畢業(yè)設(shè)計--紅外溫度計顯示及控制電路設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　為小范圍空間內(nèi)的溫度進(jìn)行測量和控制，本文設(shè)計了一種利用紅外溫度計顯示及控制電路，在論文中主要采用了紅外溫度傳感器對控制器部分的溫度進(jìn)行采集 ，將非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號，轉(zhuǎn)換后的電信號再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器換成數(shù)字量，傳輸給AT89C51單片機(jī)處理，以達(dá)到對控制對象的溫度控制，由LED顯示器來顯示溫度。當(dāng)溫度超出溫度控制的范圍報警

2、系統(tǒng)會發(fā)出報警信號，提醒工作人員進(jìn)行操作。設(shè)計出來的紅外溫度測量儀對在溫室大棚、客廳溫度調(diào)節(jié)、溫度快速檢測等各方面有重大意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī) 轉(zhuǎn)換器 顯示器</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　We designed a kind of using infrared thermomet

3、er display and control circuit for small area within the space of temperature measurement and control. In this thesis, we mainly used infrared temperature sensor to gather the section temperature controller. It will conv

4、ert the signals to electricity signal, and be converted to the digital signals by A/D converter. At last, it will transmit to the AT89C51 microcontroller to get processing. Reach for the temperature control of the object

5、, and to displ</p><p>　　KEYWORDS：singlechip Converter Monitor</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p&g

6、t;<b>　　目錄3</b></p><p><b>　　1.緒論5</b></p><p><b>　　1.1概述5</b></p><p>　　1.2溫度控制的總體設(shè)計和思路6</p><p><b>　　1.3系統(tǒng)設(shè)計7</b><

7、;/p><p>　　2.溫度控制電路的設(shè)計9</p><p>　　2.1 溫度傳感器的選擇9</p><p>　　2.1.1紅外傳感器的工作原理9</p><p>　　2.1.2 P7187熱釋電紅外傳感器工作原理10</p><p>　　2.2傳感器放大電路及補(bǔ)償電路的設(shè)計11</p><p

8、>　　2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇12</p><p>　　2.3.1 TLC549參數(shù)介紹13</p><p>　　2.3.2 TLC549工作原理13</p><p>　　2.4單片機(jī)AT89C51的結(jié)構(gòu)和原理15</p><p>　　2.4.1 單片機(jī)型號的選擇15</p><p>　　2.4.2

9、AT89C51的主要性能包括15</p><p>　　2.4.3 AT89C51單片機(jī)主要特性16</p><p>　　2.5顯示系統(tǒng)及接口電路設(shè)計19</p><p>　　2.5.1數(shù)字顯示器的選擇19</p><p>　　2.5.2 LED工作原理及選型19</p><p>　　2.5.3 74LS147

10、譯碼器的選擇20</p><p>　　3.5.4 LED顯示電路21</p><p>　　2.6報警電路22</p><p>　　2.7 MOC3061控制電路23</p><p>　　2.7.1控制通道的器件選擇23</p><p>　　2.7.2 MOC3061的功能與結(jié)構(gòu)23</p>&

11、lt;p>　　2.7.3 MOC3061控制電路24</p><p>　　2.8鍵盤和時鐘、復(fù)位電路25</p><p>　　2.8.1鍵盤輸入25</p><p>　　2.8.2鍵盤和時鐘、復(fù)位電路26</p><p>　　3.9 MAX232通信電路27</p><p>　　3.9.1單片機(jī)與PC通

12、信的意義27</p><p>　　3.9.2 MAX232芯片實現(xiàn)單片機(jī)與PC通信28</p><p>　　3.9.3 MAX232通信電路28</p><p>　　3.10 電源電路29</p><p>　　3.軟件流程圖的設(shè)計30</p><p><b>　　3.1概述30</b>

13、</p><p>　　3.1.1軟件功能分析30</p><p>　　3.1.2系統(tǒng)時鐘周期的設(shè)定30</p><p>　　3.2主程序功能31</p><p>　　3.3 T0中斷服務(wù)程序31</p><p><b>　　3.4子程序32</b></p><p>

14、;　　3.4.1給定值的計算程序32</p><p>　　3.4.2采樣子程序32</p><p>　　3.4.3數(shù)字濾波子程序32</p><p>　　3.4.4 PID算法程序36</p><p>　　3.4.5溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換36</p><p>　　3.4.6 LED顯示子程序37</p>

15、<p><b>　　4. 結(jié)論41</b></p><p>　　5. 經(jīng)濟(jì)分析報告42</p><p><b>　　致 謝44</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　緒論</b><

16、/p><p><b>　　概述</b></p><p>　　溫度控制技術(shù)是一種重要的工業(yè)技術(shù)，在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。利用單片機(jī)來對溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量

17、和數(shù)量。而現(xiàn)在溫度的測量逐漸趨向于智能化和集成化等方向發(fā)展，那么我們就可以通過掌握智能化儀表的理論知識，結(jié)合智能化儀器儀表的結(jié)構(gòu)特點和工作模式，將測量和控制理論應(yīng)用于設(shè)計，以簡潔、可靠的方式，完成智能化溫度測控器的設(shè)計。通過研究，全面掌握智能化儀表的設(shè)計原理、方法以及應(yīng)用技術(shù)，設(shè)計更精確，更簡單的溫度測控器。對現(xiàn)實中的生產(chǎn)、生活有極大的幫助。</p><p>　　紅外測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中、產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測、設(shè)備

18、在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。近20年來，非接觸紅外測溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴(kuò)大，市場占有率逐年增長。比起接觸式測溫方法，紅外測溫有著響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。非接觸紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列，并備有各種選件和計算機(jī)軟件，每一系列中又有各種型號及規(guī)格。在不同規(guī)格的各種型號測溫儀中，正確選擇紅外測溫儀型號對用戶來

