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入， 由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C52 的一些特殊功能口，管脚备选功能如下： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 (7) RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平。 (8) ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的 频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出 的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一 个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令时 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部 执行状态 ALE 禁止，置位无效。 (9) /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在外部程序存储器取指期间，每个机器 周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，两次有效的/PSEN 信号将不出现。 (10) /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H- FFFFH）工作，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚 也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。 (11) XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 (12) XTAL2：来自反向振荡器的输出。 2.1.4 定时与记数 AT89C52 单片机内部设有 3 个 16 位的可编程定时器/计数器，简称为定时器 O(T0)、定时器 l(T1)和定时器 2(T2)。可编程是指其功能(如工作方式，定肘时间、 量程、启动方式等)均可由指令来确定和改变。在定时器/计数器中除了有 3 个 16 位 的计数器之外，还有两个特殊功能寄存器(控制寄存器和方式寄存器)。 2.1.5 复位电路 AT89C52 单片机复位是使 CPU 和系统中的其他芯片处于一个确定的初始状态，无 论在系统刚开始接通电源时，还是在断开电源或者发生故障后都需要复位。单片机 的复位条件是在复位引脚 RST 加上持续的 2 个机器周期以上的高电位。复位电路如 图 2-2 所示 图 2-2复位电路 2.1.6 时钟电路 时钟电路是系统的心脏，它控制着系统的工作节奏，时钟频率因型号而异，典 型值为 12MHz。AT89C52 单片机内部有一个带反馈的线形反相放大器，XTAL1,XTAL2 分别为反相器输入和输出端，外接晶振和电容组成震荡器。震荡器在加电以后延迟 一段时间（约 10ms）起振产生时钟。时钟电路如图 2-3 所示 图 2-3时钟电路图 2.2 温度传感模块 3 温度传感模块主要由单线数字温度传感器 DS18B20 组成，主要完成温度的测量， 并将其转换成数字量，传送给单片机。温度传感模块如图 2-4 所示 图 2-4 温度传感模块图 2.2.1 DS18B20性能特点 采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它 I/O 口线与微机接 口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9 位二进制数，含符号位）。 测温范围为-55-+125，测量分辨率为 0.0625。 内含 64 位经过激光修正的只读存储器 ROM。 适配各种单片机或系统机。 用户可分别设定各路温度的上、下限。 内含寄生电源。 2.2.2 DS18B20控制方法 在硬件上，DS18B20 与单片机的连接有两种方法，一种是 Vcc 接外部电源，GND 接地，I/O 与单片机的 I/O 线相连；另一种是用寄生电源供电，此时 Vcc、GND 接地， I/O 接单片机 I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O 口线要接 5K 左右的 上拉电阻。 