基于stc89c52的溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1、<p>　　計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文</p><p>　　題 目：基于STC89C52的溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) </p><p>　　院　 系： 電子電氣工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　姓

2、 名： </p><p>　　授課教師： </p><p>　　完成時(shí)間： 2015.6.15 </p><p&g

3、t;<b>　　摘 要</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)內(nèi)容是檢測溫度，進(jìn)行顯示，并利用當(dāng)前的溫度值實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。為了實(shí)現(xiàn)溫度控制功能，該設(shè)計(jì)以STC89C52為主要控制器，通過DALLAS公司的DS18S20溫度傳感器測溫的新型數(shù)字溫度計(jì)。本數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，測溫范圍為-55～125℃，最大分辨率可

4、達(dá)0.0625℃。主控制器采用單片機(jī)STC89C52，其集成度高，片內(nèi)資源豐富，接口模塊包括SPI、SCI、A/D、PWM 等。顯示電路采用3位共陽極LED數(shù)碼管，從P0口輸出段碼，列掃描用P1口來實(shí)現(xiàn)。由于采用了改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20 作為檢測元件，與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，本數(shù)字溫度計(jì)減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。DS18B20 溫度計(jì)還可以在高溫報(bào)警、遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測溫控制等方面進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，具有很好的發(fā)展前景

5、。隨著微機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以單片機(jī)為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對溫度的控制水平。因此本次設(shè)計(jì)內(nèi)容的思想符合了市場的主潮流，有很好的應(yīng)用前景，同時(shí)對設(shè)計(jì)人員也是很</p><p>　　關(guān)鍵詞： STC89C52，DS18B20，溫度控制，數(shù)碼管顯示</p><p><b>　　目錄</b></p>

6、<p><b>　　一 引言1</b></p><p>　　（一）課題研究的背景1</p><p>　?。ǘ┱n題研究的目的和意義1</p><p>　　二 硬件電路的設(shè)計(jì)2</p><p>　?。ㄒ唬┫到y(tǒng)設(shè)計(jì)的框架2</p><p>　?。ǘ﹩纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)電路3</

7、p><p>　　1.STC89C52單片機(jī)的特性及引腳介紹4</p><p>　　2.STC89C52單片機(jī)的時(shí)序介紹6</p><p>　?。ㄈ囟葯z測系統(tǒng)電路6</p><p>　　1.溫度檢測電路6</p><p>　　2.DS18B20的介紹7</p><p>　　3.DS18B

8、20的引腳及其功能8</p><p>　　4.DS18B20的使用方法8</p><p>　　（四）系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)8</p><p>　?。ㄎ澹┫到y(tǒng)按鍵電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　（六）直流電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)10</p><p>　?。ㄆ撸囟蕊@示電路設(shè)計(jì)12</p><p>　

9、　三 系統(tǒng)的調(diào)試與軟件設(shè)計(jì)15</p><p>　?。ㄒ唬┐谕ㄓ嵐ぞ?5</p><p>　?。ǘ┫到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)18</p><p>　　1.系統(tǒng)程序總流程圖18</p><p>　　2.溫度采集子程序流程圖19</p><p>　　3.標(biāo)度變換子程序流程圖20</p><p>　

10、　4.數(shù)碼管顯示子程序流程圖21</p><p>　　5.電機(jī)控制子程序流程圖22</p><p>　　四 總結(jié)與體會23</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　致謝25</b></p><p><b>　　附錄Ⅰ

11、26</b></p><p><b>　　附錄Ⅱ28</b></p><p>　　基于STC89C52的溫度控制系統(tǒng)的</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　一 引言</b></p><p>　?。ㄒ唬┱n

12、題研究的背景</p><p>　　隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用愈加廣泛、日益深入。其中，由單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)愈來愈受到人們的關(guān)注?？梢赃@樣說，沒有微型計(jì)算機(jī)的儀器不能稱為先進(jìn)的儀器，沒有微型計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)不能稱其為現(xiàn)代控制系統(tǒng)。在科技日益發(fā)展的今天微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)深入到我們的日常生活之中。如溫度、煙霧報(bào)警系統(tǒng)，溫濕度檢測系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，紅綠燈控制系統(tǒng)，等等。無一不用了微型

