【正文】 發(fā)展。 未來的溫度控制器的研究將向著智能化和高性能化發(fā)展。智能可定義為 :能有效的獲取、傳遞、處理、再生和利用信息，從而在任意給定的環(huán)境下成功的達(dá)到目的的能力。人工智能是應(yīng)用除了數(shù)學(xué)式子以外的方法把人們的思維過程模型化，并利用計(jì)算機(jī)來模仿人的智能的學(xué)科。它的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)比控制理論廣泛，如包括判斷、理解、推理、預(yù)測(cè)、識(shí)別、規(guī)劃、決策、學(xué)習(xí)和問題求解等，是高度腦力行為和體力行為的綜合。而高性能則體現(xiàn)在固 件本身的工藝上，在極高溫、極低溫、強(qiáng)酸堿等各種極端的環(huán)境中仍然能正常工作。 本課題研究?jī)?nèi)容 用單片機(jī) AT89C5開發(fā)工具 Keil C51 及 C 語言設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制器。用 Proteus 進(jìn)行模擬仿真，要求檢測(cè)、顯示三個(gè)地點(diǎn)的溫度，硬件作品能夠通過按鍵設(shè)置上、下限溫度。在檢測(cè)到溫度高于上限，或者低于下限溫度后，自動(dòng)控制繼電器或開關(guān)電路，并用聲光等形式報(bào)警。同時(shí)要求作品中包含直流穩(wěn)壓電源功能。 2 第二章 主要硬件介紹 單片機(jī) AT89C51 特征概述： AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器 ， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工 串行通信 口，片內(nèi)振蕩器及 時(shí)鐘電路 。同時(shí)， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種 軟件 可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 串行通信 口及 中斷系統(tǒng) 繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 管腳功能： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口 ： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為 高阻 輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 ，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須接上拉電阻。 P1 口 ： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故 。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為低八位地址接收。 P2 口 ： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè)TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器 或 16 位地址 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其 特殊功能寄存器 的內(nèi)容。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如： RXD（串行輸入口）， TXD（串行輸出口）， /INT0（外部中斷 0）， /INT1（外部中斷 1）， T0（記時(shí)器 0 外部輸入）， T1（記時(shí)器 1 外部輸入）， /WR（ 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 寫選通）， /RD（ 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 讀選通）， P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些 控制信號(hào) 。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)復(fù)位時(shí)，應(yīng)保持 2 個(gè)機(jī)器周期有效。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部 存儲(chǔ)器 時(shí)， 地址鎖存 允許的 輸出電平 用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程 期間，此 引腳 用于輸入 編程 脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 3 才起作用。另外，該 引腳 被略微拉高。如果 微處理器 在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位 無效。 PSEN：外部 程序存儲(chǔ)器 的選通信號(hào)。在由外部程序 存儲(chǔ)器 取指期間，每個(gè) 機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序 存儲(chǔ)器 （ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL1：反向振蕩放大器的 輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 DS18B20 溫度傳感器 圖 引腳示意圖 圖 實(shí)物圖 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫 。 DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 。 溫范圍－ 55℃ ～ +125℃ ，在 10～ +85℃ 時(shí)精度為 177?！?。 可編程 的分辨率為 9～ 12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速 度更快 。 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 一 線總線 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 表 DS18B20 溫度測(cè)量分辨率表 4 R1 R0 分辨率 /b 測(cè)量精度 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 液晶顯示器 LCD1602 圖 LCD1602實(shí)物圖 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊。