【正文】 我們生活中廣泛使用的各種智能 IC 卡、電子寵物等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。通過(guò)這些都使我對(duì)采用單片機(jī)設(shè)計(jì)方法有了更深的理解和掌握，同時(shí)也讓我把所學(xué)的知識(shí)廣泛的應(yīng)用到了實(shí)踐中，充分的做到了理論與實(shí)踐相結(jié)合。 通過(guò)三個(gè)月的設(shè)計(jì)，我也有很深的感觸：當(dāng)今社會(huì)在飛速發(fā)展 ，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度更是迅猛無(wú)比，尤其是單片機(jī)技術(shù)在未來(lái)社會(huì)發(fā)展中一定會(huì)起著十分重要的作用，而通過(guò)本次設(shè)計(jì)無(wú)論是 從硬件實(shí)現(xiàn)還是到整個(gè)程序的完成，無(wú)不是對(duì)我個(gè)人專業(yè)能力的一次提高和體現(xiàn)。本文以 AT89C51 系列單片機(jī)為核心，用 AT89C51 單片機(jī)作為控制器件，溫度信號(hào)通過(guò)熱敏電阻和放大器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由ADC0809 轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，測(cè)溫電路采用橋式電路，溫度設(shè)定采用按鍵移位式設(shè)定方法，溫度控制采用光耦和可控硅控制加熱器。一般情況下，這樣一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)就算研制成功了。 2． I/O 處理程序的調(diào)試 對(duì)于 A/D 轉(zhuǎn)換一類的 I/O 處理程序是實(shí)時(shí)處理程序，因此一般用全速斷點(diǎn)運(yùn)行方式或連續(xù)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試時(shí)，用 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 33 防真器的寫(xiě)命令，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入計(jì)算程序的參數(shù)緩沖單元，然后從計(jì)算程序開(kāi)始運(yùn)行到結(jié)束，運(yùn)行的結(jié)果和正確數(shù)據(jù)比較，如果對(duì) 有的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，都沒(méi)有發(fā)生錯(cuò)誤，則該計(jì)算程序調(diào)試成功；如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果不正確，改用單步運(yùn)行方式，即可檢查出錯(cuò)誤所在。錯(cuò)誤原因沒(méi)有查明，沒(méi)有解決。 錯(cuò)誤的原因有：中斷控制寄存器（ IE， IP）的初值設(shè)置不正確，使 CPU沒(méi)有開(kāi)放中斷或不許某個(gè)中斷源請(qǐng)求；或者對(duì)片內(nèi)的定時(shí)器、串行口等特殊功能寄存器和擴(kuò)展的 I/O 口編程有錯(cuò)誤，造成中斷沒(méi)有被激活；或者某一中斷服務(wù)程序不是以 RETI 指令作為返回主程序的指令， CPU 雖已返回到主程序但內(nèi)部中斷狀態(tài)寄存器沒(méi)有被清除，從而不響應(yīng)中斷；或由于外部中斷源的硬件故障使外部中斷請(qǐng)求無(wú)效。 解決方法：這類錯(cuò)誤的原因是程序中轉(zhuǎn)移地址計(jì)算錯(cuò)誤、堆棧溢出、工作寄存器沖突等。第三步是在不加電情況下，除單片機(jī)以外，插上所有的元器件，最后用仿真適配器將樣機(jī)的 單片機(jī)插座和仿真器的仿真接口相連，為聯(lián)機(jī)調(diào)試做準(zhǔn)備。 硬件調(diào)試方法 本設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中所用的調(diào)試方法有：靜態(tài)測(cè)試、聯(lián)仿真器在線調(diào)試 等。 3．電源故障：設(shè)計(jì)中存在電源故障，即上電后將造成元器件損壞、無(wú)法正常供電，電路不能正常工作。 硬件電路故障及解決方法 1．錯(cuò)線、開(kāi)路、短路：由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過(guò)程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的錯(cuò)線、開(kāi)路、短路等故障。已達(dá)到為本系統(tǒng)提供對(duì)溫度的顯示和監(jiān)控的目的。 圖 42 中斷子程序 關(guān)中斷 保護(hù)現(xiàn)象 A右移一位 讀 P1口送至 A C=1? C=1? C=1? C=1? 右移一位 右移一位 右移一位 中 斷返回 開(kāi)中斷 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) MOV 35H,1 MOV 35H,2 MOV 35H,3 MOV 35H,4 開(kāi)始 NN N N Y Y Y Y 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 28 按鍵流程圖 圖 43 為系統(tǒng)的按鍵流程圖。其中光電耦合器 MOC3041 的作用是將單片機(jī)系統(tǒng)與可控硅SCR 電 路隔開(kāi)，避免在高壓過(guò)程中的干擾信號(hào)影響單片機(jī)的運(yùn)行；可控硅 SCR的作用是相當(dāng)于一個(gè)固態(tài)的觸點(diǎn)，使之有能力開(kāi)啟或關(guān)斷電爐，從而控制電爐通斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的實(shí)時(shí)控制。 顯示部分 通過(guò) 74LS164 芯片將主機(jī)處理的溫度信息顯示在 LED 數(shù)碼管上。積分器對(duì)輸入電壓在固定的時(shí)間間隔內(nèi)積分，該時(shí)間間隔通常對(duì)應(yīng)于內(nèi)部計(jì)數(shù)單元的最大計(jì)數(shù)。