【正文】 穩(wěn)壓電源利用三極管的開關特性，相比傳統(tǒng)電源，在電源的節(jié)能和效率方面得到了很大的提高；適應市電變化能力強；輸出電壓可調范圍寬；在需要多組級別不同的電壓時，更節(jié)省硬件設施。故不采用這種方案。使用44的矩陣鍵盤完全符合本次設計的需求，只需要8根I/O口線，即可以全部使用P2口控制。但是，一旦項目中需要按鍵實現(xiàn)大量的功能，比如在本次設計中需要數(shù)字鍵和其它功能鍵，如果采用獨立式鍵盤，I/O口就會緊缺。中斷系統(tǒng)分為外部中斷和內(nèi)部中斷，共5個中斷源。串行口：一個全雙工的串行口，用于單片機與其他設備之間的串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，當I/O口資源緊缺時，可利用串行口傳輸，極大提高I/O口利用率。定時器/計數(shù)器：C51系列包含有兩個16位的可編程定時器/計數(shù)器分別稱為定時器/計數(shù)器T0和定時器/計數(shù)器T1；它們都具有定時器工作模式和計數(shù)器工作模式，對控制寄存器TMOD和TCON編程或位操作，可以選擇工作模式和工作方式。接下來我們選取基本結構中的重要部分進行詳細介紹：CPU：8位CPU，主要用來完成算數(shù)和邏輯運算，是單片機中最重要的部分。8位數(shù)字量鎖存在芯片內(nèi)的三態(tài)輸出鎖存器，單片機通過發(fā)送控制信號決定是否獲取數(shù)據(jù)。但其基準電壓要求為2V，而2V電壓在電子市場上的供應少，對于+5V或+15電源來說，價格要貴許多，同時其BCD碼的傳輸方式輸出會極大占用CPU的運行，且它在proteus沒有仿真模塊，不易于仿真和測試。該方案得到了廣泛應用，借鑒性高，實用性強，決定采取該方案。2. 方案2：恒流源驅動PT100用1mA恒定電流驅動PT100熱電阻，將電阻阻值（~）~，ADC0809對該電壓信號進行采樣。因此，我們對此次設計進行了多方面的論證與分析。2. 系統(tǒng)特點根據(jù)上述要求可以總結出，該系統(tǒng)要求有較高的測溫準確精度，能即時反映現(xiàn)下的溫度值，并且具有手動可調功能。11第2章 系統(tǒng)方案設計與論證 系統(tǒng)結構框圖 系統(tǒng)結構框圖 系統(tǒng)性能要求及特點 1. 系統(tǒng)性能要求以AT89C51單片機為核心，搭配合理的人機互動界面，設計一個鍋爐溫度控制系統(tǒng)。根據(jù)題目提出的設計任務及性能任務指標，通過理論分析及計算，整體把握，然后再逐步細化，分模塊的進行設計，期間輔以電路仿真軟件proteus進行電路原理仿真，最后進行各模塊的組合以完成整個系統(tǒng)的設計任務。雖說數(shù)字傳感器得到廣泛應用，但是在工業(yè)中仍是大量應用熱電阻傳感器。溫度傳感器用在生活的方方面面，從冶金行業(yè)到每一個人身邊中的一部分，它已經(jīng)隨著時代的步伐在進步。 隨著科技發(fā)展，人們對采暖方式和熱水方式漸漸發(fā)生變化，家用燃氣鍋爐進入尋常百姓家，但是國內(nèi)燃氣鍋爐的開發(fā)與應用還處于較落后的階段，市場上的大多數(shù)此類商品還是以國外為主，所以燃氣鍋爐依然有廣大市場與研究價值。但是，在大部分城市中，由于國家實行“西氣東輸”計劃，燃氣價格為普通人家所接受，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算，燃氣鍋爐更便宜，比電鍋爐應用更受歡迎。鍋爐溫度控制系統(tǒng)設計方案第1章 緒論鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的能量轉換設備之一，它通過轉化燃料中的化學能或利用電能轉化為內(nèi)能，成為人們廣為依賴的采暖工具。鍋爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定是鍋爐性能的一項重要指標，溫度過高和溫度過低都會給鍋爐的穩(wěn)定運行和生產(chǎn)造成重大的的影響，甚至發(fā)生安全事故。本設計以家用燃氣鍋爐為研究目標，使用AT89C51單片機為控制核心組成溫度控制系統(tǒng)，采用熱電阻感應溫度的變化，單片機實現(xiàn)收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、發(fā)送控制命令的功能，從各方面詳細的說明單片機在溫度控制的應用。目前使用的較為先進的溫度傳感器是數(shù)字傳感器。因為數(shù)字溫度傳感器的測溫范圍有限，不超過150℃，這與工業(yè)中經(jīng)常200℃以上的情況顯然不合適。通過查閱資料與借鑒，此次設計決定用一個多功能鍵盤實現(xiàn)諸多的設置作用和信息輸入，單片機進行自動調節(jié)。該系統(tǒng)具有自動調節(jié)和手動設置功能，通過操作界面調節(jié)，并能顯示溫度和上下限溫度，且具有歷史記錄功能。