它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間 距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。 1602LCD是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 圖 LCD1602引腳圖 管腳功能介紹 ， LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為 電源地 。 第 2 腳： VCC 接 5V 電源正極。 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第 4 腳： RS 為 寄存器 選擇，高電平 1 時(shí)選擇 數(shù)據(jù)寄存器 、低電平 0 時(shí)選擇 指令寄存器 。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 5 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16 腳： 空腳 或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 表 LCD1602 的內(nèi)部顯示地址 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 80H 81H 82H 83H 84H 85H 86H 87H 88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH 8EH 8FH C0H C1H C2H C3H C4H C5H C6H C7H C8H C9H CAH CBH CCH CDH CEH CFH 6 第三章 構(gòu)架設(shè)計(jì) 硬件構(gòu)架 主機(jī)： 由于系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量也不大，因此選用 AT89C51 作為控制系統(tǒng)的核心。 溫度檢測(cè)： 本系統(tǒng)溫度檢測(cè)部分是采用 Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器 DSl8B20。 電源電路： 由直流穩(wěn)壓電源提供 +9V 電源，在本次設(shè)計(jì)中， 將 220V 的市電降壓到 12V，經(jīng)橋式整流和濾波后再使用 7809 芯片獲得較為穩(wěn)定的 +9V 電源。 顯示器 ： 使用 LCD1602 液晶顯示器， 2*16 字符顯示。動(dòng)態(tài)顯示 A、 B、 C 三點(diǎn)的溫度值。 報(bào)警器： 報(bào)警功能由蜂鳴器， LED 燈來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度超出預(yù)置溫度范圍時(shí)?？刂贫丝隍?qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫、 LED 閃爍燈報(bào)警，并控制繼電器的動(dòng)作。 鍵盤： 鍵盤有四個(gè)功能鍵，設(shè)置鍵，上加鍵，下減鍵，確定鍵。用于設(shè)置上、下限溫度。 綜上所述：設(shè)計(jì)出溫度控制系統(tǒng)構(gòu)架如圖 所示。 圖 溫控系統(tǒng)構(gòu)架圖 7 各模塊仿真圖 在 proteus 軟件的仿真實(shí)驗(yàn)中，溫 控系統(tǒng)構(gòu)架中各個(gè)模塊如下圖所示：圖 是溫度顯示模塊，在顯示屏中動(dòng)態(tài)的顯示 A、 B、 C 三點(diǎn)的溫度值。圖 是 DS28B20 溫度測(cè)試模塊，單片機(jī)通過循環(huán)讀取這三個(gè) DS18B20 的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)更新顯示屏的數(shù)據(jù)顯示。圖 是報(bào)警功能模塊，它的功能是通過聲、關(guān)形式做出報(bào)警，綠燈模擬繼電器工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制。圖 是按鍵模塊，進(jìn)入設(shè)置功能和調(diào)節(jié)上、下按鍵后，顯示屏?xí)?duì)應(yīng)顯示設(shè)定的報(bào)警溫度值。圖 是晶振和復(fù)位電路，這個(gè)模塊主要是使單片機(jī)能夠正常工作。 圖 溫度顯示模塊 圖 DS18B20 溫度傳感器模塊 8 圖 報(bào)警模塊 圖 按鍵控制模塊 圖 復(fù)位及晶振模塊 9 程序構(gòu)架 在本設(shè)計(jì)中，程序構(gòu)架設(shè)計(jì)如圖 和圖 所示。在設(shè)計(jì)過程中通過 3 個(gè) I/O 口循環(huán)讀取 DS18B20 的數(shù)據(jù)，以達(dá)到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示 A、 B、 C三點(diǎn)的溫度。設(shè)置功能是通過檢測(cè)外部中斷 0 產(chǎn)生中斷，可隨時(shí)設(shè)置 溫度的上、下限值，并通過確認(rèn)鍵來退出中斷。 圖 主程序構(gòu)架框圖 圖 中斷程序構(gòu)架 10 第四章 軟件仿真 穩(wěn)壓直流電源仿真原理圖 在本設(shè)計(jì)中，獨(dú)立電源的原理圖如圖 所示。變壓器的指標(biāo)為： 220V 轉(zhuǎn) 12V，功率是 25W。整流電路是于 4 個(gè) 1N914 二極管組成。 C1 的指標(biāo)為： 1000uF/25V,主要是為平穩(wěn)化直流電壓而設(shè)制的。 C2 的作用是濾除高頻雜波。穩(wěn)壓芯片采用的是 78L09，經(jīng)過 78L09 穩(wěn)壓后，在 VO 口輸出穩(wěn)定的 +9V 電壓供溫控模塊使用。 D6 為指示燈， D6 點(diǎn)亮則說明電源已經(jīng)工作。 圖 穩(wěn)壓電源原理圖 溫度控制系統(tǒng)模塊仿真圖 在完成整個(gè)溫控系統(tǒng)的仿真任務(wù)中，首先要熟悉 proteus 軟件和 keil 軟件的基本使用方法。在 proteus 軟件中按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的硬件構(gòu)架搭建電路，由于這軟件的元器件名都是英文標(biāo)注的，我們可事先在網(wǎng)上查找到相關(guān)的元器件英文對(duì)照表，這樣，搭建電路圖才會(huì)事半功倍。元器件的選擇要適合 電路的需要，因而參數(shù)指標(biāo)也要事先計(jì)算好。 Keil 是一款單片機(jī)程序編輯軟件，能將 C 語言和匯編語言進(jìn)行編