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一.设计任务分析
本课程设计主要是用一块STCC52芯片构成的最小单片机系 统设计出一个温度报警控制系统，包括了温度报警控制系统的焊接和程序的编写俩个方面，目的是进一步理解STCC52及其相似芯片的工作原理、加强对单片机C语言的熟练程度和实践一个简单控制系统，最终设计出一个可以调节温度上、中、下限温度值并控制烤箱温度在一可设定区域的温度报警系统。该系统要求用4键方式，即启停、加、减、确认键，启停用于选择修改上、中、下限温度值。用扫描方式动态显示实测温度值，温度超限要求用蜂鸣器和指示灯报警。
二.硬件知识介绍
2.1 STCC52引脚功能分配介绍
设计用P0口控制数码管数值，P2口控制sm1、sm2、sm3、sm4、sm5的亮灭，P3.2、P3.3、P3.4、P3.5作为K1、K2、K3、K4开关按钮，P3.3作为数字式温度计的数据线接口，P3.6作为输出继电器线，P3.7控制蜂鸣器，其他按照STCC52芯片最小系统设计，部分电路如下： (1)蜂鸣器电路图：
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继电器电路图：温度计电路图：
图1 p3.7与蜂鸣器连接
图2 p3.6与继电器连接
图3 p3.3与ds18b20数字温度计连接
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(4)温度报警系统整体框图：
数码管显示 P0和P2 P3.7 蜂鸣器
K1-K4输 P32 Stcc52单片机 入键 -P35
P3.6 继电器 P3.3 温度计 图4 温度报警系统整体框图
2.2 数码管显示数字的原理
利用人眼在10ms-20ms内不能分辨前后变化的视觉效应， 在该段时间内循环地把实测温度值显示于sm1、sm2、sm3、Sm4、sm5数码管上并用二极管做警报信号灯，这样，整体看起来是连续显示的，相当于一块液晶显示频，这种扫描方式也被人称作动态扫描方式。
2.3 按键、二极管、数码管与STC52的连接
P2.6为5个数码管的总开关，只有在P2.6为低电平的情 况下，数码管才能正常工作，二级管连接P1口，较简单，这 里就不列出来了P2.6电路如图5所示
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图5 P2.6与数码管的连接 图6 开关按键与芯片的连接
K1、k2、k3、k4用低电平表示按下，高电平表示没有作用电路图如图6所示。
图7数码管与芯片引脚连接
P2口和P0口控制sm1、sm2、sm3、sm4、sm5数码管的电路 如图7所示，例如p2=10111110b,p0=10000000b时，如过软件没错sm1显示数字8。
2.4 时钟电路及复位电路
2.4.1 微处理器内部时钟电路
STCC5微处理器内部时钟电路振动频率为11.0592M，一个机器周期约为12us，提供CPU计数脉冲的电路如8所示。
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图8 内部晶振式时钟电路
2.4.2 微处理器内部电源、复位电路
SW1为电源总开关，合上SW1，电路经过降压、整流、滤波、稳压把市电转换为单片微机的直流电压；硬件在作用中如果按一下k5键，相当于软件中的PC置0程序从开始处重新执行，电源电路、复位电路硬件结构如图9所示。
图9 复位电路
2.5 数字式温度计的DS18B20的特点
DS18B20是美国DALLAS公司生产的一线式数字式温度计芯片，它具有结构简单，不需外接元件，采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温度报警界限等特点，可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。DS18B20是DS1820的改进型产品，但该产品具有比DS1820更好的性能，目
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前，该产品已成为DS1820的替代品而在温控系统中得到广泛的应用。
与DALLAS公司生产的DS1820相比，DS18B20具有如下特点：
●在-10℃～+85℃范围内，DS18B20具有±0.5℃的精度。因而DS18B20在和DS1820的测温精度相同时，具有更宽广的温度范围。
●分辨率为9～12位（包括1位符号位），并可由编程决定具体位数；
●DS18B20的转换时间与设定的分辨率有关，当设定为9位时，最大转换时间为93.75ms；10位时的转换时间为187.5ms；11位时为375ms；12位时为750ms；
●电源电压范围为3.0V～5.5V；
●内含程序设置寄存器，可用来设置分辨率位数，该寄存器是DS1820所没有的。
2.6数字式温度计的DS18B20的工作原理
