基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 論 文 單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)作 者 姓 名： 袁 旭 專 業(yè) 班 級： 電氣自動化13311 學(xué) 號： 2013031570校內(nèi)指導(dǎo)老師： 冷報(bào)春 完 成 時 間： 2016.5.15 四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 摘 要近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會領(lǐng)域的滲透, 單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。本文從硬件和軟件兩方面來講述對烘干箱溫度的自動控制過程,在控制過程中主要應(yīng)用AT89C51、ADC0809、LED顯示器、LM324比較器，而主要是通過 DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機(jī)為核心控制部件，并通過四位數(shù)碼管顯示實(shí)時溫度的一種數(shù)字溫度計(jì)。

2、軟件方面采用匯編語言來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡潔明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。關(guān)鍵詞：單片機(jī)系統(tǒng)；傳感器；數(shù)據(jù)采集；模數(shù)轉(zhuǎn)換器；溫度1目 錄1 緒 論21.1課題的背景及其意義21.2課題研究的內(nèi)容及要求312.1 課題的主要研究的內(nèi)容32 AT89C51系列單片機(jī)介紹及硬件設(shè)計(jì)52.1 AT89C51系列單片機(jī)介紹52.1.1 AT89C51系列基本組成及特性52.1.2 AT89C51系列引腳功能62.1.3 AT89C51系列單片機(jī)的功能單元822 硬件設(shè)計(jì)112.2.1 溫度采樣部分1

3、12.22 控制溫度132.2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分142.2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)142.2.5 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器142.2.6 顯示部分153 軟件設(shè)計(jì)173.1主程序流程圖173.2 讀溫度子程序173.3 計(jì)算溫度子程序183.4按鍵流程圖193.5 顯示流程圖20結(jié) 論22謝 辭241 緒 論1.1課題的背景及其意義現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)，工程建設(shè)及日常生活中溫度控制都起著重要的作用，早期的溫度控制主要用于工廠時間生產(chǎn)中，能起到實(shí)時采集溫度數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量之用。隨著人們生活質(zhì)量的提高，現(xiàn)代社會中的溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面也應(yīng)用于酒店，廠房以及家庭生活中，在有些應(yīng)用中，如高精度的生產(chǎn)廠

4、房，對溫度的要求極其嚴(yán)格，溫度的變化極有可能對生產(chǎn)的產(chǎn)品造成極大的影響。因此，這就需要一種能夠及時檢測溫度變化以及溫度變化的設(shè)備，提供溫度數(shù)據(jù)值，使人們對溫度的變化做及時的調(diào)整，多點(diǎn)溫度控制可根據(jù)人們不同的應(yīng)用環(huán)境自行設(shè)置該環(huán)境的溫度值，及時反映生產(chǎn)，生活中溫度變化使人們能及時看到溫度變化的第一手資料，提示人們溫度變化情況，協(xié)助人們能及時的調(diào)整，起到溫度報(bào)警作用，使溫度控制更好的服務(wù)于社會生產(chǎn)，生活。電子技術(shù)的飛速發(fā)展，給人類的生活帶來了根本的的變革，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)，更是將人類社會帶入了一個新的時代。利用微機(jī)的強(qiáng)大功能。人們可以完成各種各樣的控制。然而，微機(jī)造

5、價高，對于大多數(shù)的工業(yè)控制來說，也并不需要微機(jī)那樣強(qiáng)大的功能，于是單片機(jī)就運(yùn)用而生了。單片機(jī)其實(shí)就是一個簡化的微機(jī)，將微機(jī)的CPU，存儲器，I/O接口。定時器/計(jì)數(shù)器等集成在一片芯片上就是單片機(jī)了，它主要用來完成各種控制功能。相對微機(jī)來說，單片機(jī)價格低，非常適合于應(yīng)用在簡單 的控制場合以降低成本。另外，單片機(jī)是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，其可靠性很高，可在工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境下運(yùn)行。單片機(jī)依靠其高的可靠性和極高的性價比，在工業(yè)控制，數(shù)據(jù)采集，智能化儀表，家用電器等方面得到極為廣泛的應(yīng)用。溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量