DS18B20 有六条控制命令，如表 2-1 所示： 表 2-1 DS18B20的六条控制命令 2.2.3 DS18B20使用中注意事项 DS18B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点， 但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： （1）每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指 令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。复位要求主 CPU 将数据线下拉 500 us，然后释放， DS18B20 收到信号后等待16 60 us 左右，后 发出60240 us 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号表示复位成功。（所有的读写时 序至少需要 60us ，且每个独立的时序之间至少需要 1us 的恢复时间。在写时序时， 主机将在下拉低总线 15us 之内释放总线，并向单总线器件写 1 ；若主机拉低总线 后能保持至少 60us 的低电平，则向单总线器件写0 。单总线仅在主机发出读写时 序时才向主机传送数据，所以，当主机向单总线器件发出读数据指令后，必须马上 产生读时序，以便单总线器件能传输数据。） （2）在写数据时，写 0 时单总线至少被拉低 60us， 写 1 时，15us 内就得 释放总线。 （3）转化后得到的12 位数据，存储在 DS18B20 的两个8 比特的RAM 中，二进 制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0 ，这 5 位为 0 ，只要将测到 的数值乘于0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于0 ，这5 位为1 ，测到的数值 需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到实际温度。 （4）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DS18B20 与微处理 器间采用串行数据传送，因此，在对 DS1820 进行读写编程时，必须严格的保证读 写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M 、 C 等高级语言进行系统程序设 计时，对 DS18B20 操作部分最好采用汇编语言实现。 （5）在 DS18B20 的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20 数量问题，容 易使人误认为可以挂任意多个 DS18B20 ，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂 DS18B20 超过8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测 指 令 约定代码 操 作 说 明 温度转换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器 9 个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的 TH、TL 字节 复制暂存器 48H 把暂存器的 TH、TL 字节写到 E2RAM 中 重新调 E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、TL 字节写到暂存器 TH、TL 字节 读电源供电方式 B4H 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU 温系统设计时要加以注意。 （6）连接DS18B20 的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆 传输长度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏 蔽电缆时，正常通讯距离可达 150m ，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电 缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生 畸变造成的。因此，在用 DS1B820 进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布 电容和阻抗匹配问题。测温电缆线建议采用屏蔽 4 芯双绞线，其中一对线接地线与 信号线，另一组接 VCC 和地线，屏蔽层在源端单点接地。 （7）在 DS18B20 测温程序设计中，向 DS18B20 发出温度转换命令后，程序 总要等待 DS18B20 的返回信号，一旦某个 DS18B20 接触不好断线，当程序读该 DS18B20 时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行 DS18B20 硬件连接 和软件设计时也要给予重视。 