【正文】 74LS138 組成，可編程 /顯示器件 8279 提供 LED 的顯示信號(hào)，并對(duì) LED 顯示控制。℃ ，其各方面特性都滿足此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。現(xiàn)將各部分主要元件及電路做以下的論證： (1)溫度采樣部分 基于單片機(jī)的飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 方案 1：采用熱敏電阻，可滿足 0℃ ~95℃ 的測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性和可靠性都比較差，對(duì)于檢測(cè)精度小于 1℃ 的溫度信號(hào)是不適用的。采用了溫度傳感器 DS18B20 采集溫度變化信號(hào)， 該傳感器可以直接采集數(shù)字信號(hào) 并通過(guò)單片機(jī)處理后去控制溫度，使其達(dá)到穩(wěn)定。 傳 感 器 信 號(hào) 放 大 A / D 轉(zhuǎn) 換電 爐 絲 控 制 電 路單 片 機(jī) 顯 示8 位 圖 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖 總體方案論證 根據(jù)題目的要求。 (3) 擴(kuò)展功能 ①具有通信能力，可接收其他數(shù)據(jù)設(shè)備發(fā)來(lái)的命令，或?qū)⒔Y(jié)果傳送到其他數(shù)據(jù)設(shè)備。1 ℃ ，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)具有示警功能 [3]。但是利用 AT89C51 單片機(jī)為核心，配合溫度傳感器，信號(hào)處理電路，顯示電路，輸出控制電路，故障報(bào)警電路等組成，軟件選用匯編語(yǔ)言編程。 在計(jì)算機(jī)沒有發(fā)明之前，這些控制都是我們難以想象的。 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的過(guò)程控制 ， 有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量 ， 因而設(shè)計(jì)一 種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的 [2]。目前，單片機(jī)在工業(yè)控制 系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 ： AT89C51； DS18B20； PID 控制 。并詳細(xì)地論述了 以 單片機(jī)為處理器的電加熱飲 水機(jī)的硬件、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)編程和抗干擾設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題。本 系統(tǒng) 以 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)為核心，由DS18B 信號(hào)處理電路 、 鍵盤控制電路 、 LED 顯示電路 、 輸出控制電路 等構(gòu)成。 II Abstract This paper introduced a singlechip microputer which used in electric heating water dispenser as a design method, the electric heating water dispenser with a high degree of automation, security, and multifunctional, easy to use, small power, heating quickly, and high reliability. The paper described in detail by the singlechip processor power for heating water dispenser hardware, software design, system design, programming and antijamming controller ATMEL Corporation AT89C51 singlechip microputer as the core, by the DS18B20, signal processing circuit, eyboard control circuit, ED display circuit, utput control circuit, etc. The process mainly includes the main program, isplay control subroutine, PID control subroutine and so on. At the same time, software and hardware are designed to take aneffective antijamming measures. Key words: AT89C51。特別是其中的 C51 系列單片機(jī)的出現(xiàn)，由于它具有極好的穩(wěn)定性，更快和更準(zhǔn)確的運(yùn)算精度 [1]，它的出現(xiàn)不但推動(dòng)了工業(yè)的生產(chǎn)，也影響著人們的工作和學(xué)習(xí) 。 水溫控制系統(tǒng)概述 在現(xiàn)代冶金、石油、化工及電力生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一。而當(dāng)今，隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)，而且計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)水溫控制并提高控制的精確度不僅是 可以達(dá)到的而且是容易實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)可將溫度傳感器檢基于單片機(jī)的飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 測(cè)到的水溫模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示于 LED 顯示器上。 (2) 主要性能指標(biāo) ①溫度設(shè)定范圍 ： 0~95℃ ， 最小區(qū)分度為 1℃ 。 ②采用 適當(dāng)?shù)目刂品椒▽?shí)現(xiàn)當(dāng)設(shè)定溫度或環(huán) 境溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí) 和超調(diào)量 。我們提出以下兩種方案： 方案 1：此方案是采用傳統(tǒng)的二位模擬控制方法 ，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，采用上下限比較電路將反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或者不加熱。使用單片機(jī)具有編程靈活，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)能簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過(guò)軟件編程能實(shí)現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度 高的特點(diǎn)。 方案 2： 采用溫度傳感器 DS18B20。此外 DS18B20 是溫度電流傳感器，對(duì)于提高系統(tǒng)抗干擾能力有很大的幫助 [10]。 方案 2： 采用單片機(jī) AT89C51 的串口對(duì)主電路進(jìn)行通信，并對(duì) LED 顯示進(jìn)行控制這種方案既能很好的控制顯示，又為主單片機(jī)大大的減少了程序的復(fù)雜性，而且具有體積小，價(jià)格便宜的特點(diǎn) [11]。但由于系統(tǒng)用到較多的 I/O 口，因此此芯片資源不夠用 [9]。 模擬部分和數(shù)字部分 ： 主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、 顯示電路、控制執(zhí)行電路 [3]。其引腳排列及含義如 圖 所示。 (4)溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間 ： DS18B20 的轉(zhuǎn)換時(shí)間與設(shè)定的分辨率有關(guān) ， 當(dāng)設(shè)定為 9 位時(shí)最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 ； 10 位時(shí) ， 為 ms； 11 位時(shí) ， 為 375ms； 12 位時(shí) ， 為 750ms。