6、、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來滿足生產(chǎn)生活中的需要。在單片機(jī)溫度測量系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一。因此，單片機(jī)溫度測量則是對溫度進(jìn)行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機(jī)械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負(fù)著重要的測量任務(wù)。在日常生活中，也可廣泛實(shí)用于地?zé)?、空調(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設(shè)備溫度測量場合。但溫度是一個模

7、擬量，如果采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和元件，將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量雖不困難，但電路較復(fù)雜，成本較高。1.2課題研究的內(nèi)容及要求12.1 課題的主要研究的內(nèi)容 本文所要研究的課題是基于單片機(jī)控制的水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是介紹了對水箱溫度的顯示、控制及報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用DS18S20、AT89C51單片機(jī)及LED的硬件電路完成對水溫的實(shí)時檢測及顯示，利用DS18S20與單片機(jī)連接由軟件與硬件電路配合來實(shí)現(xiàn)對加熱電阻絲的實(shí)時控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報(bào)警系統(tǒng)。而爐內(nèi)溫度控制部分，采用一套PID閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，由DS18S20檢測爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一

8、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LED中顯示?？刂破魇怯?9C51單片機(jī)，用PID算法對檢測信號和設(shè)定值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸出控制信號給執(zhí)行機(jī)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(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)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(jī)處理，而且每片DS18S20都有唯一的產(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

9、的DS18S20供電，而且不需要額外電源。同時DS18S20能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。而且利用本次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)溫度測試，溫度顯示，溫度門限設(shè)定，超過設(shè)定的門限值時自動啟動加熱裝置等功能。而且還要以單片機(jī)為主機(jī)，使溫度傳感器通過一根口線與單片機(jī)相連接，再加上溫度控制部分和人機(jī)對話部分來共同實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測與控制。1.2.2 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其具體控制功能如下：（1）能夠連續(xù)測量水的溫度值，用十進(jìn)制數(shù)碼管來顯示水的實(shí)際溫度。（2）能夠設(shè)定水的溫度值，設(shè)定范圍是3090。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)水溫的自動控制，如果設(shè)定水溫為85，則能使水溫保持恒定在85的溫度下運(yùn)行。（4）

10、用單片機(jī)AT89C51控制，通過按鍵來控制水溫的設(shè)定值，數(shù)值采用數(shù)碼管顯示。2 AT89C51系列單片機(jī)介紹及硬件設(shè)計(jì)2.1 AT89C51系列單片機(jī)介紹2.1.1 AT89C51系列基本組成及特性AT89C51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。而在眾多的51系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更實(shí)用，也是一種高效微控制器，因?yàn)樗坏?051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這

11、種工藝的存儲器，用戶可以用電的方式達(dá)到瞬間擦除、改寫。而這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。AT89C51基本功能描述如下：AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，而且在其片種還有4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲器，能重復(fù)寫入/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與MCS-51系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒有的功能。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積, 增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長度小于4k, 四個I/O口全部提供給用戶?？?/p>

12、用5V電壓編程，而且寫入時間僅10毫秒, 僅為8751/87C51 的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比, 不易損壞器件, 沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。AT89C51 芯片提供三級程序存儲器鎖定加密， 提供了方便靈活而可靠的硬加密手段, 能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。另外,AT89C51 還具有MCS-51系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。1288 位內(nèi)部RAM, 32 位雙向輸入輸出線, 兩個十六位定時器/計(jì)時器, 5個中斷源, 兩級中斷優(yōu)先級, 一個全雙工異步串行口及時鐘發(fā)生器等。AT89C51有間歇、掉電兩種工作模式。間歇模式是由軟件來設(shè)

13、置的, 當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時, CPU可根據(jù)工作情況適時地進(jìn)入睡眠狀態(tài), 內(nèi)部RAM和所有特殊的寄存器值將保持不變。這種狀態(tài)可被任何一個中斷所終止或通過硬件復(fù)位。掉電模式是VCC電壓低于電源下限, 當(dāng)振蕩器停止振動時, CPU 停止執(zhí)行指令。該芯片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器值保持不變, 一直到掉電模式被終止。只有VCC電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過硬件復(fù)位、掉電模式可被終止。2.1.2 AT89C51系列引腳功能AT89C51有40引腳雙列直插（DIP）形式。其與80C51引腳結(jié)構(gòu)基本相同，其邏輯引腳圖如圖2-1。 圖2-1 AT89C51邏輯引腳圖各引腳功能敘述如下

