基于51單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計論文

基于51單片機的溫度控制系統(tǒng)基于51單片機的溫度控制系統(tǒng)摘要:溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)，農(nóng)業(yè)上應(yīng)用廣泛，在當(dāng)代社會，對于溫度控制方面要求越來越高，越來越精細(xì)。因此我們在本次學(xué)校實習(xí)中選擇完成一個基本的溫度測量并控制溫度在一定范圍內(nèi)的課題，因此來鍛煉自己的能力。本次設(shè)計采用單片機對溫度進行測量和控制，并控制其溫度穩(wěn)定在某一個設(shè)定值上。通過數(shù)碼管顯示溫度，并具有報警系統(tǒng)，可以通過鍵盤輸入來控制基準(zhǔn)溫度與上下限溫度?；具_到自動控制的目的?；赟TC89C52單片機的溫控系統(tǒng)主要實現(xiàn)了溫度采集、A/D轉(zhuǎn)換、溫度控制及報警等功能。首先，介紹了我們選擇的課題要求，同時重點介紹了我們選擇的芯片資料，如STC89C52，ADC0809。其次，闡述了系統(tǒng)的工作原理，完成了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計，把系統(tǒng)劃分為5大模塊并完成了各大模塊的設(shè)計工作，同時附以系統(tǒng)硬件電路原理圖。最后，設(shè)計了系統(tǒng)的軟件。系統(tǒng)軟件是用C語言進行軟件設(shè)計的，C語言具有指令簡單，數(shù)據(jù)量小等特點。關(guān)鍵詞：溫度控制；STC89C52；C語言Abstract:Thetemperaturecontrolsysteminindustry,agricultureonawiderangeofapplications,inthecontemporarysociety,thetemperaturecontrolrequirementsmoreandmorehigh,moreandmorefine.Therefore,weintheschoolpracticechoosetocompleteabasictemperaturemeasurementandprojectcontroltemperatureinacertainrange,thustoexercisetheirabilities.Thisdesignusesthemonolithicintegratedcircuitformeasuringandcontrollingtemperature,andtocontrolitstemperaturestabilityinacertainsetofvalues.Throughdigitaltubedisplaytemperature,andhasalarmsystem,throughthekeyboardinputtocontrolthereferencetemperatureandminimumtemperature.Basicallyachievethepurposeofautomaticcontrol.ThetemperaturecontrolsystemofSTC89C52singlechipmicrocomputerismainlyrealizedthetemperatureacquisition,A/Dconversion,temperaturecontrolandalarmfunctionsbasedon.Secondly,itdescribestheprincipleofthesystem,designedthesystemstructurediagram,thesystemisdividedinto5majorpartsandfinishedthedesigningofeachmodule,andattachedtothesystemhardwarecircuitdiagram.Finally,thedesignofthesystemsoftware.ThesystemsoftwareiswritteninClanguageforsoftwaredesign,Clanguagehasthecharacteristicsofsimpleinstruction,smallamountofdata.KeyWords:temperaturecontrol；STC89C52；Clanguage目錄1課題要求 52總體設(shè)計方案 62.1系統(tǒng)總體設(shè)計 62.2單片機選擇 62.3顯示電路選擇 72.4鍵盤電路選擇 82.5AD電路選擇 82.6溫度采集電路選擇 92.7控制電路選擇 113系統(tǒng)硬件設(shè)計 123.1系統(tǒng)硬件功能分析 123.2單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 123.4溫度檢測電路設(shè)計 143.4AD轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 153.5溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 173.6報警模塊設(shè)計 183.7鍵盤輸入模塊設(shè)計 194系統(tǒng)軟件設(shè)計 204.1主程序分析 204.2顯示模塊分析 204.3AD轉(zhuǎn)換模塊分析 204.4鍵盤輸入模塊設(shè)計 214.5報警控制模塊設(shè)計 225實習(xí)結(jié)果 236總結(jié)與鳴謝 24參考文獻 24附錄1 25附錄2 251課題要求本課題是設(shè)計一個基于單片機的溫度控制系統(tǒng)，用來測量溫度并將溫度控制在一定范圍內(nèi)。