【正文】 腳可接上備用電源VPD（ +5V）為內(nèi)部 RAM 供電，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。對于 CHMOS 芯片，該引腳 懸空不接。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，該引腳接地；對于 CHOMS 單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 STC89C52 芯片具有以下 主要功能特性 ： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng)； 8k 可反復(fù)擦寫 (大于 1000 次） Flash ROM； 32 個雙向 I/O 口； 256x8bit 內(nèi)部 RAM； 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷； 時鐘頻率 024MHz； 2 個串行中斷，可編程 UART 串行通道； 2 個外部中斷源，共 8 個中斷源； 5 2 個讀寫中斷口線， 3 級加密位； 低功耗空閑和掉電模式， 軟件 設(shè)置睡眠和喚醒功能； 1 有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。電源電路如圖所示。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。 溫度傳感器 單片機 鍵盤控制 復(fù)位電路 顯示電路 報警電路 電源電路 4 電路模塊設(shè)計 電源電路模塊 控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用 5V直流電源供電，其電路如圖 61所示，把頻率為 50Hz、有效值為 220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的 5V直流電壓。 這種方案克服了方案一、二的缺點，所以本設(shè)計任務(wù)是基于 STC89C52 單片機和溫度傳感器實現(xiàn)對溫度的控制。即用FPGA/CPLD 完成采集，存儲，顯示及 A/D 等功能，由 IP 核實現(xiàn)人機交互及信號測量分析等功能。 方案一：采用純硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 只用一個引腳即可與單片機進行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具有擴展性。這類控制對象慣性大 ,滯后現(xiàn)象嚴重 ,存在很多不確定的因素 ,難以建立精確的數(shù)學模型 ,從而導致控制系統(tǒng)性能不佳 ,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、 失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用 ,但由于繼電器動作頻繁 ,可能會因觸點不良而影響正常工作。由于 DS18B20芯片的小型化， 更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實用性。該系統(tǒng)的優(yōu)點在于速度較快，但可靠性比較差控制精度比較低、靈活性小、線路復(fù)雜、調(diào)試、安裝都不方便。這種方案的優(yōu)點在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可以實現(xiàn)復(fù)雜的測量與與控制，操作方便；缺點是調(diào)試過程復(fù)雜，成本較高。系統(tǒng)框圖如下： 圖 21 系統(tǒng)框圖 整體電路設(shè)計 溫度傳感器 DS18B20 從設(shè)備環(huán)境的不同位置采集溫度，單片機 STC89C52 獲取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當前環(huán)境中一個比較穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當前設(shè)定的溫度值，通過加熱和冷卻對當前溫度進行調(diào)整。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。 圖 31 電源電路 STC89C52 控制芯片 STC89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位 單片機 ，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲 器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元， STC89C52 可以按照常規(guī)方法進行 編程，也可以在線編程。 STC89C52 單片機的 40 個引腳中有 2 個專用于主電源引腳， 2 個外接晶振的引腳， 4 個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳。 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體的另一端。 RST/VPD、 ALE/P、 PSEN 和 EA/VPP等 4 種形式。 ALE/ PROG（ 30 腳）：當訪問外部存儲器時， ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在 P0 口的地址信號。 EA/Vpp（ 31 腳）： EA 為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。對于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機，在 EPROM 編程期間，該引腳用于接 21V 的編程電源 Vpp。 P1 口（ 1 腳～ 8 腳）：這 8 條引腳和 P0 口的 8 條引腳類似， 為最高位， 為最低位。 P3 口（ 10 腳～ 17 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P3 口。以上特點使DS18B20 非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。 j、溫度轉(zhuǎn)換時間由 DS1820 的 2s 降為 750ms，且靈敏度大為提高，在逐漸升溫的水中與精度為 177。 圖 34 寄生電源方式圖 35 外接電源方式 本設(shè)計中，采用第二種方法，這樣簡化硬件電路設(shè)計，降低了整個系統(tǒng)的復(fù)雜度。溫度值格式如圖 46 所示。