13、計(jì)算機(jī)的控制思想。隨著微機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以單片機(jī)為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對溫度的控制水平。本次設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為主要控制器，DS18B20溫度傳感器為溫度檢測元件，LED數(shù)碼管為溫度顯示元件，直流電機(jī)為被控對象實(shí)現(xiàn)溫度的顯示控制功能。通過本次課程實(shí)踐，我們更加的明確了單片機(jī)的廣泛用途和使用方法，以及其工作的原理。</p><p>　?。ǘ?/p>

14、）課題研究的目的和意義</p><p>　　隨著社會的發(fā)展，溫度的測量及控制變得越來越重要，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，溫度控制的開發(fā)與人們工作生活息息相關(guān)。本文采用單片機(jī)STC89C52設(shè)計(jì)了溫度實(shí)時(shí)測量及控制系統(tǒng)。單片機(jī)STC89C52 能夠根據(jù)溫度傳感器DS18B20 所采集的溫度在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示，并根據(jù)溫度是否達(dá)到上限閾值，來決定是否啟動風(fēng)扇進(jìn)行扇熱，以達(dá)到將溫度控制在允許的范圍內(nèi)。<

15、/p><p>　　通過本次的課程設(shè)計(jì)，使我們對單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理有了更深的了解，掌握了微機(jī)控制系統(tǒng)中軟硬件的設(shè)計(jì)方法，提高了自己的動手能力，及分析問題解決問題的能力，理論聯(lián)系實(shí)際，使自己所學(xué)的知識更好的應(yīng)用到實(shí)際生活中，防止了課上說起理論滔滔不絕，一進(jìn)實(shí)驗(yàn)室不知所措的尷尬局面的發(fā)生。同時(shí)也提升了個(gè)人的綜合競爭力，為自己今后進(jìn)入社會打下了堅(jiān)硬的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。</p><p><b&g

16、t;　　二 硬件電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框架</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的是一種以STC89C52單片機(jī)為主控制器，以DS18B20為溫度傳感器，LED為顯示器，直流電機(jī)為執(zhí)行元件的溫度控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫度，并根據(jù)溫度是否達(dá)到上限閾值，來決定是否啟動風(fēng)扇進(jìn)行扇熱，以達(dá)到將溫度控制在允許的范圍內(nèi)。其主要包括：電源模塊、溫度

17、采集模塊、按鍵處理模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、LED顯示模塊、通訊模塊以及單片機(jī)最小系統(tǒng)。下面主要介紹溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法以及各顯示模塊的功能。</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖1為溫度控制器的主要思路，在進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，總體的思路和框架是很重要的，它決定了在后來能否正確實(shí)現(xiàn)期望功能以及系統(tǒng)的可靠性的高低。正確合理的系

18、統(tǒng)設(shè)計(jì)框架會提高電路設(shè)計(jì)實(shí)施階段的效率，同時(shí)也保證了在電路設(shè)計(jì)階段時(shí)能對全局進(jìn)行把握，對各個(gè)模塊詳實(shí)了解，以致在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，能準(zhǔn)確對電路進(jìn)行測試檢驗(yàn)，來找出問題的所在處。所以在系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)階段之前，系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)是必要的，這也是評價(jià)系統(tǒng)合理、穩(wěn)定性的一部分。</p><p>　　（二）單片機(jī)最小系統(tǒng)電路</p><p>　　在課題設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，控制核心是STC89C52單片

19、機(jī)，該單片機(jī)為51系列增強(qiáng)型8位單片機(jī)，它有32個(gè)I/O口，片內(nèi)含4K FLASH工藝的程序存儲器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，而且價(jià)格便宜，其外部晶振為12MHz，一個(gè)指令周期為1μS。使用該單片機(jī)完全可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)，其最小系統(tǒng)主要包括：復(fù)位電路、震蕩電路以及存儲器選擇模式（EA腳的高低電平選擇），電路如下圖2所示：</p><p>　　圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路</p><p>　　

20、1.STC89C52單片機(jī)的特性及引腳介紹</p><p>　　STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。</p><p><b>　　主要特性如下： </b></p><p>　　增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘

21、/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051. ? </p><p>　　工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V單片機(jī)） ? </p><p>　　工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz ? </p>&l

22、t;p>　　用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)，片上集成512字節(jié)RAM </p><p>　　通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻? </p><p>　　ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口

23、（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 ? </p><p>　　具有EEPROM功能，具有看門狗功能，共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2 </p><p>　　外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 ? </p

24、><p>　　通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART</p><p>　　圖3 STC89C52引腳圖</p><p>　　STC89C52RC引腳功能說明 </p><p>　　VCC（40引腳）：電源電壓 VSS（20引腳）：接地 </p><p>　　P0端口（P0

25、.0～P0.7，39～32引腳）：P0口是一個(gè)漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動8個(gè)TTL負(fù)載，對端口P0寫入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 </p><p>

26、;　　P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對端口寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個(gè)電流。 </p><p>　　此外，P1.0和P1.1還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P1.0/

27、T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。</p><p>　　2.STC89C52單片機(jī)的時(shí)序介紹</p><p>　　STC89C52單片機(jī)的時(shí)序的定時(shí)單元有4個(gè)，它們分別為震蕩周期、時(shí)鐘周期、機(jī)器周期以及指令周期，且時(shí)間長度由小到大依次排列。</p><p>　　所謂震蕩周期，就是一個(gè)震蕩脈沖的持續(xù)時(shí)間，也可以稱之為節(jié)拍。它是晶體振蕩器產(chǎn)生的時(shí)

28、鐘頻率的倒數(shù)，也是單片機(jī)系統(tǒng)中最小、最基本的時(shí)序定時(shí)單位。兩個(gè)震蕩周期加起來就稱為時(shí)鐘周期，一個(gè)狀態(tài)包含兩個(gè)節(jié)拍，分別為前拍P1和后拍P2在狀態(tài)的前拍P1有效時(shí)，通常完成算數(shù)邏輯操作；在后拍P2有效時(shí)，一般進(jìn)行內(nèi)部寄存器之間的傳輸。機(jī)器周期是CPU訪問存儲器或I/O端口一次所需的時(shí)間，并且規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期包括個(gè)狀態(tài)或者個(gè)振蕩周期。指令周期則是CPU取出一條指令，一直到該指令執(zhí)行完成所需的時(shí)間，它以機(jī)器周期為單位。通常一條指令執(zhí)行所需的時(shí)

29、間為1～4個(gè)機(jī)器周期。在51系列單片機(jī)中，除乘法、除法指令是四周期指令外，其它的都是單周期指令或雙周期指令。</p><p>　　綜上所述，一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)振蕩周期或6個(gè)時(shí)鐘周期，指令的執(zhí)行時(shí)間稱為指令周期，單片機(jī)按照指令執(zhí)行所需的時(shí)間將其分為單周期指令、雙周期指令和四周期指令3種，全部指令按其長度可分為單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令，各指令的操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種次序便稱之為時(shí)序。</p

30、><p>　?。ㄈ囟葯z測系統(tǒng)電路</p><p><b>　　1.溫度檢測電路</b></p><p>　　溫度檢測控制系統(tǒng)中采用的檢測元件是DS18B20，在該電路中，DS18B20的通信線是與單片機(jī)的P2.7口相連。DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸總線端口DQ ，外供電源線VDD，共用地線GND。DS18B20有兩種供電

31、方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)VDD接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長。這種情況下，用單片機(jī)的一個(gè)I/O口來完成對DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V)，相應(yīng)的完成溫度測量的時(shí)間較短。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中采用外部供電方式實(shí)現(xiàn)DS18B20傳感器與單片機(jī)的連接，其接口電路如圖4所示。</p><p&

32、gt;<b>　　圖4 溫度采集模塊</b></p><p>　　2.DS18B20的介紹</p><p>　　溫度檢測控制系統(tǒng)的主要元器件是DS18B20溫度傳感器DS18B20數(shù)字溫度傳感器，它是DALLAS 公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)。DS1

