孙天石 单片机鸡雏恒温孵化器设计__课设

辽宁工业大学单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：鸡雏恒温孵化器设计院（系）：电气工程学院专业班级：电气工程及其自动化111班学号：111902001学生姓名：孙天石指导教师：（签字）起止时间：2011.07.04-2011.07.15本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制学号111902001学生姓名孙天石专业班级电气111课程设计（论文）题目鸡雏恒温孵化器设计课程设计（论文）任务该鸡雏恒温孵化器可实现鸡雏孵化过程恒温控制，温度可通过键盘自行设定。并有温度上下限报警功能。利用电热丝加热。温度测量范围0～50度。主要设计内容：硬件电路设计：1.CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2.温度传感器选择及接口电路设计3.驱动电路设计软件设计：1.编程程序流程图2.程序清单编编写进度计划第1天查阅收集资料第2天总体设计方案的确定第3天CPU最小系统设计第4天温度传感器选择及接口电路设计第5天驱动电路设计第6天程序流程图设计第7天软件编写与调试第8天设计说明书完成第9天答辩指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）II摘要随着电究所子技术的发展，微处理器、集成电路不断更新、发展，温度是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学变化的过程都与温度密切相关，因此，在生产过程中常需对温度进行检测和监控。采用单片机进行温度检测、数值显示和数据的存储，效率高，性能稳定，还可以实现实时控制等技术要求，在工业生产中应用越来越广泛。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中鸡雏恒温孵化器就是一个典型的例子，本设计所介绍的鸡雏恒温孵化器，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用DS18B20，用液晶LCD1602实现温度显示。关键词：单片机；温度传感器；LCD液晶屏；恒温本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论…………………………………………………………………11.1恒温控制系统概况………………………………………………………11.2本文研究内容……………………………………………………………1第2章CPU最小系统设计……………………………………………………22.1恒温系统总体设计方案……………………………………………………22.2CPU的选择……………………………………………………………22.389C51单片机……………………………………………………………32.3.1AT89C主要特性………………………………………………………32.3.289C51单片机的基本结构……………………………………………32.3.389C51单片机引脚功能………………………………………………32.4数据存储器扩展…………………………………………………………42.5复位电路设计……………………………………………………………62.6时钟电路设计……………………………………………………………72.7CPU最小系统图………………………………………………………7第3章CPU输入输出接口电路设计…………………………………………93.1温度传感器的选择………………………………………………………93.2温度检测接口电路A/D转换器选择……………………………………10本科生课程设计（论文）IV3.3人机对话接口电路设计…………………………………………………113.3.1显示接口电路设计……………………………………………………113.3.2简易式键盘接口电路设计………………………………………………123.4报警与控制电路…………………………………………………………14第4章系统软件设计………………………………………………………154.1系统主程序设计…………………………………………………………154.2温度控制部分程序设计………………………………………………164.3键盘部分程序设计………………………………………………………164.4温度显示子程序设计…………………………………………………174.5数据采集模块程序设计………………………………………………18第5章单片机程序……………………………………………………………19第6章课程设计总结………………………………………………………24参考文献……………………………………………………………………25本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1恒温控制系统概况二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的。由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化。智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。它迅猛的发展到了各个领域，人们也越来越感到应用单片机技术的优越性，因而单片机也得到了广泛的应用。同时，它也不断地完善和发展。智能恒温箱的温度是医疗、工业生产和食品加工等领域的关键，因此对温度的测量及控制始终占据着重要的地位。市场上常见的温度传感器以电压输出为主要形式，不同的的传感器其非线性曲线也各不相同，缺乏一个产品应具备的通用性和互换性。温度传感器应用范围很广、使用数量很大，但是在常规的环境参数中由于温度受其它因素影响较大，而且难以校准，因此，温度也是最难准确测量的一个参数。常规方法测量温度误差大、准确度低、测量滞后的时间长。今年来，国内传感器正向着集成化、智能化、网络化和单片机的方向发展，为开发新一代温度测量系统创造了有利条件。