若 TTH 或 TL，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令做出響應(yīng)。 DS18B20 有六條控制命令，如表 33 所示： 表 33 DS18B20 控制命令 指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 寫暫存器 復(fù)制暫存器 重新調(diào) E2RAM 讀電源供電方式 44H BEH 4EH 48H B8H B4H 啟動 DS18B20 進行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 9 個字節(jié)內(nèi)容 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的 TH、 TL 字節(jié) 把暫存器的 TH、 TL 字節(jié)寫到 E2RAM 中 把 E2RAM 中的 TH、 TL字節(jié)寫到暫存器 TH、TL 字節(jié) 啟動 DS18B20 發(fā)送電源供電方式的信號給主 CPU CPU 對 DS18B20 的訪問流程是：先對 DS18B20 初始化，再進行 ROM 操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，只要電源 VCC 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位10 初始化。電路圖如圖所示： 圖 47 復(fù)位電路 顯示電路模塊 本電路主要使用八段數(shù)碼管和移位寄存器芯片 74HC164。 移位寄存器 74HC164 74HC16 74HCT164 是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。 11 圖 38 74HC164 引腳圖 數(shù)碼管顯示電路 顯示部分采用 LED 靜態(tài)顯示方式，共陽極的數(shù)碼管的公共端 COM 連接在一起接地，每位的段選線與 74HC164 的 8 位并口相連，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符，考慮到節(jié)約單片機的 I/O資源，因而采用串行接口方式，外接 8 位移位寄存器 74HC164 構(gòu)成顯示電路，顯示電路如圖所示。 圖 310 報警電路 按鍵電路模塊 利用單片機的 IO 口實現(xiàn)按鍵的中斷輸入。具體程序見附錄。初始化程序如下所示： INIT_1820: MOV R1,2H 。延時 60us TSR2: NOP DJNZ R0,TSR2 MOV R0,20H TSR3: JNB ,TSR4 。 清除 DS1820 不存在顯示信號 SETB SETB LJMP TSR6 TSR5: DJNZ R1,TSR0 CLR FLAG1 。時序要求延時一段時間 TSR8: SETB RET 圖 42 初始化時序圖 此初始化程序功能為：檢測 DS18B20 是否存在，如存在，將位地址 38H 置1；如不存在，將位地址 38H 清零。一共 8 位數(shù)據(jù) CLR C WR1:CLR MOV R3,5 。當需要讀取下一位時再產(chǎn)生下降沿啟動信號。數(shù)據(jù)一共有 8位 寫 0 60120μ S 寫 1， DS18B20 在檢測到下降沿 15μ S 后采樣，采樣時間為 60μ S 15 60120μ S DS18B20 檢測到下降沿 15μ S 后采樣 15μ S 16 RE01: CLR C SETB NOP NOP CLR NOP NOP NOP SETB MOV R3,4 RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C, RRC A MOV R3,20 RE20: DJNZ R3,RE20 DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET 此程序功能為：讀取 DS18B20 A/D 轉(zhuǎn)換后的溫度值，轉(zhuǎn)換后的二進制存入 29H、28H 單元。此溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)定四個溫度值，分別為 50、 60、 70、 80。計算機控制系統(tǒng)是一種采樣控制系統(tǒng)，其只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量。增量型控制算式具有如下優(yōu)點： ，即執(zhí)行機構(gòu)位置的變化部分，因而誤動作影響較小 i時刻的輸出 ，只需要用到此刻的偏差以及前一時刻、前兩時刻的偏差 和前一次的輸出值，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計算時間。按上式編制的數(shù)字控制器的程序框圖如下圖所示。構(gòu)造新的控制器如下所示（在 GC(s)前增加一個零階保持器）： ??0(??) = 1 ????????s ????(??) = (1? ???????)[????(??)1s] 取 z 變換，的相應(yīng)的數(shù)字控制器為： D(??)= ??[??0(??)] = (1????1)??[????(??)1s] 則對于單位階躍輸入的響應(yīng)序列為： 此式表明，數(shù)字控制器 D(z)的階躍響應(yīng)與模擬控制器的階躍響應(yīng)的采樣值相同，即兩個控制器是等效關(guān)系，使其滿足控制要求。 系統(tǒng) 溫度設(shè)定范圍為 0～ 99℃ ，最小區(qū)分度為 1℃ ，溫度控制的誤差≤1℃ ；能夠測量并用數(shù)碼管顯示當前實際溫度值；通過復(fù)位鍵可以使系統(tǒng)設(shè)定溫度還原默認值，通過 按鍵可以 設(shè)置預(yù)定溫度；當檢測溫度超出設(shè)定溫度域則啟動蜂鳴器報警 ，若超出低溫限，同時綠燈亮，若超出高溫限，同時紅燈亮 。完成了實習的基本任務(wù)，達到了預(yù)期的目標。 我的理論和實踐水平都有了較大的提高。 這次 設(shè)計 過程中也讓我認識到了很多不足，在今后的學習過程中我一定努力補缺補漏，多實踐，將理論知識更好地應(yīng)用于實踐。********************************************* 。用于保存讀出溫度的高 8 位 TEMPER_SET EQU 27H。堆棧指針設(shè)置 LCALL INIT_T1_KEY 。 調(diào)用數(shù)碼管顯示 。 18b20 數(shù)據(jù)端口接單片機 。然后拉高數(shù)據(jù)線 MOV R0,20 。置標志位 ,表示 DS1820 存在 SETB 。DS1820 不存在警告信號 CLR CLR 。T1 初始