【正文】 ..................................................................... 22 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................... 24 附錄 A ........................................................................................................................... 21 附錄 B ........................................................................................................................... 22 揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 5 第 1 章 緒論 隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、 冶金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油 等各個(gè)行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理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(cè)溫元件和測(cè)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。傳統(tǒng)的控制方式以 不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大。近幾年來快速發(fā)展了多種先進(jìn)的溫度控制方式，如： PID 控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡(jiǎn)便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。 本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(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。 1. 鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)面，提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工業(yè)控制的能力。 2. 培養(yǎng)針對(duì)課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊(cè)、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動(dòng)手能力。 3. 通過對(duì)課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟 硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。 本文是基于 AT89S51 單片機(jī)的 數(shù)字溫度計(jì)控制系統(tǒng)。 采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，利用 DS18B20 不需要 A/D 轉(zhuǎn)換，可 直接進(jìn)行溫度采集顯示。 包括傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，單片機(jī)主板電路等組成。利用傳感器讀取被測(cè)量溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 主要工作如下： 1. 溫度測(cè)試基本范圍 55℃ — 125℃ 。 2. 精度誤差小于 1℃ 。 3. LED 顯示。 揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 6 第 2 章 開發(fā)工具 Proteus 與 Keil Proteus 軟件 Proteus 簡(jiǎn)介 Proteus 軟件是英國(guó) Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(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(guó)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)。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。 該軟件的特點(diǎn)是： 1. 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合，具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、各種單片機(jī) (51系列、 AVR、 PIG 等常用的 MCU)及其外圍電路 (如 LCD、RAM、 ROM、鍵盤、 LED、 A/D、 D/A??) 組成的系統(tǒng)仿真。 2. 提供了多種虛擬儀器。如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等，調(diào)試非常方便。 3. 提供軟件調(diào)試功能，同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil等 軟件。 4. 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。 Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變 ,而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)．從某種意義上講，是彌補(bǔ)了．實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用閹脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。同時(shí)，當(dāng)硬件調(diào)試成功后，利用 Proteus ARES軟件，很容易獲得其 PCB 圖，為今后的制造提供了方便。 揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 7 Proteus 簡(jiǎn)單應(yīng)用 圖 21 proteus 界面圖 1. 繪制原理圖：繪制原理圖要在原理圖編輯窗口中的藍(lán)色方框內(nèi)完成。原理圖編輯窗口的操作是不同于常用的 WINDOWS 應(yīng)用程序的，正確的操作是：用左鍵放置元件；右鍵選擇元件；雙擊右鍵刪除元件；右鍵拖選多個(gè)元件；先右鍵后左鍵編輯元件屬性；先右鍵后左鍵拖動(dòng)元件；連線用左鍵，刪除用右鍵；改連接線：先右擊連線，再左鍵拖動(dòng)；中鍵放縮原理圖。 Keil 軟件 Keil 軟件簡(jiǎn)介 Keil C51是美國(guó) Keil Software 公司出品 的 51系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。Keil C51軟件是一個(gè)基于 32位 Windows 環(huán)境的應(yīng)用程序，支持 C語言 和匯編語言編程。 Keil 軟件調(diào)試功能 應(yīng)用 Keil 進(jìn)行軟件仿真開發(fā)的主要步驟為：編寫源程序并保存 — 建立工程并添加源文件 — 設(shè)置工程 — 編譯 /匯編、連接，產(chǎn)生目標(biāo)文件 — 程序調(diào)試。 