基于單片機控制的水溫控制系統(tǒng)的設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，往往需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐的溫度進行檢測和調(diào)節(jié)，因此需要一種合適的系統(tǒng)對其溫度進行精確控制，由于單片機具有低功耗、高性能、可靠性好、易于產(chǎn)品化等特點，因此采用單片機對溫度進行控制不僅節(jié)約成本，控制方法靈活多樣，并且可以達到較高的控制精度，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，因此單片機被廣泛應用在中小型控制系

2、統(tǒng)中。</p><p>　　本論文以電阻爐為研究對象，開發(fā)了基于單片機的溫度控制系統(tǒng)。本溫度控制系統(tǒng)按功能分主要包括溫度傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、溫度顯示/設定模塊和溫度控制模塊。溫度傳感器采用了數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，對溫度進行實時采樣并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號返回給單片機。系統(tǒng)可通過鍵盤對電阻爐水溫進行預設，單片機根據(jù)當前爐內(nèi)溫度和預設溫度進行運算，控制輸出寬度可調(diào)的PWM方波，并由此控制雙向可控硅的

3、導通和關斷來調(diào)節(jié)電熱絲的加熱功率，從而使水溫迅速達到預設值并保持恒定不變。</p><p>　　設計過程中，首先進行軟件設計和開發(fā)，使系統(tǒng)功能模塊化并分別通過Proteus軟件進行仿真，實現(xiàn)功能后對硬件進行了綜合設計，并且反復論證、測試各器件參數(shù)以使其穩(wěn)定運行，最終使得此系統(tǒng)實現(xiàn)了溫度的恒溫控制。</p><p>　　關鍵詞：單片機；溫度傳感器；可控硅；溫度控制</p>&l

4、t;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the industrial production process, often require various types of furnace, heat treatment furnace, reactor temperature detection and regulation, so it needs a

5、 proper system of precise control of its temperature, as low power consumption single chip, high performance, reliability, easy-to-market commodity and so on, so to control the temperature using SCM not only save on cost

6、, control method of flexible and diverse, and can achieve higher precision, which can greatly enhance the quality of th</p><p>　　The design process, first of all the software design and development, making t

7、he system functional module and through the Proteus software simulation, respectively, to achieve feature an integrated design of the hardware, and repeated demonstration, testing the device parameters to make it stable

8、operation, and ultimately make This system has realized the constant temperature control. </p><p>　　Keywords:MCS-51, temperature sensor, SCR,temperature control</p><p><b>　　目錄</b><

9、;/p><p><b>　　1緒論1</b></p><p><b>　　1.1簡介1</b></p><p>　　1.2課題研究的內(nèi)容及要求2</p><p>　　1.2.1課題的主要研究的內(nèi)容2</p><p>　　1.2.2本系統(tǒng)的功能3</p>&

10、lt;p>　　1.3本文的主要內(nèi)容3</p><p>　　2電阻爐溫度控制系統(tǒng)工作原理4</p><p>　　2.1溫度控制總體設計方案4</p><p>　　2.2溫度傳感器模塊5</p><p>　　2.2.1 DS18B20基本知識5</p><p>　　2.2.2 DS18B20產(chǎn)品的特點6&

11、lt;/p><p>　　2.2.3 DS18B20的引腳介紹6</p><p>　　2.2.4 DS18B20的4個主要部件8</p><p>　　2.2.5溫度采集模塊電路圖10</p><p>　　2.3數(shù)據(jù)處理模塊11</p><p>　　2.3.1單片機的發(fā)展方向11</p><p&g

12、t;　　2.3.2 STC89C52系列主要性能參數(shù)11</p><p>　　2.3.3 STC89C52存儲器配置15</p><p>　　2.4溫度顯示模塊/設定模塊19</p><p>　　2.4.1溫度顯示部分19</p><p>　　2.4.2溫度設定部分24</p><p>　　2.4.3溫度顯示

13、/設定模塊電路圖24</p><p>　　2.5溫度控制模塊25</p><p>　　2.5.1可控硅BTA1625</p><p>　　2.5.2光電偶合器MOC302128</p><p>　　2.5.3溫度控制模塊電路圖29</p><p>　　3系統(tǒng)軟件設計31</p><p&g

14、t;　　3.1系統(tǒng)主程序31</p><p>　　3.2溫度采集子程序32</p><p>　　3.3顯示子程序32</p><p>　　3.4溫度設定子程序33</p><p>　　3.5控制算法33</p><p>　　4溫度控制系統(tǒng)Proteus仿真35</p><p>　　4

15、.1仿真說明35</p><p>　　4.2仿真結(jié)果35</p><p><b>　　4.3結(jié)論37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　參考文獻39</b></p><p>　　附錄Ⅰ程序清單4

16、0</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　簡介</b></p><p>　　及時準確地得到溫度信息并對其進行適時的控制，在許多工業(yè)場合中都是重要的環(huán)節(jié).水溫的變化影響各種系統(tǒng)的自動運作，例如冶金、機械、食品、化工各類工業(yè)中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等，對工件的水處理溫度要求嚴格