33、8B20主要有以下特點(diǎn)：</p><p>　　只要求一個(gè)I/O 口即可實(shí)現(xiàn)通信；</p><p>　　在DS18B20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號；</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫；</p><p>　　測量溫度范圍在－55 到＋125℃之間; 在-10 ~ +85℃范圍內(nèi)誤差為±5℃；<

34、;/p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9 位到12 位選擇。將12位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需時(shí)間不超過750ms；</p><p>　　內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。</p><p>　　因此由于DS18B20有諸如此類的優(yōu)點(diǎn)，使其在溫度檢測系統(tǒng)中被大量應(yīng)用。這在本次設(shè)計(jì)中是深有體會的，憑借它極其簡單的電路連接和通信協(xié)議，使我們在實(shí)際的電路調(diào)試過程中節(jié)省了不小的

35、精力。</p><p>　　3.DS18B20的引腳及其功能</p><p>　　圖5 DS18B20的引腳圖</p><p>　　DS18B20引腳功能描述：</p><p><b>　　GND 地信號；</b></p><p>　　DQ數(shù)據(jù)輸入出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用在寄生電源下，此

36、引腳可以向器件提供電源；漏極開路, 常太下高電平. 通常要求外接一個(gè)約5kΩ的上拉電阻；</p><p>　　VDD可選擇的VDD 引腳。電壓范圍:3~5.5V; 當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。</p><p>　　4.DS18B20的使用方法</p><p>　　DS18B20與單片機(jī)的通信是在一根線上完成的，即在一根總線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，因此在一根I/

37、O線上讀寫數(shù)據(jù)時(shí)必須遵循嚴(yán)格的讀寫時(shí)序要求。18B20有自己的通信協(xié)議，該協(xié)議規(guī)定了三種時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。在對DS18B20進(jìn)行讀寫操作時(shí)必須按照該時(shí)序進(jìn)行操作，否則不能進(jìn)行通訊。</p><p>　?。ㄋ模┫到y(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　為了電路實(shí)現(xiàn)上的簡潔高效，防止因電源模塊電路的復(fù)雜原因而導(dǎo)致故障的發(fā)生，本次的電源部分設(shè)計(jì)比較簡單，其結(jié)構(gòu)如下圖：</p&g

38、t;<p><b>　　圖6 電源模塊</b></p><p>　　該電源模塊中主要由兩個(gè)濾波電容構(gòu)成，一個(gè)濾除高頻干擾，一個(gè)用于低頻干擾，這樣使電源電路更加可靠，不易受到干擾。而不加濾波電容，直接單片機(jī)供電口與電源相連，則使單片機(jī)極不穩(wěn)定，稍有外部干擾作用到單片機(jī)的電源口，都會使單片機(jī)產(chǎn)生波動，從而造成整個(gè)電路的工作的不穩(wěn)定個(gè)，可靠性不高。因此，在該電源模塊設(shè)計(jì)中，濾波電路是

39、提高電源穩(wěn)定性所必需的。</p><p>　　（五）系統(tǒng)按鍵電路設(shè)計(jì)</p><p>　　為了提高系統(tǒng)的可操作性和實(shí)際應(yīng)用的方便性，在需要時(shí)可以對系統(tǒng)進(jìn)行手動操作，在本次電路設(shè)計(jì)中，添加了幾個(gè)按鍵，分別為復(fù)位按鍵與控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)的按鍵，其接口電路如下圖:</p><p>　　圖7 系統(tǒng)按鍵開關(guān)模塊</p><p>　　復(fù)位按鍵是當(dāng)電路出現(xiàn)

40、故障或程序出現(xiàn)問題時(shí)，只要按下該鍵，系統(tǒng)程序就會從開始出執(zhí)行。該按鍵的存在提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，防止了程序進(jìn)入死循環(huán)。直流電機(jī)控制按鍵是為了控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向的，按下該鍵時(shí)，就會給單片機(jī)一個(gè)脈沖，系統(tǒng)程序檢測到該脈沖后，就會改變電機(jī)的控制信號，使其改變轉(zhuǎn)向，沒按下一次，電機(jī)轉(zhuǎn)向就改變一次。該按鍵的設(shè)計(jì)也很好的適應(yīng)了實(shí)際的環(huán)境因素，使電機(jī)的轉(zhuǎn)向根據(jù)實(shí)際情況而調(diào)整。</p><p>　?。┲绷麟姍C(jī)控制電路設(shè)計(jì)&

