【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(dòng)強(qiáng)度大。 采用單片 機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有 組態(tài)簡(jiǎn)單 、 控制方便 和操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)對(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)中經(jīng)常遇到的問題。 本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和意義 基于單片機(jī) 的恒溫控制系統(tǒng) ，以 89C52 單片機(jī)和 ADC0808 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 為主要功能部件，單片機(jī)控制的各個(gè)模塊電路聯(lián)合作用，可以實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量并顯示、超過 上下限報(bào)警、自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度等功能。 在設(shè)計(jì)的過程中 我 充分考慮到 性價(jià)比 和 精度 的因素 ，在選用 通用元件 、 低價(jià) 2 格 的的基礎(chǔ)上，盡量滿足設(shè)計(jì)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(jī)的控制為核心，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度，并設(shè)定了這個(gè)參數(shù)的上下限定值， 并且 具有相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)超過設(shè)定的限定值時(shí)，單片機(jī)控制報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，而且同時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器打開相應(yīng)的開關(guān)使相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行。當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度上限時(shí)，驅(qū)動(dòng)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(shí)，驅(qū)動(dòng)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(shí)，單片機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行， 使環(huán)境的溫度在一定的范圍內(nèi)得到控制 ，從而實(shí)現(xiàn)恒溫的目的。 本 論文 的設(shè)計(jì)理念緊扣時(shí)代 的 步伐，順應(yīng)當(dāng) 今世界科技發(fā)展的潮流?；趩纹瑱C(jī) 的恒溫控制系統(tǒng) 對(duì)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(yùn)用得當(dāng)，先進(jìn)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(gè)臺(tái)階。 本 論文 是基于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的潮流趨勢(shì)下， 我 經(jīng)過慎重考慮后決定 執(zhí)筆的，也是對(duì)自己所學(xué)知識(shí)的一次檢驗(yàn)， 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(jìn)步 ， 通過 結(jié)合社會(huì)發(fā)展的實(shí)際情況，然后根據(jù)自己的 愛好和 特點(diǎn)，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姆较颍挥锌孔约哄浂簧岬膴^發(fā)圖 強(qiáng)，才能爭(zhēng)取自己的一片 美好天地，才能為自己未來的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！ 3 2 整體方案設(shè)計(jì) 整體方案 系統(tǒng)分析 基于單片機(jī)的恒溫 控制系統(tǒng)主要包含 單片機(jī)、 溫度采集 電路 、 輸入控制電路、時(shí)鐘電路、 復(fù)位電路 、顯示電路、蜂鳴器報(bào)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(jī)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(jì)整個(gè) 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(gè)電路模塊的統(tǒng)稱，是整個(gè)設(shè)計(jì)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(jī) 、溫度采集電路 、 輸入控制電路、 時(shí)鐘電路、 復(fù)位電路、 顯示 電路、 蜂鳴器報(bào)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(jī)控制電路，基于不同型號(hào)的單片機(jī)可以有不同的功能，選擇不同的單片機(jī)會(huì)有不同 的硬件設(shè)計(jì)方案。 軟件部分指的就是控 制單片機(jī)實(shí)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(shí)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(jī) 選擇 方案一： 選擇 8031 單片機(jī) 8031 單片機(jī)是 Intel 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列單片機(jī)中的一種，除無片內(nèi) 只讀存儲(chǔ)器 外，其余特性與 MCS51 單片機(jī)基本一樣。采用 40 個(gè)引腳的 8031 單片機(jī) ， 有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 接口： P0、 P P P3 和 128 個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，但 沒有 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，需 要 擴(kuò)展 程序存儲(chǔ)器 ， 外圍器件 較 多，功 耗較高 。 單片機(jī) 復(fù)位電路 溫度采集 輸入控制 顯示電路 蜂鳴器報(bào)警 繼電器控制加熱電路 繼電器控制制冷電路 時(shí)鐘電路 4 方案 二 ： 選擇 89C52 單片機(jī) 89C52 單片機(jī) 運(yùn)行速度快， 算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活， 不僅 可用軟件編程實(shí)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(diǎn)。相對(duì)于 51 系列單片機(jī)來說， 89C52 單片機(jī)具有 51單片機(jī)內(nèi)核， 價(jià)格 比較 便宜，便于程序的下載， 而且 具有更強(qiáng)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(jī) 作為控制核心，對(duì)溫度采集、實(shí)時(shí)顯示和加熱裝置以及制冷裝置進(jìn)行控制。 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 在 獨(dú)立式鍵盤中，各按鍵 互相 獨(dú)立，每個(gè)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(huì)影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。 所以 ， 我們 通過檢測(cè)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 軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 配置靈活。但 是 每個(gè)按鍵 都需要 占用一根輸入線，在按鍵數(shù)量 比較 多 的時(shí)候 ，輸入口浪費(fèi) 較 大，電路結(jié)構(gòu)顯得 比較 繁雜，故 獨(dú)立式 按鍵適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)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(diǎn)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(shí)沒有按鍵動(dòng)作的時(shí)候 ，行線處于低電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下 的時(shí)候 ，列線為低 電平狀態(tài)，行線為高電平狀態(tài) 。