commonly used circuit, makes the whole design is more complete, more flexible. Keywords: DS18B20; STC89C51; MCU; control; simulation1.绪论1.1 温度控制系统设计的背景及意义随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。

特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。

针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。

温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。

在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。

比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。

因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。

可见，温度的测量和控制是非常重要的。

单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。

随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。

1.2 饮水机温度控制系统的目的饮水机的温度控制系统，能有效的利用水资源和电源。

过低的温度或者过高的温度都会使水资源造成浪费，在全球水资源缺乏的今日，我们更应该掌握好水温的控制。

本设计为一个单片机的饮水机的温度控制系统，此系统可以实时检测饮水的水温，并且可以通过液晶管显示饮水机的温度，可以通过键盘对饮水机的水进行加热，当低于设定的温度下限时进行加热，本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的系统主要实现了以下功能：1.在液晶显示当前温度的大小，精度为四分之一度，并显示温度控制的上限值和下限值。

2.单位转换，把显示温度的单位从摄氏温标与华氏温标进行互换。

3.温度控制，当温度超出上限值就关闭继电器，当温度低于下限值就启动继电器。

4.温度控制的上限和下限的设置，通过矩阵键盘的输入修改上限值和下限值。

5.蜂鸣器报警，当温度超出上限值蜂鸣器进行报警。

1.3 系统总体设计思想方案一：使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。

方案二：使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，温度传感器中DS18B20因为体积小、抗干扰能力强和精度高等特点，更适合要求，电路也不复杂，容易读取温度，进行转换。

比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，而且优越性更高，使用更方便。

故实际设计中拟采用方案二。

2.系统的硬件组成2.1系统的电路设计方框图本系统的电路总体设计框图如图2-1所示，它由三部分组成:①控制部分主芯片采用单片机STC89C51；②显示部分采用LCD1602实现温度显示；③温度采集部分采用DS18B20温度传感器。

图2-1总体设计框图2.2控制部分一、主要功能特性单片机STC89C51，它是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内2个16位定时器/计数器、8KBROM/EPROM 、256B RAM 、6个中断源等，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C51可为许多嵌入式控制应用系统供给高性价比的解决方案。

二、STC89C51具有如下特点： （1）、兼容MCS51指令系统（2）8k 可反复擦写(大于1000次）Flash ROM ； （3）32个双向I/O 口； （4）256x8bit 内部RAM ；（5）2个16位可编程定时/计数器中断； （6）时钟频率0-24MHz ；（7）2个串行中断，可编程UART 串行通道； （8）2个外部中断源，共8个中断源； （9）2个读写中断口线，3级加密位；单 片机DS18B20LCD 显示蜂鸣器继电器（10）低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；（11）有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求引脚功能及管脚电压。

三、STC89C51为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。

RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，单片机电路用的是单片机最小系统，单片机的P3.7接DS18B20的2号引脚，P1口接矩阵键盘，P2.0控制加热器继电器，P2.7,P2.6,P2.5和P0接LCD显示。

图2-2 STC89C51引脚图2.3 显示部分显示用1602液晶显示器，如图2-3所示。

优点是显示质量高、数字式接口、体积小、重量轻、功耗低。

液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，使其根据输入信号显示相应的内容。

图2-3 1602液晶显示器一、管脚说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，如图2-5所示，各引脚接口说明如表2-4所示。

表2-4 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1 VSS 电源地9 D2 数据2 VDD 电源正极10 D3 数据3 VL 液晶显示偏压11 D4 数据4 RS 数据/命令选择12 D5 数据5 R/W 读/写选择13 D6 数据6 E 使能信号14 D7 数据7 D0 数据15 BLA 背光源正极8 D1 数据16 BLK 背光源负极图2-5 1602管脚第1脚：VSS为地电源。

第2脚：VDD接5V正电源。

第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：背光源正极。

第16脚：背光源负极。

二、指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2-6所示。

表2-6控制命令表序号指令RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光标返回0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置输入模式0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 显示开/关控制0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光标或字符移位0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *6 置功能0 0 0 0 1 DL N F * *7 置字符发生存贮器地址0 0 0 1 字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址0 0 1 显示数据存贮器地址9 读忙标志或地址0 1 BF 计数器地址10 写数到CGRAM或DDRAM）1 0要写的数据内容11 从CGRAM或DDRAM读数1 1读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。

（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。

指令2：光标复位，光标返回到地址00H。

指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。

高电平表示有效，低电平则无效。

指令4：显示开关控制。

D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。

指令5：光标或显示移位S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。

指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。

指令7：字符发生器RAM地址设置。

指令8：DDRAM地址设置。

指令9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

指令10：写数据。

指令11：读数据。

2. 4 温度采集部分DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。

这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。

数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。

一、DS18B20的性能特点如下：（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。

（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。

（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

（5）温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。

（6）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。

（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。