14、：1電源和晶振VCC運(yùn)行和程序校驗(yàn)時加+5VGND接地XTAL1輸入到振蕩器的反向放大器XTAL2反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器（當(dāng)使用外部振蕩器時，XTAL1接地，XTAL2接收振蕩器信號）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。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

15、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。2I/O（4個口，32根）P0口8位、漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM、RAM）時，作地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。P0口（作為總線時）能驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。P1口8位、準(zhǔn)雙向I/O口。在編程/校驗(yàn)期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。對于80C51，P1.0T2，是定時器的計(jì)數(shù)端且位輸入；P1.1T2EX，是定時器的外部輸入端。這時，讀兩個特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P2口8

16、位、準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM及RAM）時，輸出高8位地址。在編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。P3口8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。P3口提供各種替代功能。在提供這些功能時，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P3口可以輸入/輸出4個LSTTL負(fù)載。3串行口P3.0RXD（串行輸入口），輸入。P3.1TXD（串行輸出口），輸出。4中斷P3.2INT0外部中斷0，輸入。P3.3INT1外部中斷1，輸入。5定時器/計(jì)數(shù)器P3.4T0定時器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入，輸入。P3.5T1定時器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入，輸入。6數(shù)據(jù)存儲器選通P3.6WR低電平有效，

17、輸出，片外存儲器寫選通。P3.7RD低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。7控制線(共4根)輸入：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。EA/Vpp片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上施加21V的編程電壓。注意：在加密方式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12V編程電源（VPP）。輸入、輸出：ALE/PROG地址鎖存允許信號，輸出。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對外輸出的時鐘或用于定時。在EPROM編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（PROG）。ALE

18、可以驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。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低位字節(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。注意：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。輸出：PSEN片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取址期間，在每個機(jī)器周期中，當(dāng)PS

19、EN有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。2.1.3 AT89C51系列單片機(jī)的功能單元1并行I/O接口：單片機(jī)芯片內(nèi)有一項(xiàng)主要功能就是并行I/O口。51系列共有4個8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3每個口都包含一個鎖存器，一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴(kuò)展存儲器時，低八位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時傳送，高八位地址由P2口傳送。2定時器/計(jì)數(shù)器定時器/計(jì)數(shù)器（timer/counter）是單片機(jī)中的重要部件，其工作方式靈活、編程簡單，使用它對減輕CPU的負(fù)擔(dān)和簡

20、化外圍電路都大有好處。C51系列包含有兩個16位的可編程定時器/計(jì)數(shù)器分別稱為定時器/計(jì)數(shù)器T0和定時器/計(jì)數(shù)器T1；在C51部分產(chǎn)品中，還包含有一個用做看門狗的8位定時器。定時器/計(jì)數(shù)器的核心是一個加1計(jì)數(shù)引腳上施加器，其基本功能是加1功能。在單片機(jī)的定時器T0或T1中，有一個定時器發(fā)生由0到1的跳變時，計(jì)數(shù)器增1，即為計(jì)數(shù)功能；在單片機(jī)內(nèi)部對機(jī)器周期或其分頻進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到定時，這就是定時功能。在單片機(jī)中，定時功能和計(jì)數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過軟件來進(jìn)行的。定時器/計(jì)數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時器0、定時器1、定時器方式寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON組成。當(dāng)定時器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為

21、定時工作方式時，計(jì)數(shù)器對內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)，每過一個機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器加1，直至計(jì)滿溢出。定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因?yàn)镃51系列單片機(jī)的一個機(jī)器周期由12個振蕩脈沖組成，所以，計(jì)數(shù)頻率fc=fosc/12。如果單片機(jī)系統(tǒng)采用12MHz晶振，則計(jì)數(shù)周期為: (2-1) 這是最短的定時周期，適當(dāng)選擇定時器的初值可獲取各種定時時間。當(dāng)定時器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時，計(jì)數(shù)器對來自輸入引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）的外部信號計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。在每個機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平，若前一個機(jī)器周期采樣值為1，后一個機(jī)器周期采樣值為0，則計(jì)數(shù)器加1。新的計(jì)數(shù)

