【正文】 來控制溫度，這樣 不僅 控制精度低 ，而且操作人員的勞動強度大。 采用單片 機對溫度進行控制，不僅具有 組態(tài)簡單 、 控制方便 和操作靈活等優(yōu)點，而且可以大大 提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大 幅度 提高產(chǎn)品的 質(zhì)量 和 數(shù)量 。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)中經(jīng)常遇到的問題。 本課程設(shè)計的主要內(nèi)容和意義 基于單片機 的恒溫控制系統(tǒng) ，以 89C52 單片機和 ADC0808 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 為主要功能部件，單片機控制的各個模塊電路聯(lián)合作用，可以實現(xiàn)溫度的測量并顯示、超過 上下限報警、自動調(diào)節(jié)溫度等功能。 在設(shè)計的過程中 我 充分考慮到 性價比 和 精度 的因素 ，在選用 通用元件 、 低價 2 格 的的基礎(chǔ)上，盡量滿足設(shè)計要求， 并且 使 恒溫控制 系統(tǒng)具有 較 高的精度。 本 恒溫 控制系統(tǒng)以單片機的控制為核心，實時監(jiān)測環(huán)境的溫度，并設(shè)定了這個參數(shù)的上下限定值， 并且 具有相應(yīng)的報警系統(tǒng)，當(dāng)超過設(shè)定的限定值時，單片機控制報警系統(tǒng)進行報警，而且同時驅(qū)動繼電器打開相應(yīng)的開關(guān)使相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)運行。當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度上限時，驅(qū)動降溫裝置執(zhí)行降溫工作；當(dāng)環(huán)境溫度低于溫度下限時，驅(qū)動升溫裝置執(zhí)行升溫 工作。當(dāng)參數(shù)值恢復(fù)到設(shè)定值范圍內(nèi)時，單片機控制執(zhí)行機構(gòu)停止運行， 使環(huán)境的溫度在一定的范圍內(nèi)得到控制 ，從而實現(xiàn)恒溫的目的。 本 論文 的設(shè)計理念緊扣時代 的 步伐，順應(yīng)當(dāng) 今世界科技發(fā)展的潮流?；趩纹瑱C 的恒溫控制系統(tǒng) 對于工業(yè)生產(chǎn)效率的提高，可以起到 非常 大的作用。 我們都知道 科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，只要 將科學(xué)技術(shù) 運用得當(dāng)，先進的 科學(xué)技術(shù) 不僅 能夠節(jié)約更多的人力 和 物力， 還可以 降低生產(chǎn)過程中的能源材料的消耗，省略 一些繁瑣的細(xì)節(jié)，使各種產(chǎn)品的生產(chǎn)效益更上一個臺階。 本 論文 是基于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的潮流趨勢下， 我 經(jīng)過慎重考慮后決定 執(zhí)筆的，也是對自己所學(xué)知識的一次檢驗， 我 期望能夠獲得溫故而知新的效果。 我 只有不斷地學(xué)習(xí)才能 有 不斷的進步 ， 通過 結(jié)合社會發(fā)展的實際情況，然后根據(jù)自己的 愛好和 特點，更好 的去了解自己，充分挖掘自己的潛力。學(xué)以致用是老師要求我們?nèi)ヅΦ姆较?，只有靠自己鍥而不舍的奮發(fā)圖 強，才能爭取自己的一片 美好天地，才能為自己未來的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)！ 3 2 整體方案設(shè)計 整體方案 系統(tǒng)分析 基于單片機的恒溫 控制系統(tǒng)主要包含 單片機、 溫度采集 電路 、 輸入控制電路、時鐘電路、 復(fù)位電路 、顯示電路、蜂鳴器報警電路、繼電器控制加熱和制冷電路等電路。其功能模塊圖 如 圖 所示 ： 圖 基于單片機的恒溫控制系統(tǒng) 功能模塊圖 系統(tǒng)功能劃分 本次設(shè)計整個 恒溫控制 系統(tǒng)主要分為硬件部分和軟件部分。硬件部分是包括該 恒溫 控制 系統(tǒng)各個電路模塊的統(tǒng)稱，是整個設(shè)計中的核心；軟件部分是系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能的必要保證，也是本系統(tǒng)中必不可少的部分。 硬件 部分 主要包括 單片機 、溫度采集電路 、 輸入控制電路、 時鐘電路、 復(fù)位電路、 顯示 電路、 蜂鳴器報警電路、繼電器控制 加熱和制冷 電路等 ， 其中最主要的部分是單片機控制電路，基于不同型號的單片機可以有不同的功能，選擇不同的單片機會有不同 的硬件設(shè)計方案。 軟件部分指的就是控 制單片機實現(xiàn)預(yù)期功能所必須的 語言 程序，就我目前所能掌握的知識來說，可以是 匯編程序 ，也可以是 C 語言程序 。 方案 選擇 單片機 選擇 方案一： 選擇 8031 單片機 8031 單片機是 Intel 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列單片機中的一種，除無片內(nèi) 只讀存儲器 外，其余特性與 MCS51 單片機基本一樣。采用 40 個引腳的 8031 單片機 ， 有 4 個 8 位并行 I/O 接口： P0、 P P P3 和 128 個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，但 沒有 片內(nèi)程序存儲器，需 要 擴展 程序存儲器 ， 外圍器件 較 多，功 耗較高 。 