17、控制。對于不同控制系統(tǒng)，其適宜的水質(zhì)溫度總是在一個范圍。超過這個范圍，系統(tǒng)或許會停止運行或遭受破壞，所以我們必須能實時獲取水溫變化。對于，超過適宜范圍的溫度能夠報警。同時，我們也希望在適宜溫度范圍內(nèi)可以由檢測人員根據(jù)實際情況加以改變。</p><p>　　單片機對溫度的控制是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用的控制方法。從1976年Intel公司推出第一批單片機以來，80年代單片機技術進入快速發(fā)展時期，近年來，隨著大規(guī)模集成電路

18、的發(fā)展，單片機繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展。單片機主要用于控制，它的應用領域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以大顯其能。單片機將微處理器、存儲器、定時/計數(shù)器、I/O接口電路等集成在一個芯片上的大規(guī)模集成電路，本身即是一個小型化的微機系統(tǒng)。單片機技術與傳感與測量技術、信號與系統(tǒng)分析技術、電路設計技術、可編程邏輯應用技術、微機接口技術、數(shù)據(jù)庫技術以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機操作系統(tǒng)、匯編語言程序設計、高級語言程序設

19、計、軟件工程、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信、數(shù)字信號處理、自動控制、誤差分析、儀器儀表結(jié)構(gòu)設計和制造工藝等的結(jié)合，使得單片機的應用非常廣泛。同時，單片機具有較強的管理功能。采用單片機對整個測量電路進行管理和控制，使得整個系統(tǒng)智能化、功耗低、使用電子元件較少、內(nèi)部配線少、成本低，制造、安裝、調(diào)試及維修方便。</p><p>　　隨著電視監(jiān)視器材、計算機技術的日益發(fā)展，圖形監(jiān)視系統(tǒng)在電視系統(tǒng)或監(jiān)控場所得到了廣泛地應用。用圖形來實時顯

20、示被控對象（攝像機、終端設備等）在操作過程中的狀態(tài)，具有清晰明了、形象直觀且可以及時處理反饋信息。它比數(shù)字儀表包含的信息量大得多，因此使現(xiàn)場監(jiān)控人員的工作方式得到了改進，效率也由此得到了很大的提高。現(xiàn)場電視監(jiān)控系統(tǒng)由實時控制系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)及管理信息系統(tǒng)組成。實時控制系統(tǒng)完成實時數(shù)據(jù)采集處理、存儲、反饋的功能；監(jiān)視系統(tǒng)完成對各個監(jiān)控點的全天候的監(jiān)視，能在多操作控制點上自動或手動切換多路圖像，能遙控前端設備，能使攝像鏡頭自動對焦等；管理信息

21、系統(tǒng)完成各類所需信息的采集、接收、傳輸、加工、處理，是整個系統(tǒng)的控制核心。目前的圖形實時監(jiān)控軟件通常用VC或VC++開發(fā)，它具備編譯各種可視化程序的功能，可以使計算機通過監(jiān)控界面達到對被控對象的各種實時操控。</p><p>　　因此，本畢業(yè)設計選擇設計一個水溫控制系統(tǒng)，采用單片機進行控制的水溫自動控制電路，使系統(tǒng)能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示，AT89C52單片機優(yōu)秀的實時控制功能、靈活的編程能力有機的結(jié)合起來，

22、并且通過軟件編程能實現(xiàn)各種控制算法，使系統(tǒng)具有控制精度高的特點，對實現(xiàn)對水溫的自動控制，具有重大的現(xiàn)實意義。不但能用于學校的實驗教學及其它一些研究課題的開發(fā),同樣能用于工廠多點溫度的控制,提高工業(yè)企業(yè)自動化水平。</p><p>　　課題研究的內(nèi)容及要求</p><p>　　本次的畢業(yè)設計的題目是單片機水溫控制系統(tǒng)設計。它是多種技術知識的結(jié)合，不僅涉及到軟件的設計，而且還將應用電子技術與單

23、片機的應用技術有機結(jié)合，使其具有精度高、測量誤差小、穩(wěn)定性好等特點。電路板的設計技術和機械加工工藝的巧妙結(jié)合，使其具備了顯示直觀、體積做工精細等特點，能為它在其它領域的廣泛應用打下良好的基礎。因為經(jīng)過我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多應用場合原來就有測溫控溫儀器，只是隨著對生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)需要的要求在不斷地提高，以往的那些測溫控溫的儀器根本不能滿足現(xiàn)在的要求。其中，有部分應用場合對精度提高的幅度要求也不是特別高。因此，為了提高性價比，我所設計的系統(tǒng)提出在原

24、有系統(tǒng)的基礎上進行一些簡單的改良，以此為出發(fā)點，主要闡述的是水溫自動控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方法。</p><p>　　課題的主要研究的內(nèi)容</p><p>　　本文所要研究的課題是基于單片機控制的水溫控制系統(tǒng)的設計，主要是介紹了對水箱溫度的顯示，實現(xiàn)了溫度的實時顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用DS18B20、STC89C52單片機及LCD的硬件電路完成對水溫的實時檢測及顯示，而爐內(nèi)溫度控