通過手動調節(jié)，控制鍋爐內(nèi)的溫度，也可以在設置后，讓鍋爐實現(xiàn)智能溫控。 溫度采集方案的論證與比較1. 方案1：采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20溫度被檢測到之后，在該傳感器內(nèi)部直接進行處理，得出相應的數(shù)據(jù)，緩存在芯片的緩沖區(qū)，等待傳輸。查詢PT100分度表可知，在0~100攝氏度以內(nèi)，其阻值依線性緩緩上升，因此，在軟件內(nèi)部建立線性方程可算出被測溫度值。 A/D轉換模塊設計方案的論證與比較1. 方案1：采用芯片MC14433實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集MC14433利用抗干擾性較好的二次積分原理為轉換方式，犧牲轉換速率以達到177。故不準備采用這種方案。ADC0809程序設計簡單，連接方便，在proteus中具有仿真模型，便于仿真和調試。片內(nèi)RAM：共258個存儲單元，分為兩個部分，低128字節(jié)RAM和特殊功能寄存器SFR[3]。定時器/計數(shù)器的核心是2個8位的特殊功能寄存器TH1和TH2，開啟定時或計數(shù)功能后，在這兩個寄存器內(nèi)每過一個時鐘周期就進行一次加“1”，計數(shù)對外部脈沖加1計數(shù)，定時則設定計數(shù)次數(shù)獲得定時時間。在多機通信中，串行口被用于異步通信，實現(xiàn)多機信息間的交流和控制[5]。 AT89C51的中斷源中斷源中斷入口地址說明0003H外部中斷0請求，低電平/下降沿有效，中斷求標志為IE0T0000BH定時器/計數(shù)器T0溢出中斷請求，中斷請求標志為TF00013H外部中斷1請求，低電平/下降沿有效，中斷求標志為IE1T1001BH定時器/計數(shù)器T1溢出中斷請求，中斷請求標志位TF1串行口0023H串行口中斷請求，當串行口完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送或接受一幀數(shù)據(jù)時請求中斷，中斷請求標志為TI或RI 鍵盤設計方案的論證與比較1. 方案1：采用獨立式按鍵在單片機外圍電路設計中，當I/O口資源充足時，我們通常選擇獨立式按鍵。故不采用這種方案。故決定采用這種方案。2. 方案2：采用LCD液晶顯示器在較為常用的顯示器中，同樣大小的LCD比LED能顯示的內(nèi)容更多，且不像LED一樣需要復雜的連線，功耗也更低。但是開關型穩(wěn)壓電源的電路組成復雜，調節(jié)困難，而且本次設計暫時可以忽略電源功耗的影響。因此，決定采用這種方案。機器語言編寫繁雜，不易人工識別和修改，匯編語言成為一些穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)程序編譯時的唯一選擇。也就是說，當我們將某一處理器的匯編程序下載到另外一個不同的處理器上進行操作時，這臺處理器將不能正常工作，這時我們必須依據(jù)這臺處理器的指令集對程序進行修改。面對時代發(fā)展，在程序設計已不僅僅只是簡單的語言表達，在設計中，我們需要許多的運算符，運用不同的數(shù)據(jù)類型，希望能得到簡潔的操作方式。更多的時候，在使用一些重復的程序模塊時，只要對這些C語言程序模塊稍作修改便可立即使用，無需擔心處理器的識別問題，現(xiàn)在很多公司都會建立自己的C語言模塊庫。在芯片內(nèi)集成了程序存儲器，數(shù)據(jù)存儲器，CPU，輸入/輸出端口等硬件模塊，基本具備一臺計算機的運行條件。 AT89C51單片機引腳功能說明AT89C51具有雙列直插封裝、方形封裝、扁平封裝三種封裝形式。2. 外接晶振引腳XTAL1和XTAL2當采用內(nèi)部時鐘方式時，XTAL1和XTAL2兩端跨接晶振和電容，并利用芯片內(nèi)部的振蕩器，共同構成時鐘發(fā)生電路，該時鐘作為單片機時鐘信號。在此次設計中，該引腳為ADC0809提供轉換時鐘信號。單片機擴展外部存儲器和輸入/輸出端口芯片時，P0口輸出8位數(shù)據(jù)作為低8位地址或數(shù)據(jù)[2]。CPU可以對P1口進行讀引腳操作和讀鎖存器操作，在讀鎖存器狀態(tài)時，P1可以進行“讀修改寫”操作。P3口：帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O口雙功能端口，在芯片上為21~28腳。當P3口用于第二功能時，8個引腳可以按位單獨定義。外接晶振的電容通常選擇為30pF左右，這兩個電容對時鐘頻率具有微調作用，晶振的頻率范圍可在3~33MHz之間。 復位電路 溫度信號的獲取 元件介紹1. PT100介紹PT100是工業(yè)中溫度檢測設備應用最廣泛的鉑熱電阻，它的測量溫度范圍為200℃~+650℃，阻值隨溫度正比例變化[8]。