19、說是十分重要的。</p><p>　　采用紅外成像檢測技術(shù)可以對正在運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行非接觸檢測，拍攝其溫度場的分布、測量任何部位的溫度值，據(jù)此對各種外部及內(nèi)部故障進(jìn)行診斷，具有實時、遙測、直觀和定量測溫等優(yōu)點，用來檢測發(fā)電廠、變電所和輸電線路的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備和帶電設(shè)備非常方便、有效。</p><p>　　利用熱像儀檢測在線電氣設(shè)備的方法是紅外溫度記錄法。紅外溫度記錄法是工業(yè)上用來無損探測，檢測設(shè)備

20、性能和掌握其運(yùn)行狀態(tài)的一項新技術(shù)。與傳統(tǒng)的測溫方式(如熱電偶、不同熔點的蠟片等放置在被測物表面或體內(nèi))相比，熱像儀可在一定距離內(nèi)實時、定量、在線檢測發(fā)熱點的溫度，通過掃描，還可以繪出設(shè)備在運(yùn)行中的溫度梯度熱像圖，而且靈敏度高，不受電磁場干擾，便于現(xiàn)場使用。它可以在-20℃～2000℃的寬量程內(nèi)以0.05℃的高分辨率檢測電氣設(shè)備的熱致故障，揭示出如導(dǎo)線接頭或線夾發(fā)熱，以及電氣設(shè)備中的局部過熱點等等。</p><p>

21、;　　帶電設(shè)備的紅外診斷技術(shù)是一門新興的學(xué)科。它是利用帶電設(shè)備的致熱效應(yīng)，采用專用設(shè)備獲取從設(shè)備表面發(fā)出的紅外輻射信息，進(jìn)而判斷設(shè)備狀況和缺陷性質(zhì)的一門綜合技術(shù)。</p><p>　　1.2溫度控制的總體設(shè)計和思路</p><p>　　本溫度控制系統(tǒng)主要是以AT89C51單片機(jī)作為控制的核心，通過紅外傳感器獲得溫度數(shù)據(jù)，通過放大電路與補(bǔ)償電路送入A/D轉(zhuǎn)換器。單片機(jī)通過LED顯示器將溫度顯

22、示出來，同時通過控制電路對外界溫度進(jìn)行控制。原理方框圖見圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 控制電路原理方框圖</p><p>　　工作原理：當(dāng)采樣周期達(dá)到時，由紅外傳感器檢測外界實際溫度，經(jīng)過放大電路將溫度轉(zhuǎn)換為電壓信號，在右A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC549將電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)單片機(jī)采集后與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，根據(jù)偏差信號進(jìn)行PID控制運(yùn)算，得出相應(yīng)控制輸出量，將控制輸出量輸出到

23、執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱，控制外界溫度，使外界實際溫度向著給定溫度變化并最終達(dá)到給定溫度，同時將采集的信號顯示到LED上。系統(tǒng)時刻檢測外界溫度，出現(xiàn)異常時出現(xiàn)聲光報警。</p><p><b>　　1.3系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，具有重要意義，主要設(shè)計內(nèi)容包括測量，A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)系統(tǒng)，鍵盤操作系統(tǒng)，溫度顯示電路，報警顯示

24、。</p><p>　　本系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括單片機(jī)電路、溫度采集電路、A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示電路接口、鍵盤接口及控制電路等。圖1-1中飯AT89C51為主控制器件，AT89C51是AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。本系統(tǒng)采用74LS147芯片來擴(kuò)展LED顯示器，采用MAX

25、232芯片來擴(kuò)展PC機(jī)。以下是部分電路功能簡介：</p><p><b>　　信號采集電路</b></p><p>　　通過P7187熱釋電紅外傳感器采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出后經(jīng)放大、選頻濾波后，與室溫測量元件輸出進(jìn)行相加和修正，最后得到與被測物體溫度成正比的輸出電壓，達(dá)到數(shù)據(jù)采集的目標(biāo)。</p><p><b>　　單片機(jī)電路</b

26、></p><p>　　AT89C51是整個設(shè)計的核心部分，單片機(jī)首先將采集后與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，根據(jù)偏差信號進(jìn)行PID控制運(yùn)算，得出相應(yīng)控制輸出量，將控制輸出量輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱，控制外界溫度，使外界實際溫度向著給定溫度變化并最終達(dá)到給定溫度，從而實現(xiàn)溫度控制。同時AT89C51還負(fù)責(zé)按鍵的處理、液晶顯示以及與上位機(jī)進(jìn)行通信等工作。</p><p><b>　　聲光報

27、警</b></p><p>　　當(dāng)溫度傳感器或紅外傳感器所探測的溫度低于或高于所設(shè)置的溫度上下限（0-100℃），揚(yáng)聲器就會發(fā)出連續(xù)的報警聲。同時在LED顯示器顯示“FFFF”，通知操作者進(jìn)行相應(yīng)的處理或者在軟件上作相應(yīng)的處理。</p><p>　　按鍵處理、LED顯示</p><p>　　鍵盤主要起中斷觸發(fā)、移位、加一、減一、確定用；顯示電路采用LED

28、顯示器，把溫度控制結(jié)果顯示在LED顯示器上。</p><p>　　2.溫度控制電路的設(shè)計</p><p>　　2.1 溫度傳感器的選擇</p><p>　　在現(xiàn)實的溫度測量電路設(shè)計中有很多種傳感器可以使用如：熱電偶傳感器、熱電阻傳感器、集成溫度傳感器、紅外溫度傳感器等各種不同類型的溫度傳感器。依據(jù)我們畢業(yè)設(shè)計的制作要求，選用熱釋電紅外傳感器作為傳感器作為溫度傳感器，

29、考慮到測量溫度范圍在0-100℃以內(nèi)，選擇的熱釋電紅外傳感器為P7187熱釋電紅外傳感器。</p><p>　　2.1.1紅外傳感器的工作原理</p><p>　　當(dāng)一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電性不能表現(xiàn)出來。某些晶體的