2.2.4 高速暂存存储器 在 DS18B20 内部结构中有一个高速暂存存储器，该存储器由 9 个字节组成，其 分配如表 2.2 所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二进制补码形 式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。单片机可通过单线接口读到该数据， 读取时低位在前，高位在后，数据格式如表 2-2 所示。对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，先将补码变为原码，再计算成 十进制值。 表 2-2 DS18B20暂存器分布 CPU 对 DS18B20 的访问流程是：先对 DS18B20 初始化，再进行 ROM 操作命令， 最后才能对存储器和数据进行操作。DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序 和通信协议。如主机控制 DS18B20 完成温度转换这一过程，根据 DS18B20 的通讯协 议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一 条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。 2.3 键盘、显示模块 键盘、显示模块主要由键盘、显示驱动芯片 8279、数码管、34 键盘矩阵、反 相驱动器 74LS06 组成，完成温度设定数值的输入和温度的显示功能。键盘、显示驱 动芯片 8279 主要完成和单片机芯片进行数据的交换，将单片机送来的、需要显示的 数据经反相驱动器 74LS06 反相后驱动数码管，译码扫描输出信号 SL0-SL3 完成对数 码管的选择，并且自动刷新显示数据。8279 还负责扫描键盘，形成键码，并将其送 至单片机。数码管显示设定温度和实际温度，键盘完成温度数据的设定。总体电路 如图 2-5 所示： 图 2-5 键盘、显示模块电路图 2.3.1 键盘、显示驱动芯片 8279 8279 芯片是一种通用的可编程键盘显示器接口器件，单个芯片就能完成键盘输 入和七段码显示控制两种功能。引脚如图 2-6 IRQ：中断请求，高电平有效。为输出线。 D0D7：数据总线，为双向三态总线，和单片机的数据总线相连接，用于传送 CPU 和 8279 之间的命令、数据和状态等信息。 图 2-6 8279芯片引脚图 、 ：读写选通信号，来自 CPU，低电平有效。控制 8279 读、写操作。RDW ：片选信号。 =0 时选中 8279，为输入线。CSCS A0：数据选择线，A0=1 时，CPU 写入 8279 的数据为命令字、从 8279 读出的数 据为状态；A0=0 时，CPU 读写的字节均为数据。 RESET：复位端。RESET=1 时 8279 复位，复位时芯片有关状态是：程序时钟编 程为 31、外部译码键扫描方式，双键互锁，16 个字符显示。 CLK：系统时钟。外部时钟输入，经分频后产生 100kHz，作为 8279 的内部时钟。 RL0RL7：反馈输入线。平时保持“1” ，当键盘矩阵结点上有键闭合时，边为 “0”。在选通方式时作为 8 位输入线。 SHIFT：移位信号。高电平有效，可用它扩充键盘功能，作为上、下档功能选择 键。在传感器方式或选通方式中无效。 CNTL/STB：控制/选通输入线。高电平有效，常用于扩充键的控制功能，该信号 的上升沿可将来自 RL0RL7 的数据存入 FIFO RAM 中。 SL0SL7：扫描输出线，用于键盘、显示器或传感器的扫描线。 OUTA0OUTA3：A 组段显示数据输出线。 OUTB0OUTB3：B 组段显示数据输出线。 A、B 两组可以单独使用，也可合并使用。与多位数字显示的扫描线 SL0SL3 同步。 ：消隐输出线，低电平有效。当有显示切换或消隐命令时，使显示器消灭。D 2.3.2 8279内部结构 1I/O 控制和数据缓冲器 数据缓冲器是双向缓冲器，连接内部总线和外部总线 D7D0，用于传送 CPU 和 8279 之间的命令状态和数据。 I/O 控制线是 CPU 对 8279 进行控制的引线， 是片选信号，A0 用于区别信息CS 的特征。 2控制逻辑 控制与定时寄存器用来寄存键盘和显示器的工作方式以及由 CPU 编程的其他操 作方式。这些寄存器一旦接受锁存送来的命令，就通过译码产生相应的信号，从而 完成相应的控制功能。 定时和控制包含一些计数器，其中有一个 5 位计数器，对 CLK 引线输入的时钟 信号进行分频，产生 100kHz 的定时信号，然后再经过分频为键盘扫描提供适当的逐 行扫描频率和显示扫描时间。 3扫描计数器 扫描计数器有编码和译码两种工作方式。