電氣工程與自動(dòng)化畢業(yè)論文基于at89c52單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　基于AT89C52單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程與自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、化工、石油等領(lǐng)域最常遇到的一個(gè)物理量。隨著控

3、制理論和電子技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制器的適應(yīng)能力增強(qiáng)和高度智能化正逐步成為現(xiàn)實(shí)。其中以單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)的數(shù)字控制器因其體積小、成本低、功能強(qiáng)、簡便易行而得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本課題介紹了AT89C52單片機(jī)，敘述了基于單片機(jī)溫度的控制與設(shè)計(jì)，包括硬件組成和軟件的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上主要是通過溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行采集，把溫度轉(zhuǎn)換成變化的電壓，然后由放大器將信號(hào)放大，將模擬溫度電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)字溫

4、度信號(hào)電壓。其硬件設(shè)計(jì)中最為核心的器件是單片機(jī)89C52，將采集到的數(shù)字溫度電壓值經(jīng)處理得到相應(yīng)的溫度值，送到LED顯示器，以數(shù)字形式顯示測量的溫度。并分別闡述了單片機(jī)模塊的組成和主要的器件AT89C52芯片的特性、工作原理，溫度傳感模塊的組成和主要芯片DS18B20的特性和工作原理，鍵盤及顯示電路的工作原理和設(shè)計(jì)方法及其主要的元器件8279，控制器件繼電器的選用和工作原理。同時(shí)介紹了主程序流程框圖和相應(yīng)的子程序流程框圖，并給出了具體的

5、程序。在Proteus仿真軟件的基礎(chǔ)上，給出了硬件電路圖，軟件流程圖和主要的程序。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C52；Proteus仿真軟件；單片機(jī)；溫度控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Temperature is a daily, industry, medicine, environ

6、mental protection, chemical, oil and other fields of a physical quantity most frequently encountered. With the improvement of control theory and electric technology, the intelligent control or industry has been accomplis

7、hing. The digital controller based on Microcontroller has been applied widely, as its small volume, low-cost, abundant function, simple and convenient.</p><p>　　Elaborated separately the monolithic integrate

8、d circuit module's composition and the main component AT89C52 chip's characteristic, the principle of work, the temperature sensing module's composition and the main chip DS18B20 characteristic and the princi

9、ple of work, the keyboard and display circuit's principle of work and the design method and the main primary device 8279, control component air relay's selection with the principle of work. Elaborated separately

10、the monolithic integrated circuit </p><p>　　Keywords:AT89C52;Simulation Software named Proteus; SCM; Temperature control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1&

11、lt;/b></p><p><b>　　1.1概述1</b></p><p>　　1.2單片機(jī)簡介1</p><p>　　1.2.1 單片機(jī)的歷史2</p><p>　　1.2.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域3</p><p>　　1.2.3 常用的單片機(jī)芯片4</p><

12、;p>　　1.3溫度測控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀5</p><p>　　1.4系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案5</p><p>　　1.4.1系統(tǒng)性能要求及特點(diǎn)5</p><p>　　1.4.2系統(tǒng)硬件方案分析6</p><p>　　1.5 Proteus 簡介6</p><p>　　1.6本文主要工作及章節(jié)安排8<

13、/p><p>　　1.6.1本文主要工作8</p><p>　　1.6.2章節(jié)安排8</p><p>　　第2章 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)框圖9</p><p>　　2.1單片機(jī)的選用9</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案的選定9</p><p>　　2.3 系統(tǒng)原理9</p>&l

14、t;p>　　2.4 系統(tǒng)原理框圖10</p><p>　　2.5 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　第3章 系統(tǒng)組成模塊12</p><p>　　3.1 單片機(jī)模塊12</p><p>　　3.1.1 主要性能參數(shù)12</p><p>　　3.1.2 功能特性概述12</p>

15、<p>　　3.1.3 管腳說明13</p><p>　　3.1.4 定時(shí)與記數(shù)14</p><p>　　3.1.5復(fù)位電路14</p><p>　　3.1.6 時(shí)鐘電路14</p><p>　　3.2 溫度傳感模塊15</p><p>　　3.2.1 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)15

16、</p><p>　　3.2.2 DS18B20性能特點(diǎn)16</p><p>　　3.2.3 DS18B20控制方法16</p><p>　　3.2.4 高速暫存存儲(chǔ)器16</p><p>　　3.3 鍵盤、顯示模塊17</p><p>　　3.3.1 鍵盤、顯示驅(qū)動(dòng)芯片827918</p&g