30、表面接受了紅外線的輻射能量，其表面產(chǎn)生溫度變化，隨著溫度的上升或下降，這些物質(zhì)表面上就會產(chǎn)生電荷的變化。圖2-1為熱釋電晶體表面電荷隨溫度變化的移動情況。</p><p>　　圖 2-1 熱釋電效應(yīng)圖</p><p>　　可見，當(dāng)紅外線照射熱釋電元件時，其內(nèi)部極化作用發(fā)生很大的變化，其變化部分作為電荷釋放出，從外部取出該電荷就變成傳感器的輸出電壓。由此可見，熱釋電傳感器只有在溫度變化時才有

31、輸出電壓。</p><p>　　2.1.2 P7187熱釋電紅外傳感器工作原理</p><p>　　熱釋電紅外傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓ΔV。熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路見圖2-2所示。傳感器主要有外殼

32、、濾光片、熱釋電元件PZT、場效應(yīng)管FET等組成。其中，濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對太陽光和熒光燈光的短波長（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件PZT將波長在8mm～12mm之間的紅外信號的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。P7187熱釋電紅外探測器是由熱釋電紅外傳感器、菲涅耳透鏡及電子電路組成的一種光電檢測裝置。他能無接觸地檢測物體輻射出的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。P7187對7～20μm范圍波長

33、比較靈敏，他采用了2個熱釋電元件PZT板，PZT板表面吸收紅外線，并在受光面的內(nèi)外各自安裝取出電荷的一對電極，能敏感的捕捉到被測物體或光源，具有很高的靈敏度。這2個受光電極反向串聯(lián)，可有效地防止背景波動以及干擾光照射時的誤動作(一是環(huán)境變化引起的誤動作，二是使用光調(diào)制</p><p>　　圖2-2 為P7187熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖與等效電路圖</p><p>　　2.2傳感器放大電路及補(bǔ)

34、償電路的設(shè)計</p><p>　　測量系統(tǒng)基本電路如圖2-3所示。傳感器輸出信號經(jīng)放大、選頻濾波后，與室溫測量元件輸出進(jìn)行相加和修正，最后得到與被測物體溫度成正比的輸出電壓。</p><p>　　圖2-3 信號放大電路與溫度補(bǔ)償電路</p><p>　　傳感器輸出的信號經(jīng)C12電容耦合到同相放大器A1，A1的閉環(huán)增益為23～24之間。同時A1還兼做高通濾波器，A2

35、是一個低通濾波器。</p><p>　　A1，A2分別把低于0.3 Hz和高于7 Hz的信號濾掉，使輸出的信號僅是經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制的1 Hz紅外輻射信號。</p><p>　　由溫敏二極管和運(yùn)算放大器A4組成溫度補(bǔ)償部分，他檢測調(diào)制器的溫度Ta，利用溫敏二極管的非線性作溫度補(bǔ)償。</p><p>　　根據(jù)斯忒藩一波耳茲曼定律，當(dāng)調(diào)制器裝置溫度為T0，被測溫體的溫度為T

36、0時，紅外線傳感器的輸出電壓為：</p><p>　　Vs=K(T04-Ta4) （式2-1）</p><p>　　由上式可知，要獲得正比于待測物體的絕對溫度的電壓V，應(yīng)將 </p><p>　　V(Ta)=KTa4 （式2-2） </p><p>　　信號加

37、到上式中進(jìn)行補(bǔ)償。V(Ta)由溫度補(bǔ)償電路提供，溫度補(bǔ)償曲線可近似地看成是四次方曲線，這個過程將在加法器A3中完成。A3的作用是將信號電壓與溫度校正部分的輸出進(jìn)行加法計算。</p><p>　　2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)采用的A/D轉(zhuǎn)換器是選用TLC549，主要結(jié)構(gòu)和特征如下：</p><p>　　TLC549是美國德州儀器公司生產(chǎn)的8位

38、串行A/D轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用微處理器、控制器通過CLK、CS、DATA OUT三條口線進(jìn)行串行接口。具有4MHz片內(nèi)系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時間最長17μs，TLC549允許的最高轉(zhuǎn)換速率為45 500次/s，TLC549為40 000次/s。總失調(diào)誤差最大為±0.5LSB，典型功耗值為6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，VREF-接地，VREF+－VREF-≥1V，可用于較小信號的采

39、樣。</p><p>　　圖2-4 TLC549的內(nèi)部框圖和引腳名稱</p><p>　　2.3.1 TLC549參數(shù)介紹</p><p><b>　　極限參數(shù)</b></p><p>　　TLC549的極限參數(shù)如下：</p><p>　　●電源電壓：6.5V；</p><p

40、>　　●輸入電壓范圍：0.3V～VCC＋0.3V；</p><p>　　●輸出電壓范圍：0.3V～VCC＋0.3V；</p><p>　　●峰值輸入電流(任一輸入端)：±10mA；</p><p>　　●總峰值輸入電流(所有輸入端)：±30mA；</p><p>　　●工作溫度：TLC549C：0℃～70℃</

41、p><p>　　TLC549I：－40℃～85℃</p><p>　　TLC549M：－55℃～125℃</p><p>　　2.3.2 TLC549工作原理</p><p>　　TLC549帶有片內(nèi)系統(tǒng)時鐘，該時鐘與I/O CLOCK是獨立工作的，無需特殊速度和相位匹配。當(dāng)CS為高時，數(shù)據(jù)DATA OUT端處于高阻態(tài)，此時I/O CLOCK不起

42、作用。這種CS控制作用允許在同時使用TLC549時，共用I/O CLOCK，以減少A/D使用時的I/O控制端口。TLC549的內(nèi)部框圖和引腳名稱如圖2-5。</p><p>　　圖2-5 TLC549內(nèi)部框圖</p><p>　　TLC549均有片內(nèi)系統(tǒng)時鐘，該時鐘與I/O CLOCK是獨立工作的，無須特殊的速度或相位匹配。</p><p>　　當(dāng)CS為高時，數(shù)據(jù)輸

