【正文】 質(zhì)量和數(shù)量。 因此單片機(jī)對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。 本次設(shè)計采用 MCS51 系列單片機(jī)與各種外圍電路構(gòu)成單片機(jī)溫度自動檢測和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時檢測和控制。通過本次設(shè)計掌握溫度檢測控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方法和軟件編寫方法。熟悉 Protel 軟件的使用方法。通過課題的研究進(jìn)一步鞏固所學(xué)的知識，同時學(xué)習(xí)課程以外的相關(guān)知識，培養(yǎng)綜合應(yīng)用知識的能力。鍛煉動手能力與實(shí)際工作能力，將所學(xué)的理論與實(shí)踐結(jié)合起來。 國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢 隨著國內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測技術(shù)也有了不斷的進(jìn)步。溫度測量系 統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是傳感器，它將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號。另一部分是電子裝置，它主要完成對信號的接收、處理、對測點(diǎn)進(jìn)行控制、溫度顯示等功能。對應(yīng)于不同的溫度段及測量精度要求，測溫裝置也不盡相同，從傳感器方面看，己出現(xiàn)有各種金屬材料、非金屬材料、半導(dǎo)體材料制成的傳感器，也有紅外傳感器。儀器本身也趨向小型化，多采用集成度較高的芯片或元件組成電路。對于測點(diǎn)較多，并具有報警、巡測、控制等多功能測溫裝置，一般采用單片機(jī)電路。目前的溫度檢測技術(shù)原理很多，大致包括以下幾種 :(1)物體熱脹冷縮原理 (2)熱電效應(yīng) (3)熱 阻效應(yīng) (4)利熱輻射原理。 傳統(tǒng)的溫度傳感器 (如 ,熱電偶、鉑電阻、雙金屬開關(guān)等 )雖然有著各自不可替代的優(yōu)點(diǎn) ,但由于自身因自熱效應(yīng)影響了測量精度 ,從而制約了它們在微型化高端電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。與之相比較 ,半導(dǎo)體溫度傳感器具有靈敏度高、體積小、功耗低、時間常數(shù)小、自熱溫升小、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn) ,無論是電壓、電流還是頻率輸出 ,在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi) ( 55～150 ℃ )都與溫度成線性關(guān)系 ,適合在集成電路系統(tǒng)中應(yīng)用。目前 ,半導(dǎo)體溫度傳感器工作的溫度范圍還限于 50～ 150 ℃。未來主要的研究方向?qū)⑹侨绾螖U(kuò)大它 的溫度適用范圍 ,以及智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面。 近年來，在溫度檢測技術(shù)領(lǐng)域中，多種新的檢測原理與技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用己取得了具有 基于 AT89S51 的溫度控制系統(tǒng) 4 實(shí)用性的重大進(jìn)展。新一代溫度檢測元件正在不斷出現(xiàn)和完善化，主要包括以下幾種。 (1)晶體管溫度檢測元件 (2)集成電路溫度檢測元件 (3)核磁共振溫度檢測器 (4)熱噪聲溫度檢測器 (5)石英晶體溫度檢測器 (6)光纖溫度檢測器 (7)激光溫度檢測器。 目前國內(nèi)外的溫度控制方式越來越趨向于智能化，溫度測量首先是由溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的。測溫儀器由溫度傳感器和信號處理兩部分組成。溫度測量的過程就是通過溫度傳感器 將被測對象的溫度值轉(zhuǎn)換成電的或其它形式的信號 ,傳遞給信號處理電路進(jìn)行信號處理轉(zhuǎn)換成溫度值顯示出來。溫度傳感器隨著溫度變化而引起變化的物理參數(shù)有 : 膨脹、電阻、電容、熱電動勢 ,磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展 ,新型溫度傳感器還會不斷出現(xiàn) ,目前 ,國內(nèi)外通用的溫度傳感器及測溫儀大致有以下幾種 : 熱膨脹式溫度計、電阻溫度計、熱電偶、輻射式測溫儀表、石英溫度傳感器測溫儀。 溫度檢測的主要方法 溫度的測量方法多采用集成的半導(dǎo)體模擬溫度傳感器，傳感器輸出的電壓或電流與溫度在一定范圍呈線性關(guān)系。通過 放大，采樣得到被測量。另一種溫度測量方法是使用熱電偶，其測量精度較高，但測試過程復(fù)雜，測量時間長，而且采用電橋測量的系統(tǒng)抗干擾能力較差，誤差較大。隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展新型的數(shù)字化溫度傳感器其精度、穩(wěn)定性、可靠性及抗干擾能力都優(yōu)于模擬的溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器也越來越的到廣泛的應(yīng)用。 溫度檢測的方法根據(jù)敏感元件和被測介質(zhì)接觸與否，可以分為接觸式與非接觸式兩大類。接觸式檢測的方法主要包括基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測儀表；基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測儀表。非接觸式檢測方法是利用物體的熱輻射特性 與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系，對物體的溫度進(jìn)行檢測，主要有亮度法、全輻射法和比色法等。接觸式測溫是使測溫敏感元件與被測介質(zhì)接觸，當(dāng)被測介質(zhì)與感溫元件達(dá)到熱平衡時，感溫元件與被測介質(zhì)的溫度相等。這類傳感器結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、精度高、穩(wěn)定性好、價格低、應(yīng)用十分廣泛，因此，本方案采用接觸式測溫法，選用相關(guān)類型的傳感器。 由單片機(jī)組成的溫度測控系統(tǒng) ,通過在單片機(jī)外部添加各種接口電路，可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)對溫度控制對象的溫度的顯示和控制。同時也能根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)多路巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、報警及記錄 ,對各個參數(shù)以一定的 周期進(jìn)行檢查和測量 ,檢測的結(jié)果經(jīng)計算機(jī)處理后再進(jìn)行顯示、打印和報警 ,以提醒操作人員注意或直接用于生產(chǎn)控制。 課題設(shè)計的主要內(nèi)容 本溫度控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，它用溫度傳感器將檢測到的溫度信號經(jīng) A／ D 轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示當(dāng)前溫度值，用當(dāng)前溫度值與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較。根據(jù)比較的結(jié)果得到控制信號用以控制繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)對加熱器的控制。通過這種控制方式實(shí)現(xiàn)對保溫箱的溫度控制。本課題設(shè)計的內(nèi)容主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè) 基于 AT89S51 的溫度控制系統(tǒng) 5 計兩部分。