25、制部分，由DS18B20檢測爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個值存入程序存取器內(nèi)部一個單元作為最后檢測信號，并在LCD中顯示?？刂破魇怯肧TC89C52單片機，用設定的算法對檢測信號和設定值的差值進行調(diào)節(jié)后輸出PWM控制信號給執(zhí)行機構(gòu)，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構(gòu)成多點的溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理，而且每片DS18B20都

26、有唯一的產(chǎn)品號，可以一并存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個DS18S20芯片。從DS18S20讀出或?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而且不需要額外電源。同時DS18B20能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍</p><p><b>　　本系統(tǒng)的功能</b></p>

27、<p>　?。?）能夠連續(xù)測量水的溫度值，用1602LCD液晶來顯示水的實際溫度。</p><p>　?。?）能夠設定水的溫度值，設定范圍是30℃～90℃。</p><p>　　（3）用單片機STC89C52控制，通過按鍵來控制水溫的設定值，并保持恒定不變。</p><p><b>　?。?）誤差≤1℃</b></p>

28、<p><b>　　本文的主要內(nèi)容</b></p><p>　　本文中具體做了如下幾方面工作：</p><p>　　（1）水溫控制系統(tǒng)硬件的設計</p><p>　　水溫控制系統(tǒng)硬件設計主要包括STC89C52單片機、溫度傳感器模塊、溫度控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊的介紹。</p><p>　?。?）水溫控

29、制系統(tǒng)軟件的設計</p><p>　　借助Keil C51開發(fā)工具，以C語言為開發(fā)語言，開發(fā)了單片機系統(tǒng)的溫度檢測與控制程序模塊、對溫度傳感器模塊、顯示模塊、溫度控制模塊進行控制，鍵盤導入設定的溫度，使其與實際溫度進行運算并輸出。</p><p>　?。?）水溫控制系統(tǒng)的仿真</p><p>　　以Proteus為基礎，畫出電路圖加載各模塊，加載程序并模擬實際電路的

30、運行狀態(tài)并進行仿真。</p><p>　　電阻爐溫度控制系統(tǒng)工作原理</p><p>　　溫度控制方案總體設計</p><p>　　本系統(tǒng)以STC89C52為核心，以KEIL為系統(tǒng)程序開發(fā)平臺，以C語言進行程序設計，以PROTEUS作為仿真軟件設計而成的。所設計的溫度控制主要由單片機、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、溫度控制模塊、按鍵設定模塊五部分組成。</p&g

31、t;<p>　　對于溫度控制，采用單片機STC89C52組成的自動控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)硬件總體方框圖如圖1所示：</p><p><b>　　圖1系統(tǒng)總體方框圖</b></p><p>　　在圖1中，溫度傳感器采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20；LCD液晶顯示器，使用其動態(tài)顯示方式，實時顯示DS18B20采集到的水溫溫度。水箱的水大約為1升，電熱爐功率為

32、400W；按鍵設定分為設置按鍵+1（PLUS），-1（SUBS）功能，其特點是：可通過UP和DOWN鍵進行溫度閃爍加減設定；光耦采用MOC3021，可控硅采用BTA16。</p><p>　　其整體電路圖如圖2所示。</p><p><b>　　圖2整體設計電路圖</b></p><p><b>　　溫度傳感器模塊</b>

33、</p><p>　　溫度傳感器模塊采用DS18B20，主要功能是實時將水溫溫度數(shù)據(jù)返回單片機，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于數(shù)據(jù)處理與決策，由于此模塊直接決定整個系統(tǒng)能否正常運行，所以是系統(tǒng)的核心模塊。</p><p>　　DS18B20基本知識</p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度計是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

34、特點。因此用它來組成一個測溫系統(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，十分方便。</p><p>　　DS18B20產(chǎn)品的特點</p><p>　?。?）只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。（2）在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。（3）實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。（4）測量溫度范圍在－55℃到＋125之℃間。（5）數(shù)字溫度計的分辨率用戶

35、可以從9位到12位選擇。（6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設置。</p><p>　　DS18B20的引腳介紹</p><p>　　TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見圖3，其引腳功能描述見表1。</p><p><b>　　圖3底視圖</b></p><p>　　表1DS18B20詳細引腳功能描述</p>

36、<p>　　4．DS18B20的使用方法</p><p>　　由于DS18B20采用的是1－Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對STC89C52單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。</p><p>　　由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位

37、有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。</p><p>　　DS18B20的復位時序如圖4所示：<

38、;/p><p>　　圖4DS18B20的復位時序</p><p>　　DS18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程，如圖5所示。</p><p>　　對于DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。</p><

39、p>　　圖5DS18B20的讀時序</p><p>　　DS18B20的寫時序分為寫0時序和寫1時序兩個過程，如圖6所示。</p><p>　　對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。&

40、lt;/p><p>　　圖6 DS18B20的寫時序</p><p>　　DS18B20的4個主要部件</p><p>　?。?）光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20 的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48 位是該DS18B20 自身的序列號，最后8 位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CR