17、t;<p>　　3.3.2 8279內(nèi)部結(jié)構(gòu)19</p><p>　　3.3.3鍵盤和數(shù)碼管20</p><p>　　3.4 繼電器控制模塊21</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件部分22</p><p>　　4.1 系統(tǒng)主程序框圖22</p><p>　　4.2 鍵盤處理子程序框圖23&

18、lt;/p><p>　　4.3 DS18B20子程序框圖23</p><p><b>　　小結(jié)25</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　附錄1

19、程序28</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　如果說微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可以毫不夸張的說，單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)則給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命。目前，單片機(jī)以其高可靠性、高性能價(jià)格比，在工業(yè)控

20、制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表、辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用，并已走入普通家庭，從洗衣機(jī)、微波爐到音響、汽車，到處都可見到單片機(jī)的蹤影，因此，單片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。</p><p>　　溫度是生活及生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。自然界中任何物理、化學(xué)過程都緊密的與溫度相聯(lián)系。許多物質(zhì)的特性與溫度有很大的依賴關(guān)系，溫度的影響甚至是起決定作

21、用的。在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。因此，溫度的測量與控制在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，由于系統(tǒng)內(nèi)部與外界的熱交換是難以控制的，其他熱源的干擾也是無法精確計(jì)算的，因此溫度量的變化往往受到不可預(yù)測的外界環(huán)境擾動(dòng)的影響。為了使系統(tǒng)與外界的能量交換盡可能的符合人們的要求，就需要采取其他手段來達(dá)到這樣一個(gè)絕熱的目的，例如可以

22、讓目標(biāo)系統(tǒng)外部環(huán)境的溫度與其內(nèi)部溫度同步變化。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，兩個(gè)溫度相同的系統(tǒng)之間是達(dá)到熱平衡的，這樣利用一個(gè)與目標(biāo)系統(tǒng)溫度同步的隔離層，就可以把目標(biāo)系統(tǒng)與外界進(jìn)行熱隔離。另外，在大部分實(shí)際的環(huán)境中，增溫要比降溫方便得多。因此，對(duì)溫度的控制精度要求比較高的情況下，是不允許出現(xiàn)過沖現(xiàn)象的，即不允許實(shí)際溫度超過控制的目標(biāo)溫度。特別是隔熱效果很好的環(huán)境，溫度一旦出現(xiàn)過沖，將難以很快把溫度</p><p><

23、b>　　1.2單片機(jī)簡介</b></p><p>　　單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　單片

24、機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 </p><p&g

25、t;　　早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著Intel i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速

26、取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Win

27、dows和Linux操作系統(tǒng)。 </p><p>　　單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百

28、臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。 </p><p>　　1.2.1 單片機(jī)的歷史</p><p>　　單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了S

29、CM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。</p><p>　　MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡

30、出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。</p><p>　　單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然

31、形成了SOC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SOC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　圖1.1 MCU外形</p><p>　　1.2.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤

32、跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 </p><p>　　單片機(jī)廣泛應(yīng)用于

33、儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：</p><p>　　1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用 </p><p>　　單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采

34、用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。</p><p>　　2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用 </p><p>　　用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。</p><p>　　圖

35、1.2 各種用途的單片機(jī)</p><p>　　3.在家用電器中的應(yīng)用 </p><p>　　可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。</p><p>　　4.在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 </p><p>　　現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通

36、信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對(duì)講機(jī)等。 </p><p>　　5.單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 </p><p>　　單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如

37、醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 </p><p>　　6.在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 </p><p>　　某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機(jī)，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類

38、似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號(hào)（類似于聲卡）。 </p><p>　　在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。 </p><p>　　7.單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 </p><p>　　單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器，GP

39、S導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)等等。</p><p>　　此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。</p><p>　　1.2.3 常用的單片機(jī)芯片</p><p>　　STC單片機(jī)：STC公司的單片機(jī)主要是基于8051內(nèi)核，是新一代增強(qiáng)型單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快8-12倍，帶ADC，4路PWM，雙串

40、口，有全球唯一ID號(hào)，加密性好，抗干擾強(qiáng)。</p><p>　　PIC單片機(jī)：是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點(diǎn)是體積小，功耗低，精簡指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強(qiáng)的模擬接口，代碼保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存儲(chǔ)器的芯片。 </p><p>　　EMC單片機(jī)：是臺(tái)灣義隆公司的產(chǎn)品，有很大一部分與PIC 8位單片機(jī)兼容，且相兼容產(chǎn)品的資源相對(duì)比PIC的多，價(jià)格