系統(tǒng)框圖如下圖所示，包括6部分：單片機系統(tǒng)、溫度采集電路、顯示電路、溫度控制電路、鍵盤電路和報警電路。系統(tǒng)采用AT89C51作為主機，溫度采集電路包括溫度傳感器、信號調(diào)理電路和ADC。單片機將測量的溫度在數(shù)碼管上顯示，并與設(shè)定的門限值進行比較，如超出門限則驅(qū)動報警電路，并啟動溫度控制電路調(diào)節(jié)溫度到預(yù)定值。這里溫度傳感器可采用電阻式溫度傳感器（Pt100）或電流溫度傳感器（AD590）；數(shù)碼顯示電路可采用四位一體共LED數(shù)碼管；報警電路采用蜂鳴器使和發(fā)光二極管；溫度調(diào)節(jié)電路采用兩個固態(tài)繼電器（SSR）,分別接熱電阻和電風(fēng)扇進行升溫和降溫。要求如下：1）溫度測量范圍0℃-99℃；2）溫度測量誤差小于±1℃；3）溫度控制誤差小于±2℃；4）可設(shè)置上下限報警溫度和預(yù)定溫度。5）上下限報警值、預(yù)定值和實際測量值可通過LED顯示。2總體設(shè)計方案2.1系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示，采用STC89C52作為主機；由電阻式溫度傳感器測量溫度值并轉(zhuǎn)換成電壓信號經(jīng)過放大，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由I/O接口讀入CPU，CPU進行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)，一方面送LED數(shù)碼管顯示；另一方面與檢測開關(guān)設(shè)定的溫度控制值進行比較，并判斷是否超限，人通過輸出I/O口信號控制加熱和冷卻模塊，達到控制溫度的目的。2.2單片機選擇單片機的種類繁多，Intel公司的MCS-518位單片機系列、MCS-9616位單片機系列；Atmel的AT89、AVR系列；Philips的P89V51、LPC700/9008位單片機系列、LPC200016/32系列；Motorola公司的MC68HC9088位單片機系列、DSP型16位單片機。方案一：選擇8031單片機8031單片機是Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機中的一種，除無片內(nèi)ROM外，其余特性與MCS-51單片機基本一樣。采用40個引腳的8031芯片。該芯片有4個8位并行I/O接口：P0、P1、P2、P3，128個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，但沒片內(nèi)程序存儲器，需擴展，價格便宜。方案二：STC89C52單片機STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。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為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89C52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。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選?！?】由于本次實驗我們要達到控制效果，并且結(jié)合在學(xué)校里的學(xué)習(xí)知識，我們小組決定用STC89C52單片機作為主機，這款單片機是我們熟悉的，做起來比較有把握。2.3顯示電路選擇在單片機系統(tǒng)中常用的顯示電路有LED顯示、LCD顯示。方案一：選擇LED顯示采用七段碼顯示時，數(shù)碼管中的每一段相當(dāng)于一個發(fā)光二極管。對于共陽極的數(shù)碼管，內(nèi)部每個發(fā)光二極管的陽極被連在一起，成為該各段的公共選通線，發(fā)光二極管的陰極則成為段選線。對于共陰極數(shù)碼管，則正好相反，內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極接在一起，陽極成為段選線。這兩種數(shù)碼管的驅(qū)動方式是不同的。當(dāng)需要點亮共陽極數(shù)碼管的一段時，公共段需接高電平，該段的段選線接低電平。從而該段被點亮。當(dāng)需要點亮共陰極數(shù)碼管的一段時，公共段需接低電平，該段的段選線接高電平，該段被點亮。方案二：選擇LCD顯示C系列LCD顯示可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。提供三種控制接口，分別是8位微處理器接口，4位微處理器接口及串行接口（OCMJ4X16A/B無串行接口）。所有的功能，包含顯示RAM，字型產(chǎn)生器，都包含在一個芯片里面，只要一個最小的微處理系統(tǒng)，就可以方便操作模塊。內(nèi)置2M-位中文字型ROM(CGROM)總共提供8192個中文字型(16x16點陣)，16K-位半寬字型ROM(HCGROM)總共提供126個符號字型(16x8點陣)，64x16-位字型產(chǎn)生RAM(CGRAM)，另外繪圖顯示畫面提供一個64x256點的繪圖區(qū)域（GDRAM），可以和文字畫面混和顯示。提供多功能指令：畫面清除（Displayclear）、光標(biāo)歸位（Returnhome）、顯示打開/關(guān)閉（Displayon/off）、光標(biāo)顯示/隱藏（Cursoron/off）、顯示字符閃爍（Displaycharacterblink）、光標(biāo)移位（Cursorshift）、顯示移位（Displayshift）、垂直畫面卷動（Verticallinescroll）、反白顯示（By_linereversedisplay）、待命模式（Standbymode）。