按编码方式工作时，扫描计数器的状 态从 SL0SL3 输出，通过外部译码器，可以外接 16 位显示器和 88 键盘；按译码 方式工作时，扫描计数器的低 2 位的状态从 SL0SL3 输出，状态为 00，SL0 输出低 电平，SL1SL3 输出高电平；状态为 01，SL1 输出为低电平，其他输出为高电平 此时只能外接 4 位显示器和 48 键盘。 4键输入控制和 FIFO（先进先出）RAM 这部分电路可以完成对键盘的自动扫描，锁存 RL0RL 7的输入信号，搜索闭合 键，去除键抖动，并将键输入数据写入先进先出存储器（FIFO RAM） 。8279 具有 8 个字节先进先出的键输入存储器，当 FIFO RAM 中存有键盘上闭合键的键码时，IRQ 变为高电平，向 CPU 请求中断：当 CPU 从 FIFO RAM 中读取数据时，IRQ 变为低电平。 若 RAM 中仍有数据，则 IRQ 再次恢复高电平；当 CPU 将 RAM 中的输入数据全部读出 时，IRQ 下降为低电平。 键盘扫描方式中，8279 输入数据按下列格式存放： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CNTL SHITF SCAN RETURN CNTL（D7）：控制键 CNTL 的状态。 SHITF（D6）：控制键 SHITF 的状态。 SCAN（D5D3）：输入键的行数，由 SLOSL2 的状态确定。 RETURN（D2D0）：指出输入键的列数，由 RL0RL7 状态确定。 5显示 RAM和显示地址寄存器 8279 中有 16 个字节的显示寄存器。CPU 将段数据写入显示存储器，存储的显示 数据轮流从显示寄存器输出，CPU 将显示数据写入存储器有左端送入和右端送入两 种方式。左端送入为依次填入方式，右端送入为移位方式，显示寄存器的输出与显 示扫描配合，不断的将显示 RAM 中的数据在显示器上显示出来，也可以合送一个 8 位的二进制数据。 显示地址寄存器用来寄存由 CPU 进行读/写显示 RAM 的地址，它可以由命令设定， 也可以设置成每次读出或写入之后自动递增。 2.3.3 键盘和数码管 在本模块中键盘向单片机芯片输入用户准备设定的温度值，显示部分的数码管 显示设定的温度值和实际温度值。现规定设定温度值在 0到 99之间，故需要显 示的数码位数为两位数，需要的数码管总数为 4，用于温度设定的键盘采用 34 键 盘矩阵。 结合上述 8279 芯片的介绍，显示电路采用译码扫描、4 字符显示、左进工作方 式，数码管采用共阳极 LED 数码管。扫描输出 SL0SL 3已经过译码，故可直接作为 4 个数码管的选通信号，轮流刷新 4 个数码管。OUTA 03 与 OUTB03 共同作为显示输 出，经 74LS06 反相驱动后接至 LED 显示器，每个输出驱动一段，各个数码管相同的 段连接在一起。显示内容来自显示 RAM。现规定第一位数码管显示设定温度的十位 数字，第二位数码管显示设定温度的个位数字，第三位数码管显示实际温度的十位 数字，第四位显示实际温度的个位数字。键盘的 12 个键中，10 个键用于设定温度 值的 0-9 这 10 个数，一个键用于删除输入错误的数字，一个用于确定所输入的温度 值。按键及相关说明如表 2-3 所示： 表 2-3 按键及相关说明 行扫描信号 列扫描信号按键 SL2 SL1 SL0 RL3 RL2 RL1 RL0 键盘扫描数 据 键码 S0 1 1 0 1 1 1 0 11000000 0 S1 1 0 1 1 1 1 0 11001000 1 S2 0 1 1 1 1 1 0 11010000 2 S3 1 1 0 1 1 0 1 11000001 3 S4 1 0 1 1 1 0 1 11001001 4 S5 0 1 1 1 1 0 1 11010001 5 S6 1 1 0 1 0 1 1 11000010 6 S7 1 0 1 1 0 1 1 11001010 7 S8 0 1 1 1 0 1 1 11010010 8 S9 1 1 0 0 1 1 1 11000011 9 S10 1 0 1 0 1 1 1 11001011 10 S11 0 1 1 0 1 1 1 11010011 11 2.4 继电器控制模块 本模块主要是用来控制温度高低，当环境的温度高于或低于设定的温度值，继 电器开始工作，进行降温或升温以达到设定温度值。继电器模块电路图如图 2-7 所 示 图 2-7 继电器模块 2.4.1 继电器接点说明 NC：常闭点，以 COM 为共同点，NC 与 COM 在平时是呈导通状态的。 COM：共通点，输出控制接点的共同接点。 NO：常开点，NO 和 COM 平时呈开路的状态，当继电器工作时，NO 和 COM 导通， NC 和 COM 则呈开路状态。 在本设计中为了达到降温或升温的目的， 在单片机的 P1.1 和 P1.7 脚分别接 一个继电器，一个继电器的 2 脚和 3 脚间接加热电炉另一个继电器的 2 脚和 3 脚间 接风扇，当继电器 P1 脚输入一个低电平时，C8550B 处于截至状态，继电器不工作， 当给一个高电平时，由于磁场的吸合作用使得继电器开始工作，同时 1 脚和 3 脚断 开，2 脚和 3 脚接通。