單片機 復(fù)位電路 溫度采集 輸入控制 顯示電路 蜂鳴器報警 繼電器控制加熱電路 繼電器控制制冷電路 時鐘電路 4 方案 二 ： 選擇 89C52 單片機 89C52 單片機 運行速度快， 算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活， 不僅 可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制 ， 而且 具有 成本低 、 體積小、 功耗低、技術(shù)成熟等優(yōu)點。相對于 51 系列單片機來說， 89C52 單片機具有 51單片機內(nèi)核， 價格 比較 便宜，便于程序的下載， 而且 具有更強的加密性能和抗干擾能力 [1]。 基于以上分析擬訂方案 二 ，由 89C52 單片機 作為控制核心，對溫度采集、實時顯示和加熱裝置以及制冷裝置進行控制。 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 在 獨立式鍵盤中，各按鍵 互相 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)。 所以 ， 我們 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 軟件結(jié)構(gòu)簡單， 配置靈活。但 是 每個按鍵 都需要 占用一根輸入線，在按鍵數(shù)量 比較 多 的時候 ，輸入口浪費 較 大，電路結(jié)構(gòu)顯得 比較 繁雜，故 獨立式 按鍵適用于按鍵較少或操作速度較高的場合 [2]。 方案二：選擇矩陣式鍵盤 矩陣式鍵盤由 列線 和 行線 組成，按鍵位于 列 、 行 的交叉點上，分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線 由上拉 電阻連接 到 VCC 上。 在平時沒有按鍵動作的時候 ，行線處于低電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下 的時候 ，列線為低 電平狀態(tài)，行線為高電平狀態(tài) 。這一點是識別矩陣式 鍵盤 是否被按下的關(guān)鍵所在。因此，各按鍵彼此將 互相 影響，所以必須將 列 、 行 線信號配合起來并作 適當(dāng) 的處理，才 可以 確定閉合鍵的位置。 我們可以 很明顯 地看到 ，在按鍵數(shù)量較多的場合，矩陣式鍵盤 和 獨立式鍵盤相比 較 ，要節(jié)省很多的 輸入輸出 口。 由于 本設(shè)計共使用 5個普通按鍵，一個用于置位復(fù)位，另外 4個用于切換數(shù)碼管顯示的內(nèi)容 ，調(diào)整小數(shù)位和整數(shù)位， 調(diào)節(jié)溫度上下限 ，故選擇獨立式鍵盤。 顯示電路的選擇 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 LED 就是我們所說的發(fā)光二極管的英文縮寫，這種發(fā)光二極管工作的時候耗電量小， 時尚簡約， 節(jié)能環(huán)保，工作原理就是把電能直接轉(zhuǎn)化為光能，不產(chǎn)生熱量或產(chǎn)生少量的熱量，對人體的輻射也比較小 。 LED 顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的 ， 它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有耗電少、 成本低、 使用壽命長、亮度高、視角大、 故障少、可視距離遠(yuǎn)等特點。 同時數(shù)碼管采用 BCD編碼顯示 數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。 5 方案二：選擇 LCD 顯示 液晶顯示 屏具有功耗小、輕薄短小 、 無輻射危險 、 平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍， 畫面效果好， 可視面積大，抗干擾能力強等特點。但由于只需顯示四位溫度值，信息量比較少，且由于液晶是以點陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量 較 大，控制器資源占用較多，其成本也偏高。 采用 4位 7段 LED 數(shù)碼管用于顯示溫度數(shù)據(jù)及溫度上下限，完全能夠滿足對于本次設(shè)計中的所有 英文字母、 數(shù)字形式溫度值的顯示要求 。 相對于 LCD顯示器件來說， LED 顯示器 原理簡單、價格 便宜、壽命更長 ， 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。故選擇用 LED 作為顯示電路 。 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 選擇 方案一： ADC0832 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8位分辨率、雙通道A/D 轉(zhuǎn)換芯片。因為它的體積比較小，兼容性比較好，性價比也比較高而深受單片機愛好者和企業(yè)的歡迎，它現(xiàn)在已經(jīng)有很高的普及率。 方案 二 ： ADC0808 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 ADC0808 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 是采樣分辨率為 8位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 它的 內(nèi)部有一個 8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中 的一個進行 模數(shù) 轉(zhuǎn)換 ，具有內(nèi)部功能強、轉(zhuǎn)換速度快等特點 [3]。 