Keil使用 “ 工程 ”(Project) 的概念，對(duì)工程 (而不能對(duì)單一的源程序 )進(jìn)行編譯 /匯編、連接等操作。工程的建立、設(shè)置、編譯 /匯編及連接產(chǎn)生目標(biāo)文件的方法非常易于掌握。首先選擇菜單 FileNew? ，在源程序編輯器中輸入?yún)R編語言或 C語言源程序 (或選擇 FileOpen? ，直接打開已用其它編輯器編輯好的源程序文揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 8 檔 )并保存 ，注意保存時(shí)必須在文件名后加上擴(kuò)展名 .asm(.a51)或 .c；然后選擇菜單 ProjectNew Project? ，建立新工程并保存 (保存時(shí)無需加擴(kuò)展名，也可加上擴(kuò)展名 .uv2)；工程保存后會(huì)立即彈出一個(gè)設(shè)備選擇對(duì)話框，選擇 CPU 后點(diǎn)確定返回主界面。這時(shí)工程管理窗口的文件頁 (Files)會(huì)出現(xiàn) “Target1” ，將其前面 +號(hào)展開，接著選擇 Source Group1，右擊鼠標(biāo)彈出快捷菜單，選擇 “Add File to Group ‘Source Group1’” ，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，要求尋找并加入源文件。加入文 件后點(diǎn) close 返回主界面，展開 “Source Group1” 前面 +號(hào)，就會(huì)看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開該源程序文件。緊接著對(duì)工程進(jìn)行設(shè)置，選擇工程管理窗口的 Target1，再選擇 ProjectOption for Target‘Target1’( 或點(diǎn)右鍵彈出快捷菜單再選擇該選項(xiàng) )，打開工程屬性設(shè)置對(duì)話框，共有 8 個(gè)選項(xiàng)卡，主要設(shè)置工作包括在 Target 選項(xiàng)卡中設(shè)置晶振頻率、在 Debug 選項(xiàng)卡中設(shè)置實(shí)驗(yàn)仿真板等，如要寫片，還必須在 Output 選項(xiàng)卡中選中 “Creat Hex Fi” ；其它選項(xiàng)卡內(nèi)容 一般可取默認(rèn)值。工程設(shè)置后按 F7 鍵 (或點(diǎn)擊編譯工具欄上相應(yīng)圖標(biāo) )進(jìn)行編譯 /匯編、連接以及產(chǎn)生目標(biāo)文件。 成功編譯 /匯編、連接后，選擇菜單 DebugStart/Stop Debug Session(或按 Ctrl+F5 鍵 )進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)， Keil 提供對(duì)程序的模擬調(diào)試功能，內(nèi)建一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真 CPU 以模擬執(zhí)行程序。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)，可采用在線匯編功能對(duì)程序進(jìn)行在線修改 (DebugInline Assambly?) ，不必執(zhí)行先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對(duì)工程重新進(jìn)行編譯 /匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的 步驟。在模擬調(diào)試程序后，還須通過編程器將 .hex 目標(biāo)文件燒寫入單片機(jī)中才能觀察目標(biāo)樣機(jī)真實(shí)的運(yùn)行狀況。 揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 9 第 3章 系統(tǒng)概述 該系統(tǒng)主要由溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，實(shí)現(xiàn)的方法有很多種，下面將列出兩種在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的實(shí)現(xiàn)方案。 方案一 采用熱電偶溫差電路測(cè)溫，溫度檢測(cè)部分可以使用低溫?zé)崤?，熱電偶由兩個(gè)焊接在一起的異金屬導(dǎo)線所組成，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩種金屬的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成。通過將參考結(jié)點(diǎn)保持在已知溫度并測(cè)量該電壓，便可推斷出檢測(cè)結(jié)點(diǎn)的溫度。數(shù) 據(jù)采集部分則使用帶有 A/D 通道的單片機(jī)，在將隨被測(cè)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)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來。熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點(diǎn)，并且這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 系統(tǒng)主要包括對(duì) A/D0809 的數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)手動(dòng)工作方式檢測(cè)，溫度的顯示等，這幾項(xiàng)功能的信號(hào)通過輸入輸出電路經(jīng)單片機(jī)處理。此外還有復(fù)位電路，晶振電路，啟動(dòng)電路 等。故現(xiàn)場(chǎng)輸入硬件有手動(dòng)復(fù)位鍵、 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，處理芯片為 51 芯片，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有 4 位數(shù)碼管。 系統(tǒng)框圖如圖 31所示。 單片機(jī)數(shù) 碼 管報(bào) 警 電 路測(cè) 溫 電 路晶 振 電 路復(fù) 位 電 路A D C 0 8 0 9按 鍵 防 抖 動(dòng) 圖 31 熱電偶溫差電路測(cè)溫系統(tǒng)框圖 揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 10 方案二 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。 DS18B20 的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì) DS18B20和微控制器 AT89S51構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置 ,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào) ,可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣 ,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單 ,體積也不大。采用 51 單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。 該系統(tǒng)利用 AT89