41、lt;/p><p>　　該部分電路是系統(tǒng)控制的一個(gè)控制對象，該電機(jī)的控制是以溫度為基礎(chǔ)的，當(dāng)溫度達(dá)到上限閾值時(shí)，就會啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動電機(jī)上的扇葉旋轉(zhuǎn)進(jìn)行扇熱，控制溫度在上限閾值以下，從而達(dá)到控制溫度的效果。直流電機(jī)電路的設(shè)計(jì)成功與否決定了該系統(tǒng)的實(shí)際可用性，因此該部分電路必須嚴(yán)格設(shè)計(jì)，使電機(jī)控制電路能穩(wěn)定、可靠、安全的運(yùn)行。其接口電路如下圖：</p><p>　　圖8 直流電機(jī)控制模塊<

42、;/p><p>　　如圖可知電機(jī)控制電路的控制口為P3.4和P3.5兩個(gè)I/O端口，該兩個(gè)控制口與直流電機(jī)驅(qū)動相連，通過對輸出功率的放大以及對輸出電壓的極性的轉(zhuǎn)換來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。至于為什么需要加電機(jī)驅(qū)動，那是因?yàn)?，單片機(jī)的I/O口的輸出電流很小，根本不足以直接驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動，這就要在主控制器與被控對象之間加一個(gè)控制單元，來間接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。還有，即使是單片機(jī)可以直接驅(qū)動直流電機(jī)，這兩者也不能直接相連，因?yàn)槿綦姍C(jī)出

43、現(xiàn)故障會直接影響到主控制器的工作，后果嚴(yán)重的話會使系統(tǒng)癱瘓。</p><p>　　在本直流電機(jī)控制模塊中，驅(qū)動選擇的是L9110。L9110是為控制和驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片有兩個(gè)TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個(gè)輸出端能直接驅(qū)動電機(jī)的正反向運(yùn)動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過800m

44、A的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá)1.5A；同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。其引腳圖如下：</p><p>　　圖9 L9110引腳圖</p><p>　　L9110具有以下以下特性</p><p><b>　　低靜態(tài)工作電流；</b>&

45、lt;/p><p>　　寬電源電壓范圍：2.5V-12V；</p><p>　　每通道具有800mA連續(xù)電流輸出能力；</p><p><b>　　較低的飽和壓降；</b></p><p>　　TTL/CMOS輸出電平兼容，可直接連CPU；</p><p>　　輸出內(nèi)置鉗位二極管，適用于感性負(fù)載；&l

46、t;/p><p>　　控制和驅(qū)動集成于單片IC之中；</p><p>　　具備管腳高壓保護(hù)功能；</p><p>　　工作溫度：-20°C-80°C。</p><p>　　L9110引腳功能，由圖8可看出，L9110有8個(gè)引腳，其中分別有兩個(gè)電源口和接地口，兩個(gè)輸入引腳，兩個(gè)輸出引腳，如下表所示：</p><

47、;p>　　表1 L9110引腳功能</p><p>　?。ㄆ撸囟蕊@示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　該電路的主要功能是對溫度實(shí)時(shí)顯示，使系統(tǒng)具有更好的可觀性。溫度傳感器DS18B20采集當(dāng)前溫度值并以數(shù)字量的形式送給單片機(jī)處理，控制器根據(jù)數(shù)字量與模擬量之間的對應(yīng)關(guān)系，通過標(biāo)度變換將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為工程上易于觀測的十進(jìn)制量。 由于DS18B20的精度很高，最高位0.0625℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了系

48、統(tǒng)所需要的精度。該系統(tǒng)要求能顯示0～99℃之間的溫度，精度控制在0.1℃，因此顯示電路部分需要三個(gè)數(shù)碼管，分別用于顯示小數(shù)位、各位與十位。其接口電路如圖10：</p><p>　　圖10 溫度顯示電路</p><p>　　在該溫度顯示電路中LED數(shù)碼管使用的是共陽極的，它與共陰極的控制邏輯是反過來的，即每個(gè)共陽極數(shù)碼管的電源端接在一起，通過控制陰極的電平高低來控制數(shù)碼管的亮與滅。在本系統(tǒng)