41、C=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。</p><p>　　（2）DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB 形式表達，其中S為符號位，溫度格式如表2所示：</p><p>　　表2DS18B20溫度

42、值格式表</p><p>　　這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12 位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20 的兩個8 比特的RAM 中，二進制中的前面5 位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5 位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625 即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5 位為1，測到的數(shù)值需要取反加1 再乘于0.0625 即可得到實際溫度。</p><p>　　例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25

43、.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H。DS18B20溫度數(shù)據(jù)如表3所示：</p><p>　　表3 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表</p><p>　?。?）DS18B20 溫度傳感器的存儲器</p><p>　　DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除

44、的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。</p><p><b>　?。?）配置寄存器</b></p><p>　　該字節(jié)各位的意義如表4所示：</p><p>　　表4 配置寄存器結(jié)構(gòu)</p><p>　　低五位一直都是1 ，TM 是測試模式位，用于設置DS18B20 在工作模式還是在測試

45、模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1 和R0 用來設置分辨率，如表5所示：</p><p>　　表5溫度值分辨率設置表</p><p>　　由表5可見，設定的分辨率越高，所需要的溫度轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮，視設備的實際需要來選擇分辨率。</p><p><b>　　溫度采集模塊電路圖<

46、;/b></p><p>　　本設計采用數(shù)字傳感器DS18B20，DS18B20是一種可組網(wǎng)的單線數(shù)字溫度傳感器，它采用單線總線結(jié)構(gòu)，集溫度測量和A/D轉(zhuǎn)換于一體，直接輸出數(shù)字量，用一根I/O線就可以傳送數(shù)據(jù)與命令，其溫度測量范圍為-55℃~+125℃，精度為+/-0.5℃，使用中無需外部器件，可利用數(shù)據(jù)線或外部電源提供電能，供電電壓范圍為3.3~5.5V，通過編程實現(xiàn)9~12位分辨率讀出溫度數(shù)據(jù)。<

47、/p><p>　　使用時，將DS18B20的數(shù)據(jù)DQ與單片機的一位具有三態(tài)功能的雙向口連接就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，為保證在有效的時鐘周期內(nèi)提供足夠電流，采用外部電源單獨供電，在數(shù)據(jù)線上加一個6.8KΩ的上拉電阻。</p><p>　　具體接線如圖7所示：</p><p>　　圖7溫度采集模塊電路圖</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理模塊&

48、lt;/b></p><p>　　單片機是溫度控制系統(tǒng)的核心部件，負責數(shù)據(jù)處理，分別控制顯示模塊、溫度控制模塊和溫度采集模塊，由于數(shù)據(jù)大于5K，所以選用內(nèi)存量為8K的STC89C52單片機。</p><p><b>　　單片機的發(fā)展方向</b></p><p>　　未來單片機的發(fā)展趨勢主要有：主流型機發(fā)展趨勢，8位單片機為主流，少量32位

49、機，16位可能被淘汰；全盤CMOS化趨勢；RISC體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展；大力發(fā)展專用單片機；OTPROM、flashROM成為主流供應狀態(tài)；ISP及基于ISP的開發(fā)環(huán)境；單片機的軟件嵌入；實現(xiàn)全面功耗管理；推行串行擴展總線；ASMIC技術的發(fā)展。</p><p>　　單片機以其卓越地性能,得到了廣泛地應用,以深入到各個領域。單片機應用在檢測、控制領域中,具有如下特點。</p><p>　　小巧靈

50、活、成本低、易于產(chǎn)品化。它能方便地組裝成各種智能式測控設備及各種智能儀器儀表；可靠性好,適應溫度范圍寬。單片機芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設計的,能適應各種惡劣的環(huán)境,這是其它機種無法比擬的；以擴展,很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應用系統(tǒng),控制能力強。單片機的邏輯控制功能很強,指令系統(tǒng)有各種控制功能用指令；可以方便地實現(xiàn)多機和分布式控制。</p><p>　　STC89C52系列主要性能參數(shù)</p><

51、p>　　STC89C52是一種低功耗，高性能CMOS微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Armel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　STC89

52、C52可提供以下標準功能：8K字節(jié)閃存器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。STC89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串性通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個中斷

53、或硬件復位為止。</p><p>　　圖8 STC89C52引腳圖</p><p>　　圖9 STC89C52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><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

54、，當FIASH進行校驗時，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

55、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)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，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，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，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

56、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（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為一些特殊功能口，如表6所示：</p><p>　　表6 : P3口

57、第2功能表</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低8位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。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

58、意的是：每當用作外部數(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：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)。&

59、lt;/p><p>　　/EA/VPP：當/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/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>

60、<p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　STC89C52存儲器配置</p><p><b>　　1．存儲器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　程序存儲器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于89S52，如果EA 接VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲器（地址為0000H～1FFFH）開始，接著從外部

61、尋址，尋址地址為：2000H~FFFFH。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器：STC89C52有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當一條指令訪問高于7FH 的地址時，尋址方式?jīng)Q定CPU 訪問高128 字RAM 還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）。</p><p>&