為了較方便的顯示LED，本系統(tǒng)采用了利用上拉電阻與CD4511譯碼器組合控制段選，位選直接使用單片機控制，這大大的降低了成本，也節(jié)省了元器件。它還具有可用程序來實現(xiàn)多種功能、通用性強、使用靈活的特點。如果使用LCD顯示在經(jīng)濟上不能降低成本，編程也比較繁瑣，反而顯得不合理。綜上所述我們使用四位共陰極數(shù)碼管與CD4511 組合來完成顯示部分2.4鍵盤電路選擇一般鍵盤電路有兩種：獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。方案一：選擇獨立式鍵盤獨立式鍵盤中，各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，每根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷按鍵是否被按下了。獨立式鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。但每個按鍵需占用一根輸入線，在按鍵數(shù)量較多時，輸入口浪費大，電路結(jié)構(gòu)顯得很繁雜，故此種按鍵適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。方案二：選擇矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到VCC上。平時無按鍵動作時，行線處于低電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時，列線電平為低，行線電平為高。這一點是識別矩陣式是否被按下的關(guān)鍵所在。因此，各按鍵彼此將相互影響，所以必須將行、列線信號配合起來并作適合的處理，才能確定閉合鍵的位置。很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場合，矩陣式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口。本次設(shè)計中對于控制要求不高，所以我們使用4*4矩陣鍵盤來作為輸入，完全可以滿足要求，若使用PS2鍵盤，不僅編程麻煩，成本也高，所以舍棄。2.5AD電路選擇方案一：選擇TLC2543TLC2543是TI公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片I/O資源；且價格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的應(yīng)用。TLC2543特點：·12位分辯率A/D轉(zhuǎn)換器；·在工作溫度范圍內(nèi)10μs轉(zhuǎn)換時間；·11個模擬輸入通道；·3路內(nèi)置自測試方式；·采樣率為66kbps；·線性誤差±1LSBmax；·有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出EOC；·具有單、雙極性輸出；·可編程的MSB或LSB前導(dǎo)。方案二：選擇ADC0809ADC0809是8位、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的8路模擬開關(guān)，應(yīng)用單一＋5V電源，其模擬量輸入電壓的范圍為0～-5V，對應(yīng)的數(shù)字量輸出為00～FFH，轉(zhuǎn)換時間為100us，無需調(diào)零或調(diào)整滿量程。綜合來說，我們選擇ADC0809，首先他的精度完全可以滿足我們的需要，其次這種芯片我們用過不少次，也比較熟悉，做起來比較有把握，第三，于12位AD相比編程簡單，價格更加便宜，適合學(xué)生使用。ADC0809是8位、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的8路模擬開關(guān)，應(yīng)用單一＋5V電源，其模擬量輸入電壓的范圍為0～-5V，對應(yīng)的數(shù)字量輸出為00～FFH，轉(zhuǎn)換時間為100us，無需調(diào)零或調(diào)整滿量程。ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示，本系統(tǒng)采用ADC0809構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換電路。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與TTL兼容。由于ADC0809的片內(nèi)無時鐘，它的時鐘頻率在10KHZ—1280KHZ之間?？衫肁T89C52提供的地址鎖存允許信號ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻所得，ALE腳的頻率是AT89C52單片機時鐘頻率的1/6。由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器，故其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。2.6溫度采集電路選擇溫度采集的傳感器上我們有兩種選擇，PT100與AD590。方案一：AD590AD590是美國ANALOGDEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4V至30V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1μA/K。片內(nèi)薄膜電阻經(jīng)過激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，使該器件在298.2K(25°C)時輸出298.2μA電流。