41、便宜，有很多系列可選，但抗干擾較差。</p><p>　　ATMEL單片機(jī)(51單片機(jī))： ATMEl公司的8位單片機(jī)有AT89、AT90兩個(gè)系列，AT89系列是8位Flash單片機(jī)，與8051系列單片機(jī)相兼容，靜態(tài)時(shí)鐘模式；AT90系列單片機(jī)是增強(qiáng)RISC結(jié)構(gòu)，全靜態(tài)工作方式、內(nèi)載在線可編程Flash的單片機(jī)，也叫AVR單片機(jī)。 </p><p>　　PHLIPIS 51PLC系列單片機(jī)

42、(51單片機(jī))： PHILIPS公司的單片機(jī)是基于80C51內(nèi)核的單片機(jī)，嵌入了掉電檢測、模擬以及片內(nèi)RC振蕩器等功能，這使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的應(yīng)用設(shè)計(jì)中可以滿足多方面的性能要求。 </p><p>　　HOLTEK單片機(jī)：臺(tái)灣盛揚(yáng)半導(dǎo)體的單片機(jī)，價(jià)格便宜，種類較多，但抗干擾較差,適用于消費(fèi)類產(chǎn)品。 </p><p>　　TI公司單片機(jī)(51單片機(jī))：德州儀器提供了TMS

43、370和MSP430兩大系列通用單片機(jī)。TMS370系列單片機(jī)是8位CMOS單片機(jī)，具有多種存儲(chǔ)模式、多種外圍接口模式，適用于復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制場合;MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗、功能集成度較高的16位低功耗單片機(jī),特別適用于要求功耗低的場合。 </p><p>　　松翰單片機(jī)（SONIX）：是臺(tái)灣松翰公司的單片，大多為8位機(jī)，有一部分與PIC 8位單片機(jī)兼容，價(jià)格便宜，系統(tǒng)時(shí)鐘分頻可選項(xiàng)較多，有PMW AD

44、C 內(nèi)振 內(nèi)部雜訊濾波。缺點(diǎn)RAM空間過小，抗干擾較好。</p><p>　　1.3溫度測控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀</p><p>　　近年來，溫度的檢測在理論上發(fā)展比較成熟，但在實(shí)際測量和控制中，如何保證快速實(shí)時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對(duì)所測溫度場進(jìn)行較精確的控制，仍然是目前需要解決的問題。</p><p>　　傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)采用模擬電路設(shè)計(jì)，存在

45、不可避免的缺陷，如系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作困難，系統(tǒng)電路所需的功率較大，溫度控制的精度差，易出現(xiàn)溫度的漂移，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缺乏友好的人機(jī)界面，溫度控制的實(shí)時(shí)性差等。</p><p>　　單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理等問題能夠得到很好的解決，溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)，然而所采用的測溫元件和測量方法也不相同，產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。&l

46、t;/p><p>　　溫度測控技術(shù)包括溫度測量技術(shù)和溫度控制技術(shù)兩個(gè)方面。在溫度的測量技術(shù)中，接觸式測溫發(fā)展較早，這種測量方法的優(yōu)點(diǎn)是：簡單、可靠、低廉、測量精度較高，一般能夠測得真實(shí)溫度；但由于檢測元件熱慣性的影響，響應(yīng)時(shí)間較長，對(duì)熱容量小的物體難以實(shí)現(xiàn)精確的測量，并且該方法不適宜于對(duì)腐蝕性介質(zhì)測溫，不能用于超高溫測量,難于測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度。另外的非接觸式測溫方法是通過對(duì)輻射能量的檢測來實(shí)現(xiàn)溫度測量的方法，其優(yōu)點(diǎn)

47、是：不破壞被測溫場，可以測量熱容量小的物體，適于測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度,還可以測量區(qū)域的溫度分布，響應(yīng)速度較快。但也存在測量誤差較大，儀表指示值一般僅代表物體表觀溫度，測溫裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。因此，在實(shí)際的溫度測量中，要根據(jù)具體的測量對(duì)象選擇合適的測量方法，在滿足測量精度要求的前提下盡量減少投入。</p><p>　　1.4系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本課題使用單片機(jī)作為核