49、中，數(shù)碼管的段選信號是由P1.1、P1.2、P1.3控制的，位選信號是由P1.0～P1.7八個(gè)引腳控制的，通過控制相應(yīng)的位選信號信號就能使相應(yīng)的數(shù)碼管選通，再通過控制相應(yīng)的段選信號就能顯示相應(yīng)的數(shù)字。因此用數(shù)碼管做顯示使用，是比較方便的，而且價(jià)格便宜，調(diào)試簡單。</p><p>　　但是在利用共陽極數(shù)碼管進(jìn)行溫度顯示時(shí)，我們犯了一個(gè)很大的錯(cuò)誤，那就是將LED數(shù)碼管直接用I/O口進(jìn)行驅(qū)動顯示，指示在后期調(diào)試階段，總

50、不能正確顯示溫度值，要么不顯示，要么顯示特別暗。剛開始總找不到解決方法，最后才發(fā)現(xiàn)此類問題和電機(jī)控制是相似的，那就是，I/O口的驅(qū)動電流是很小的，讓它同時(shí)驅(qū)動如此多的數(shù)碼管顯示，已經(jīng)超過了I/O的能力，致使在進(jìn)行溫度顯示時(shí)出現(xiàn)顯示錯(cuò)誤。因此為了正確顯示溫度，需要在I/O口與LED之間加一個(gè)三極管進(jìn)行放大，其接口電路如圖11：</p><p>　　圖11 LED顯示信號放大電路</p><p&g

51、t;　　至此已經(jīng)完成了整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，其主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、溫度檢測模塊、電源模塊、按鍵開關(guān)模塊、LED溫度顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊等六大模塊構(gòu)成。每個(gè)模塊有自己獨(dú)立功能，但又相互連接起來，相互作用。溫度檢測模塊檢測當(dāng)前溫度值并以數(shù)字量的形式送給單片機(jī)；控制器根據(jù)數(shù)字量與模擬量之間的對應(yīng)關(guān)系，通過標(biāo)度變換將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為工程上易于觀測的十進(jìn)制量；然后將該數(shù)字量通過一定的顯示規(guī)則送給LED顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)判斷當(dāng)前溫度值

52、是否超過溫度上限閾值，并由此決定是否驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動進(jìn)行扇熱；若溫度超過閾值，主控制輸出控制信號，來啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動進(jìn)行扇熱，以使溫度降到閾值以下，并且根據(jù)正反轉(zhuǎn)開關(guān)的狀態(tài)來決定電機(jī)的轉(zhuǎn)向。由此得到整個(gè)系統(tǒng)的接口電路圖：</p><p>　　圖12 溫度控制系統(tǒng)總接口電路圖</p><p>　　三 系統(tǒng)的調(diào)試與軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　雖然從硬件連接圖上看，系統(tǒng)的硬件設(shè)

53、計(jì)已經(jīng)結(jié)束，但是電路是否存在細(xì)小缺陷，如，焊點(diǎn)有沒有虛焊，有沒有短路，硬件設(shè)計(jì)的是否合理，是否有元器件損壞，電路工作是否可靠，等等，諸如此類的問題都是未知數(shù)。這些問題對于后續(xù)工作來說是很重要的，如果解決不了，那么上面說設(shè)計(jì)的電路板就如同一塊廢料。因此為了實(shí)現(xiàn)說需的功能還需要進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試，找出電路硬件上的缺陷與不足，同時(shí)進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)，而只有硬件電路上設(shè)計(jì)準(zhǔn)確無誤后，軟件才能在硬件上實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能。在本次課程設(shè)計(jì)中，我是主攻硬件設(shè)計(jì)的