从外面可以看到发光二极管点亮，说明继电器在正常的工作。 2.4.2 继电器控制升温 在单片机的 P1.1 接一个继电器，继电器的 3 脚和 2 脚间接加热电炉, 当继电 器 P1 脚输入一个低电平时，C8550B 处于截至状态，继电器不工作，当给一个高电 平时，由于磁场的吸合作用使得继电器开始工作，同时 1 脚和 3 脚断开，2 脚和 3 脚接通说明此时电炉升温。从外面可以看到发光二极管点亮，说明继电器在正常的 工作。 2.4.3 继电器控制降温 在单片机的 P1.7 接一个继电器，继电器的 3 脚和 2 脚间接降温风扇, 当继电 器 P1 脚输入一个低电平时，C8550B 处于截至状态，继电器不工作，当给一个高电 平时，由于磁场的吸合作用使得继电器开始工作，同时 1 脚和 3 脚断开，2 脚和 3 脚接通说明此时使用风扇降温。从外面可以看到发光二极管点亮，说明继电器在正 常的工作。 3 系统软件设计 3.1 系统主程序框图 本系统的流程框图中，Ts 设定温度 Tr 实际温度，系统主程序要做的主要工作 是上电后对系统初始化和构建系统整体软件框架，主要完成 AT89C52 芯片、8279 芯 片和 DS18B20 的初始化，对继电器、数码显示管的初始化，完成对键盘处理子程序、 18B20 子程序、显示子程序的调用，并完成对温度值的比较判断,然后等待温度设定， 若温度已经设定好了，判断系统运行键是否按下，若系统运行，则依次调用各个相 关模块，循环控制直到系统停止运行。如图 3-1 所示(温度处理中,允许最大的温差 为 3) 图 3-1 主程序框图 3.2 键盘处理子程序框图 键盘处理子程序流程框图主要完成对键盘设置温度值进行处理，如图 3-2 所示。 本课题中共需要设置两位数字。框图将数字位数送入 R1，将读入的键盘值送入缓 冲单元 28H，完成初始化后，循环判断是否有按键，有，则读入键码值并将其转换 成二进制数并存储在指定单元，计数器减 1，地址增 1；无，则返回继续判断是否 存在按键。 图 3-2 键盘处理子程序框图 3.3 DS18B20子程序框图 DS18B20 子程序框图主要完成对温度传感器 DS18B20 的初始化和从 18B20 中读 出数据的操作,负责温度信号的采集以及将采集到的模拟量通过 AD 转换器转化为 相应的数字量提供给单片机。如图 3-3 所示。单片机对 DS18B20 的数据引脚进行 500uS 的低电平复位，并判断复位是否成功。没有成功则继续进行复位；复位成功 则进行读操作。每一次对 DS18B20 进行读写操作先必须依次经过复位、ROM 指令。 图 3-3 DS18B20子程序框 体会 单片机温度控制系统采用了高性能的单片机，其丰富的片内源，使得外围扩展 器件少，体积小，降低了成本，也降低了故障率。 通过两个多月的毕业设计,我对AT89C52系列单片机和数字温度传感器DB1280 有了初步了解,从中获得了很多课堂上学习不到的知识，其中我对以下几点有比较深 的体会： （1）电路的设计要细致认真，对于使用芯片的特点要熟知。 （2）编程一定要规范，必要时应加上注解。不要想当然地定义某个变量、常量。 标准的定义方法和习惯，用助于其他程序员理解程序代码，以便今后进行维护。 （3）查阅资料是必不可少的一个环节，如果能找到与设计有关的合适参考文献， 将对所做的编程工作有极大的帮助，可以避免走许多不必要的弯路。在互联网上搜 索相关资料，往往会有意想不到的惊喜，大大提高效率。 （4）程序编写好后，对它的调试也是及其重要的一步。调试程序的意义在于，可 以逐步改正程序中的错误，努力使程序达到最佳的状态。在调试的过程中应该尽量 以普通用户的思想去测试，而不是程序设计者。 这次毕业实习与毕业设计对我来讲是一次难得实践机会，在真正的工作中加深 了对专业知识的理解，积累了经验！无论是自己的意志品质还是适应社会的能力都 得到了磨练，为今后走向社会打下了坚实的基础。 致 谢 在论文完成之际，回顾大学的成长道路，我在学业和生活上得到了众多老师、 同学和朋友们的热心帮助和大力支持。在此，我要向你们表示我最诚挚的谢意！ 本论文是在林刚勇教授的悉心指导下完成的，在此我首先对林教授表示诚挚的 谢意。 在我的整个学习阶段，无论在专业学习，还是在课题研究和论文撰写上，林 教授都给予了极大的关心、指导和鼓励。林教授求真务实的治学精神、渊博的知识、 丰富的实践经验、勇于开拓的科学精神和平易近人的态度，是我终身难忘，并将深 深影响我以后的工作和学习，再次感谢林教授对我不倦的栽培！ 在毕业设计期间，教研组的所有老师都给予我非常大的关心和指导，感谢你们。 使我能顺利的完成毕业论文。 最后感谢所有对我有过帮助在我人生中知遇的许许多多匆匆过客，愿他们能心 想事成！ 参考文献 1 秦实宏，徐春辉. MCS-51 单片机原理及应用M . 武汉:华中科技大学出版社, 2010. 2 陈明荧. 8051 单片机课程设计实训教材M . 北京:清华大学出版,2004. 3 凌玉华. 