這是一種簡單實用的PT100應用方式，只需要在軟件中設置算法，即可根據(jù)算法快速算出結果，相對于檢索方式，節(jié)省硬件資源，運行速度也更快，此次設計就是采用此方法。 LM324引腳圖LM324是最常用的運算放大器，我們在使用前要熟知它的結構。輸入運算放大器LM324的正相輸入端，輸入LM324的反相輸入端，對LM324運用“虛短虛斷”分析可知，流過PT100的電流必定恒定為1mA，不會因為PT100得阻值變化而變化。 差分放大電路 A/D轉換模塊的電路 8位A/D轉換芯片ADC08091. 主要性能ADC0809帶有8個模擬電壓輸入端口和8位數(shù)據(jù)緩存輸出端口，分時間段內(nèi)對選定的模擬電壓進行轉換。2. 引腳功能及芯片內(nèi)部結構ADC0809芯片為DIP封裝，總共28個引腳。對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下。A、B、C：地址線。ALE檢測到上升沿時，A、B、C組成的編碼被送入地址鎖存器。ADC0809以外部輸入的時鐘信號作為工作信號，可以在 50~800KHz信號下工作。既可將其連接到外部中斷口作為中斷請求信號，又可用程序查詢的方法檢測轉換是否結束。ADC0809的時鐘來源可以有兩種方法。 ADC0809時鐘電路 鍵盤電路 鍵盤界面本次設計采用44行列式鍵盤。 鍵盤界面 菜單操作菜單操作包括修改上限溫度和修改下限溫度，按下菜單鍵后，在LCD顯示屏右上角顯示出“（MENU）”，表示進入菜單操作。輸入溫度值以0開頭或未輸入任何值時按下“確定”鍵，同樣退出菜單操作。“LOW”鍵的功能與“HIGH”鍵功能基本相同，差別在于下限溫度值只允許設置兩位數(shù)，鑒于下限溫度不會要求太高，所以兩位數(shù)已經(jīng)足夠。 RAM地址映射圖 溫度控制及報警電路 溫度控制電路該溫度控制電路主要器件為光電離合器和繼電器。 溫度控制電路 聲光報警電路報警電路分為蜂鳴器報警和燈光報警兩個部分。簡單的利用三極管的開關作用，在單片機端口輸出低電平時，三極管處于飽和狀態(tài)，此時三極管相當于短路，+5V直流電壓直接加到蜂鳴器上，讓蜂鳴器工作。它有3個端口，分別是電壓輸入端Vin，電壓輸出端Vout，控制端ADJ。LM317還有許多其他的用法，比如在LM317輸入輸出電壓的范圍內(nèi)，通過懸浮在一個高電壓上，即可通過一個小電壓控制大電壓，是LM317一般用法的逆應用。本次設計取值R1=200Ω，RP1終端阻值為2KΩ，由公式（）可知，~。主流程圖非常簡單，所以主流程圖之后會對各個模塊細致解析。 鍵盤掃描程序流程圖結 論本次研究利用PT100熱電阻在不同溫度下有不同阻值的特性，通過恒流源和差分放大電路后得到變化的電壓，經(jīng)ADC0809轉換后將數(shù)據(jù)輸入單片機，用單片機進行分析數(shù)據(jù)和控制顯示、開關、報警等一系列操作，而且鍵盤的多個按鍵功能增加了人機互動的靈活性，可以更加方便的控制實時溫度。獨立鍵盤雖然操作簡單，但是缺點就是其太過簡單，在調節(jié)溫度值時，如果僅僅是小范圍調節(jié)便無關緊要，但是一旦要進行幅度較大的調節(jié)就必須不斷按鍵，相當麻煩，給操作者帶來極大的不變。由于此次設計是以仿真為主，所以選用的器件都是在proteus中存在仿真模型的電子元件。雖然在軟件中構建了線性計算減弱誤差的影響，但還是存在一定的誤差。這期間我從一個小白不斷的學習，真正體會到了知識匱乏的艱辛。感謝我的指導老師蔣中榮老師，夠順利完成畢業(yè)設計，離不開他的悉心指導。其次感謝我身邊一群知無不言的同學和室友。他們的設計思路往往讓我耳目一新，腦洞大開。顯示、按鍵、響應電路圖附錄2 總程序includeinclude define uchar unsigned chardefine uint unsigned intsbit oe=P3^0。sbit en=P3^4。uchar idata showbuffer[3]。uchar idata buffer[3]。uchar code table3[]=(menu)。 //延時子程序 void delay(int i) { int j。 }//按鍵uchar keyscan(){ uchar temp。0xf0。0xf0。 case 0xde:num=1。 case 0x7e:num=3。0xf0。0xf0。0xf0。 case 0xdd:num=5。 case 0x7d:num=7。0xf0。0xf0。0xf0。 case 0xdb:num=9。 case 0x7b:num=12。0xf0。0xf0。0xf0。 case 0xd7:num=0x44。 case 0x77:num=0x45。0xf0。 delay(5)。}void write_data(uchar dat){ rs=1。 delay(5)。 for(count=0。 add++。 for(i=0。j=500。 begin=add。 write_(begin)。 delay(2)。 else { if(fun==12) stop=0x80+0x51。