AD590適用于150°C以下、目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測應(yīng)用。低成本的單芯片集成電路及無需支持電路的特點，使它成為許多溫度測量應(yīng)用的一種很有吸引力的備選方案。應(yīng)用AD590時，無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結(jié)補償。除溫度測量外，還可用于分立器件的溫度補償或校正、與絕對溫度成比例的偏置、流速測量、液位檢測以及風(fēng)速測定等。AD590可以裸片形式提供，適合受保護環(huán)境下的混合電路和快速溫度測量。AD590特別適合遠(yuǎn)程檢測應(yīng)用。它提供高阻抗電流輸出，對長線路上的壓降不敏感。任何絕緣良好的雙絞線都適用，與接收電路的距離可達到數(shù)百英尺。這種輸出特性還便于AD590實現(xiàn)多路復(fù)用：輸出電流可以通過一個CMOS多路復(fù)用器切換，或者電源電壓可以通過一個邏輯門輸出切換。方案二：PT100PT100的工作原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成近似勻速的增長。但他們之間的關(guān)系并不是簡單的正比的關(guān)系，而更應(yīng)該趨近于一條拋物線。鉑電阻的阻值隨溫度的變化而變化的計算公式：-200<t<0℃Rt=R0[1+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t]（1）0≤t<850℃Rt=R0（1+At+Bt2）（2）Rt為t℃時的電阻值，R0為0℃時的阻值。公式中的A,B,系數(shù)為實驗測定。這里給出標(biāo)準(zhǔn)的DINIEC751系數(shù)：A=3.9083E-3、B=-5.775E-7、C=-4.183E-12根據(jù)韋達公式求得阻值大于等于100歐姆的Rt-〉t的換算公式：0≤t<850℃t=(sqrt((A*R0)^2-4*B*R0*(R0-Rt))-A*R0)/2/B/R0PT100溫度感測器是一種以白金(Pt)作成的電阻式溫度檢測器,屬于正電阻系數(shù),其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：R=Ro(1+αT)其中α=0.00392,Ro為100Ω(在0℃的電阻值),T為攝氏溫度<br>因此白金作成的電阻式溫度檢測器,又稱為PT100。1：Vo=2.55mA×100(1+0.00392T)=0.255+T/1000。2：量測Vo時,不可分出任何電流,否則測量值會不準(zhǔn)?！?】由于有四個組做這個課題，我們想與他人選擇盡量不同的傳感器，PT100是電壓型傳感器，它的輸出是電壓范圍，AD590是電流型，我們與其他小組探討商量后決定使用PT100。它的工作原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成近似勻速的增長。但他們之間的關(guān)系并不是簡單的正比的關(guān)系，而更應(yīng)該趨近于一條拋物線。但是對于簡單的處理中我們可以認(rèn)為他在0-100度范圍內(nèi)近似于一條直線，方便我們運算.2.7控制電路選擇在常用的控制方法中有兩種：晶閘管控制和繼電器控制。方案一：選擇晶閘管控制當(dāng)晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通；當(dāng)晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通；晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通；若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值一下。方案二：選擇繼電器控制繼電器室一種在其輸入的物理量達到規(guī)定值時，其電氣輸入電路被接通或分?jǐn)嗟淖詣与娖?。繼電器按其輸入量性質(zhì)分為電氣繼電器和非電氣繼電器兩大類。按其用途分為控制繼電器盒保護繼電器兩大類。根據(jù)它們的特性和用途，還有本設(shè)計的特點，如果選用晶閘管他有有靜態(tài)及動態(tài)的過載能力較差;容易受干擾而誤導(dǎo)通，這對于控制精度影響不利。所以我們選擇繼電器作為控制元器件。，3系統(tǒng)硬件設(shè)計由于本次課程設(shè)計經(jīng)費有限，只能在萬用板上焊接并調(diào)試，所以我們畫出電路圖自己焊接，對于精確度，穩(wěn)定性可能有一部分影響，但是總體上完成了實驗要求。3.1系統(tǒng)硬件功能分析我們以STC89C52為核心控制器，包括傳感器電路，鍵盤電路，顯示電路、報警電路和控制電路5大模塊，系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖，如下圖所示。STC89C52內(nèi)部沒有A/D轉(zhuǎn)換器，需要專門添加，這里使用的是ADC0809，傳感器采集到的模擬信號經(jīng)過放大，接著通過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給單片機。單片機實時采集溫度，通過數(shù)碼管將當(dāng)前溫度顯示出來，并根據(jù)采樣結(jié)果控制繼電器導(dǎo)通與關(guān)斷來控制加熱和降溫；同時超過設(shè)定溫度一到，蜂鳴器發(fā)出聲音報警。3.2單片機最小系統(tǒng)設(shè)計最小系統(tǒng)主要由晶振電路和復(fù)位電路組成，在電路中要注意Vcc是電源，必須保證穩(wěn)定可靠；管腳不可懸空，必須連到VSS，或者通過上拉電阻接到VSS；復(fù)位電路采用傳統(tǒng)的RC復(fù)位，并多帶一個復(fù)位按鍵，以方便操作；晶振的頻點不是任意的，這里使用12MHz；注意：/PSEN管腳作懸空處理，不能接地，這和P89V51RD2的情況不同。