【正文】 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(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，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz， 6T/12T 可選。 【 1】 由于本次實(shí)驗(yàn)我們要達(dá)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(jī)作為主機(jī)，這款單片機(jī)是我們熟悉的，做 起來比較有把握。 顯示電路選擇 在單片機(jī)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(diǎn)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(diǎn)亮。當(dāng)需要點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)陣 )， 16K位半寬字型 ROM (HCGROM) 總共提供 126 個符號字型 (16x8 點(diǎn)陣 )， 64 x 16位字型產(chǎn)生 RAM (CGRAM)，另外繪圖顯示畫面提供一個 64x256 點(diǎn)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（ Display clear）、光標(biāo)歸位（ Return home）、顯示打開 /關(guān)閉（ Display on/off）、光標(biāo)顯示 /隱藏（ Cursor on/off）、顯示字符閃爍（ Display character blink）、光標(biāo)移位（ Cursor shift）、顯示移位（ Displayshift）、垂直畫面卷動（ Vertical line scroll）、反白顯示（ By_line reverse display）、待命模式（ Standby mode）。 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(jī)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(shí)現(xiàn)多種功能、通用性強(qiáng)、使用靈活的特點(diǎn)。 基于 51 單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng) 8 如果使用 LCD 顯示在經(jīng)濟(jì)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 鍵盤電路選擇 一般鍵盤電路有兩種：獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 方案一：選擇獨(dú)立式鍵盤 獨(dú)立式鍵盤中，各按鍵相互獨(dú)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(dú)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(fèi)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(diǎn) 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(diǎn)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(dú)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。 AD 電路選擇 方案一：選擇 TLC2543 TLC2543 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(diǎn)： 12 位 分辯率 A/D 轉(zhuǎn)換器； 在工作溫度范圍內(nèi) 10μ s 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177。 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 ADC0809 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?；?51 單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng) 9 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 22 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(dú)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?AT89C52 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(jī)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。 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： AD590 基于 51 單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng) 10 AD590 是美國 ANALOG DEVICES 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 4 V 至 30 V 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 1 181。A/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 (25176。C)時輸出 181。A電流。 AD590適用于 150176。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(diǎn)，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(bǔ)償。除溫度測量外，還可用于分立器件的溫度補(bǔ)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(hù)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(dá)到數(shù)百英尺。這種輸出特性還便于 AD590 實(shí)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 ： PT100 PT100 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： 200t0℃ Rt=R0[1+At+Bt*t+C(t100)t*t*t] （ 1） 0≤t850℃ 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(shí)驗(yàn)測定。這里給出標(biāo)準(zhǔn)的 DIN IEC751 系數(shù)： A=、 B=、 C= 根據(jù)韋達(dá)公式求得阻值大于等于 100 歐姆的 Rt 〉 t 的換算公式： 0≤t850℃ t=(sqrt((A*R0)^24*B*R0*(R0Rt))A*R0)/2/B/R0 PT100 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=,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= 100(1+)=+T/1000 。 2：量測 Vo 時 ,不可分出任何電流 ,否則測量值會不準(zhǔn)。 【 2】 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 0100 度范圍內(nèi)近似于一條直線，方便我們運(yùn)算 . 基于 51 單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng) 11 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(dá)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(hù)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(diǎn)，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。 ， 基于 51 單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng) 12 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 由于本次課程設(shè)計經(jīng)費(fèi)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(shí)驗(yàn)要求。 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(jī)。單片機(jī) 實(shí)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 。 單片機(jī)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； EA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(diǎn)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。 ST