22、值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生1到0的負(fù)跳變后，于下一個機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器中的，可見，檢測一個由1到0的負(fù)跳變需要兩個機(jī)器周期，所以最高檢測頻率為振蕩頻率的1/24。計(jì)數(shù)器對外部輸入信號的占空比沒有特別的限制，但必須保證輸入信號的高電平與低電平的持續(xù)時間在一個機(jī)器周期以上。3振蕩器 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。當(dāng)輸入至內(nèi)部時鐘信號時要通過一個二分頻觸發(fā)器，而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。4芯片擦除 整個PEROM陣列

23、和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM、定時器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。5中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)是單片機(jī)的重要組成部分。實(shí)時控制、故障自動處理、單片機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。C51系統(tǒng)有關(guān)

24、中斷的寄存器有4個，分別為中斷源寄存器TCON和SCON、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級控制寄存器IP；中斷源有5個，分別為外部中斷0請求INT0、外部中斷1請求INT1、定時器0溢出中斷請求TF0、定時器1溢出中斷請求TF1和串行中斷請求R1或T1。5個中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級控制寄存器IP和順序查詢邏輯電路共同決定，5個中斷源分別對應(yīng)5個固定的中斷入口地址。中斷的特點(diǎn)是分時操作，實(shí)時處理和故障處理。 簡單介紹一下本次設(shè)計(jì)所需的單片機(jī)芯片AT89C51的中斷系統(tǒng)中要用到的中斷類型。（1） 外部中斷源AT89C51有INT0和INT1兩條外部中斷請求輸入線,用于輸入兩個外部中斷源的中斷

25、請求信號,并允許外部中斷源以低電平或負(fù)邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來輸入中斷請求信號。AT89C51究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式,可由用戶對定時器控制寄存器TCON中IT0和IT1位狀態(tài)的設(shè)定來選取。AT89C51在每個機(jī)器周期的S5P2時對INT0、線上中斷請求信號進(jìn)行一次檢測,檢測方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若AT89C51設(shè)定為電平觸發(fā)方式(IT0=0或IT1=0),則CPU檢測到INT0、INT1上低電平時就可認(rèn)定其上中斷請求有效;若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式(IT0=1或IT1=1),則CPU需要兩次檢測INT0、INT1線上電平方能確定其上中斷請求是否有效,即前一次檢測為高電平和后一次檢測為低電平

26、時中斷請求才有效。（2） 定時器溢出中斷源定時器溢出中斷由AT89C51內(nèi)部定時器分的中斷源產(chǎn)生,故它們屬于內(nèi)部中斷。AT89C51內(nèi)部有兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器,受內(nèi)部定時脈沖(主脈沖經(jīng)12分頻后)或T0/T1引腳上輸入的外部定時脈沖計(jì)數(shù)。定時器T0/T1在定時脈沖作用下從全“1”變成全“0”時可以自動向CPU提出溢出中斷請求,以表明定時器T0或T1的定時時間已到。 （3） 串行口中斷源串行口中斷由AT89C51內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生,也是一種內(nèi)部中斷。串行口中斷分為串行口發(fā)送中斷和串行口接收中斷兩種。在串行口進(jìn)行發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時,每當(dāng)串行口發(fā)送/接收完一組串行數(shù)據(jù)時串行口電路自動使串行口控

27、制寄存器SCON中的RI或TI中斷標(biāo)志位置位，并自動向CPU發(fā)出串行口中斷請求,CPU響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。因此,只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對SCON中RI和TI中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序,便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請求還是發(fā)送中斷請求。（4） 中斷標(biāo)志AT89C51在S5P2時檢測(或接收)外部(內(nèi)部)中斷源發(fā)來的中斷請求信號后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位,然后便在下個機(jī)器周期檢測這些中斷標(biāo)志位狀態(tài),以決定是否響應(yīng)該中斷。22 硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用按鍵作為輸入控制，通過溫度多采樣單元采集溫度信息，經(jīng)過LM324放大器放大及ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換，由主機(jī)A