43、出(DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時I/O CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時使用多片TLC548、TLC549時，共用I/O CLOCK，以減少多路(片)A/D并用時的I/O控制端口。</p><p>　　一組通常的控制時序為：</p><p>　　(1)將CS置低。內(nèi)部電路在測得CS下降沿后，再等待兩個內(nèi)部時鐘上升沿和一個下降沿后，然后確認(rèn)這一變化，最后自動將前一次轉(zhuǎn)

44、換結(jié)果的最高位(D7)位輸出到DATA OUT端上。</p><p>　　(2) 前四個I/O CLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5個位(D6、D5、D4、D3)，片上采樣保持電路在第4個I/O CLOCK下降沿開始采樣模擬輸入。</p><p>　　(3)接下來的3個I/O CLOCK周期的下降沿移出第6、7、8(D2、D1、D0)個轉(zhuǎn)換位，</p><p

45、>　　(4)最后，片上采樣保持電路在第8個I/O CLOCK周期的下降沿將移出第6、7、8(D2、D1、D0)個轉(zhuǎn)換位。保持功能將持續(xù)4個內(nèi)部時鐘周期，然后開始進(jìn)行32個內(nèi)部時鐘周期的A/D轉(zhuǎn)換。第8個I/O CLOCK后，CS必須為高，或I/O CLOCK保持低電平，這種狀態(tài)需要維持36個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果CS為低時I/O CLOCK上出現(xiàn)一個有效干擾脈沖，則微處理器/控制器將與器件的I/O時序失去

46、同步；若CS為高時出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過程。寫成一段，不分1、2、3、4</p><p>　　在36個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期結(jié)束之前，實施步驟(1)－(4)，可重新啟動一次新的A/D轉(zhuǎn)換，與此同時，正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換終止，此時的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　若要在特定的時刻采樣模擬信號，應(yīng)使第8個I/O CLOCK時鐘的下降

47、沿與該時刻對應(yīng)，因為芯片雖在第4個I/O CLOCK時鐘下降沿開始采樣，卻在第8個I/O CLOCK的下降沿開始保存。</p><p>　　2.4單片機(jī)AT89C51的結(jié)構(gòu)和原理</p><p>　　2.4.1 單片機(jī)型號的選擇</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)是8位增強(qiáng)型，其主要的技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完善的外部并行總線和具有多級識別功能的串行通訊接口

48、（UART），規(guī)范了功能單元的SFR控制模式及適應(yīng)控制器特點的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)。由于單片機(jī)具有較高的性能比，國內(nèi)尤以MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用最廣，易于開發(fā)、使用靈活、而且體積小、易于開發(fā)、抗干擾能力強(qiáng)，可以工作于各種惡劣的條件下，工作穩(wěn)定等特點。本設(shè)計本著應(yīng)用性，因此選擇MCS-51系列的AT89C51單片機(jī)作為中央處理器，AT89C51引腳圖如圖2-6所示。</p><p>　　2.4.2 AT89C5

49、1的主要性能包括</p><p>　?、?與MCS－51微控制器產(chǎn)品系列兼容。</p><p>　?、?片內(nèi)有4KB可在線重復(fù)變成的快閃擦寫存儲器（Flash Memory）。</p><p>　?、?存儲器可循環(huán)寫入/擦除1000次。</p><p>　?、?存儲數(shù)據(jù)保存時間為10年。</p><p>　?、?寬工作

50、電壓范圍：Vcc可為2.7V～6V。</p><p>　?、?全靜態(tài)工作：可從0Hz至16MHz。</p><p>　?、?程序存儲器具有3級加密保護(hù)。</p><p>　　⑻ 128×8位內(nèi)部RAM。</p><p>　?、?32條可編程I/O線。</p><p>　?、?兩個16位定時器/計數(shù)器。<

51、/p><p>　　⑾ 中斷結(jié)構(gòu)具有5個中斷源和2個優(yōu)先級。</p><p>　　⑿ 可編程全雙工串行通道。</p><p>　　⒀ 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電保存存儲器內(nèi)容。</p><p>　　圖 2-6 AT89C51引腳圖</p><p>　　2.4.3 AT89C51單片機(jī)主要特性</p><p&

52、gt;　　AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89C51提供了高性價比的解決方案。</p><p>　　AT89C51是

53、一個低功耗高性能單片機(jī)，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p>　　AT89C51將具有多種功能的8位CPU與EPEROM結(jié)合在一個芯片上，為很多嵌入式控

54、制應(yīng)用提供了非常靈活而又價格適宜的方案，其性價比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于8751。由于片內(nèi)帶EPROM的87C51價格偏高，而片內(nèi)帶FPEROM的89C51價格低而且與Intel80C51兼容，這就顯示出了89C51的優(yōu)越性。</p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><

55、;p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門

56、電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉

57、的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平

58、，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p><b>　　口管腳 備選功能</b></p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行

59、輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p>&

60、lt;p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于

61、輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：

62、外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加

63、12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　振蕩器特性:</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石

64、晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 </p><p>　　2.5顯示系統(tǒng)及接口電路設(shè)計</p><p>　　2.5.1數(shù)字顯示器的選擇</p><p>　　顯示器常作為單片機(jī)系統(tǒng)中最簡單的輸出設(shè)備，用以顯示單片機(jī)系

65、統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果與運(yùn)行狀態(tài)等。常用的顯示器重要有LED數(shù)碼顯示器和LCD液晶顯示器。</p><p>　　本系統(tǒng)只是需要顯示溫度信號，信息量很少，LED即可滿足要求，而且其亮度高、價格便宜的特點更加適合本系統(tǒng)。所以本系統(tǒng)采用了LED數(shù)碼管顯示器作為顯示輸出結(jié)果。本系統(tǒng)測控精度為不小于±1℃。所以選取四位LED比較合適，選擇的LED型號為DM163型。</p><p>　　2.5.2