這一點(diǎn)是識(shí)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(hào)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(chǎng)合，矩陣式鍵盤 和 獨(dú)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(jì)共使用 5個(gè)普通按鍵，一個(gè)用于置位復(fù)位，另外 4個(gè)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(dú)立式鍵盤。 顯示電路的選擇 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 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(shí)候耗電量小， 時(shí)尚簡(jiǎn)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(duì)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(dòng)，具有耗電少、 成本低、 使用壽命長(zhǎng)、亮度高、視角大、 故障少、可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 同時(shí)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(xiǎn) 、 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(qiáng)等特點(diǎn)。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(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫(kù)，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(duì)于本次設(shè)計(jì)中的所有 英文字母、 數(shù)字形式溫度值的顯示要求 。 相對(duì)于 LCD顯示器件來說， LED 顯示器 原理簡(jiǎn)單、價(jià)格 便宜、壽命更長(zhǎng) ， 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。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(guó)國(guó)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?yàn)樗捏w積比較小，兼容性比較好，性價(jià)比也比較高而深受單片機(jī)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(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 它的 內(nèi)部有一個(gè) 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(hào)，只選通 8 路模擬輸入信號(hào)中 的一個(gè)進(jìn)行 模數(shù) 轉(zhuǎn)換 ，具有內(nèi)部功能強(qiáng)、轉(zhuǎn)換速度快等特點(diǎn) [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(jī)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(hào) 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(duì)于本設(shè)計(jì)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(hào)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(jī)器的程序 設(shè)計(jì)語言。 用匯編語言設(shè)計(jì)的程序最終被轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令， 所以 能夠保持機(jī)器語言的一致性 ，具有 直接 、 簡(jiǎn)捷 等特點(diǎn) ， 并且能夠像 機(jī)器指令一樣 訪問 、 控制 計(jì)算機(jī)的各種 硬件 設(shè)備，如 中央處理器 、 存儲(chǔ)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(shí)，相對(duì)高級(jí)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(jì)語言， 它不僅 代碼率高， 運(yùn)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(jì)，是目前使用較廣的單片機(jī)編程語言。單片機(jī)的 C 語言采用 C51 編譯器（簡(jiǎn)稱 C51） ， 由 C51 產(chǎn)生的目標(biāo)代碼短、運(yùn)行速度 快 、所需存儲(chǔ)空間小。 在本次設(shè)計(jì)中，出于對(duì) C語言 具有 編程 開發(fā)周期短 、 可讀性好 、 可移植性 強(qiáng)和修改方便等 優(yōu)點(diǎn) 來 考慮， 我 選擇編寫 C 語言程序。 7 3 硬件設(shè)計(jì) 89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī) ，又稱為微型控制器， 它 是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要 的 分支。單片機(jī)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(chǔ)器 、 隨機(jī)存儲(chǔ)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(jī) 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(jī)種， 現(xiàn)在已經(jīng) 逐漸成為工廠自動(dòng)化和控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。 89C52 是 51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。 89C52 是一個(gè)低電壓 、 高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k 字節(jié) 的可反復(fù)擦寫的 閃存 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 字節(jié) 的隨機(jī)存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)單元 。 它 有 40個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入輸出端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 2 個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 。 89C52 能夠 按照常規(guī) 的 方法進(jìn)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(qiáng)大的 89C52 單片機(jī) 能夠 為 用戶 提供 很 多 比 較復(fù)雜 的系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)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(hào)端子） ； ～ P1 口 8位雙向口線（在引腳的 1～ 8號(hào)端子） ； ～ P2 口 8位雙向口線（在引腳的 21～ 28 號(hào)端子） ； ～ P3 口 8位雙向口線（在引腳的 10～ 17 號(hào)端子）。 這 4 個(gè) 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(gè)功能： （ 1） 外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)， 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(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（ 芯片 中的 A0～ A7 為地址總線接口） ； （ 3） 不擴(kuò)展時(shí)，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(shí)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(gè)功能： (1)擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，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 ：