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基于AT89S52单片机的炉温智能控制系统设计与实现
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更新于2024-06-24
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本文档主要探讨了基于单片机的炉温温度控制系统的设计与实现。在现代工业生产环境中,对加热炉、热处理炉或反应炉的温度控制是至关重要的,因为它直接影响到产品质量和工艺效率。单片机因其低功耗、高效能、可靠性和易于产品化的特性,成为此类控制系统中的理想选择。本文以AT89S52单片机为核心,结合新型智能1-Wire总线数字温度传感器DS18B20,构建了一种温度采集控制系统。 温度采集系统的设计重点在于解决实际应用中的时滞问题,采用了直接数字控制(DDC)算法,这是一种先进的控制策略,能够有效地应对动态变化的温度环境。通过模块化程序设计,系统实现了温度数据的实时采集、转换,以及精确的升温与恒温控制。此外,系统还具备记录温度与时间关系的功能,通过液晶显示器直观地显示数据,提高了操作的便利性。 AT89S52单片机作为系统的中央处理器(CPU),其性能强大且易于编程,使得系统能够快速响应和处理温度变化。系统还包括电加热器作为加热元件,用户可以通过键盘输入设定温度,液晶显示器则提供了友好的人机交互界面。整体设计注重硬件的简化,同时保持了高可靠性,确保数据记录的准确性,以及便于后期的维护和升级。 关键词:温度采集系统、单片机(如AT89S52)、DS18B20数字温度传感器、温度控制、直接数字控制(DDC)。该设计不仅满足了实际生产需求,还在控制精度、成本节约和用户体验上有所提升,是现代工业自动化控制领域的一个实用解决方案。通过本文的工作,我们可以看到单片机在温度控制领域的广泛应用及其带来的显著优势。
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图 2-2 系统基本硬件结构框图
(4)键盘输入模块:用 4*1 独立的键盘。可以实现人工对温度上、下限值的设定。
(5)LCD 显示模块:采用常用的 LCD1602 显示温度传感器采集到的温度,并且显
示采值时的时间,以及温度上下限值。
(6)红、蓝色 LED,蜂鸣器:负责系统的报警功能。当温度超过用户设定的上、下
限值时系统将报警。LED 灯在单片机的控制下点亮,同时蜂鸣器发出报警声,通知用户
采取相应的措施。
2.3 系统主要元件介绍
本设计采用采用总线型结构的设计。由 P0 口作数据线,P0 口和 P2 口共同作地址线。
P2 口地址高 8 位,P0 口地址低 8 位。
2.3.1 AT89S52 单片机简介
本设计采用的 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器。使用 Atmel 公
司高密度非易失性存储器技术制造,与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 8K
字节 Flash 允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧
的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash,使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵
活、超有效的解决方案。
AT89S52 单片机主要功能特点有:与 MCS-51 单片机产品兼容;8K 字节在系统可
编程 Flash 存储器;256 字节 RAM;1000 次擦写周期;全静态操作:三级加密程序存储
器;32 位可编程 I/O 口线;双数据指针;三个 16 位定时器/计数器;八个中断源(一个
AT89S52
DS18B20 采温度
声光报警
LCD 显 示 模
块
驱动模块
键盘输入模块
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87992365/bgc.jpg)
6 向量 2 级中断结构);全双工 UART 串行通道;片内晶振及时钟电路;看门狗定时器;
掉电标识符;0Hz~33Hz,AT89S52 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,掉电后中断可唤醒
[12]
。引脚图如图 2-3 所示。
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VCC
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
P2.7/AD15
P2.6/AD14
EA/VDD
ALE/PROG
PSEN
P2.0/AD8
P2.1/AD9
P2.2/AD10
P2.3/AD11
P2.4/AD12
P2.5/AD13
Vss
XTAL1
XTAL2
RD/P3.7
WR/P3.6
T1/P3.5
T0/P3.4
INTI/P3.3
INT0/P3.2
TXD/P3.1
RXD/P3.0
REST
P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
图 2-3 AT89S52 单片机引脚结构示意图
VCC:电源(+5V)。
GND:地。
P0 口:本次设计中 P0 口与 P2 口共同实现 LCD 显示功能。P0 口是一个 8 位漏极开
路的双向 I/O 口。作为输出口,每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时,
引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0 口也被作为低 8 位地址/数
据复用。在这种模式下,P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时,P0 口也用来接收指令
字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。
P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动 4
个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输
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入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流
(IIL)。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器(例如执行 MOVX
@DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送 1。
在使用 8 位地址(如 MOVX @RI)访问外部数据存储器时,P2 口输出 P2 锁存器的内
容。在 flash 编程和校验时,P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。
P1 口:本次设计 P1 口中 P1.0 到 P1.3 接 4 个按键。按键 P1 口是一个具有内部上拉
电阻的 8 位双向 I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”
时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉
低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。此外,P1.0 和 P1.2 分别作定时器/
计数器 2 的外部计数输(P1.0/T2)和时器/计数器 2 的触发输入(P1.1/T2EX)。在 flash
编程和校验时,P1 口接收低 8 位地址字节。P1 口第二功能有,
P1.0:T2(定时器/计数器 T2 的外部计数输入,时钟输出)
P1.1:T2EX(定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制)
P1.5:MOSI(在系统编程用)
P1.6:MISO(在系统编程用)
P1.7:SCK(在系统编程用)
P3 口:本设计中 P3 口将用于接收温度信号。P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位
双向 I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时,内部上
拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由
于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能(第二功能)
使用,如下表所示。在 flash 编程和校验时,P3 口也接收一些控制信号。本次设计 P3
口中 P3.4 将用于接收发送温度型号。P3 引脚号第二功能有,
P3.0:RXD(串行输入)
P3.1:TXD(串行输出)
P3.2:INT0(外部中断 0)
P3.3:INT1(外部中断 1)
P3.4:T0(定时器 0 外部输入)
P3.5:T1(定时器 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)
RESET:复位输入。晶振工作时,RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。
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