48、心進(jìn)行控制，單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。本課題介紹的溫度控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)控制技術(shù)對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有操作簡單便捷、采集方便準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低以及節(jié)省能源等特點(diǎn)，可明顯增加使用者的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)不但可以推行到溫室中，還可以應(yīng)用于其它進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的場合。</p><p>　　1.4

49、.1系統(tǒng)性能要求及特點(diǎn)</p><p>　　1、系統(tǒng)性能要求:(1)可以人為方便地通過控制面板或PC機(jī)設(shè)定控制期望的溫度值,系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)將溫控箱加熱至此設(shè)定溫度值并能保持,直至重新設(shè)定為另一溫度值,即能實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制;(2)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫控箱溫度的測量并且通過控制面板上的液晶顯示實(shí)時(shí)的顯示出來;(3)具有加熱保護(hù)功能的安全性要求。如果實(shí)際測得的溫控箱溫度值超過了系統(tǒng)規(guī)定的安全溫度,保護(hù)電路就會(huì)做出反應(yīng),從而對(duì)溫

50、控箱實(shí)現(xiàn)超溫保護(hù);(4)模塊化設(shè)計(jì),安裝拆卸簡單,維修方便;(5)系統(tǒng)可靠性高,不易出故障;(6)盡量采用典型、通用的器件,一旦損壞,易于在市場上買到同樣零部件進(jìn)行替換。</p><p>　　2、系統(tǒng)特點(diǎn):鑒于上述系統(tǒng)功能要求以及智能儀表應(yīng)具有的體積小、成本低、功能強(qiáng)、抗干擾并盡可能達(dá)到更高精度的要求。本系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)方面具有如下特點(diǎn):控制主板采用AT89C52作為核心芯片。作為與MCS一51系列兼容的單片機(jī),無

51、論在運(yùn)算速度,還是在內(nèi)部資源上均可勝任本系統(tǒng)的性能要求。根據(jù)溫控箱測溫范圍的要求,本系統(tǒng)適合采用DS18B20溫度傳感器。</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)遵循了冗余原則及以軟代硬的原則,并盡可能選用典型、常用、易于替換的芯片和電路,為系統(tǒng)的開放性、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化打下良好基礎(chǔ)。系統(tǒng)擴(kuò)展和配置在滿足功能要求的基礎(chǔ)上留有適當(dāng)裕量,以利于擴(kuò)充和修改。</p><p>　　1.4.2系統(tǒng)硬件方案分析&

52、lt;/p><p>　　目前，溫度控制儀的硬件電路一般采用模擬電路(Anafog Circuit)和單片機(jī)兩種形式。模擬控制電路的各控制環(huán)節(jié)一般由運(yùn)算放大器、電壓比較器、模擬集成電路以及電容、電阻等外圍元器件組成。它的最大優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)響應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。根據(jù)計(jì)算機(jī)控制理論可知，數(shù)字控制系統(tǒng)的采樣速率并非越快越好，它還取決于被控系統(tǒng)的響應(yīng)特性。在本系統(tǒng)中，由于溫度的變化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程，對(duì)溫控系統(tǒng)的實(shí)

53、時(shí)性要求不是很高，所以模擬電路的優(yōu)勢得不到體現(xiàn)。另外，模擬電路依靠元器件之間的電氣關(guān)系來實(shí)現(xiàn)控制算法，很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法。單片機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它是把中央處理單元CPU(Central Proeessing Unit)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM(RandomAcceSS Memory)、只讀存儲(chǔ)器ROM(Read Only Memory)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及1/0(InPut/OutPut)輸入輸出接

54、口電路等主要計(jì)算機(jī)部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它的特點(diǎn)是：功能強(qiáng)大、運(yùn)算速度快、體積小巧、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛。由此可見，采用單片機(jī)設(shè)計(jì)控制</p><p>　　目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也各有所長。AT89C52單片機(jī)是ATMEL公司出品的與MCS一51系列兼容的低電壓、高性能CMOSS位單片機(jī)。本系統(tǒng)選擇AT89C52為核心器件組成的控制系統(tǒng)。此外,在選取外圍擴(kuò)展

55、芯片時(shí)，本著節(jié)約成本的原則，盡量選取典型的、易于擴(kuò)展和替換的芯片及器件。</p><p>　　目前，MCS51單片機(jī)的開發(fā)主要用到兩種語言：匯編語言和c語言。與匯編語言相比，C語言具有以下的特點(diǎn)：</p><p>　　1、具有結(jié)構(gòu)化控制語句結(jié)構(gòu)化控制語言的顯著特點(diǎn)是代碼和數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦阌谑褂?、維護(hù)及調(diào)試；<