66、LED工作原理及選型</p><p>　　本系統(tǒng)主要使用于低溫環(huán)境中的溫度控制，如：溫室大棚，酒店大廳、房間客廳等低溫環(huán)境下進(jìn)行溫度控制；所以測量的溫度范圍主要是0～100。C以內(nèi)。</p><p>　　LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也稱數(shù)碼管。單片機(jī)系統(tǒng)中通常使用8段LED數(shù)碼顯示器。如圖2-7所示，它由8個發(fā)光二極管組成。其中7個長條形的發(fā)光二極管列成“日”字形，另一個

67、圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括A～F在內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點等字樣。</p><p>　　LED顯示器由兩種不同的形式：一種是8個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱為共陽極LED顯示器；另一種是8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱為共陰極LED顯示器。共陰極和共陽極結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆畫段名和安排位置是相同的，當(dāng)二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的筆畫段發(fā)亮，由發(fā)亮的

68、筆畫段組合從而顯示各種字符。8各筆畫段dpgfedcba對應(yīng)1B（8位）的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。</p><p>　　圖 2-7 LED引腳結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　LED顯示器的顯示方法由靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。</p><p>　　靜態(tài)顯示：所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時，相

69、應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時，靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，造成了資源的浪費(fèi)。</p><p>　　動態(tài)顯示：所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流

70、有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。本系統(tǒng)采用動態(tài)顯示的顯示方式。</p><p>　　2.5.3 74LS147譯碼器的選擇</p><p>　　為了節(jié)省I/O口和方便編程，LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個專門的譯碼器，有些譯碼器不但要完成譯碼功能，還帶有驅(qū)動電路，以驅(qū)動數(shù)碼管工作。BCD碼

71、七段譯碼驅(qū)動器，此類譯碼器有共陽和共陰兩類。型號有74LS147（共陽）、74LS148（共陰）、CC4511（共陰）等。本系統(tǒng)采用74LS147，其引腳圖如圖2-8所示。</p><p>　　圖 2-8 74LS147引腳圖</p><p>　　74LS147是由“與非”門、輸入緩沖器和7各“與－或－非”門組成的BCD－7段譯碼器/驅(qū)動器。通常是低電平有效，高的灌入電流的輸出可直接驅(qū)動

72、顯示器。7個“與非”門和1個驅(qū)動器成對連接，以產(chǎn)生可用的BCD數(shù)據(jù)及其補(bǔ)碼至7個“與－或－非”譯碼門。剩下的“與非”門和3個輸入緩沖器作為“試燈輸入”LT端、滅燈輸出BI/RBO端及動態(tài)滅燈輸入RBI端。</p><p>　　該電路接受4位二進(jìn)制編碼－十進(jìn)制數(shù)（BCD）輸入并借助于輔助輸入端狀態(tài)將輸入數(shù)據(jù)譯碼后去驅(qū)動一個7段顯示器。LS47的輸出結(jié)構(gòu)設(shè)計稱能夠承受7段顯示所需要的相當(dāng)高的電壓。驅(qū)動顯示器割斷所需要

73、高達(dá)24mA的電流可以由其高性能的輸出晶體管來直接提供。BCD輸入計數(shù)9以上的顯示圖案試鑒定輸入條件的唯一符號。</p><p>　　74LS147有自動前后沿滅零控制（RBI和RBO）。試燈（LT）可在BI/RBO端除于高電平的任何時刻去進(jìn)行，該電路還含有一個滅燈輸入（BI），它用來控制燈的亮度或禁止輸出。74LS147這種七段譯碼器在應(yīng)用中可以驅(qū)動共陽極的發(fā)光二極管或者直接驅(qū)動白熾燈指示器。</p>

74、;<p>　　3.5.4 LED顯示電路</p><p>　　LED顯示電路如圖2-9所示：</p><p>　　P0.0～P0.3為BCD碼的四線輸入，經(jīng)過74LS147譯碼后，從9～15腳輸出信號給LED的abcdefg顯示段，從而能夠顯示輸入為BCD的數(shù)字。小數(shù)點接在P2.7，由單片機(jī)另外控制其通斷，從而確定顯示精度。P0.4～P0.7為片選信號，通過四個三極管C181

75、5接通LED的四個片選端。C1815的作用是電流放大，以驅(qū)動LED顯示，沒有這四個三極管的話，LED的顯示亮度將大為減弱。LED顯示器顯示的范圍主要在0-100℃以內(nèi)。</p><p>　　圖2-9 LED顯示電路</p><p><b>　　2.6報警電路</b></p><p>　　如圖2-10 發(fā)聲器由P3.7口輸出，當(dāng)溫度傳感器或紅

76、外傳感器所探測的溫度低于或高于所設(shè)置的溫度上下限（0-100℃），揚(yáng)聲器就會發(fā)出連續(xù)的報警聲。同時在LED顯示器顯示“FFFF”，通知操作者進(jìn)行相應(yīng)的處理或者在軟件上作相應(yīng)的處理。</p><p>　　圖2-10 報警電路</p><p>　　2.7 MOC3061控制電路</p><p>　　2.7.1控制通道的器件選擇</p><p&g

77、t;　　在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)總要對被控對象實現(xiàn)控制操作，因此，在這樣的系統(tǒng)中，需要有后向通道。后向通道是計算機(jī)實現(xiàn)控制運(yùn)算處理后，對被控對象的輸出通道接口。系統(tǒng)的后向通道是一個輸出通道，其特點是弱電控制強(qiáng)電，即小信號輸出實現(xiàn)大功率控制。常見的被控對象有電機(jī)、電磁開關(guān)等。</p><p>　　單片機(jī)實現(xiàn)控制是以數(shù)字信號或者模擬信號的形式通過I/O口送給被控對象的。其中，數(shù)字信號形態(tài)的開關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率