系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成 ,硬件部分主要完成主機(jī)電 路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、控制執(zhí)行等電路的設(shè)計。軟件程序編寫主要用來實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測、 LED 顯示、繼電器控制等數(shù)據(jù)處理功能。 基于 AT89S51 的溫度控制系統(tǒng) 6 第 2 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計方案 本溫度控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，它用溫度傳感器將檢測到的溫度信號經(jīng) A／ D 轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示當(dāng)前溫度值，用當(dāng)前溫度值與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較。根據(jù)比較的結(jié)果得到控制信號用以控制繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)對加熱器的控制。通過這種控制方式實(shí)現(xiàn)對箱 子 的溫度控制。本課題設(shè) 計的內(nèi)容主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成 ,硬件部分主要完成主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、控制執(zhí)行等電路的設(shè)計。軟件程序編寫主要用來實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測、標(biāo)度轉(zhuǎn)換、 LED 顯示、繼電器控制等數(shù)據(jù)處理功能。 本次設(shè)計采用 MCS51 單片機(jī)作為控制芯片，采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器 ADC0808采集溫度信號。通過溫度傳感器將采集的溫度信號轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的電信號，送入 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入到控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。通過在芯片外圍添加顯示、控制等外 圍電路來實(shí)現(xiàn)對保溫箱溫度的實(shí)時檢測和控制功能。 本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成 ,硬件部分主要完成傳感器信號的采集處理 ,信息的顯示等 。軟件主要完成對采集的溫度信號進(jìn)行處理及顯示控制等功能。 溫控電路由傳感器電路、 A/D 采樣電路、單片機(jī)系統(tǒng)、輸出控制電路、加溫電路、降溫電路構(gòu)成。電路基本工作原理：傳感器電路將感受到的溫度信號以電壓形式輸出到輸入到 A/D 采樣電路， 由 A/D 轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量值送給單片機(jī)系統(tǒng)， 單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計的溫度要求判斷是否需要接通加溫電路或降溫電路。當(dāng)溫度量值低于設(shè)定值時，使加溫 電路接通，降溫電路停止工作。當(dāng)溫度量值高于設(shè)定溫度時，加溫電路停止工作，降溫電路工作。 基于 AT89S51 的溫度控制系統(tǒng) 7 中央處理器 AT89S51 AT89S51 芯片 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元， AT89S51 在 眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 主要性能特點(diǎn) 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器； 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）； 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口； 5 個中斷優(yōu)先級、 2 層中斷嵌套中斷； 6 個中斷源； 2 個 16 位可編程定時器 /計數(shù)器； 2 個全雙工串行通信口； 看門狗（ WDT）電路； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； 與 MCS51 兼容； 1全靜態(tài)工作： 0Hz33MHz； 1 三級程序存儲器保密鎖定； 1可編程串行通道； 1低功耗的閑置和掉電模式。 管腳說明 基于 AT89S51 的溫度控制系統(tǒng) 8 VCC：電源電壓輸入端。 GND：電源地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(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，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， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(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TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時，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， 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)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出 地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 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 口除了作為普通 I/O 口，還 基于 AT89S51 的溫度控制系統(tǒng) 9 有第二功能： 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（ T0 定時器的外部計數(shù)輸入） T1（ T1 定時器的外部計數(shù)輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運(yùn)算或 變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。 89C51 的 P0、P P P3 口作為輸入時都是準(zhǔn)雙向口。除了 P1 口外 P0、 P P3 口都還有其他的功能。 RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：地址鎖存允許 /編程脈沖信號端。當(dāng)訪問外部存儲器時，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， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器 頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 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：外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部程序 存儲器訪問允許。當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng) /EA