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號。我們?yōu)榱耸褂梅矫孢€增加了按鍵復(fù)位的功能。STC89C52的操作頻率為0～40MHz，如前面所述，這里使用市場上常見的12MHz的晶振。單片機內(nèi)含一個高增益的反相放大器，通過XTAL1、XTAL2外接作為反饋元件的晶體后便成為自激振蕩器。晶體呈感性，與C4、C5構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。振蕩器的振蕩頻率主要取決于晶體。在應(yīng)用時為了保證正常起振，振蕩器的位置要最接近單片機，且連線要最短。外部振蕩器電容C4和C5，用于振蕩頻率微調(diào)或振蕩器匹配，并可用于調(diào)整起振時間，復(fù)位電路由C3和S1組成，為了防止抖動現(xiàn)象。他的參數(shù)如下1.增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.2.工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機）/3.8V～2.0V（3V單片機）3.工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz4.用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5.片上集成512字節(jié)RAM6.通用I/O口（32個），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8.具有EEPROM功能9.共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T210.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒11.通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART12.工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）13.PDIP封裝【3】3,3顯示電路設(shè)計LED數(shù)碼管顯示有所用數(shù)碼管是共陰管、還是共陽管，由數(shù)碼轉(zhuǎn)換為筆劃信息借軟件譯碼、還是硬件譯碼，以及顯示掃描采用動態(tài)掃描、還是靜態(tài)掃描等種種區(qū)別。采用共陰極數(shù)碼管還是共陽極數(shù)碼管沒有太明顯的優(yōu)、缺點，然而與同一數(shù)碼對應(yīng)的筆劃信息碼往往是相互置反的關(guān)系。字符數(shù)據(jù)字與LED段碼關(guān)系如表3-2。動態(tài)掃描各數(shù)碼管是輪流點亮的，由于視覺的暫留現(xiàn)象，卻好像都點亮著。實際控制數(shù)碼管點亮的位選信號是依次逐一送出的，而各個數(shù)碼管應(yīng)顯示數(shù)碼的筆劃信息則與其位選信號同時送給，于是各管將按序一一亮出自己的數(shù)碼；待各管都輪到后，又再從頭輪起，反復(fù)不已。對于動態(tài)掃描，輪到某管、等待該管點亮必須留給一段恰當(dāng)?shù)臅r間。時間過短，數(shù)碼管來不及點亮；時間過長，其他數(shù)碼管將熄滅、不能顯示。靜態(tài)掃描無位選信號，各數(shù)碼管是同時點亮的；每個數(shù)碼管應(yīng)顯示數(shù)碼的筆劃信息也分路同時送給。當(dāng)選用共陰極的LED顯示管時，所有發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極加入高電平時，對應(yīng)的二極管點亮。因此要顯示某字形就應(yīng)使此字型的相應(yīng)段的二極管點亮，實際上就是送一個用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)字來控制LED的顯示，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。數(shù)據(jù)字D7D6D5D4D3D2D1D0LED段DPgfedcba在這里我們由于硬件原因選擇共陰極數(shù)碼管。由于端口不夠我們選擇使用CD4511來減少段選的選擇，使用CD4511后可以減少3個端口的使用，但是在使用過程受限，這樣一來就無法顯示如AC這樣的字母，只能顯示數(shù)字了，界面可能不好看，但是滿足了要求。3.4溫度檢測電路設(shè)計我們使用的是二線式PT100，測溫原理：電路采用200歐姆調(diào)節(jié)產(chǎn)生4.2V的參考電源；采用R7、R8、VR2、Pt100構(gòu)成測量電橋（其中R7＝R8，VR2為0-200歐姆電位器），當(dāng)Pt100的電阻值和VR2的電阻值不相等時，電橋輸出一個mV級的壓差信號，這個壓差信號經(jīng)過運放op07放大后輸出期望大小的電壓信號（0-5V之間），該信號可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差動放大電路中R9＝R13、R5＝R17、放大倍數(shù)＝R17/R13，運放采用正負(fù)12V供電。

設(shè)計及調(diào)試注意點：

1.同幅度調(diào)整R7和R8的電阻值可以改變電橋輸出的壓差大??；

2.改變R5/R3的比值即可改變電壓信號的放大倍數(shù)，以便滿足設(shè)計者對溫度范圍的要求

3.放大電路必須接成負(fù)反饋方式，否則放大電路不能正常工作