54、，我的搭檔是專門進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)，因此在這里軟件部分的設(shè)計(jì)我就簡略介紹一下，主要的工作還是硬件的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的調(diào)試，如果大家想詳細(xì)了解該設(shè)計(jì)軟件部分的設(shè)計(jì)信息，可以去看我的搭檔的論文。</p><p>　　在實(shí)際進(jìn)行測試時(shí)，畢竟要有通訊模塊，將程序燒到單片機(jī)中，這就需要專門的下載工具，而由于市場上的下載器特別昂貴，甚至比我們整個(gè)電路板的設(shè)計(jì)成本還要高。因此如果不是大量生產(chǎn)，購買這種下載器是不明智的，那要怎么做呢。對于

55、我們做一次就行的，只要用一個(gè)串口下載工具就可以解決，因?yàn)镾TC89C52單片機(jī)上有串口通訊口，可以將程序燒到單片機(jī)中，同時(shí)串口的成本是很低的，也就兩三塊錢一個(gè)，且在實(shí)驗(yàn)室也是有很多的。因此在本實(shí)驗(yàn)中就使用串口進(jìn)行通訊。</p><p><b>　　（一）串口通訊工具</b></p><p>　　串口通訊軟件還是挺多的，這里我們就隨便用了一個(gè)通訊通訊軟件，其界面如下圖：

56、</p><p>　　圖13 串口通訊助手界面</p><p>　　當(dāng)然，有了這個(gè)通訊助手還是不行的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)識別不了，這里還需要安裝一個(gè)串口驅(qū)動。這里使用的是CH340USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動，其界面如下圖：</p><p><b>　　圖14 串口驅(qū)動</b></p><p>　　驅(qū)動安裝好之后，我們就可以將程序燒到單片機(jī)

57、中，具體操作如下：</p><p>　　（1）將USB轉(zhuǎn)串口接口接到電腦上，并將串口上的RxD、TxD分別與電腦單片機(jī)上的TxD、RxD接口相連；</p><p>　?。?）在串口助手上打開相應(yīng)的“串口號”，如果正確安裝串口驅(qū)動后，在串口中會顯示出來的；</p><p>　?。?）再選擇“打開程序文件”，找到keil生成的.hex文件，這一點(diǎn)需要先對keil進(jìn)行配置

58、，打開options for target ‘target1’,然后勾選create HEX file，最后對程序進(jìn)行編譯。具體操作界面如下：</p><p><b>　　圖15</b></p><p>　　打開相對應(yīng)的.hex文件之后，就可以燒程序了，燒程序時(shí)，先將單片機(jī)斷電，然后點(diǎn)擊“下載/編程”，接著對單片機(jī)進(jìn)行供電，然后就可以看到程序被燒到單片機(jī)中了。接下來就

59、可以看到在程序的作用下，單片機(jī)的工作情況。</p><p><b>　?。ǘ┫到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，我是主攻硬件設(shè)計(jì)的，我的搭檔是專門進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)，因此在這里軟件部分的設(shè)計(jì)我就簡略介紹一下，主要的工作還是硬件的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的調(diào)試，如果大家想詳細(xì)了解該設(shè)計(jì)軟件部分的設(shè)計(jì)信息，可以去看我的搭檔的論文。這里為了使大家對系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行

60、了解，我就簡略的介紹程序流程圖。</p><p>　　1.系統(tǒng)程序總流程圖</p><p>　　圖16 系統(tǒng)程序總流程圖</p><p>　　2.溫度采集子程序流程圖</p><p>　　圖17 溫度采集程序流程圖</p><p>　　3.標(biāo)度變換子程序流程圖</p><p>　　圖18 標(biāo)度變

61、換子程序流程圖</p><p>　　4.數(shù)碼管顯示子程序流程圖</p><p>　　圖19 LED溫度顯示程序流程圖</p><p>　　5.電機(jī)控制子程序流程圖</p><p>　　圖20 電機(jī)控制子程序流程圖</p><p>　　至此，整個(gè)電路的軟件部分已經(jīng)做完?？梢钥吹?，整個(gè)電路的程序功能設(shè)計(jì)是完全按照電路的整體