在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn) DS18B20 在解決各種誤基于單片機(jī)的飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 差、可靠性和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化等方面與傳統(tǒng)各種 溫度傳感器相比 ， 有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。且其信息傳輸只需 1 根信號(hào)線 ， 與單片機(jī)接口十分簡(jiǎn)便 。在本系統(tǒng)中用外接電源， DQ 接到AT89C51 的 P13 端， R1 為信號(hào)和 5V 電源之間的上拉電阻 [15]。采用脈寬調(diào)制輸出控制電爐與電源的接通和斷開比例，以通斷控制調(diào)壓法控制電爐的輸入功率。單片機(jī)AT89C51 內(nèi) 部有 8KB 單元的程序存儲(chǔ)器及 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 (1)AT89C51 的特點(diǎn) ① AT89C51 與 MCS51 系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； ② 片內(nèi)有 4K 字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器； ③ 全靜態(tài)工作 ， 工作范圍 ： 0Hz~24MHz； E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U08 9C 5 1R6R E S 2R5R E S 2+ 7V2 20 V~U1D1A M PQ1Q2V C CR7R E S 2R8R E S 2R9R E S 2C9IC 1IG B T 圖 控制執(zhí)行部分電路 ④ 三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密； ⑤ 1288 位內(nèi)部 RAM； ⑥ 32 位雙向輸入輸出線； ⑦ 兩個(gè)十六位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； ⑧ 五個(gè)中斷源 ， 兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)； ⑨ 一個(gè)全雙工的異步串行口； ⑩ 間歇和掉電兩種工作方式 。只要程序長(zhǎng)度小于 4k，四個(gè) I/O 口全部提供給用戶。 P0 口是三態(tài)雙向口 ， 通稱數(shù)據(jù)總線口 ， 因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀 /寫操作。由于 單片機(jī) 的供電電源為 5V， 光電耦合器需要的電源是 7V，顯示模塊等其它電路需要 5V 的電源，因此電路中選用 7805 和 7807 兩種穩(wěn)壓芯片，其最大輸出電流為 ，能夠滿足系統(tǒng)的要求，其電路如上圖 所示。 PWM（ Pulse Width Modulation）控制就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù) ， 通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值） 。這里所說(shuō)的效 果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同；如果將輸出波形進(jìn)行 傅氏分解，則低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。圖中 e(t)為電壓窄脈沖，其形狀和面積分別如圖 (a)、 (b)、 (c)、 (d)所示，為電路的輸出。脈沖越窄，各 i(t)波形的差異也越小。 下面分析如何用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波 如圖 ?？梢钥闯?，各脈沖的幅值相等，而寬度是按正弦規(guī)律變化的。 要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。將要介紹的 PWM 整流電路中，其 PWM 波也是等幅的。除此之外，也還有 PWM 電流波。本章講述的 PWM 控制技術(shù)實(shí)際上主要是SPWM 控制技術(shù)。對(duì)管的輸出經(jīng)電阻 R1 驅(qū)動(dòng) IGBT， R3 為柵射結(jié)保護(hù)電阻， R2 與穩(wěn)壓管 VS1 構(gòu)成負(fù)偏壓產(chǎn)生電路， VS1 通常選用 1W/ 的穩(wěn)壓管。因此從主機(jī)到 DS18B20 僅需一條線進(jìn)行通信。 為了適應(yīng)不同場(chǎng)合的測(cè)溫要求 ，DS18B20 采用 3 種封裝形式 ， 即 TO29 8 腳 SO、 8 腳 可用于遠(yuǎn)距離測(cè)溫 ， 后兩種可安裝于儀器設(shè)備的內(nèi)部 ， 用于環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)或室內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)等 。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示 ， 主要包括寄生電源電路、 64 位只讀存儲(chǔ)器 (ROM)和單線接口、存儲(chǔ)器和控制邏輯、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存存儲(chǔ)器、溫度傳感器、報(bào)警上限寄存器 TH、報(bào)警下限寄存器 TL、配置寄存器和 8 位 CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 )發(fā)生器 。 當(dāng) DS18B20 采用外部供電方式時(shí) ， 主機(jī)可以在發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令后發(fā)起一次讀時(shí)隙 .若此時(shí)該 DS18B20 已經(jīng)完成溫度轉(zhuǎn)換 ， 它將會(huì)返回 “ 1” ， 否則返回 “ 0” 。 DSl8B20 中還有用于貯存測(cè)得的溫度值的兩個(gè) 8位存貯器 RAM，編號(hào)分別為 0 號(hào)和 1 號(hào)。 其主要特性有： (1)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。 (5)測(cè) 溫范圍 55℃ ～ +125℃ ， 在 10～ +85℃ 時(shí)精度為 177。 (8)測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，傳送給 彈片機(jī) 可傳送 CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 [28]。 DS18B20 測(cè)溫原理如圖 所示。計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1 新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。光刻 ROM的作用是使每一個(gè) DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20的目的。 圖 DS18B20 測(cè)溫原理 (3)DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性低溫度系數(shù)晶振高溫度系數(shù)晶振斜率累加器預(yù)置計(jì)數(shù)器 1計(jì)數(shù)器 2溫度寄存器比較減到0減到0預(yù)置停止加 1LSB置位 / 清除 6 4 位ROM和單線接口存儲(chǔ)器與控制邏輯高速緩存溫度傳感器高溫觸發(fā)器 TH低溫觸發(fā)器 TL配置寄存器8 位 CRC 發(fā)生器GNDDQVCC基于單片機(jī)的飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 的可電擦除的 EEPRAM， 后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL和結(jié)構(gòu)寄存器。在 DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)。 LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。共陽(yáng)極型是將各段發(fā)光二極管的正極連在一起，作為公共端 COM，某筆段接低電平發(fā)光，高電平時(shí)不發(fā)光，如 圖 (c)所示。 LED 數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)其材料不同，正向降壓一般為~2V， 額定電流為 10mA，最