56、;/p><p>　　2、適用范圍大和可移植性好同其他高級(jí)語言一樣，C語言不依賴于特定的CPU，其源程序具有良好的可移植性。目前，主流的 CPU和常見的MCU都有C編譯器。加之集成開發(fā)環(huán)境KEIL編譯生成的代碼效率很高(僅比匯編語言生成的代碼效率低10%一15%)。所以，本系統(tǒng)的軟件選擇使用C語言開發(fā)。由于整個(gè)系統(tǒng)軟件比較復(fù)雜，為了便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)程序的編制適合采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)，故要求整個(gè)控制系統(tǒng)軟

57、件由許多獨(dú)立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原則，將各功能模塊組織成模塊化的軟件結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1.5 Proteus 簡介</p><p>　　Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能

58、仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、H

59、C11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。</p><p>　　Proteus具有四大功能模塊：</p><p>　　1、智能原理圖設(shè)計(jì)（ISIS） </p><p

60、>　　豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件； </p><p>　　智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件； </p><p>　　智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間； </p><p>　　支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡明清晰； </p><p&

61、gt;　　可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個(gè)性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。 </p><p>　　2、完善的電路仿真功能（Prospice） </p><p>　　ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5，實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真； </p><p>　　超過27000個(gè)仿真器件：可以通過內(nèi)

62、部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計(jì)仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件； </p><p>　　多樣的激勵(lì)源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號(hào)、單頻FM、數(shù)字時(shí)鐘和碼流，還支持文件形式的信號(hào)輸入； </p><p>　　豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、直

63、流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計(jì)/計(jì)數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等； </p><p>　　生動(dòng)的仿真顯示：用色點(diǎn)顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對(duì)地電壓大小，結(jié)合動(dòng)態(tài)器件（如電機(jī)、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動(dòng)； </p><p>　　高級(jí)圖形仿真功能（ASF）：基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項(xiàng)指標(biāo)，包括工作點(diǎn)、

64、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進(jìn)行一致性分析； </p><p>　　3、獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能（VSM） </p><p>　　支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU類型隨著版本升級(jí)還在繼續(xù)增加，如

65、即將支持CORTEX、DSP處理器； </p><p>　　支持通用外設(shè)模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點(diǎn)陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、RS232虛擬終端、電子溫度計(jì)等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC機(jī)串口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信； </p><p>　　實(shí)時(shí)仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真

66、、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真； </p><p>　　編譯及調(diào)試：支持單片機(jī)匯編語言的編輯/編譯/源碼級(jí)仿真，內(nèi)帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如IAR、Keil和Hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語言的源碼級(jí)仿真和調(diào)試； </p><p>　　4、實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺(tái) </p&g

67、t;<p>　　原理圖到PCB的快速通道： 原理圖設(shè)計(jì)完成后，一鍵便可進(jìn)入ARES的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)； </p><p>　　先進(jìn)的自動(dòng)布局/布線功能：支持器件的自動(dòng)/人工布局；支持無網(wǎng)格自動(dòng)布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設(shè)計(jì)更為合理； </p><p>　　完整的PCB設(shè)計(jì)功能：最多可設(shè)計(jì)16個(gè)銅箔層，2個(gè)絲印層，4個(gè)機(jī)械層（含板

68、邊），靈活的布線策略供用戶設(shè)置，自動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，3D 可視化預(yù)覽； </p><p>　　多種輸出格式的支持：可以輸出多種格式文件，包括Gerber文件的導(dǎo)入或?qū)С?，便利與其它PCB設(shè)計(jì)工具的互轉(zhuǎn)（如protel）和PCB板的設(shè)計(jì)和加工。</p><p>　　Proteus與Keil C 的連接調(diào)試</p><p>　　進(jìn)入Proteus的ISIS，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊菜

69、單“Debug”， 選中“use romote debuger monitor”。此后，便可實(shí)現(xiàn)KeilC與Proteus連接調(diào)試。</p><p>　　1.6本文主要工作及章節(jié)安排</p><p>　　1.6.1本文主要工作</p><p>　　1、在對(duì)溫度控制發(fā)展現(xiàn)狀、系統(tǒng)控制要求進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，選擇了整個(gè)控制系統(tǒng)的控制方案。</p><p