62、構(gòu)造設(shè)計(jì)為依據(jù)的。在設(shè)計(jì)時(shí)，先把整體程序框架構(gòu)造出來，再對電路的各個(gè)模塊的程序?qū)懗鰜?，然后再根?jù)電路之間的相互聯(lián)系，這種聯(lián)系一般是通過各個(gè)模塊的信號為基礎(chǔ)的，及各個(gè)模塊實(shí)際上是在進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換與傳輸，</p><p>　　從而是各個(gè)模塊得到自己所需的數(shù)據(jù)，進(jìn)而達(dá)到相應(yīng)的控制功能。因此，在進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)時(shí)，一定要以實(shí)際電路的結(jié)構(gòu)和聯(lián)系為基礎(chǔ)，不可憑空想象來寫。</p><p><b&g

63、t;　　四 總結(jié)與體會</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，使我受益匪淺，不僅是理論層面還是實(shí)際應(yīng)用層面，都收益頗豐。學(xué)會了如何把理論應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中，畢竟理論只是理論，理論的最終價(jià)值是指導(dǎo)我們的實(shí)踐，在實(shí)踐中應(yīng)用理論，檢驗(yàn)理論，豐富理論，這才是理論的目的的。這種將理論聯(lián)系實(shí)踐的課程設(shè)計(jì)，避免使我們走到說起理論滔滔不絕，一到應(yīng)用不知所措的境地。同時(shí)本次課程設(shè)計(jì)加深了對理論的了解，這是親身體會到

64、的，這不是書本能帶給我們的；也提升了我們的實(shí)際動手能力，以及理論分析解決問題的能力，作為工科生，以后畢竟要與各種各樣的設(shè)備打交道，要想熟練掌握運(yùn)用它們，不僅需要理論知識作為基礎(chǔ)，熟練地操作能力也是必不可少的；同時(shí)也培養(yǎng)了我們的合作意識，與伙伴共同解決問題，因?yàn)楣た苾?nèi)容是很龐大的，內(nèi)容繁多，而一個(gè)人擅長的方面又不同，想要一個(gè)人單打獨(dú)干，不僅困難，而且效率低下，如果有了伙伴之間的相互幫助，就可以事半功倍。這就是整個(gè)課程設(shè)計(jì)我的收獲，很難得，

65、也很珍貴，必將在我今后的學(xué)習(xí)工作中給我極大地啟示和幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李廣弟，朱月秀，王秀山.《單片機(jī)基礎(chǔ)》北京航空航天大學(xué)出版社，2001(07).</p><p>　　[2] 蔡美琴,張為民等.《MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用》高等教育出版社，2004(06).</p&

66、gt;<p>　　[3] 張毅剛,等.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1997.</p><p>　　[4] 劉瑞星,胡健等.《Protel DXP 實(shí)用教程》機(jī)械工業(yè)出版社，2003(04).</p><p>　　[5] 于海生. 《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》 機(jī)械工業(yè)出版社 2007(05).</p><p>　　[6] 譚浩強(qiáng). 《

67、C程序設(shè)計(jì)》 清華大學(xué)出版社.</p><p>　　[7] 康華光. 《電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分》 高等教育出版社 1998(08).</p><p>　　[8] 余錫存. 《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》 西安電子科技大學(xué)出版社，2003.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本論文是在我的指導(dǎo)老師密切

68、關(guān)心和悉心指導(dǎo)下完成的。老師在課題開題期間和論文寫作的過程中給予了我許多指導(dǎo)，導(dǎo)師總是以認(rèn)真負(fù)責(zé)、一絲不茍的工作態(tài)度閱讀并修改文章中不足的地方，他優(yōu)良的作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度深深影響著我，至此,向恩師致以最真摯的感謝和最崇高的敬意！</p><p>　　同時(shí)我要感謝我的同學(xué)，特別是我的室友們，正是他們在這幾年里陪我一起成長，一起學(xué)習(xí)，才讓我有了今天的成績。他們在平時(shí)的學(xué)習(xí)和生活中他們給予了我無私的關(guān)懷和幫助，在此表

69、示我最誠摯的謝意。</p><p><b>　　附錄Ⅰ</b></p><p><b>　　原理圖</b></p><p><b>　　實(shí)物圖</b></p><p><b>　　附錄Ⅱ</b></p><p><b>