78、量可直接用于開關(guān)量、數(shù)字量系統(tǒng)以及頻率控制系統(tǒng)的控制；但是對于一些模擬量控制系統(tǒng)，則應(yīng)通過D/A 轉(zhuǎn)換器變換成模擬量控制信號以后才能實現(xiàn)控制。D/A轉(zhuǎn)換的原理有電阻解碼網(wǎng)絡(luò)和T型解碼網(wǎng)絡(luò)兩種，常用的是T型解碼網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用晶閘管過零觸發(fā)調(diào)功方式來控制溫度。這種觸發(fā)方式的優(yōu)點是：晶閘管輸出為正弦波，波形無畸變、電磁干擾少、無噪聲等。但是常見的晶閘管過零觸發(fā)裝置由同步電路（對三相電源）、檢零電

79、路、隔離電路等部分組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本系統(tǒng)采用了摩托羅拉公司生產(chǎn)的MOC3061光電耦合器件構(gòu)成的晶閘管過零觸發(fā)調(diào)功電路，這個電路應(yīng)用于單相、三相大功率電阻爐的調(diào)功空文，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、觸發(fā)可靠等特點。另外，負(fù)載上得到的電壓電流是完整的正弦波，基本不存在電網(wǎng)波形的畸變和高頻干擾。</p><p>　　2.7.2 MOC3061的功能與結(jié)構(gòu)</p><p>　　MOC3061光電雙向可控

80、硅驅(qū)動器是美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的。其特點是大大加強(qiáng)了靜態(tài)dv/dt能力，保證了電感負(fù)載穩(wěn)定的開關(guān)性能。由于輸入與輸出采用光電隔離，絕緣電壓可達(dá)7500V。MOC3061可以用來驅(qū)動工作電壓為220V（240V）的交流雙向可控硅。當(dāng)交流負(fù)載電流較小時，如200mA以下，也可以直接用它帶負(fù)載。MOC3061系列產(chǎn)品適用于電磁閥以及電磁鐵控制、電極驅(qū)動、溫度控制等，也可以用于固態(tài)繼電器，交流電源開關(guān)等場合。由于采用了光電隔離，并且能用TTL電

81、平驅(qū)動，它很容易與微機(jī)接口，進(jìn)行各種自動控制設(shè)備的實時控制。</p><p>　　如圖2-11所示，MOC3061內(nèi)部由輸入輸出兩部分組成。1、2腳為輸入端，輸入級是個砷化鎵紅外發(fā)光二極管（LED），該二極管在5～15mA正向電流作用下，發(fā)出足夠的紅外光，觸發(fā)輸出部分。3、5腳為空腳。4、6腳為輸出端，輸出級為具有過零檢測的光控雙向可控硅。當(dāng)紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光線時，光控雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。</p>

82、;<p>　　圖 2-11 MOC3061內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.7.3 MOC3061控制電路</p><p>　　MOC3061控制電路圖如圖2-12所示：</p><p>　　在溫度控制過程中單片機(jī)總要對被控對象實現(xiàn)控制操作，因此，在這樣的系統(tǒng)中，需要有后向通道。后向通道是單片機(jī)實現(xiàn)控制運(yùn)算處理后，對被控對象的輸出通道接口。系統(tǒng)的后向

83、通道是一個輸出通道，其特點是弱電控制強(qiáng)電，即小信號輸出實現(xiàn)大功率控制。</p><p>　　R6是門極電阻，當(dāng)可控硅靈敏度較高時，門極阻抗也很高，并上R6可提高抗干擾能力。R7是觸發(fā)功率雙向可控硅的限流電阻，其值由交流電網(wǎng)電壓峰值以及觸發(fā)器輸出端允許重復(fù)沖擊電流峰值決定。另外電阻R48和電容C10組成浪涌吸收電路，防止浪涌電壓損壞雙向可控硅。7407為六路高壓輸出緩沖/驅(qū)動器，這里只取其一路，用以驅(qū)動MOC306

84、1。</p><p>　　圖2-12 MOC3061控制電路</p><p>　　2.8鍵盤和時鐘、復(fù)位電路</p><p><b>　　2.8.1鍵盤輸入</b></p><p>　　在本系統(tǒng)中，設(shè)定所要控制的溫度值，可以由兩個地方設(shè)定，一是通過PC設(shè)定后傳送給單片機(jī)，二是通過單片機(jī)上的鍵盤輸入設(shè)定值。</p&

85、gt;<p>　　鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機(jī)輸入設(shè)備。由于機(jī)械觸點的彈性作用，一個按鈕開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在斷開與閉合的瞬間均伴隨有一連串的抖動，如圖2-13所示。抖動的時間長短由按鈕的機(jī)械特性決定，一般為5—10ms。按鈕的穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作所決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒。</p><p>　　圖 2-13按鍵抖動情況

86、圖</p><p>　　鍵抖動會引起一次鍵誤讀多次，為了確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動，在鍵閉合穩(wěn)定時取鍵狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。按鈕的抖動，可用硬件或軟件兩種方法消除。</p><p>　　通常在鍵數(shù)較少時，可用硬件方法消除抖動，如圖3-14所示的RS觸發(fā)器為常用的硬件去抖電路。</p><p>　　圖3-14用兩個與非門構(gòu)

87、成一個RS觸發(fā)器。當(dāng)按鈕按下時，輸出為“1”；當(dāng)按鈕未按下時，輸出為“0” ，此時即使用按鈕的機(jī)械特性，使按鈕因彈性抖動而產(chǎn)生瞬間斷開（抖動跳開），只要按鈕不返回按下狀態(tài)，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不改變，輸出保持為“0”，不會產(chǎn)生抖動的波形。也就是說即使斷開或按下按鈕時的電壓波形是抖動的，但經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)電路之后，其輸出為正規(guī)的矩形波，從而起到了消抖的作用。</p><p>　　但是因為本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心控制系統(tǒng)，結(jié)合實