4.VR2也可為電位器，調(diào)節(jié)電位器阻值大小可以改變溫度的零點設(shè)定，例如Pt100的零點溫度為0℃，即0℃時電阻為100Ω，當(dāng)電位器阻值調(diào)至109.885Ω時，溫度的零點就被設(shè)定在了25℃。測量電位器的阻值時須在沒有接入電路時調(diào)節(jié)，這是因為接入電路后測量的電阻值發(fā)生了改變。

5.理論上，運放輸出的電壓為輸入壓差信號×放大倍數(shù)，但實際在電路工作時測量輸出電壓與輸入壓差信號并非這樣的關(guān)系，壓差信號比理論值小很多，實際輸出信號為

4.2*(RPt100/(R7+RPt100)-RVR2/(R8+RVR2))（1）

式中電阻值以電路工作時量取的為準(zhǔn)。

6.電橋的正電源必須接穩(wěn)定的參考基準(zhǔn)，因為如果直接VCC的話，當(dāng)網(wǎng)壓波動造成VCC發(fā)生波動時，運放輸出的信號也會發(fā)生改變，此時再到以VCC未發(fā)生波動時建立的溫度-電阻表中去查表求值時就不正確了，這可以根據(jù)式（1）進行計算得知?！?】3.4AD轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計AD我們采用ADC0809與74LS02（或非門）構(gòu)成AD電路，具有自行啟動使能端的作用。通過或非門的作用控制AD轉(zhuǎn)換的啟動和開始，在前段增加穩(wěn)壓二極管保證模擬電壓輸入穩(wěn)定。AD工作原理如下IN0－IN7：8條模擬量輸入通道ADC0809

對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。3、ADC0809

應(yīng)用說明（1）．

ADC0809

內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機直接相連。（2）．初始化時，使ST和OE信號全為低電平。（3）．送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。（4）．在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。（5）．是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。（6）．當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了?！?】3.5溫度控制系統(tǒng)設(shè)計通過繼電器控制外接電器，但是由于該處電流不夠，無法直接驅(qū)動繼電器，所以我們使用三極管加大電流，保證繼電器工作。電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。在電路中我們使用固態(tài)繼電器看，固態(tài)繼電器是一種兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現(xiàn)輸入輸出的電隔離。固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類型可分為交流型和直流型。按開關(guān)型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多?！?】我們在這里使用的是有一個交流，一個直流。因為我們要控制一個交流的電吹風(fēng)和一個簡單的直流小電扇。如圖P34口控制直流小電扇，當(dāng)溫度低于下限溫度是啟動繼電器打開小電扇，當(dāng)進入設(shè)定溫度范圍內(nèi)關(guān)閉小電扇，同理P35工作原理也一樣，在這里要注意電器的電源必須外接，如果使用單片機電源的話對電路有非常大的影響。3.6報警模塊設(shè)計我們設(shè)計的報警電路較為簡單,蜂鳴器報警電路由三極管和蜂鳴器組成。要在蜂鳴器兩端加上超過5V的電壓，在我們所要求的溫度達到一定的上界或者下界時，蜂鳴器就會叫個不停，由單片機I/O口輸出信號控制晶體管的導(dǎo)通或截止,,則蜂鳴器報警。通過單片機來控制蜂鳴器產(chǎn)生報警聲音。但是也要注意，電流不夠無法驅(qū)動蜂鳴器，所以我們使用三極管來放大電流。并且要結(jié)合端口特性來使用，如P31口啟動就是高電平，所以我們外加了5V電壓這樣達到他啟動時不響的效果。三極管我們使用PNP型8550型號。3.7鍵盤輸入模塊設(shè)計我們使用4*4矩陣鍵盤，八位并行接至P2口，掃描鍵盤讀出鍵值，再繼續(xù)其他操作。使用了矩陣鍵盤行掃描法行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如下。1、判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。2、判斷閉合鍵所在的位置在確認(rèn)有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。當(dāng)我們按下A鍵時，就進入設(shè)置上限溫度，這是也可以看到初始的上限溫度。同理B為設(shè)置下限溫度，C為設(shè)置設(shè)定溫度。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1主程序分析 由需要的功能，構(gòu)建出如下程序框圖：再按照程序框圖，分模塊進行設(shè)計。4.2顯示模塊分析將tmp溫度賦予局部變量tempture，將兩位數(shù)溫度的個位和十位分別賦值給兩個變量，然后利用顯示和循環(huán)進行顯示，分別對P1口進行賦值,再通過位選進行數(shù)碼管點亮位置的選擇，中間加上合適的延時函數(shù)，使數(shù)碼管顯示保持在一個不太閃，又不會讓人看不清的程度。4.3AD轉(zhuǎn)換模塊分析AD啟動有兩種方式：中斷和查詢。我們組利用的是中斷方式來啟動ADC0809。在程序開始時，定義一個中間變量Amp，用于存放AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，方便處理，然后令EA=0關(guān)閉中斷。