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換器只適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換，而 ADC0808 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 有可控三態(tài)輸出的 ADC 芯片允許輸出線與微機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連，并在轉(zhuǎn)換結(jié)束后利用讀數(shù)信號 RD 選通三態(tài)門，將轉(zhuǎn)換結(jié)果送 至 總線。 基于以上分析 ， 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 選用方案 二 。 其它器件選擇 對于本設(shè)計中要用到的繼電器、蜂鳴器、指示燈 、 二極管、 三極管 等 ， 我們只要能夠?qū)崿F(xiàn)功能就行，型號可以隨意選擇。 軟件程序選擇 方案一：選擇匯編語言 匯編語言是面向機器的程序 設(shè)計語言。 用匯編語言設(shè)計的程序最終被轉(zhuǎn)換成機器指令， 所以 能夠保持機器語言的一致性 ，具有 直接 、 簡捷 等特點 ， 并且能夠像 機器指令一樣 訪問 、 控制 計算機的各種 硬件 設(shè)備，如 中央處理器 、 存儲器 、 磁盤 、 輸入輸出 端口 等。 雖然 使用匯編語言，可以訪問所有能夠被訪問的軟、硬件資源 ， 但 是 在編寫復(fù)雜程序時，相對高級語言 來說 代碼量較大，而且匯編語言依 6 賴于具體的處理器 體系結(jié)構(gòu)， 所以 不 可以 直接在不同 的 處理器體系結(jié)構(gòu)之間移植。 方案二：選擇 C語言 C語 言是一種通用的程序設(shè)計語言， 它不僅 代碼率高， 運算符 及 數(shù)據(jù)類型 豐富， 而且 具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于各種應(yīng)用的程序設(shè)計，是目前使用較廣的單片機編程語言。單片機的 C 語言采用 C51 編譯器（簡稱 C51） ， 由 C51 產(chǎn)生的目標(biāo)代碼短、運行速度 快 、所需存儲空間小。 在本次設(shè)計中，出于對 C語言 具有 編程 開發(fā)周期短 、 可讀性好 、 可移植性 強和修改方便等 優(yōu)點 來 考慮， 我 選擇編寫 C 語言程序。 7 3 硬件設(shè)計 89C52單片機簡介 單片機 ，又稱為微型控制器， 它 是微型計算機的一個重要 的 分支。單片機是70 年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是 集 中央處理器 、 只讀存儲器 、 隨機存儲器 、 輸入輸出 接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。 自從 80 年代以來，單片機 產(chǎn)業(yè) 迅速 發(fā)展， 不斷 地 涌現(xiàn) 了 各 種 新產(chǎn)品，出現(xiàn)了 很多 高性能新型機種， 現(xiàn)在已經(jīng) 逐漸成為工廠自動化和控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。 89C52 是 51系列單片機的一個型號，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。 89C52 是一個低電壓 、 高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k 字節(jié) 的可反復(fù)擦寫的 閃存 只讀程序存儲器和 256 字節(jié) 的隨機存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 的 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置 有 通用 的 8 位 中央處理器和 可反復(fù)擦寫的 閃存 存儲單元 。 它 有 40個引腳， 32 個外部雙向輸入輸出端口，同時內(nèi)含 2個外中斷口， 2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 。 89C52 能夠 按照常規(guī) 的 方法進行編程，但 是 不 支持 在線編程 (S 系列的才支持在線編程 )。 功能強大的 89C52 單片機 能夠 為 用戶 提供 很 多 比 較復(fù)雜 的系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 [4]。 其 引腳功能 如下 ： ～ P0 口 8位雙向口線（在引腳的 39～ 32 號端子） ； ～ P1 口 8位雙向口線（在引腳的 1～ 8號端子） ； ～ P2 口 8位雙向口線（在引腳的 21～ 28 號端子） ； ～ P3 口 8位雙向口線（在引腳的 10～ 17 號端子）。 這 4 個 輸入輸出 口具有不 完全相同的功能， 它們各 端口的功能分別如下所示： P0 口有三個功能： （ 1） 外部擴展存儲器時， 當(dāng)作 數(shù)據(jù)總線（ 芯片 中的 D0～ D7 為數(shù)據(jù)總線接口） ； （ 2） 外部擴展存儲器時，當(dāng)作地址總線（ 芯片 中的 A0～ A7 為地址總線接口） ； （ 3） 不擴展時，可做一般的 輸入輸出 使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。 P1 口 ： 只 能 做 輸入輸出 口使用 ， 其內(nèi)部有上拉電阻。 P2 口有兩個功能： (1)擴展外部存儲器時，當(dāng)作地址總線使用 ； (2)做一般 輸入輸出 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻 。 P3 口：除了作為 輸入 輸出 使 用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能， 8 由特殊寄存器來設(shè)置 ， P3口的第二功能如表 ：