88、際情況，采用了軟件消抖的方法，這樣可以簡化電路，節(jié)省資源。采用軟件消抖的方法是：在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時20ms的子程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)真正有鍵被按下，從而消除了抖動的影響。</p><p>　　本系統(tǒng)的鍵盤輸入設(shè)置了5個按鍵：一個為中斷口，此鍵按下后系統(tǒng)進(jìn)入中斷，開始設(shè)定輸入溫度值并調(diào)用設(shè)定顯示。一個為移位鍵，按此鍵實現(xiàn)移位，以分別對小數(shù)位、個

89、位到千位的設(shè)定。兩個位加減減，實現(xiàn)對設(shè)定數(shù)值的加一和減一。一個確定鍵，按下此鍵表示溫度已經(jīng)設(shè)定好，從而跳出中斷并保存設(shè)定值。</p><p>　　圖 2-14 RS觸發(fā)器鍵盤消抖電路圖</p><p>　　2.8.2鍵盤和時鐘、復(fù)位電路</p><p>　　鍵盤和時鐘、復(fù)位電路如圖2-15所示：</p><p>　　鍵盤設(shè)置5個按鍵：中斷觸

90、發(fā)、移位、加一、減一、確定鍵。硬件不做消除抖動的電路，由軟件消除抖動。</p><p>　　89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，分別石89C51的19腳和18腳。在XTAL1和XTAL2兩端跨接石英晶體以及兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器C1和C2通常取30pF左右，對震蕩頻率有微調(diào)作用。本系統(tǒng)選取的晶振為6MHz。</p&

91、gt;<p>　　復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，是單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或者操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)的時候，為了擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動。RST引腳使復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號使高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個震蕩周期以上。</p><p>　　復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。上

92、電自動復(fù)位使通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過復(fù)位端經(jīng)過電阻與Vcc電源接通而實現(xiàn)的。而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的。本系統(tǒng)采用的是按鍵脈沖復(fù)位方式。圖3-12中的兩個電阻和電容作用是保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于兩個機(jī)器周期。</p><p>　　圖2-15 鍵盤和時鐘、復(fù)位電路</p><p>　

93、　3.9 MAX232通信電路</p><p>　　3.9.1單片機(jī)與PC通信的意義</p><p>　　PC機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和管理功能，而單片機(jī)則具有快速及靈活的控制特點，電路中單片機(jī)與PC機(jī)連接的主要作用是利用AT89C51單片機(jī)既可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和各種控制任務(wù)，又可以將數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)，PC機(jī)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理或顯示、打印，同時將各種控制命令送給各個從機(jī)，工作人員可以通過P

94、C機(jī)的顯示更加直觀的了解被測物體的溫度變化情況，及時的調(diào)整溫度控制方案實現(xiàn)被控物體的最優(yōu)化控制。</p><p>　　PC機(jī)可以通過三種不同的方法存取串行口，即DOS功能調(diào)用、BIOS功能調(diào)用和直接驅(qū)動硬件。這里不采用DOS調(diào)用的方法，因為它不提供任何有關(guān)串行口狀態(tài)的反饋信息，而只是在串行口上“盲寫”或“盲讀”；也不采用直接驅(qū)動硬件的方法，因為它過于繁瑣；而是采用BIOS調(diào)用，因為它所提供的功能和速度足以編寫出令

95、人滿意的采用查詢方式進(jìn)行串行通信的程序來，同時也使程序簡介明了。PC機(jī)中提供了一個有關(guān)串行口的BIOS軟中斷，中斷號是14H。這時，采用Turbo C來編寫源程序十分簡便、有效，因為Turbo C的庫函數(shù)中提供了專門調(diào)用BIOS串行口軟中斷的函數(shù)bioscom。</p><p>　　3.9.2 MAX232芯片實現(xiàn)單片機(jī)與PC通信</p><p>　　MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的

96、、包括兩路接收器和驅(qū)動器的IC芯片，適合于各種EIA－232C和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的＋5V電源電壓變換稱為RS－232C輸出電平所需的±10V電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的＋5V電源就可以了。對于沒有±12V電源的場合，其適應(yīng)性更強(qiáng)。加之其價格適中，硬件接口簡單，所以被廣泛采用。</p><p>　　3.9.3

97、 MAX232通信電路</p><p>　　MAX232通信電路如圖2-16所示：</p><p>　　四個電容C1、C2、C3、C4取同樣數(shù)值的鉭電解電容1.0uF/16V，用以提高抗干擾能力，在連接的時候必須盡量靠近MAX232。而且最好要采用鉭電解電容，獨石電容效果不好。在實際應(yīng)用中，器件對電源噪聲很敏感，因此，Vcc必須要對地加去耦電容C5，其值為0.1uF。RXD、TXD、GND

98、三條線通過DB9串口線接口與PC機(jī)相連。</p><p>　　圖2-16 MAX232通信電路</p><p><b>　　3.10 電源電路</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，可以設(shè)計出電源電路的電路圖。如圖2-17圖所示：</p><p>　　圖2-17 電源電路</p><p>

99、;　　3.軟件流程圖的設(shè)計</p><p><b>　　3.1概述</b></p><p>　　3.1.1軟件功能分析</p><p>　　整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件電路設(shè)計完成后，則可以根據(jù)控制要求進(jìn)行軟件設(shè)計,使系統(tǒng)的控制過程達(dá)到操作人員的要求。軟件主程序主要進(jìn)行初始化，分配單元設(shè)置定時器參數(shù)，以便為系統(tǒng)正常工作創(chuàng)造