令P3^0=0的原因是，我們組硬件連接AD方式使START，EOC，EN，ALE都會進行自行判斷，連接或非門之后利用單片機的WR和RD兩腳的電平剛好能使ADC0809正常工作，這個連接方式需要的就是令P30一直維持在低電平。進入循環(huán)之后，數(shù)組用于存放當(dāng)前AD采樣得到的二進制數(shù)據(jù)，將中間變量Amp清零。接下來進入if循環(huán)之后將每次得到的二進制數(shù)據(jù)累加放入Amp之中用于取平均值，求取平均值之后，Amp還是一個二進制數(shù)，因為我們采樣電路中電壓與溫度的關(guān)系是：13V=T，那么，我們乘以一個量化單位5/256，就可以得到十進制數(shù)，再將十進制數(shù)調(diào)零后存放入全局變量tmp中。4.4鍵盤輸入模塊設(shè)計該模塊以input（）為核心，up（），key_on（），in（），number（）四個子程序為補充，實現(xiàn)在實時溫度顯示時，按下按鍵A，B，C分別進入上限溫度，下限溫度，控制溫度的顯示修改，輸入兩位數(shù)字然后按下#鍵確認(rèn)，期間任意時刻按下D回到實時溫度顯示的功能。 首先對按鍵掃描，判斷其是否有按下，在發(fā)現(xiàn)按下的時，對按鍵的鍵值進行計算，得出一個key值，再將其與我設(shè)定的A，B，C三個按鍵的key值進行對比，當(dāng)出現(xiàn)符合的情況是進入對應(yīng)的程序，首先做一個動態(tài)顯示，循環(huán)條件是沒有按鍵按下，將原有的A，B，C三項的溫度分兩位進行顯示，然后將輸入的兩位數(shù)字作為P1進行顯示，最后#確認(rèn)或者D取消離開該模塊。如不符合A，B，C三個的任意鍵值時，直接離開該模塊。4.5報警控制模塊設(shè)計該模塊將對報警電路，溫度控制電路進行控制，主要對程序內(nèi)的四個變量進行比較，首先用實時溫度與上下限進行對比，當(dāng)結(jié)果在范圍內(nèi)時，關(guān)閉報警，再將實時溫度與控制溫度進行對比，如果差值小于2，即關(guān)閉兩個電器。當(dāng)結(jié)果在上下限溫度之外時，再對溫度和下限值對比，從而判斷出溫度是過高還是過低，發(fā)現(xiàn)過高時，打開風(fēng)扇，執(zhí)行降溫工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度過低時，打開電吹風(fēng)進行加熱工作。然后溫度漸漸靠近控制溫度，當(dāng)進入上下限溫度時，報警停止，當(dāng)溫度在控制溫度上下1攝氏度時，風(fēng)扇以及電吹風(fēng)停止工作，將溫度保持在一個較為恒定的值上。5實習(xí)結(jié)果本次實習(xí)基本完成了所有功能的實現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)電位器可以達到測量0-99度的溫度測量，并且可以通過鍵盤設(shè)置上限下限和保持值，可以自動調(diào)節(jié)精度在1C之內(nèi)，測量精度在1C左右，基本完成了實習(xí)要求。主要電路部分控制電路部分6總結(jié)與鳴謝在這次實驗中我們遇到了許多問題，幾乎所有模塊都出現(xiàn)或多或少的問題，比如一開始我們數(shù)碼管接到P0口，但是由于沒有接上拉電阻，導(dǎo)致顯示模塊使用不了，查詢書后我們知道了P0口作為信號輸出必須接上拉電阻，我們才得以完成。但是后來發(fā)現(xiàn)我們的AD使用功能又不對，我們就把數(shù)碼管接到了P1口，AD接P0口，這樣的修改電路才完成了功能，這對我們是一次挑戰(zhàn)，也是一種鍛煉。模擬電路方面由于芯片和電阻等的精確程度不太高，導(dǎo)致了整體電路的精確度也不是很高，但是作為基本的測溫功能是完全可以滿足的。在焊接方面我們用了很多功夫，很多地方一開始無法下手，但是只要走出第一步，后面就是很簡單的了。我們的在調(diào)試過程中AD芯片也出現(xiàn)了問題，我們查詢引腳，測電平，時鐘，都是正常的，但是使能端EOC就是始終低電壓，信號始終輸入不進單片機，查詢一下午都沒有找到結(jié)果，就在我們快要放棄的時候，我們換了一塊芯片，結(jié)果就成功了，這對我們是一個教訓(xùn)，有時候不一定是電路問題，硬件的好壞是一個隱藏的條件，在所有的調(diào)試中我們都繼續(xù)按照這個想法進行，先測硬件好壞，再測電路?？販仉娐肺覀円渤霈F(xiàn)了問題，對于繼電器控制的電器我們發(fā)現(xiàn)不能將繼電器使用電壓與電器電壓相連否則就會出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象，時開時斷，這也是我們實習(xí)的經(jīng)驗。在軟件方面，尤其是AD模塊的編程出現(xiàn)了許許多多的問題。我們是參考宋恒力老師的開發(fā)板上的AD采樣電路來制作的我們的電路，但是在編程過程中，我們忽略了宋老師的開發(fā)板上市硬件與軟件相結(jié)合的程序，是利用52單片機的數(shù)據(jù)總線和地址總線來進行擴展I/O口的變成。利用單片機自身的RD和WR兩個引腳在輸入輸出時的高低電平來形成一個自行判斷的系統(tǒng)，硬件與軟件結(jié)合的十分巧妙。本次實習(xí)我們學(xué)習(xí)到了很多，更多的是團隊合作，大家分工，做硬件，軟件，再一起調(diào)試，這是我們寶貴的財富。在這里尤其要感謝指導(dǎo)老師薛偉，薛老師給我們的電路，使用方面提出了非常寶貴的意見，幫助我們修正了很多錯誤，非常感謝薛老師的幫助，還要感謝李國，張旭兩位同學(xué)，在我們整個實習(xí)過程中，我們許多地方都弄的不是很清楚，但是兩位同學(xué)都不遺余力的給我們提供幫助，無論是硬件檢查，硬件更換，軟件修正，都給我們提出了許多寶貴的意見，這是我們實習(xí)過程中感受到的朋友情誼，更是人生美好的經(jīng)歷。