28、T89C51進(jìn)行處理并將實(shí)際溫度值和設(shè)定溫度值分別顯示在共陽極數(shù)碼顯示管LED上。2.2.1 溫度采樣部分溫度采樣單元用于采集被控制對象的溫度采集參數(shù)，它由溫度電壓轉(zhuǎn)換，小信號放大及A/D轉(zhuǎn)換三部分組成，其中將溫度轉(zhuǎn)化為電量的溫度電壓轉(zhuǎn)換由溫度傳感器熱敏電阻實(shí)現(xiàn)，A/D轉(zhuǎn)換選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809將采集的溫度模擬信號轉(zhuǎn)換為8255能處理的二進(jìn)制數(shù)字信號。ADC0809是位A/D轉(zhuǎn)換芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的。ADC0809由單+5V電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可對8路05V的輸入模擬電壓分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需100S；片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼器

29、和鎖存器、高阻抗斬波器、穩(wěn)定的比較器，256電阻T型網(wǎng)絡(luò)和樹狀電子開關(guān)以及逐次逼近寄存器。ADC0809是引腳雙列直插式封裝，引腳及其功能（圖2.1）：1D7D0：8位數(shù)字量輸出引腳。2IN0IN7：8路模擬量輸入引腳。3VCC：+5V工作電壓。4GND：接地。5REF（+）：參考電壓正端。6REF（-）：參考電壓負(fù)端。7START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。8A、B、C：地址輸入端。9ALE：地址鎖存允許信號輸入端。10EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。11OE： 輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。12CLK：時鐘信號輸入端，譯碼后可選通IN0

30、IN7八個通道中的一個進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖2-1.1 ADC0809的管腳圖溫度采樣單元，如2.2所示，用于采集被控對象的溫度參數(shù)，它由溫度電壓轉(zhuǎn)換、小信號放大及A/D轉(zhuǎn)換三部分組成。其中，將溫度轉(zhuǎn)化為電量的溫度電壓轉(zhuǎn)換由溫度傳感器-熱敏電阻實(shí)現(xiàn)，小信號放大由橋式放大電路實(shí)現(xiàn)，A/D轉(zhuǎn)換選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，將采集到的溫度模擬信號轉(zhuǎn)換為AT89C51能夠處理的二進(jìn)制數(shù)字信號。圖2-2 溫度采樣單元該系統(tǒng)的下位機(jī)8255單片機(jī)作為控制核心，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場溫度值。溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字量，并經(jīng)8255的P1口進(jìn)入單片機(jī)保存。上位PC機(jī)通過串行口與下位

31、機(jī)聯(lián)絡(luò)，向下位機(jī)發(fā)送控制命令和接收下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)以及進(jìn)行人機(jī)交互。上位機(jī)采用VB 60進(jìn)行人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)，并利用其MSComm控件實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)簡單而高效的串行通信。充分發(fā)揮了單片機(jī)在實(shí)時數(shù)據(jù)采集和PC機(jī)對圖形處理、顯示以及數(shù)據(jù)庫管理上的優(yōu)點(diǎn)。使得單片機(jī)的應(yīng)用已不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的自動監(jiān)測或控制，而是形成了以網(wǎng)絡(luò)為核心的分布式多點(diǎn)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。2.22 控制溫度 單片機(jī)是集成了中央處理部件，存儲器、定時器和各種輸入輸出設(shè)備等接口部件。具有集成度高，功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗小、使用方便、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力流量和開關(guān)量都是常用的被控參數(shù)。其中，溫度控制

32、也越來越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制方便、簡單、靈活。而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。2.2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為N位二進(jìn)制數(shù)字輸出信號的技術(shù)。采用數(shù)字信號處理能夠方便地實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的自適應(yīng)算法，完成模擬電路無法實(shí)現(xiàn)的功能，因此，越來越多的模擬信號處理正在被數(shù)字技術(shù)所取代。與之相應(yīng)的是，作為模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)之間橋梁的模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用日趨廣泛。為了滿足市場的需求，各芯片制造公司不斷推出性能更加先進(jìn)的新產(chǎn)品、新技術(shù)，令人目不暇接。2.2.4

33、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)本次設(shè)計(jì)還涉及到數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)，而模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)包括采樣、保持、量化和編碼四個過程。1采樣就是將一個連續(xù)變化的模擬信號x(t)轉(zhuǎn)換成時間上離散的采樣信號x(n)。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，對于采樣信號x(t)，如果采樣頻率fs大于或等于2fmax(fmax為x(t)最高頻率成分)，則可以無失真地重建恢復(fù)原始信號x(t)。實(shí)際上，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件的非線性失真、量化噪聲及接收機(jī)噪聲等因素的影響采樣速率一般取fs=2.5fmax。通常采樣脈沖的寬度tw是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。2要把一個采樣輸出信號數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間，這就是保持過程。3量化是將連續(xù)幅