62、lt;b>　　2．看門狗定時器</b></p><p>　　WDT是一種需要軟件控制的復位方式。WDT 由13位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復位存儲器（WDTRST）構(gòu)成。WDT 在默認情況下無法工作；為了激活WDT，用戶必須往WDTRST 寄存器（地址：0A6H）中依次寫入01EH 和0E1H。當WDT激活后，晶振工作，WDT在每個機器周期都會增加。WDT計時周期依賴于外部時鐘頻率。

63、除了復位（硬件復位或WDT溢出復位），沒有辦法停止WDT工作。當WDT溢出，它將驅(qū)動RSR引腳一個高個電平輸出。</p><p>　　WDT的使用:為了激活WDT，用戶必須向WDTRST寄存器（地址為0A6H的SFR）依次寫入0E1H和0E1H。當WDT激活后，用戶必須向WDTRST寫入01EH和0E1H喂狗來避免WDT溢出。當計數(shù)達到8191(1FFFH)時，13 位計數(shù)器將會溢出，這將會復位器件。晶振正常工作

64、、WDT激活后，每一個機器周期WDT 都會增加。為了復位WDT，用戶必須向WDTRST 寫入01EH 和0E1H（WDTRST 是只讀寄存器）。WDT 計數(shù)器不能讀或?qū)?。當WDT 計數(shù)器溢出時，將給RST 引腳產(chǎn)生一個復位脈沖輸出，這個復位脈沖持續(xù)96個晶振周期（TOSC），其中TOSC=1/FOSC。為了很好地使用WDT，應該在一定時間內(nèi)周期性寫入那部分代碼，以避免WDT復位。</p><p>　　掉電和空閑方

65、式下的WDT：在掉電模式下，晶振停止工作，這意味這WDT也停止了工作。在這種方式下，用戶不必喂狗。有兩種方式可以離開掉電模式：硬件復位或通過一個激活的外部中斷。通過硬件復位退出掉電模式后，用戶就應該給WDT 喂狗，就如同通常STC89C52復位一樣。通過中斷退出掉電模式的情形有很大的不同。中斷應持續(xù)拉低很長一段時間，使得晶振穩(wěn)定。當中斷拉高后，執(zhí)行中斷服務程序。為了防止WDT在中斷保持低電平的時候復位器件，WDT 直到中斷拉低后才開始工

66、作。這就意味著WDT 應該在中斷服務程序中復位。為了確保在離開掉電模式最初的幾個狀態(tài)WDT不被溢出，最好在進入掉電模式前就復位WDT。在進入待機模式前，特殊寄存器AUXR的WDIDLE位用來決定WDT是否繼續(xù)計數(shù)。默認狀態(tài)下，在待機模式下，WDIDLE＝0，WDT繼續(xù)計數(shù)。為了式下復位STC89C52，用戶應該建立一個定時器，定時離開待機模式，喂狗，再重新進入待機模式。</p><p><b>　　3．

67、定時器</b></p><p>　　定時器0和定時器1：定時器0和定時器1與STC89C51一樣。</p><p>　　定時器2：定時器2是一個16位定時/計數(shù)器，它既可以做定時器，又可以做事件計數(shù)器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位選擇（如表2所示）。定時器2有三種工作模式：捕捉方式、自動重載（向下或向上計數(shù)）和波特率發(fā)生器。如表3 所示，工作模式由T2CON中

68、的相關位選擇。定時器2 有2 個8位寄存器：TH2和TL2。在定時工作方式中，每個機器周期，TL2 寄存器都會加1。由于一個機器周期由12 個晶振周期構(gòu)成，因此，計數(shù)頻率就是晶振頻率的1/12。</p><p>　　表7:定時器/計數(shù)器2標志位</p><p>　　表8：定時器2功能表</p><p>　　表9：定時器2的工作模式</p><p&

69、gt;　　在計數(shù)工作方式下，寄存器在相關外部輸入角T2 發(fā)生1 至0 的下降沿時增加1。在這種方式下，每個機器周期的S5P2期間采樣外部輸入。一個機器周期采樣到高電平，而下一個周期采樣到低電平，計數(shù)器將加1。在檢測到跳變的這個周期的S3P1 期間，新的計數(shù)值出現(xiàn)在寄存器中。因為識別1－0的跳變需要2個機器周期（24個晶振周期），所以，最大的計數(shù)頻率不高于晶振頻率的1/24。為了確保給定的電平在改變前采樣到一次，電平應該至少在一個完整的機

70、器周期內(nèi)保持不變。</p><p><b>　　4．中斷</b></p><p>　　STC89C52有6個中斷源：兩個外部中斷（INT0 和INT1），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE 中的相關中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。如表5所示，IE

71、.6位是不可用的。對于STC89C52，IE.5位也是不能用的。用戶軟件不應給這些位寫1。它們?yōu)锳T89系列新產(chǎn)品預留定時器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進入中斷服務后，這些標志位都可以由硬件清0。實際上，中斷服務程序必須判定是否是TF2 或EXF2激活中斷，標志位也必須由軟件清0。定時器0和定時器1標志位TF0 和TF1在計數(shù)溢出的那個周期的S5P2被置位。它們的值一直到下一個周期被電路捕捉下來。然而，

