液晶显示电冰箱温度控制
摘要
本设计以单片机和新型数字传感器为核心组成温度及控制系统。本控温系统系统MCS-51指、令系统的ATMEL AT89C51单片机作为控制芯片，完成温度值接收、转换处理；由DALLAS出品的单路串行数字温度传感器DS18B20完成温度测量、模/数转换、输出功能；用4X4键盘完成设置温度的输入功能；用1602型液晶显示器完成温度的显示。整个系统具有集成度高、可行性强、抗干扰性强（串行通信特点）、可扩展性强（可利用识别序列号组成多点测量）、体积小、功耗低等特点；本系统具有测温、输入、控温及显示功能。基于本系统可扩展如下功能：扩展传感器数量，组成测量网络，实现多点测量。同时对MCS-51单片机系列各芯片进行了优劣对比，介绍了单红数字温度传感器的基本内部结构及主要性能特征。
关键词：温度控制；单片机；数字温度传感器
目录
第一章绪言 (01)
第二章开发平台及工具选用 (02)
2.1 PROTEL 99SE简介 (02)
2.2 KEIL 8.02简介 (06)
第三章系统总体设计 (15)
3.1.1单片机AT89S51 (15)
3.1.2模数转换器ADC0809 (19)
3.1.3温度传感器AD590 (21)
3.1.4数码管LED显示器 (24)
3.2原理图 (25)
3.2.1原理图 (25)
3.2.2功能 (25)
第四章软件详细设计 (26)
4.1流程图 (26)
4.2原代码 (29)
第五章实验过程中经验及心得 (34)
5.1实验过程中出现的问题及解决方法 (34)
5.2 ADC0809的CLK信号与单片机的经典接法 (35)
第六章致谢 (36)
第七章参考文献 (37)
第一章绪言
温度的测量和控制在工业生产中获得了广泛的应用，在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得到迅速发展。目前智能温度控制系统广泛应用于社会生活、工业生产的各个领域，适用于家电、汽车、材料、电力电子等行业，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代化的建设中，能源的需求非常大，然而我国的能源利用率极低，所以实现温度控制的智能化，有着极为重要的实际意义。
目前社会上温度控制大多采用智能调节器，国产调节器分辨率和精度较低，温度控制效果不是很理想，但价格便宜，国外调节器分辨率和精度较高，价格较贵。本文通过对智能控制算法及相关温度控制器的深入研究，设计出了一整套的温度控制系统，包括其系统软硬件组成结构。将嵌入式引进温度控制系统中，加入键盘和液晶显示，清晰显示系统的运行状态，用户也可以根据实际情况通过核心板键盘和计算机随时更改初始数据，使温控系统更加智能化，更易于操作。这种设计方法弥补了国产调节器精度较低的缺点。实验证明，系统在增量式PID算法的控制下运用控制器系统的稳态精度达到4-0．5℃以内，运行速度极快。从市场角度看，如果我国的大中型企业将温度控制系统引入生产，可以降低消耗，控制成本，从而提高生产效率。嵌入式温度控制系统符合国家提出的“节能减排”的要求，符合国家经济发展政策，具有十分广阔的市场前景。现今，应用比较成熟的如电力脱硫设备中，主控制器在主蒸汽温度控制系统中的应用，已经达到了世界前进水平。电力部门1980年产生废气是现今的八倍，节约了两倍的初级能源，相当于少开采了三个中型煤矿。如今，在微电子行业中，温度控制系统也越来越重要，如单晶炉、神经网络系统的控制。因此，温度控制系统经济前景非常广泛，我国的高新精尖行业研究其应用的意义更是更加重大。
第二章开发平台及工具选用
第一节PROTEL 99SE简介
Protel 99SE是ProklTechnology公司开发的基于Windows环境下的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，仍然是大中院校电学专业必学课程，同时也是业界人士首选的电路板设计工具。
Protel 99SE 由两大部分组成：电路原理图设计（Advanced Schematic）和多层印刷电路板设计（Advanced PCB）。其中Advanced Schematic由两部分组成：电路图编辑器（Schematic）和元件库编辑器（Schematic Library）。
一、电路原理图编辑器（Schematic）的使用
（一）、概述
进入Design Protel 99se后在Documents中通过右键“New” 建立“Schemati c Document”文件，打开后即可进行电路原理图的编辑。先按照已画好的电路草图将所有元件找到拖放到编辑框里。将编辑框缩小，将元件照电路的样子搭好，整体上排列匀称。接下来就可以进行局部的连线了。或者可以先将电路的各个模块先搭好，再通过框定各模块平移组合成完整的电路，取消框定要通过Edit－》DeSelect－》In side Area－》再用鼠标框定以前选中的模块，就可以解除，表现为模块由黄色变成普通颜色。对某个工程的操作是对一个数据库的操作，因此不同的数据库会在不同的窗口中打开，通过最小化可看高各个数据库的窗口。
（二）、一些常用操作：
1、调用画图工具View－》Toolbars－》Customize
2、在移动元件时按空格可旋转元件
3、找元件时要参照对元件库的描述，Converter含有AD、DA等；Analog是模拟器件如运放等；Memory是存储器件.....