100、條件。</p><p>　　本系統(tǒng)需要實時采集溫度數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，存入AT89C51的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，送LED顯示，并與設(shè)定值進(jìn)行比較(如：客廳溫度控制可以將溫度設(shè)定在27℃)，進(jìn)過微分先行PID算法得到控制量并由單片機(jī)輸出去控制被控對象。</p><p>　　3.1.2系統(tǒng)時鐘周期的設(shè)定</p><p>　　本系統(tǒng)控制程序采用中斷嵌套方式來設(shè)計

101、，本系統(tǒng)的采樣周期在T0中斷服務(wù)程序啟動A/D，讀入采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字濾波，上下限報警處理，PID計算，然后輸出控制脈沖信號，脈沖寬度由T1計數(shù)器溢出中斷決定，在等待T1中斷時，將本次采樣數(shù)值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值放入顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)用顯示子程序。從T1中斷返回后，再從T0中斷返回主程序，并繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次T0中斷。</p><p>　　MCS-51對內(nèi)部定時器/計數(shù)器的初始化：</p>

102、<p><b>　　初始化步驟如下：</b></p><p>　　a 根據(jù)題目要求先給定時器方式寄存器TMOD送一個方式控制字，以設(shè)定定時器/計數(shù)器的相應(yīng)工作方式。</p><p>　　b根據(jù)實際需要給定時器/計數(shù)器選送定時器初值或計數(shù)器初值，以確定需要定時的時間和需要計數(shù)的初值。</p><p>　　c根據(jù)需要給中斷允許寄存器

103、IE選送中斷控制字和中斷優(yōu)先級寄存器IP選送中斷優(yōu)先級字，以開放相應(yīng)中斷和設(shè)定中斷優(yōu)先級。</p><p>　　d 給定時器控制寄存器送命令字，以啟動或禁止定時器/計數(shù)器的運(yùn)行。</p><p><b>　　3.2主程序功能</b></p><p>　　主程序包括89C51的初始化，有關(guān)標(biāo)志暫存單元和顯示緩沖區(qū)清零、T0初始化、開CPU中斷和溫

104、度顯示。</p><p>　　主程序就是不斷地循環(huán)顯示子程序，等待三個中斷到來而進(jìn)入中斷服務(wù)程序，使系統(tǒng)不停地對傳感器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時快速的顯示出當(dāng)前實際溫度，對設(shè)定的目標(biāo)溫度進(jìn)行修正使控制達(dá)到最優(yōu)化。</p><p>　　三個中斷服務(wù)程序是T0中斷、鍵盤外部中斷、串行口中斷。T0中斷服務(wù)程序是溫度控制系統(tǒng)的主體程序，用于啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報警和越限處

105、理、PID計算和輸出可控硅的同步脈沖等。鍵盤外部中斷是通過電路中的按鈕來控制電路的中斷觸發(fā)、移位、加一、減一、確定步驟，來控制對外界溫度的調(diào)節(jié)。串行口中斷主要是通過控制單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸口的數(shù)據(jù)傳輸來控制其他芯片的工作狀態(tài)。程序流程圖如圖3-1示。</p><p>　　圖 3-1 主程序流程圖</p><p>　　3.3 T0中斷服務(wù)程序</p><p>　　T0中

106、斷服務(wù)程序是溫度控制系統(tǒng)的主體程序，用于啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報警和越限處理、PID計算和輸出可控硅的同步脈沖等。流程圖如圖3-2所示。</p><p>　　T1計數(shù)器的溢出中斷是用來控制89C51的P1.3引腳上輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖，89C51在等待T1溢出中斷空隙時間（形成P1.3輸出脈沖寬頂）完成把本次采樣值轉(zhuǎn)換成顯示值而放入顯示緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序。T1中斷程序框圖如圖3

107、-3，其中D5H（清零或置位）是用來作為等待T1中斷控制時間時調(diào)用溫度顯示程序所設(shè)置的。</p><p>　　T1嵌套在T0中斷之中，所以要保證在T0再次溢出中斷之前，T1中斷服務(wù)結(jié)束（即T1小于5S），并以T0中斷返回到主程序，否則程序不能正常運(yùn)行。而T1的初值是由PID計算值決定的，因此PID的最大輸出必須小于5s所對應(yīng)的數(shù)字值。</p><p>　　圖 3-2 T0中斷服務(wù)程序流程

108、圖</p><p><b>　　3.4子程序</b></p><p>　　3.4.1給定值的計算程序</p><p>　　在本系統(tǒng)中，我們需要有給定值的計算，這樣才能控制系統(tǒng)的升溫在一定范圍內(nèi)盡量按線性變化，而不至于在某一瞬間有太嚴(yán)重的起伏。同樣PID計算也就有一個計算標(biāo)準(zhǔn)，以算出某一時間的偏差來控制溫度。</p><p&g

109、t;　　3.4.2采樣子程序</p><p>　　采樣子程序SAMP是對外界溫度的采樣，我們設(shè)置在每一個采樣周期內(nèi)采樣3次。通過判斷TLC549 的DOUT引腳上的電平就可以判定轉(zhuǎn)換是否結(jié)束故可用JB P3.3 , HERE 來使TLC549采樣下一次。采樣程序流程圖如圖3-4所示。</p><p>　　3.4.3數(shù)字濾波子程序</p><p>　　數(shù)字濾波子程序

110、FILTER通過模擬量輸入通道采集到的溫度量，可能混雜了干擾噪聲，需要進(jìn)行數(shù)字濾波。這種濾波方法不需要增加硬設(shè)備，只需根據(jù)預(yù)定的濾波算法編制相應(yīng)的程序即可達(dá)到信號濾波的目的。常用的數(shù)字濾波方法有：平均值法、中位值法、限幅法等。本系統(tǒng)采用中值濾波法，只需對2CH、2DH和2EH中三次采樣值進(jìn)行比較，取中間值存放到2AH單元內(nèi)，以作為溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換時使用。流程圖見圖3-5。</p><p>　　圖 3-3 T1中斷服