72、定時器2 的標志位TF2 在計數(shù)溢出的那個周期的S2P2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。外部中斷源如表10所示：</p><p><b>　　表10:外部中斷源</b></p><p>　　中斷允許控制寄存器功能如表11所示：</p><p>　　表11中斷允許控制寄存器功能表</p><p>　　溫度顯示模塊/設定

73、模塊</p><p>　　此模塊由顯示部分和設定部分組成，顯示部分采用LCD1602液晶顯示器，顯示2行，每行個16個字符，可顯示字符和數(shù)字，顯示內(nèi)容豐富，此部分作用是實時顯示電阻爐當前溫度和設定溫度。</p><p>　　設定部分主要是鍵盤輸入，此部分主要由兩個按鍵組成，PLAS為加，SUBS為減，當系統(tǒng)啟動時，默認設定溫度為30℃，當按下PLAS時設置水溫增加，按下SUBS時設置水溫減

74、小。</p><p><b>　　溫度顯示部分</b></p><p>　　LCD1602 簡介</p><p>　　液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點，因此，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。本系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示模塊，它

75、可以顯示兩行，每行16個字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。</p><p>　　LCD1602外觀如圖10所示：</p><p>　　圖10 LCD1602芯片管腳圖</p><p>　　接口引腳及其功能介紹：</p><p>　　表12 接口引腳及其功能</p><p><

76、;b>　　主要管腳介紹</b></p><p>　　V0：液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。</p><p>　　RS：寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平時選擇指令寄存器。</p><p>　　R/W：讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低

77、電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　E：使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　LCD1602控制指令如表13所示：</p><p>　　表13 LCD1602 有11個控制指令</p><p>　　清

78、屏指令如表14所示：</p><p><b>　　表14 清屏指令</b></p><p>　　開關控制指令如表15所示：</p><p>　　表15 開關控制指令</p><p>　　開關控制指令功能：設置顯示、光標及閃爍開、關。</p><p>　　其中：D表示顯示開關：D=1為開，D=0

79、為關；</p><p>　　C表示光標開關：C=1為開，C=0為關；</p><p>　　B表示閃爍開關：B=1為開，B=0為關。</p><p>　　光標、畫面位移指令如表16所示：</p><p>　　表16 光標、畫面位移指令</p><p>　　光標、畫面位移指令功能：光標、畫面移動，不影響DDRAM。<

80、/p><p>　　其中： S/C=1：畫面平移一個字符位；</p><p>　　S/C=0：光標平移一個字符位；</p><p>　　R/L=1：右移；R/L=0：左移。</p><p>　　功能設置指令如表17所示：</p><p>　　表17 功能設置指令</p><p>　　功能設置指令功能：

81、工作方式設置（初始化指令）。</p><p>　　其中：DL=1，8位數(shù)據(jù)接口；DL=0，四位數(shù)據(jù)接口；</p><p>　　N=1，兩行顯示；N=0，一行顯示；</p><p>　　F=1，510點陣字符；F=0，57點陣字符。</p><p>　　讀寫控制時序如表18所示：</p><p>　　表18 讀寫控制時序

82、</p><p><b>　　溫度設定部分</b></p><p>　　設定部分主要是鍵盤輸入，此部分主要由兩個按鍵組成，PLAS為加，SUBS為減，當系統(tǒng)啟動時，默認設定溫度為30℃，當按下PLAS時設置水溫增加，按下SUBS時設置水溫減小。</p><p>　　此部分按鍵為常開按鈕，當不觸發(fā)時為斷開狀態(tài)，按鍵按下之后與地連接，故為低電平，單

83、片機讀取按鍵數(shù)據(jù)為低電平時有效。</p><p>　　溫度顯示/設定模塊電路圖</p><p>　　溫度顯示模塊的電路圖如圖11所示。</p><p>　　第1腳：VSS為電源地</p><p>　　第2腳：VDD接5V電源正極</p><p>　　第3腳：VEE為液晶對比度調(diào)整端，接正極時對比度弱，接負極時對比度高。

84、</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。</p><p>　　第6腳：E（或EN）端為使能（enable）端。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。此處為P0口輸出，因為P0口的

85、電壓過于微弱，所以添加上拉電阻使其能夠驅(qū)動LCD液晶顯示屏。</p><p>　　圖11溫度顯示模塊設計電路圖</p><p><b>　　溫度控制模塊</b></p><p>　　此模塊是系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，將單片機端口輸出的PWM方波通過光電耦合器精確轉(zhuǎn)化成可控硅的開斷，從而控制電熱絲功率的變化。</p><p><

86、;b>　　可控硅BTA16</b></p><p>　　一種以硅單晶為基本材料的P1、N1、P2、N2四層三端器件，創(chuàng)制于1957年，由于它特性類似于真空閘流管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱可控硅T。又由于可控硅最初應用于可控整流方面所以又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅SCR。在性能上，可控硅不僅具有單向?qū)щ娦?，而且還具有比硅整流元件（俗稱“死硅”）更為可貴的可控性。它只有導通和關斷兩種

