【正文】 ............. 30 6 小結(jié) ............................................................. 31 第 1 頁 共 31 頁 MCS51 單片機機應(yīng)用于溫度控制器 摘要： 本文論述了采用單片機控制的智能溫度控制器，使用 AT89C4051 單片機、 ADS7844E A/D 轉(zhuǎn)換芯片、 HT1621B 液晶顯示驅(qū)動芯片及液晶顯示器，實現(xiàn)溫度的測量、輸出控制及顯示功能。 本文主要介紹了智能溫度控制器的功能和設(shè)計的過程。 方案比選 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，溫度控制器的設(shè)計方案經(jīng)歷了模擬電路溫 度控制器、模擬量測量加數(shù)字顯示、單片機溫度控制器的發(fā)展過程；在單片機溫度控制器的設(shè)計方案中，又發(fā)展出各種智能型的溫度控制器方案，如：高 AD轉(zhuǎn)換的精度， PID調(diào)節(jié)控制輸出、 PID + 模糊控制等。由于采用了 12 位的 ADC 轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換范圍從 0 到 4096，當溫度范圍要求為 01000℃ 時，每一位表示約為 ℃ ，考慮到 ADC 轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換精度 177。 第 4 頁 共 31 頁 方案說明 系統(tǒng)中設(shè)計了一個 EEPROM 存儲器來保存設(shè)置參數(shù)，目前 市面上常用的 EEPROM芯片主要有兩種接口類型： I2C 接口及 SPI 接口，主要的代表芯片有AT24C02/04/08/16 系列和 AT25010/020/040 系列，由于 ADS7844E 轉(zhuǎn)換芯片采用的是 SPI 接口，所以選用 AT25010 存儲器可以節(jié)省 I/O 端口。 系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括軟件結(jié)構(gòu)、各子程序流程及具體代碼設(shè)計；下面分別介紹各部分的設(shè)計過程 系統(tǒng)的工作原理 系統(tǒng)功能框圖如圖 1所示 系統(tǒng)的工作原理是：電橋?qū)囟葌鞲衅?Pt100 的溫度信號轉(zhuǎn)換為與溫度相關(guān)的電壓信號，經(jīng)過兩級運算放大后進入 ADC 轉(zhuǎn)換； CPU 讀取 ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果，經(jīng)過運算轉(zhuǎn)換為顯示的溫度字符，控制 LCD驅(qū)動器來顯示溫度值，另外， CPU將測量出的溫度值與系統(tǒng)設(shè)定的溫度 值相比較，根據(jù)不同的控制模式來控制繼電器的輸出，系統(tǒng)中的按鍵用來設(shè)定系統(tǒng)工作參數(shù)，電源電路主要為各電路提供工作電源。按下功能鍵可循環(huán)顯示系統(tǒng)各項參數(shù)，通過加鍵和移位鍵組合可對各項參數(shù)進行修改，按下保存鍵后， CPU 將修改后的參數(shù)寫到 EEPROM 中，系統(tǒng)重新上電后 CPU 將調(diào)用 EEPROM 中的參數(shù)（如果不對數(shù)據(jù)進行保存時，系統(tǒng)重新上電后將調(diào)用以前設(shè)置的參數(shù)）。 CPU的端口資源分配見表2： 圖 3 AT89C4051 功能框圖 第 8 頁 共 31 頁 表 2: CPU的 端口 資源分配表 引腳名稱 功能 引腳名稱 功能 AT25010片 選信號 功能鍵 HT1621B片選信號 加鍵 ADS7844E片選信號 保存鍵 HT1621B讀控制信號 移位鍵 HT1621B寫控制信號 串行口時鐘 繼電器控制輸出 串行數(shù)據(jù)輸入 串行數(shù)據(jù)輸出 看門狗復位 注：由于 及 ，使用時在此兩腳上需要接上拉電阻，電阻阻值按 10K選取 數(shù)據(jù)存儲器采用美國 ATMEL 公司 AT25010 EEPROM。 Pt100 傳感器 介紹 Pt100 傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進行測溫，其溫度 /阻值對應(yīng)關(guān)系為： 0℃ ≤t≤850℃ 時， Rt=R0（ 1+At+Bt2） 式中， A=103； B=107； R0=100。其中， R10﹑ R11﹑ R14﹑ Rt 組成電橋， 第 9 頁 共 31 頁 R10=R11= 10R0, R14=R0。 （ 2） A/D 轉(zhuǎn)換器非線性帶來的誤差 在實際應(yīng)用中會發(fā)現(xiàn)，對同一模擬輸入信號 Vi，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換得出的數(shù)字量會有 177。在模擬輸入信 號不變的情況下，若 Vref 變大，會導致輸出的二進制代碼變?。环粗?，則變大，從而導致了溫度誤差。 ADC 轉(zhuǎn)換電路 本方案的 ADC 轉(zhuǎn)換采用 Burr－ Brown 公司 的 ADS7844E，它 是推出的一種高性能、寬電壓、低功耗的 12bit 串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 ADS7844通過串行接口與 CPU 進行通信 ,而且接口簡單方便。 圖 6 ADS7844 引腳圖 第 13 頁 共 31 頁 表 3: ADS7844E引腳連接表 序號 引腳名稱 功能 與其它電路的連接 備注 1~3 CH0~CH2 模擬輸入通道 溫度信號放大輸出 4~7 CH3~CH7 模擬輸入通道 未連接 9 COM 模擬輸入公共端 模擬地 11 VREF 參考電壓端 工作電源 VCC 采用 5V的參考電壓 1 20 VCC 工作電源 工作電源 +5V 接 10uF和 1 14 GND 電源地 電源地 15 DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出 CPU 16 BUSY “忙 ”信號輸出端 未連接 17 DIN 串行數(shù)據(jù)輸入 CPU 18 CS ADS7844E片選信號 CPU 19 DCLK 串行口時鐘 CPU 液晶顯示及驅(qū) 動電路 HT1621B 是 128 點內(nèi)存映象和多功能的 LCD 驅(qū)動器， HT1621B 的軟件配置特性使它適用于多種 LCD 應(yīng)用場合，包括 LCD 模塊和顯示子系統(tǒng)，用于連接主控制器和 HT1621 的管腳只有 4 或 5 條， HT1621 還有一個節(jié)電命令用于降低系統(tǒng)功耗。當發(fā)生 500ms 事件時，調(diào)用 ADC 轉(zhuǎn)換子程序及 LCD 顯示刷新子程序 。 調(diào)用子程序：讀取鍵值子程序 (Getkeyvalume)、定時器初始化子程序 父函數(shù)：無 Y N 圖 10 定時器中斷處理子程序流程圖 判斷是否為200ms 判斷是否為500ms 置 200ms 事件標志 置 500ms 事件標志 Y Y N N 恢復堆棧 清超時標志，恢復正常顯示 判斷是否為1000ms 判斷鍵盤是否超時 N Y Y N 壓堆棧，設(shè)置寄存器組 重裝定時計數(shù)器 (調(diào)用定時器初始化子程序 ) ms 計數(shù)單元加 1 調(diào)用取鍵值子程序 判斷是否為 100ms 鍵盤事件處理是否完成 第 21 頁 共 31 頁 系統(tǒng)程序設(shè)計 目前許多公司在生產(chǎn)單片機的同時，都會推出自己的編譯系統(tǒng)，并且許多編譯系統(tǒng)都會支持 C 語言、匯編語言或兩種語言的混合編程；本系統(tǒng)采用匯編語言編程，使用 Keil C51 編譯。輸出 :無 。 使用寄存器組 3 MOV R6 , RANGE 。 溫度轉(zhuǎn)換后的存儲地址 MOV R6 , TEMP_BINL 。以下程序根據(jù)第一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果查表取出校正函數(shù) MOV A , TEMP_VALUE+1 。 MOV A , TEMP_VALUE+2 。 MOV A , TEMP_VALUE+2 。 MOV R6 , A 。 TEMP_BCDH 存放結(jié)果的百位和十位 SWAP A 。 SWAP A 。 LCALL BCDTOBIN 。 MOV R5 , A 。 MOV BINRANGE+1 , A 。 MOVC A , A+DPTR 。 偏移地址 第 25 頁 共 31 頁 MOVC A , A+DPTR 。以下是將 (ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果 (BIN) * 量程值 ) *斜率 MOV R4 , A 。 MOV R3 , B 。 MUL AB 。 ADDC A , 00H 。 MOV B , TEMP_VALUE+2 。 MOV A , B 。 MOV A , R4 。 MOV TEMP_VALUE+3 , A 。 進位標志 ACALL DIV4096 。 調(diào)用二進制轉(zhuǎn)換為 BCD碼 MOV A , R3 。 MOV A , R4 。 ACALL BCDSUBB 。 MOV R3 , A 。 CJNE A , 05H , BIN_TEMP_BCD0 。 DA A 。 DA A 。