在智能恒温箱控制系统的设计中，用数字传感器将温度信号以数字信号的方式传送给单片机，经单片机处理后的温度数值，一方面送LED数码管显示；另一方面与给定值经行比较，判断温度高低，从而采取相应的措施：加热或者制冷。使温度达到设定值。智能恒温箱主要是用来控制温度，他为农业研究、生物技术、测试提供所需的各种环境模拟条件，因此可广泛适用于药物、纺织、食品加工等无菌试验、稳定性检查以及工业产品的原料性能、产品包装、产品寿命等测试。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控制对象控制日益广泛，具有体积小、功能强、性价比高等特点，把单片机应用于温度控制系统中可以起到更好的控温作用，智能恒温箱是使用单片机进行温度控制的典型应用，采用单片机做主控单元可完成对温度的采集和控制等的要求。本科生课程设计（论文）21.2本文研究内容本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。LCD液晶显示器即时显示温度。本设计主要设计内容：硬件电路设计：1.CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2.温度传感器选择及接口电路设计3.驱动电路设计软件设计：1.编程程序流程图2.程序清单编编写本科生课程设计（论文）3第2章CPU最小系统设计2.1恒温系统总体设计方案本设计题目为基于单片机的鸡雏恒温孵化器的设计，温度控制设定范围为0-50°C，上、下限温度在程序中设置，实现控制可以升温也可以降温，实时显示当前温度值，另外还有蜂鸣器报警功能。本文使用热电偶温度自动控制系统。（采用A/D转换器）采用单片机控制，液晶显示模块LCD显示。系统框图如图2.1：图2.1温度控制系统原理图2.2CPU的选择由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好和价格便宜等独特优点，已成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种，具有广泛的发展前景。单片机技术的应用，使得许多领域的技术水平和自动化程度大大提高，可以说，当今世界正面临着一场以单片机（微电脑）技术为标志的新技术革命本设计决定用单片机作为中心控制器。现流行的单片机有很多种，其中MCS-51系列以较高的性价比博得很多用户的青睐。所以，本系统采用美国Intel公司生产的89C-51型单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉等优点并具有4K字节的程序存储器，使得它应用起来更加方便。键盘电路温度显示报警电路单片机继电器控制A/D转换电路加热装置信号放大温度传感器本科生课程设计（论文）42.389C51单片机2.3.1AT89C51主要特性（1）面向控制的8位CPU；（2）片内4KBFlashROM程序存储器；（3）128B的片内数据存储器；（4）可寻址64KB的片外程序存储器和片外数据存储器控制电路；（5）2个16位定时/计数器；（6）4个并行I/O口，共32条可单独编程的I/O；（7）5个中断源，2个中断优先级；（8）低功耗的闲置和掉电保护模式；2.3.289C51单片机的基本结构89C51由8个部件组成，即中央处理器（CPU），片内数据存储器（RAM），片内程序存储器，输出/输入接口（I/O，分为P0口、P1口、P2口、P3口），可编程串行口，定时/计数器，中断系统及特殊功能寄存器。2.3.389C51单片机引脚功能（1）XTAL1：接外部晶体和微调电容的一端。在89C51片内，它是振荡电路反向放大器的输入端及内部时钟发生器的输入端，振荡电路的频率就是晶体的固有频率。当采用外部振荡器是次引脚输入外部时钟脉冲。（2）XTAL2：解外部晶体和微调电容的另一端。在89C51片内，它是振荡电路反向放大器的输出端。在采用外部振荡器时此引脚应悬浮。通过示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出，可以确认89C51的振荡电路是否正常工作。（3）RST：复位信号输入端，高电平有效。当振荡器工作时，在此引脚上出现两个机器周期一上的高电平，就可以使单片机复位。（4）ALE/PO：地址锁存允许信号。ALE锁存P0口传送的低8位地址信号，实现低8位地址与数据的分离。（5）PESN：外部程序存储器的读选通信号。当89C51由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期内PESN两次有效输出。（6）EA/VPP：内，外ROM选择端。当EA端接高电平时，CPU访问并执行内部ROM的指令；但当PC值超过4KB时，将自动转去执行外部ROM中的程序。但本科生课程设计（论文）5EA端接低电平时，CPU只访问外部ROM中的指令。（7）P0口：双向8位三态I/O口，在访问外部存储器时，可分时用做低8位地址线和8位数据线。无上拉电阻，能驱动8个LSTTL门电路。P1口：8位双向I/O口，用做普通I/O口。有上拉电阻，能驱动4个LSTTL门电路。P2口：8位双向I/O口，做高8位地址线。有上拉电阻，能驱动4个LSTTL门电路。P3口：8位双向I/O口，具有第二功能。有上拉电阻，能驱动4个LSTTL门电路。89C51单片机的引脚图（40脚双列直插封装）如下图2.289C51单片机的引脚图2.4数据存储器扩展89C-51型单片机片内有128B的RAM，在实际应用中仅靠这256B的数据存储器是远远不够的。这种情况下可利用MCS-51单片机所具有的扩展功能扩展外部数据存储器。MCS-51系列单片机最大可扩展64KB。6264是8K×8位静态随机存储器，采用CMOS工艺制造，单一+5V电源供电，额定功率200mW，典型存取时间200ns，为28线双列直插式封装。1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394089C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.0P1.0P1.0P1.0RESETRXD、P3.0TXD、P3.1INT0、P3.2INT1、P