70、>　　2、完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括采樣電路、主控制電路、保護(hù)電路等等的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3、完成該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括主程序模塊、數(shù)據(jù)輸入輸出及處理模塊等一些子功能模塊的設(shè)計(jì)。</p><p>　　4、研究了該系統(tǒng)的控制策略，分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制器。</p><p>　　5、完成系統(tǒng)的軟、硬件調(diào)試工作。</p><p><b

71、>　　1.6.2章節(jié)安排</b></p><p>　　本論文由以下幾部分組成：第1章緒論主要介紹本文的背景知識(shí)及系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,以及本文所完成的主要工作。第2章硬件設(shè)計(jì)主要介紹系統(tǒng)各部分的硬件組成和特點(diǎn)主芯片的選擇以及溫度控制模塊的介紹。第3章系統(tǒng)組成模塊。第4章軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及程序的流程圖以及總結(jié)與展望。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)框圖</p&

72、gt;<p><b>　　2.1單片機(jī)的選用</b></p><p>　　針對(duì)一定的用途,恰當(dāng)?shù)倪x擇所使用的單片機(jī)是十分重要的。有句古話為“殺雞焉用牛刀”就是說做事要選用合適的工具。對(duì)于明確的應(yīng)用對(duì)象，選擇功能過少的單片機(jī)，無法完成控制任務(wù)。選擇功能過強(qiáng)的單片機(jī)，則會(huì)造成資源浪費(fèi)，使產(chǎn)品的性能價(jià)格比下降。目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也各有不同。在實(shí)際應(yīng)用中，

73、針對(duì)不同的需求要選擇合適的單片機(jī)，選擇單片機(jī)時(shí)要注意下幾點(diǎn): </p><p>　　1、單片機(jī)的基本性能參數(shù)，例如指令執(zhí)行速度，程序存儲(chǔ)器容量，中斷能力及1/0口引腳數(shù)量等。</p><p>　　2、單片機(jī)的增強(qiáng)功能，例如看門狗，雙串口，RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)，EEPROM，CAN接口等。</p><p>　　3、單片機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)，對(duì)于程序存儲(chǔ)器來說，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器和

74、OTP(一次性可編程)存儲(chǔ)器相比較，最好是選擇Flash存儲(chǔ)器。</p><p>　　4、芯片的封裝形式，如DIP封裝，PLCC封裝及表面貼附封裝等。選擇DIP封裝在搭建實(shí)驗(yàn)電路時(shí)會(huì)更加方便一些。</p><p>　　5、芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級(jí)、軍品級(jí)還是商業(yè)級(jí)，如果設(shè)計(jì)戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級(jí)芯片。</p><p>　　6、單片機(jī)的工作電壓范圍，例如設(shè)計(jì)電視機(jī)

75、遙控器時(shí)，使用2節(jié)干電池供電，至少選擇的單片機(jī)能夠在1.8v一3.6v電壓范圍內(nèi)工作。</p><p>　　7、單片機(jī)的抗干擾性能好。</p><p>　　8、編程器以及仿真器的價(jià)格，單片機(jī)開發(fā)是否支持高級(jí)語言以及編程環(huán)境要好用易學(xué)。</p><p>　　9、供貨渠道是否暢通，價(jià)格是否低廉，是否具有良好的技術(shù)服務(wù)支持。根據(jù)上面所述的原則，結(jié)合本系統(tǒng)實(shí)際情況綜合考慮，

76、本文討論的溫度控制系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)作為主控模塊的核心芯片。</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案的選定</p><p><b>　　方案一： </b></p><p>　　由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)

77、的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。</p><p><b>　　方案二： </b></p><p>　　進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。&

78、lt;/p><p>　　從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，故采用了方案二。</p><p><b>　　2.3 系統(tǒng)原理</b></p><p>　　本文從硬件和軟件兩個(gè)方面介紹了單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，對(duì)硬件原理圖和程序框圖作了簡單的描述，此溫度控制系統(tǒng)是采用AT89C52單片機(jī)為核心進(jìn)行控制。該系