34、度的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散時間、離散幅度的數(shù)字信號，量化的主要問題就是量化誤差。假設(shè)噪聲信號在量化電平中是均勻分布的，則量化噪聲均方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。4編碼是將量化后的信號編碼成二進(jìn)制代碼輸出。這些過程有些是合并進(jìn)行的，例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程中同時實(shí)現(xiàn)的，且所用時間又是保持時間的一部分。2.2.5 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器稱雙斜率或多斜率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，是應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換器類型。雙斜率轉(zhuǎn)換器包括兩個主要部分：一部分電路采樣并量化輸人電壓，產(chǎn)生一個時域間隔或脈沖序列，再由一個計(jì)數(shù)器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出。雙斜率轉(zhuǎn)換器由1個帶有輸人

35、切換開關(guān)的模擬積分器、1個比較器和1個計(jì)數(shù)單元構(gòu)成。積分器對輸入電壓在固定的時間間隔內(nèi)積分，該時間間隔通常對應(yīng)于內(nèi)部計(jì)數(shù)單元的最大計(jì)數(shù)。時間到達(dá)后將計(jì)數(shù)器復(fù)位并將積分器輸入連接到反極性(負(fù))參考電壓。在這個反極性信號作用下，積分器被“反向積分”直到輸出回到零，并使計(jì)數(shù)器終止，積分器復(fù)位。 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度和帶寬都非常低，但它們的精度可以做得很高，并且抑制高頻噪聲和固定的低頻干擾(如50 Hz或60 Hz)的能力，使其對于嘈雜的工業(yè)環(huán)境以及不要求高轉(zhuǎn)換速率的應(yīng)用非常有效。2.2.6 顯示部分本部分電路主要使用七段數(shù)碼管和移位寄存器芯片74LS164.單片機(jī)通過I2CC總線將要顯示的數(shù)據(jù)

36、信號傳送到移位寄存器芯片74LS164寄存，再由移位寄存器控制數(shù)碼管的顯示，從而實(shí)現(xiàn)移位寄存點(diǎn)亮數(shù)碼管顯示。由于單片機(jī)的時鐘頻率達(dá)到12M，移位寄存器的移位速度相當(dāng)快，所以我們根本看不到數(shù)據(jù)是一位一位傳輸?shù)?。從人類視覺的角度看，就仿佛是全部數(shù)碼管同步顯示的一樣。移位寄存器74LS164的引腳如圖2-6所示：圖2-12移位寄存器74LS164引腳圖74LS164為串行輸入、并行輸出移位寄存器，其引腳功能如下：A、B 串行輸入端；Q0Q7 并行輸出端； 清除端，低電平有效；CLK 時鐘脈沖輸入端，上升沿有效。多片74LS164串聯(lián)，能實(shí)現(xiàn)多位LED靜態(tài)顯示。每擴(kuò)展一片164就可增加一位顯示。MR接

37、+5V，不清除。在本系統(tǒng)中使用的移位寄存器74LS164時，是用芯片的貼片封裝。貼片封裝直接焊接在數(shù)碼管電路的背面，這樣既能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能又合理利用電路的空間，而且整個顯示電路小巧玲瓏，在總安裝時方便。采用移位寄存器控制數(shù)碼管顯示出本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，也是本系統(tǒng)的一個優(yōu)點(diǎn)。圖213 LED 顯示電路3 軟件設(shè)計(jì)3.1主程序流程圖 系統(tǒng)的軟件部分由主程序流程圖、中斷子程序流程圖、按鍵流程圖和顯示流程圖四部分組成。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4-1，當(dāng)有信號輸入時，主程序啟動，根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的條件逐步運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。NY初 始 化處理按鍵、顯示設(shè)定值啟動A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值處理顯示實(shí)際溫度比較設(shè)定溫度值和實(shí)際溫度值是否大于？加 熱開 始停 止圖4-1主程序流程圖3.2 讀溫度子程序本文選用AD590