4、一个工程数据库中最好不要将所有文件都放在文件夹Documents中,因为这样会产生一些意想不到的小问题。而将文件直接放在数据库根目录下则不会出现这些问题。
二、原理图元件库编辑器（Schematic Library）
(一)、概述
虽然Protel本身包含了庞大的元件库，但在实际应用中总会遇到找不到元件的情况，这时就需要根据元件资料自己动手在元件库中制作这个元件。还有一种情况是各种元件分散在各个公司的元件库中，不便与使用，所以要把常用元件集中到一个元件库中，这就要自己动手制作，将经常用到的元件复制到这个元件库中，方便以后的使用。
（二）、基本操作
元件库文件（.LIB）也是基于数据库文件（.DDB）下的操作，同一个数据库下元件库中的元件才可以通过Tools -> Copy Component 相互复制，不同数据库时可先用右键的copy将整个元件库复制到当前数据库，再在该数据库中进行单个元件的复制。在放置芯片引脚时大头指的是引脚外侧，引脚名称会嵌到芯片框里，引脚号在外侧。
1、在画芯片图时，如果用到画线的功能，则应将View -> Snap Grid 功能打开，可增加画线时的定位精度。
2、不同设计文件之间拷贝模块时，操作如下：先选中要拷贝的部分－》拷贝，鼠标变成十字线后在选定的区域中间点击左键－》切换到另一个设计文件，粘贴即完成了操作。
第二节KEIL 8.02简介
1. 系统概述
Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。
Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
2. Keil C51单片机软件开发系统的整体结构
C51工具包的整体结构，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
使用独立的Keil仿真器时，注意事项
* 仿真器标配11.0592MHz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其它频率的晶振。
* 仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。
* 仿真芯片的31脚（/EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中使用。
第三章系统总体设计
第一节系统方案
下图为液晶显示电冰箱系统构成方框图。AT89C51单片机为控制核心，它既负责读取
DS18B20测得的冷藏室温度并输出至液晶模组显示，同时又产生实时时钟供液晶显示，并
第二节单片机AT89C51
单片机已成为电子系统中进行数据采集、信息处理、通信联络和实施控制的重要器件。通常利用单片机技术在各种系统、仪器设备或装置中，形成嵌入式智能系统或子系统。中央处理器的选择直接关系到所做系统的性能，要选择既便宜又实用的单片机款型。
3.1.1常见几种单片机的比较
Intel公司早期的产品8031/8051/8751。
8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
8051片内有4K的ROM，无须外接外存储器和373，更能体现“单片”的简练。但是你编的程序你无法烧写到其ROM中，只有将程序交芯片厂代你烧写，并是一次性的，今后你和芯片厂都不能改写其内容。8751与8051基本一样，但8751片内有4k的EPROM，用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用，EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后再烧写。由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。我们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。在众多的51系列单片机中，要算ATMEL 公司的AT89C51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改
写，一般专为ATMEL AT89Cx 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。重要的一点AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。
3.1.2 中央处理单元AT89C51的确定
从多方的因素考虑论证。硬件的核心选用Atmel公司生产的AT89C51单片机。它是一种低功耗、低电压、高性能的8位单片机，片内带有一个数KB的FLASH可编程、可擦除、只读存储器；它采用了CMOS工艺和Atmel公司的高密度非易失性存储器技术,而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
主要特性：
1、与MCS-51 兼容
2、4K字节可编程闪烁存储器
3、寿命：1000写/擦循环
4、数据保留时间：10年
5、全静态工作：0Hz-24Hz
6、三级程序存储器锁定
7、128*8位内部RAM
8、32可编程I/O线
9、两个16位定时器/计数器
10、5个中断源
11、可编程串行通道
12、低功耗的闲置和掉电模式
13、片内振荡器和时钟电路
第三节温度传感器DS18B20
3．1 DS18B20芯片介绍
DSl8B20是美国DALLAS半导体器件公司推出的单总线数字化智能集成温度传感器。与其它温度传感器相比，DSl8B20具有以下特性I21：（1）独特的单线接口方式。（2） DS18B20支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在唯一的信号线上，实现多点测温。（3）DS18B20在使用中不需要任何外围元件。（4）测温范围-55℃～ 125℃，固有测温分辨率0．625℃。（5）测量结果以9～l2位数字量方武串行传送。
3．2 DS18B20的内部结构
DS18B20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。
ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
图1DS18B20的内部结构