79、統(tǒng)運(yùn)用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20檢測實(shí)際溫度，并在數(shù)碼管上顯示。用戶可以通過鍵盤，在允許的溫度范圍內(nèi)設(shè)定預(yù)定溫度。單片機(jī)通過讀入DS18B20所測的溫度值，進(jìn)而與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，最后判斷采取降溫措施（打開控制220V電源的繼電器驅(qū)動(dòng)電風(fēng)扇）還是升溫措施（打開控制220V電源的繼電器驅(qū)動(dòng)電加熱器）。系統(tǒng)在每延時(shí)一定的時(shí)間后，重復(fù)地判斷是否有新的溫度設(shè)定值的輸入，若有按鍵則讀入新的設(shè)定溫度，然后進(jìn)行循環(huán)判斷；若無按鍵則讀入DS18B

80、20所測的溫度值，進(jìn)行比較判斷，再將其溫度在數(shù)碼管上顯示出來。如此循環(huán)，確?？刂葡到y(tǒng)的溫度保持在設(shè)定值。</p><p>　　2.4 系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　圖2.1系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　2.5 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2.2系統(tǒng)總電路圖</p><p>　　第3章 系統(tǒng)組成模塊&

81、lt;/p><p><b>　　3.1 單片機(jī)模塊</b></p><p>　　單片機(jī)模塊主要由單片機(jī)芯片AT89C52組成，本模塊負(fù)責(zé)與溫度傳感器、鍵盤顯示驅(qū)動(dòng)傳遞命令和數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。單片機(jī)從8279讀入鍵盤掃描得到的溫度設(shè)定值，并將數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器某一單元。單片機(jī)還負(fù)責(zé)從DS18B20的數(shù)據(jù)引腳讀入實(shí)際的溫度值，保存在某一單元。最后，單片機(jī)對(duì)兩者進(jìn)行比較，從

82、而確定執(zhí)行的操作。如圖3.1。</p><p>　　圖3.1 89C52單片機(jī)引腳圖</p><p>　　3.1.1 主要性能參數(shù)</p><p>　　·與MCS-51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 </p><p>　　·256*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　·32可編程I/O線<

83、;/p><p>　　·3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　·8個(gè)中斷源</b></p><p>　　·可編程串行UART通道</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 </p><p>　　·8K字節(jié)可重擦寫flash閃爍存儲(chǔ)器&l

84、t;/p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz </p><p>　　·三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器</p><p>　　·1000次擦寫周期</p><p>　　3.1.2 功能特性概述</p><p>　　AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O

85、 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p>　　3.1.3 管腳說

86、明</p><p>　　1、 VCC：供電電壓。</p><p>　　2、 GND：接地。</p><p>　　3、 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)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(shí)，被定義為高阻輸入。P0口能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)

87、時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　4、 P1口：P1口是一個(gè)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門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　5、 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2

88、口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p>

89、<p>　　6、 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，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，這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C52的一些特殊功能口，管腳備選功能如下：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口）&

90、lt;/p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p&

91、gt;　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　7、 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平。</p><p>　　8、 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6

92、。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)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>　　9、 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效

93、。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　10、/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH）工作，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　11

94、、 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　12、 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　3.1.4 定時(shí)與記數(shù)</p><p>　　89C52單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有3個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，簡稱為定時(shí)器O(T0)、定時(shí)器l(T1)和定時(shí)器2(T2)?？删幊淌侵钙涔δ?如工作方式，定肘時(shí)間、量程、啟動(dòng)方式等

95、)均可由指令來確定和改變。在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中除了有3個(gè)16位的計(jì)數(shù)器之外，還有兩個(gè)特殊功能寄存器(控制寄存器和方式寄存器)。</p><p><b>　　復(fù)位電路</b></p><p>　　影響單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的因素可大體分為外因和內(nèi)因兩部分: 1、外因射頻干擾，它是以空間電磁場的形式傳遞在機(jī)器內(nèi)部的導(dǎo)體（引線或零件引腳）感生出相應(yīng)的干擾，可通過電磁屏蔽和合理的

96、布線/器件布局衰減該類干擾；電源線或電源內(nèi)部產(chǎn)生的干擾，它是通過電源線或電源內(nèi)的部件耦合或直接傳導(dǎo)，可通過電源濾波、隔離等措施來衰減該類干擾。2、內(nèi)因振蕩源的穩(wěn)定性，主要由起振時(shí)間頻率穩(wěn)定度和占空比穩(wěn)定度決定。起振時(shí)間可由電路參數(shù)整定穩(wěn)定度受振蕩器類型溫度和電壓等參數(shù)影響復(fù)位電路的可靠性。</p><p>　　AT89C52單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他芯片處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，無論在系統(tǒng)剛開始接通電源時(shí)，