DSl8B20的原理与DS1820的原理是一样的。DS18B20继承了DS1820的所有优点。DS18B20采用3脚PR—35封装或8脚SOIC封装，引脚排列如图1－1所示。I/O为数据输入／输出端(即单线总线)，它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。UDD是可供选用的外部+5V电源端，不用时需接地。GND为地，NC为空脚。其内部框图如图1－2所示。主要包括7部分：①
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寄生电源；②温度传感器； ③位激光(laser)ROM与单线接口；④高速暂存器，即便笺式RAM，用于存放中间数据；⑤TH 触发寄存器和TL触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上、下限tH、tL值；⑥存储与控制逻辑；⑦8位循环冗余校验码(CRC)发生器。下面分别介绍各部分的工作原理。
(a) PR—35封装 (b) SOIC封装
图10 DS1820/DS18B20的引脚排列
三.系统软件实现的大体步骤
3.2 用定时器做延时
在T0中断里面实现时钟的循环定时，利用内置晶振的振动周期作为定时周期，易于实现自动控制时钟值且容易建立闪烁标志位。
3.3 二极管数码做报警灯
选用红色二极管做越限报警，绿色指示灯便是正常运行。
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3.4 加入k1、k2、k3、k4按键功能
按键功能加入的顺序一定要保证首先添加k1的功能，然后在k1功能完善的情况下，逐个添加其他三个按键，并报按键程序模块化。
四.系统软件程序流程图
按k2开始 循环显示实测温度值 按k2结束 是 按k1三次 按k1四次 否 否 按看 一次 按k1二次 否 否 是 是 是 1 按k3加按k4减1 是 修改上限温度值 修改下限 温度值 图11 主程序流程图
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修改中间温度值
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主程序说明：在主程序中调用读出温度子程序、按键子程序、显示子程序、控制子程序等，按照按按K1的次数控制不同的功能，程序模块化，简单明了。
五.总体方案设计说明
5.1显示 时数码管的分配
由于本系统上、中、下限温度值均有十位、个位俩位，而数码管只有5个，所以对应配置sm1、sm2为温度上限值sm3、sm4为温度下限值，sm5单方摄氏度符号，这样分配后，有利于数码管俩俩扫描，容易控制闪烁，符合人们的习惯。
5.2 数码管扫描方式的确定
整体上采用数码管的动态扫描方式，上、中、下限温度值个位十位钟俩俩结合显示，这样很容易实现要修改时间时闪烁显示功能。
5.3 按键检测方式的确定
开关按键放在简单子程序中，以开关k1按下次数为主线，嵌循环检测，k1按下一次上限温度值位显示并可以修改，k1按下二次时下限温度值显示并可以修改，k1按下三次时中值温度值显示并可以修改，确认和进出循环显示实测温度值操作。
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六.系统程序清单
见附录
七.调试过程中主要障碍分析
7.1 扫描显示不稳定
扫描延时时间不合适（一般在10-20ms）
7.2 sm5号数码管编号的确定
经过7次的测试可得sm5号数码管的LED标号如图图7-1
6 1 7 2 3 5 4 8 图12 sm5管码
7.3一般的乱码原因
跳转有错误或这有几个数码管同时应用P0数值
7.4 开关去抖动问题
如果加1减1功能是设置在开关按下的过程中的，由于开关按下时开关的时间人为不能确定，而加1减1操作历时极短，故加
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减次数不能确定，出现随机数。这说明按下与松开过程，所写程序没有处理清楚，所以按键都有一个去抖动的过程，抖动根据经验一般在10ms内，故而应在松开后置标志位和设置按键功能。t1、t3约为10ms，整个开关过程约为1s抖动过程如图9。
图13 按键抖动过程
八.结论及存在问题
本次课程设计要求设计的温度报警控制系统功能基本上已经实现，除此之外按键加带了音效。经过再三调试，当中俩个问题费时较多：(1)选择键按下不放时，5个数码管显示一个0或者全灭；(2)pid控制规律难以加入，加热炉温度升降幅度很大，控制作用难以实
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参考文献
[1] 杰.单片微机原理及应用（第3版）.北京：机械工业出版社，2005 [2] 于永,戴佳,常江.51单片机实例精讲.北京电子工业出版社，2007 [3] 吴春,庞洪. 一种PID参数调整方法研究[J]. 兵工自动化, 2009 [4] 江文贱, 蔡锌如. 电阻炉温度控制系统的改进[J]. 江西电力职业技术学院学报, 2004
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