87、狀態(tài)。可控硅能以毫安級電流控制大功率的機電設備，如果超過此頻率，因元件開關損耗顯著增加，允許通過的平均電流相降低，此時，標稱電流應降級使用。</p><p>　　不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu)。見圖1。它有三個PN結(jié)（J1、J2、J3），從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽極A，從N2層引出陰級K，從P2層引出控制極G，所以它是一種四層三端的半導體器件。可控硅結(jié)構(gòu)示意圖和符

88、號圖如圖12所示。</p><p>　　圖12可控硅結(jié)構(gòu)示意圖和符號圖</p><p>　　可控硅是P1、N1、P2、N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個PN結(jié)，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成，其等效圖解如圖13所示。</p><p>　　圖13可控硅內(nèi)部等效圖</p><p>　　當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2

89、管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。</p><p&

90、gt;　　由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。</p><p>　　由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件如表19所示：</p><p>　　表19 可控硅開關特性表</p>

91、<p><b>　?。╝）反向特性</b></p><p>　　當控制極開路，陽極加上反向電壓時（見圖14），J2結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流，當電壓進一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接差J3結(jié)也擊穿，電流迅速增加，圖14的特性開始彎曲，如特性OR段所示，彎曲處的電壓URO叫“反向轉(zhuǎn)折電壓”。此時，可控硅會發(fā)生永久性反向。</p>&

92、lt;p>　　圖14陽極加反向電壓</p><p><b>　?。╞）正向特性</b></p><p>　　當控制極開路，陽極上加上正向電壓時（見圖15），J1、J3結(jié)正偏，但J2結(jié)反偏，這與普通PN結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當電壓增加，圖4-2-4的特性發(fā)生了彎曲，如特性OA段所示，彎曲處的是UBO叫：正向轉(zhuǎn)折電壓。</p&

93、gt;<p>　　圖15陽極加正向電壓</p><p>　　由于電壓升高到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓后，J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時入N1區(qū)，空穴時入P2區(qū)。進入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復合，同樣，進入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復合，雪崩擊穿，進入N1區(qū)的電子與進入P2區(qū)的空穴各自不能全部復合掉。這樣，在N1區(qū)就有電子積累，在P2

94、區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位下降，J2結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負阻特性。</p><p>　　這時J1、J2、J3三個結(jié)均處于正偏，可控硅便進入正向?qū)щ姞顟B(tài)—通態(tài)，此時，它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似。</p><p>　　光電偶合器MOC3021</p><p>　　光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一

95、光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。MOC3021結(jié)構(gòu)示意圖如圖16所示：</p><p>　　圖16 MOC3021結(jié)構(gòu)示意

96、圖</p><p>　　在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　基本工作特性：</b></p><p>　?。?）共模抑制比很高</p><p>　　在

97、光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很小（2pF以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。</p><p><b>　?。?）輸出特性</b></p><p>　　光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關系，當IF=0時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極輸出

98、電流稱為暗電流，一般很小。當IF>0時，在一定的IF作用下，所對應的IC基本上與VCE無關。IC與IF之間的變化成線性關系，用半導體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。</p><p><b>　　溫度控制模塊電路圖</b></p><p>　　此部分電路主要由光電耦合器和可控硅組成，光電耦合器與單片機端口相連，可以根據(jù)端口信號的

99、變化迅速做出反應，延時時間短。由于單片機的端口電壓不足以驅(qū)動光電耦合器，故令其低電平觸發(fā)，外加上拉電阻。</p><p>　　與外部電阻爐相連的部分是可控硅，與光電耦合器配合輸出，以弱點控制強電，控制電阻爐的開斷頻率，以達到加熱目的。</p><p>　　由主控單片機運算輸出脈沖寬度可調(diào)的PWM波用于雙向可控硅在1s內(nèi)的導通和關斷數(shù)從而調(diào)節(jié)輸出給電爐的功率，這樣使得水溫穩(wěn)定在設定值上。&l

100、t;/p><p>　　接線圖如圖17所示：</p><p>　　圖17溫度控制模塊設計電路圖</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設計</b></p><p><b>　　系統(tǒng)主程序</b></p><p>　　軟件設計的主要思想就是DS18B20溫度檢測，控制加熱控制組件對水溫

101、進行恒定控制，并且將溫度在LCD上顯示。還可通過鍵盤控制設定溫度的增加和減少。主程序主要包括系統(tǒng)初始化、采樣溫度值、掃描鍵盤以及實時顯示模塊等。由于本設計設有鍵盤和顯示子程序，實驗結(jié)果一目了然。</p><p>　　主程序的流程圖如圖18所示：</p><p><b>　　圖18主程序流程圖</b></p><p><b>　　溫度采

