【正文】 主程序設(shè)計(jì) ..................................................... 18 溫度檢測模塊 ................................................... 20 數(shù)值轉(zhuǎn)化模塊 ................................................... 22 BCD 顯示模塊 ................................................... 24 比較加熱模塊 ................................................... 26 鍵盤中斷程序 ................................................... 27 總 結(jié) ................................................................ 32 參考資料 .............................................................. 33 致謝 .................................................................. 34 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 1 溫度控制器緒論 課題背景 測量控制的作用是從生產(chǎn)現(xiàn)場中獲取各種參數(shù)，運(yùn)用科學(xué)計(jì)算的方法，綜合各種先進(jìn)技術(shù)，使每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都能夠得到有效的控制，不但保證了生產(chǎn)的規(guī)范化、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，還確保了生產(chǎn)安全。所以，測量控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煉油、化工、冶金、電力、電子、輕工和紡織等行業(yè)。隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速興起與蓬勃發(fā)展，其穩(wěn)定、安全、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)十分突 出，所以其應(yīng)用也十分廣泛。單片機(jī)已經(jīng)無處不在、與我們生活息息相關(guān)，并且滲透到生活的方方面面。 單片機(jī)的特點(diǎn)是體積較小，也就是其集成特性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡化，增加一些外圍電路，就能夠組成一個(gè)完整的小系統(tǒng)，單片機(jī)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。它具有和普通計(jì)算機(jī)類似的、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，通過使用一些科學(xué)的算法，可以獲得很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。所以單片機(jī)在工業(yè)中應(yīng)用中，可以極大地提高工業(yè)設(shè)備的智能化、數(shù)據(jù)處理能力和處理效率，而且單片機(jī)無需占用很大的空間。 隨著溫度檢測理論和技術(shù)的不斷更新 , 溫度傳感器的種類也越來 越多，在微機(jī)系統(tǒng)中使用的傳感器，必須是能夠?qū)⒎请娏哭D(zhuǎn)換成電量的傳感器，目前常用的有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和半導(dǎo)體集成傳感器等，每種傳感器根據(jù)其自身特性，都有它自己的應(yīng)用領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī) AT89C51。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 溫度檢測系統(tǒng)的國內(nèi)外狀況 溫度是一個(gè)非常重要的物理量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度 、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對溫度的檢測的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時(shí)候都需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。 溫度采集控制系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。嵌入式 系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性，都無法滿足廣大對象對嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。單片機(jī)誕生于二十世紀(jì)七十年代末，經(jīng)歷了 SCM、 MCU 和 SOC 三大階段 。 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和 鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用 MCS51單片機(jī)來對溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。 同時(shí) 溫度 也 是生活中最常見的一個(gè)物理量，也是人們很關(guān)心的一個(gè)物理量，它與我們的生活息息相關(guān)，有著十分重要的意義，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度過高或過低會(huì)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、對機(jī)械設(shè)備和控制系統(tǒng)中的各種元器件造成一定的損壞，嚴(yán)重的會(huì)影響到生產(chǎn)安全。在日常生活中，溫度過高或過低同 樣會(huì)造成一些不良影響。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 2 整體系統(tǒng)方案 系統(tǒng)整體方案和結(jié)構(gòu) 本溫度控制系統(tǒng)，是基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)，單片機(jī)采用 AT89C51為內(nèi)核，其有低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)， 4KB 的可反復(fù)擦寫 1000次的 FLASH 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，是功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的，可為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 系統(tǒng)的工作過程為：通過鍵盤輸入溫度數(shù) ,，然后將設(shè)定的溫度存入內(nèi)存單元并顯示在共 陰極數(shù)碼顯示管上。