单片机原理与应用系统设计M . 长沙: 中南大学出版社,2006. 4 李军. 检测技术及仪表M . 北京:中国轻工业出版社,2002. 5 栾桂东，金欢阳. 传感器及其应用M . 西安:西安电子科技大学,2002. 6 康华光. 电子技术基础模拟部分（第四版）M.北京:高等教育出版社，1999. 7 谭浩强. C 程序设计（第三版）M.北京：清华大学出版社.2005-7-3. 8 侯玉宝. 基于 Proteus 的 51 系列单片机设计与仿真M.电子工业出版社. 2008 9 刘鸣,车立新,陈兴梧,赵煜. 温度传感器 DS18B20 的特性及程序设计方法J. 电测与仪表,2001，（10）. 10 周月霞,孙传友. DS18B20 硬件连接及软件编程J. 传感器世界,2001，(12) 11 陈涛. DS18B20 芯片与单片微控制器的接口设计与应用J. 山东煤炭科技. 2002,(03). 12 陈跃东. DS18B20 集成温度传感器原理及其应用J. 安徽工程科技学院学报, 2002(04). 附 录 单片机内存分配申明： TEMPES EQU 27H ；用于保存设定温度值 TEMPER_L EQU 29H ；用于保存实际温度 Tr 的低 8 位 TEMPER_H EQU 28H ；用于保存实际温度 Tr 的高 8 位 FLAG1 EQU 38H ；是否检测到 DS18B20 标志未 LO EQU #0F60H ；定时器低字节 HI EQU #0F6H ；定时器高字节 FLAG2 EQU 39H ；按键标志位 A_BIT EQU 20H ；数码管实际温度 Tr 个位数存放位置 B_BIT EQU 21H ；数码管实际温度 Tr 十位数存放位置 C_BIT EQU 18H ；数码管设定温度 Ts 个位数存放位置 D_BIT EQU 19H ；数码管设定温度 Ts 十位数存放位置 SDWD EQU 30H ；转换后的设置温度 SJWD EQU 31H ；转换后的实际温度 SW1 EQU P1.1 ；继电器 1 控制引脚，加热继电器 SW2 EQU P1.7 ；继电器 2 控制引脚，降温继电器 DS18 EQU P1.0 ；DS18B20 的数据引脚 SJK EQU FFE8H ；8279 的数据口 MLK EQU FFEAH ；8279 的命令口 8CLK EQU ALK ；8279 的时钟信号输入端 ORG 00H JMP MAIN ORG 0BH MAIN： CLR SW1 ；关继电器 1 CLR SW2 ；关继电器 2 MOV A_BIT，#0 MOV B_BIT，#0 MOV C_BIT，#0 MOV D_BIT，#0 MOV TEMPES，#0 MOV TEMPER_L，#0 MOV TEMPER_H，#0 INIT_1820：SETB DS18 NOP CLR DS18 ；主机发出延时 537 微妙的复位低脉冲 MOV R1，#3 TER1：MOV R0，#107 DJNZ R0，$ DJNZ R1,TSR1 SETB DS18 ；拉高数据线 NOP NOP NOP NOP MOV R0,#25H TSR2： JNB DS18,TSR3 ；等待 DS18B20 回应 DJNZ R0,TSR2 ；延时 LJMP TSR4 TSR3： SETB FLAG1 ；置标志位，表示 DS18B20 存在 LJMP TSR5 TSR4： CLR FLAG1 ；清标志位，表示 DS18B20 不存在 LJMP TSR7 TSR5： MOV R0,#117 TDR6： DJNZ R0,TSR6 ；时序要求延时一端时间 TSR7： SETB DS18 RET LP： MOVX A, DPTR JB ACC.7,LP MOV A,#2AH ；S 时钟十分频成 100KHz MOVX DPTR,A MOVX DPTR,#DISHBH ；提示符 0000 代码首地址 LCALL DIS MOV 27H,#80H SETB IT SETB EA SETB EX1 INIT_TIMTR：MOV TMOD，#22H ；定时器初始化，使用定时器 0 模式 2 MOV IE，#00H ；启用定时器 0 中断产生 MOV TL0，#L0 ；加载低字节 MOV TH0，#HI ；加载高字节 SETB TR0 ；启动定时器 0 开始记时 SETB EA SETB ET0 JNB TF0，$ CPL 8CLK MOV SP，#60H CLR EA MOV DPTR，#MLK MOV A， #0D1H MOVX DPTR,A ZHUCHXU：LCALL JPCL LCALL DISPLAY AA： LCALL GET_TEMPER MOV A,SJWD ；温度比较 CJNE A,SDWD,PD XD： LCALL DISPLAY LJMP ZHUCHXU PD： JC PD1 SUB A,3 CJNE A,SDWD,PD2 LCALL XD PD2： JNC JW LCALL XD PD1： ADD A,#3 CJNE A,S