102、集子程序</b></p><p>　　溫度測量通過DS18B20數(shù)字溫度傳感器測量水槽溫度，將水槽溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量接入STC89C52單片機中。在通過與控制溫度比較對可控硅進行控制。</p><p>　　溫度采集的流程圖如圖19所示：</p><p>　　圖19溫度采集流程圖</p><p><b>　　顯示子程序&l

103、t;/b></p><p>　　水溫溫度值和鍵盤設定值都要通過LCD液晶顯示出來，顯示子程序必不可少，將要顯示的水溫溫度和控制溫度所對應的BCD碼存入STC89C52單片機儲存單元中，通過控制信號顯示在相應的顯示器上。</p><p>　　顯示數(shù)據(jù)有2行，每行的前部為固定英文字符，每行的后部為變化數(shù)值，每行字符都有對應的顯示位置和顯示內(nèi)容，這些參數(shù)已在程序中設定完成。程序直接利用查表

104、方法來得到顯示段碼。</p><p><b>　　溫度設定子程序</b></p><p>　　首先調(diào)用掃描子程序，檢查有無閉合鍵。若無閉合鍵，則對數(shù)碼顯示器掃描顯示一遍；若有閉合鍵，則先消抖。接著進行掃描判斷，判別閉合鍵的具體位置以及獲取對應的鍵值。</p><p>　　設計電路中有兩個按鍵，分別是溫度溫度上調(diào)、溫度下調(diào)，如按一下S1進入溫度設

105、定狀態(tài)，設定值每秒閃爍一次，這時可以按PLUS或SUBS行調(diào)節(jié)，設置一個上限溫度，這個設定值會保存在DS18B20 中，掉電后也不會丟失，下次上電時，單片機會自動讀入上次的溫度設定值。</p><p><b>　　控制算法</b></p><p>　　由于此溫度控制系統(tǒng)并沒有冷卻裝置，所以根據(jù)實際情況判斷，水溫不能存在超調(diào)現(xiàn)象，溫度值必須要求從低到高逐漸逼近設定值。&

106、lt;/p><p>　　開始考慮使用PID算法，由于此算法結(jié)合比例、積分、微分算法，可使控制量以最短的時間到達指定數(shù)值，但是考慮到本系統(tǒng)并沒有冷卻裝置，溫度一旦超調(diào)則無法冷卻使其在設定值間震蕩，而冷卻只能依靠本身與周圍環(huán)境的熱交換來完成，降溫速度很慢，無法完成迅速冷卻，故本系統(tǒng)考慮采用預先設定與溫度相對應的PWM數(shù)值。</p><p>　　當設定溫度和實際溫度的差值的絕對值小于10℃時，則立即

107、跳入相應PWM值控制熱阻進行加熱。當設定溫度和實際溫度的差值的絕對值大于10℃，熱阻持續(xù)加熱。當設定溫度小于實際溫度則立即停止加熱。</p><p>　　熱電阻加熱的過程中，被加熱的水向上流動，導致爐子上部的溫度大于下部溫度，如果將傳感器放在底部，則當溫度到達設定溫度時，冷熱水充分混合之后往往大于設定溫度，如果將傳感器放在頂部，加熱過程中頂部的水先到達指定溫度，等冷熱水混合之后實際溫度會小于設定溫度。同樣是產(chǎn)生偏

108、差，應選取后者，因為將傳感器放在爐子的頂部，這樣當冷熱水混合之后實際溫度小于設定溫度，這樣可以再次加熱以精確達到指定溫度；而前者一旦溫度超調(diào)則降溫很慢，造成較大偏差。</p><p>　　最終將溫度傳感器放在爐子的上部，但是根據(jù)水溫上升的規(guī)律，設定溫度和實際溫度一度如果按照線性升溫的話，會使溫度超過設定值而產(chǎn)生偏差，因為加熱停止的時候還會產(chǎn)生一部分熱量，此熱量還會使水溫上升。所以在相差一度的時候減小PWM低電平時

109、間會使溫度值更精確，所以經(jīng)過反復測試，最后相差一度時高電平時間設定為50ms。其中T表示設定溫度與實際溫度之差，t表示一個周期的低電平時間。</p><p>　　控制算法如表20所示：</p><p>　　表20 控制算法表</p><p>　　溫度控制系統(tǒng)Proteus仿真</p><p><b>　　仿真說明</b&g

110、t;</p><p>　　由于單片機端口的驅(qū)動能力有限，所以令其低電平觸發(fā)光電耦合器，故當P1.5口輸出低電平時電熱絲加熱。</p><p>　　當設定溫度與實際溫度之差大于10℃時屬于粗調(diào)，即令電熱絲持續(xù)加熱，無PWM控制；當設定溫度與實際溫度之差小于10℃時屬于微調(diào)，即電熱絲加熱時受PWM控制。</p><p><b>　　仿真結(jié)果</b>

111、</p><p>　　對各溫度仿真結(jié)果如下：</p><p>　　實際溫度19℃，設定溫度30℃</p><p>　　當差值大于10℃時，輸出為低電平，電熱絲持續(xù)加熱，如圖20所示：</p><p><b>　　圖20仿真圖一</b></p><p>　　實際溫度21℃，設定溫度30℃</p