然后用 AD590 作為溫度傳感器，將其采集到的溫度量轉(zhuǎn)換為模擬電流量，然后經(jīng)過模擬放大電路，使其變?yōu)?ADC0809可以接受的電壓量，然后再輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809中，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量再輸入到 89C51中，經(jīng)過 89C51數(shù)據(jù)處理后，判斷與鍵盤輸入的溫度是否相同，高于設(shè)置溫度的話關(guān)閉加熱器，如 果低于設(shè)置溫度的話，開加熱器對水進(jìn)行加熱。整個(gè)系統(tǒng)的模塊圖，如 圖 1： 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 加熱控制電路 鍵盤輸入電路 AT89C51 溫度采集電路 模數(shù)轉(zhuǎn)化電路 數(shù)碼顯示電路 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 系統(tǒng)硬件 接線圖 圖 2 硬件接線圖 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 主機(jī)控制電路 本系統(tǒng)采用 AT89C51單片機(jī)作為主控電路，管腳及其封裝如圖 3： 圖 3 89c51封裝圖 AT89C51具有如下特點(diǎn)： 40個(gè)引腳， 4kBytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷， 2個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口 ，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外 AT89C51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 本控制系統(tǒng)的連接引腳的方案如下： (1)單片機(jī)最基本的電路就是能夠使單片機(jī)正常的啟動(dòng)和工作的電路，包括電源VCC 端接 +5V 電壓， VSS 接地。 EA 端由于該引腳低電平時(shí)是訪問片外存 儲(chǔ)器，本系統(tǒng)不需要擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器，所以要保持高電平，接電源電壓 +5V。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 (2)時(shí)鐘電路對于單片機(jī)系統(tǒng)而言是必須的由于單片機(jī)內(nèi)部是由各種各樣的數(shù)字邏輯器件構(gòu)成，而這些器件又必須按時(shí)間順序完成。所以在管腳的 XTAL1和 XTAL2引腳外接石英晶體和倆個(gè)諧振電容，電容采用 2個(gè) 20pF 電容，采用 12M 的石英晶體。這樣就可以構(gòu)成 89C51的基本時(shí)鐘電路，時(shí)鐘頻率為 12M。 (3)復(fù)位電路是對單片機(jī)進(jìn)行初始化操作，使單片機(jī)處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)。而要 89c51復(fù)位得在 RESETY 引腳上加 5ms 的高電平信號就可以了。當(dāng)石英 晶體頻率為 12M Hz，復(fù)位電路參數(shù)為 10Μ f 的電解電容和 10kΩ的電阻。如圖 4為單片機(jī)的起振電路和復(fù)位電路的連接圖 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 圖 4 (4)本系統(tǒng)中需要單片機(jī)輸入輸出的模塊有 4個(gè)模塊分別是：模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，鍵盤輸入模塊，數(shù)碼顯示模塊，輸出控制模塊 。 但是 89C51的輸入輸出口就 4個(gè)。其中 P3口用來做第二功能， P3第二功能中需要用到外部中斷和片外讀寫端。所以鍵盤輸入電路和輸出控制電路需共用一個(gè) I/O 口，由于 P1口內(nèi)部用上拉電阻代替了場效應(yīng)管 T1，做 輸出時(shí)口時(shí)無需外接上拉電阻，做輸入口是與 P0一樣，所以本系統(tǒng)用 P1口作為共用口。數(shù)模轉(zhuǎn)換用 P0口，數(shù)碼顯示用 P2口。 ALE 當(dāng)不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，該端以時(shí)鐘頻率的 1/6輸出固定的正脈沖信號，所以用其做數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的 ADC0809 的時(shí)鐘頻率輸入端， 89C51的 ALE— AD0809的CLOCK。 P3口用于第二功能，由于本系統(tǒng)采用中斷鍵盤掃秒方式，其中 （ INT0）用于跟鍵盤并聯(lián)。 (INT1)用于 ADC0809轉(zhuǎn)換完成后通過 EOC 向單片機(jī)發(fā)送控制信號。 P3. 6（ WR）進(jìn)過非門接入到 ADC0809的 Start 和 ALE 引腳上， （ RD）經(jīng)過陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 非門接入到 ADC0809的 OE 端。 溫度采集電路 AD590是美國 ANALOG DEV ICES 公司的單片集成兩端感溫電流源。 如圖 5為AD590,溫度傳感器的引腳，封裝和邏輯圖形。 引腳圖 封裝圖 符號圖形 圖 5 其主要特性如下： (1) 流過器件的電流 (μA) 等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度 (開爾文 ) 度數(shù) 。 Ir/T=1 式中， Ir—流過器件 (AD590) 的電流，單位為 μA； T—熱力學(xué)溫度，單位為K。 (2) AD590的測溫范圍為 55℃ ~+150℃ 。 (3) AD590的電源電壓范圍為 4～ 30 V，可以承受 44 V 正向電壓和 20 V反向電壓，因而器件即使反接也不會(huì)被損壞 。 (4)輸出電阻為 710MΩ。 (5)精度高， AD590在 55℃ ~+150℃ 范圍內(nèi)，非線性誤差僅為 177?！?。 本系統(tǒng)控制的水溫為 0100度之間，所以選用 AD590便可以，所需要的驅(qū)動(dòng)電壓范圍大在 430V之間，這里我們選擇 12V電壓，用于驅(qū)動(dòng) AD590， AD590的輸出為電流且大小為μ A，而 ADC0809的轉(zhuǎn)換模擬量為電壓型，所以得連接電阻變?yōu)殡妷盒汀＝?jīng)計(jì)算： *10KΩ =2v 所以應(yīng)連接一個(gè) 10kΩ的電阻。由于 ADC0809的量程范陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 圍是 05V，所以得經(jīng)過放大電路放大，然后使其輸出范圍為 0到 5V電壓，使輸出電壓為 ADC0809可以接受的電壓范圍 。 AD590的 +引腳接 +12v電壓 ， 引腳接經(jīng) 10kΩ電阻接地，放大電路的輸出端接到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 ADC0809的輸入端 INT1引腳上。 連接方法如圖 6： 圖 6 加熱電路 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 ADC0809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。其內(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，只選通 8路模擬輸入信號中的一個(gè)進(jìn)行