再次感謝薛偉老師和李國，張旭。希望在今后的學(xué)習(xí)中再接再厲，做到更好參考文獻【1】李廣地，單片機基礎(chǔ)，北京航空航天出版社。【2】羅文廣吳彤峰《傳感器技術(shù)》2003?！?】百度百科STC89C52芯片參數(shù)。【4】蔡彬彬包亞萍陶卉金自強基于PT100測溫，《微計算機信息》2008第10期【5】黃正，淺談固態(tài)繼電器的使用，《電子質(zhì)量》2000第7期附錄1附錄2#include<reg52.h>#include"intrins.h"#include<math.h>#include<absacc.h>#defineADC0809XBYTE[0xfdff]/*P21=0*/#defineN8/*測量次數(shù)*/unsignedinttmp;unsignedcharADValue;unsignedcharMeasure[N]=0;unsignedcharCounter1=15;unsignedcharKey; //鍵值intnum_key; //輸入數(shù)值intht,ht1,ht2,lt,lt1,lt2,ct,ct1,ct2;intdown;unsignedcharcodevalue[16]={0x77,0x7b,0x7d,0x7e,0xb7,0xbb,0xbd,0xbe,0xd7,0xdb,0xdd,0xde,0xe7,0xeb,0xed,0xee};sbitP1_4=P1^4;sbitP1_5=P1^5;sbitP1_6=P1^6;sbitP1_7=P1^7;sbitP3_4=P3^4;sbitP3_5=P3^5;sbitP3_1=P3^1;sbitP3_0=P3^0;/*************************************延時函數(shù)*******************************/voidDly_mS(unsignedintms){unsignedinti;while(ms--)for(i=0;i<75;i++);}/***********************************AD啟動函數(shù)*******************************/voidADStart(){EX1=1;//開外部中斷1ADC0809=0;//啟動AD}/*********************************************************************/voidIniSys(){Dly_mS(200);EA=0;TCON=0x00;//中斷標(biāo)志清0IT1=0;//中斷1邊緣觸發(fā)EX1=0;//中斷1暫時關(guān)閉EA=1;//開中斷}/*********************************LED顯示實時溫度*******************************/voiddisplay(inttempture){unsignedchart1,t2; t1=tempture/10; t2=tempture-t1*10; P1=t1;P1_4=1; P1_5=1; P1_6=0; P1_7=1;Dly_mS(15); P1=t2;P1_4=1; P1_5=1; P1_6=1; P1_7=0;Dly_mS(15);}/***********************************AD轉(zhuǎn)換函數(shù)*******************************/voidADResult()interrupt2{unsignedintAmp=0; unsignedchari;EA=0;//關(guān)中斷IE1=0;//中斷請求清0 P3_0=0; Counter1++;ADValue=ADC0809; for(i=N-1;i>0;i--){Measure[i]=Measure[i-1];}Measure[0]=ADValue; Amp=0; if(Counter1>=8) { for(i=0;i<N;i++) {Amp=Amp+Measure[i]; } Amp=Amp/N;//測量8次求平均 Amp=Amp*65/256;//算出電壓的13倍，用于顯示 tmp=Amp+3;//轉(zhuǎn)換為8位 }EA=1;//開中斷 EX1=0;//關(guān)外部中斷}/**************************************************************/voiddelay(){unsignedintn;n=1000;while(n--);}voidup() //掃描按鍵是否松開{ unsignedcharP2buf=0x0f; while(P2buf!=0) { P2=0x0f; delay(); P2buf=P2; P2buf=P2buf-0x0f; } down=1; } voidkey_on(){ unsignedcharP2buf; down=1; P2=0x0f; delay(); P2buf=P2; if(P2buf==0x0f) down=1; else down=0;}voidin(){unsignedcharP2buf,scan,j; P2=0x0f;P2buf=P2;if(P2buf!=0x0f){P2=0xf0;scan=P2buf;P2buf=P2;scan=scan+P2buf; for(j=0;j<16;j++){if(value[j]==scan){Key=j;break;}}}}voidnumber(){ switch(Key) { case0:num_key=1;break; case1:num_key=2;break; case2: num_key=3;break; case4: num_key=4;break; case5: num_key=5;break; case6: num_key=6;break; c