97、還是在斷開電源或者發(fā)生故障后都需要復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位條件是在復(fù)位引腳RST加上持續(xù)的2個(gè)機(jī)器周期以上的高電位。如圖3.2。為手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，可避免高電頻對(duì)電路的干擾。</p><p><b>　　圖3.2復(fù)位電路</b></p><p>　　3.1.6 時(shí)鐘電路 </p><p>　　時(shí)鐘電路是系統(tǒng)的心臟，它控制著系統(tǒng)的工作節(jié)奏，時(shí)鐘頻率因型號(hào)

98、而異，典型值為12MHz。AT89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)帶反饋的線形反相放大器，XTAL1,XTAL2分別為反相器輸入和輸出端，外接晶振和電容組成震蕩器。震蕩器在加電以后延遲一段時(shí)間（約10ms）起振產(chǎn)生時(shí)鐘。如圖3.3。</p><p><b>　　圖3.3時(shí)鐘電路圖</b></p><p>　　3.2 溫度傳感模塊 </p><p>　　溫

99、度傳感模塊主要由單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20組成，主要完成溫度的測量，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，傳送給單片機(jī)。</p><p>　　圖3.4 溫度傳感模塊圖</p><p>　　3.2.1 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，配置寄存器。</

100、p><p>　　DS18B20引腳：</p><p>　　1、DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；</p><p>　　2、GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）</p><p>　　3．5 DS18B20的外形和管腳圖</p><p>　　3.2.2 DS18B20性能特點(diǎn)</p>

101、<p>　　1、采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位）</p><p>　　2、測溫范圍為-55℃-+125℃，測量分辨率為0.0625℃</p><p>　　3、內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM</p><p>　　4、適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)&

102、lt;/p><p>　　5、用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限</p><p><b>　　6、內(nèi)含寄生電源。</b></p><p>　　3.2.3 DS18B20控制方法 </p><p>　　在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄

103、生電源供電，此時(shí)Vcc、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。 </p><p>　　DS18B20有六條控制命令，如表3.1所示：</p><p>　　表3.1 DS18B20的六條控制命令</p><p>　　3.2.4 高速暫存存儲(chǔ)器</p><p>　　在DS18B20

104、內(nèi)部結(jié)構(gòu)中有一個(gè)高速暫存存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表2.2所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表2.2所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算成十進(jìn)制值。</p><p>　　表3.2 DS18B20暫

105、存器分布</p><p>　　LSB MSB</p><p>　　CPU對(duì)DS18B20的訪問流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如主機(jī)控

106、制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。</p><p>　　3.3 鍵盤、顯示模塊</p><p>　　鍵盤、顯示模塊主要由鍵盤、顯示驅(qū)動(dòng)芯片8279、數(shù)碼管、3×4鍵盤矩陣、反相驅(qū)動(dòng)器74LS06組成

107、，完成溫度設(shè)定數(shù)值的輸入和溫度的顯示功能。鍵盤、顯示驅(qū)動(dòng)芯片8279主要完成和單片機(jī)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，將單片機(jī)送來的、需要顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器74LS06反相后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，譯碼掃描輸出信號(hào)SL0-SL3完成對(duì)數(shù)碼管的選擇，并且自動(dòng)刷新顯示數(shù)據(jù)。8279還負(fù)責(zé)掃描鍵盤，形成鍵碼，并將其送至單片機(jī)。數(shù)碼管顯示設(shè)定溫度和實(shí)際溫度，鍵盤完成溫度數(shù)據(jù)的設(shè)定?？傮w電路如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 鍵盤、

108、顯示模塊電路圖</p><p>　　3.3.1 鍵盤、顯示驅(qū)動(dòng)芯片8279</p><p>　　8279芯片是一種通用的可編程鍵盤顯示器接口器件，單個(gè)芯片就能完成鍵盤輸入和七段碼顯示控制兩種功能。8279采用單±5V電源供電，40腳封裝。</p><p><b>　　8279特點(diǎn)：</b></p><p>　

109、　1、可同時(shí)進(jìn)行鍵盤掃描及文字顯示； 　　</p><p>　　2、鍵盤掃描模式(Scanned Keyboard Mode)； 　　</p><p>　　3、傳感器掃描模式(Scanned Sensor Mode)； 　　</p><p>　　4、激發(fā)輸入模式(Strobe Input Entry Mode)； 　　</p><p>　　5