這些過(guò)程有些是合并進(jìn)行的，例如，采樣和保持就利用一個(gè)電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，且所用時(shí)間又是保持時(shí)間的一部分。 2．要把一個(gè)采樣輸出信號(hào)數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時(shí)模擬信號(hào)保持一段時(shí)間，這就是保持過(guò)程。 1．采樣就是將一個(gè)連 續(xù)變化的模擬信號(hào) x(t)轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的采樣信號(hào)x(n)。采用數(shù)字信號(hào)處理能夠方便地實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的自適應(yīng)算法，完成模擬電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，因此，越來(lái)越多的模擬信號(hào)處理正在被數(shù)字技術(shù)所取代。 5．與被檢測(cè)的溫度范圍和精度相適應(yīng)。但是，一般真正能作為實(shí)際中可使用的溫度傳感器的物體一般需要具備下述條件： 1．物體的特性隨溫度的變化有較大的變化，且該變化量易于測(cè)量。 圖 31 按 鍵控制電路 溫度采樣部分 溫度采樣單元，如 32 所示，用于采集被控對(duì)象的溫度參數(shù)，它由溫度電壓轉(zhuǎn)換、小信號(hào)放大及 A/D 轉(zhuǎn)換三部分組成。 根據(jù)以上這些特性而從中受益的應(yīng)用包括： HVAC 環(huán)境控制、室內(nèi)，設(shè)備或者機(jī)器內(nèi)部的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān) 控和控制系統(tǒng)。C。C 的工作溫度范圍，在 10176?？偩€與中央微處理器通信，僅需要單根數(shù)據(jù)線 (或地線 )。在實(shí)際的溫度測(cè)量過(guò)程中被廣泛應(yīng)用，同時(shí)也取得了良好的測(cè)量效果。靜態(tài)顯示時(shí)取 10MA 為宜，動(dòng)態(tài)掃描顯示可加大脈沖電流，但一般不 超過(guò) 40MA。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。 LED 數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的。 MR 接 +5V，不清除。由于 iU U U????，集成運(yùn)放的共模抑制比要求較 高，這是缺點(diǎn)。 1．反相比例放大器 如圖 24 所示，集成運(yùn)放的同相輸入端通過(guò)電阻 R 接地，電阻 lR 與信號(hào)源串聯(lián)，另一端接到運(yùn)放的反相輸入端，運(yùn)放的輸出端與反相輸入端之間接有電阻 fR ，為保證集成運(yùn)放輸入級(jí)兩邊對(duì)稱， 第 2章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 17 RRR fl/? （ 22） 比例電路輸出電壓與輸入電壓之間的函數(shù)關(guān)系為： RRUU lfi /0 ?? （ 23） RRUUAlfiu //0 ??? （ 24） 圖 24 反向比例電路 注意：反相比例電路的特點(diǎn)是深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。它的性能特點(diǎn)是 短跑保護(hù)輸出 、真差動(dòng)輸入級(jí)、底偏置電流為最大 100mA、每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器、具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?、共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列、輸入端具有靜電保護(hù)功能。 表 21 A、 B、 C 的輸入與被選通道的通道關(guān)系 被選中的通道 C B A IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 圖 22 ADC0809 的管腳圖 第 2章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 16 運(yùn)算放大器 LM324 本次設(shè)計(jì)所用的運(yùn)算放大器是 LM324，而 LM324 的系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。 第 2章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 15 9． ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 5． REF（ +）：參考電壓正端。 ADC0809 是引腳雙列直插式封裝，引腳及其功能（圖 22）： 1． D7～ D0： 8 位數(shù)字量輸出引腳。 （ 4） 中斷標(biāo)志 AT89C51 在 S5P2 時(shí)檢測(cè) (或接收 )外部 (內(nèi)部 )中斷源發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求信號(hào)后先 使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位 ,然后便在下個(gè)機(jī)器周期檢測(cè)這些中斷標(biāo)志位狀態(tài) ,以決定是否響應(yīng)該中斷。 第 2章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 14 （ 3） 串行口中斷源 串行口中斷由 AT89C51 內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生 ,也是一種內(nèi)部中斷。若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式 (IT0=1 或 IT1=1),則 CPU 需要兩次檢測(cè) INT0、 INT1 線上電平方能確定其上中斷請(qǐng)求是否有效 ,即前一次檢測(cè)為高電平和后一次檢測(cè)為低電平時(shí)中斷請(qǐng)求才有效。 （ 1） 外部中斷源 AT89C51有 INT0 和 INT1兩條外部中斷請(qǐng)求輸入線 ,用于輸入兩個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求信號(hào) ,并允許外部中斷源以低電平或負(fù)邊沿兩種 中斷觸發(fā)方式來(lái)輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)。 C51 系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有 4 個(gè)，分別為中斷源寄存器 TCON 和SCON、中斷允許控制寄存器 IE 和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 IP；中斷源有 5 個(gè)，分別為外部中斷 0 請(qǐng)求 INT0、外部中斷 1 請(qǐng)求 INT定時(shí)器 0 溢出中斷請(qǐng)求 TF0、定時(shí)器 1 溢出中斷請(qǐng)求 TF1 和串行中斷請(qǐng)求 R1 或 T1。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫(xiě) “1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。新的計(jì)數(shù)值是在檢測(cè)到輸入引腳電平發(fā)生 1 到 0 的負(fù)跳變后，于下一個(gè)機(jī)器周期的 S3P1 期間裝入計(jì)數(shù)器中的，可見(jiàn)，檢測(cè)一個(gè)由 1 到 0 的負(fù)跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，所以最高檢測(cè)頻率為振蕩頻率的 1/24。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因?yàn)?C51 系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期由 12 個(gè)振蕩脈沖組成，所以，計(jì)數(shù)頻率 fc=fosc/12。在單片機(jī)的定時(shí)器 T0 或 T1 中，有一個(gè)定時(shí)器發(fā)生由 0 到 1的跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器增 1，即為計(jì)數(shù)功能；在單片機(jī)內(nèi)部對(duì)機(jī)器周期或其分頻進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到定時(shí)，這就是定時(shí)功能。在訪問(wèn)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，低八位地址和數(shù)據(jù)由 P0 口分時(shí)傳送，高八位地址由 P2 口傳送。 PSEN 可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。另外，該引腳被略微拉高。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。 ALE 可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ——T1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入，輸入。 ——TXD（串行輸出口），輸出。 P3 口提供各種替代功能。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ ROM 及 RAM）時(shí)，輸出高 8 位地址。 P1 口可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。 圖 21 AT89C51 邏輯引腳圖 第 2章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 9 各引腳功能敘述如下： 1．電源和晶振 VCC——運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加 +5V GND——接地 XTAL1——輸入到振蕩器的反向放大器 XTAL2——反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器 （當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)， XTAL1 接地， XTAL2 接收振蕩器信號(hào)） RST：復(fù)位輸入。該芯片內(nèi)RAM 和特殊功能寄存器值保持不變 , 一直到掉電模式被終止。 AT89C51 有間歇、掉電兩種工作模式?？捎?5V電壓編程，而且寫(xiě)入 時(shí)間僅 10毫秒 , 僅為 8751/87C51 的擦除時(shí)間的百分之一，與 8751/87C51的 12V 電壓擦寫(xiě)相比 , 不易損壞器件 , 沒(méi)有兩種電源的要求，改寫(xiě)時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。 AT89C51 基本功能描述如下： AT89C51 是一種低損耗、高性能、 CMOS八位微處理器，而且在其片種還有 4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫(xiě)程序存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫(xiě)入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。 下面我們就來(lái)重點(diǎn)介紹一下本畢業(yè)論文討論的系統(tǒng)所用的 AT89C51 系列單片機(jī)。 縱觀這短短的 20 年，經(jīng)歷了 4 次更新?lián)Q代，單片機(jī)正朝著集成化、多功能、多選擇、高速度、低功耗、擴(kuò)大存儲(chǔ)容量和加強(qiáng) I/O 功能及結(jié)構(gòu)兼容的 第 2章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 7 方向發(fā)展。 1982 年 Mostek 公司和 Intel 公司先后又推出了性能更高的 16 位單片機(jī)MK68200 和 MCS96 系列， NS 公司和 NEC 公司也分別在原 有 8 位單片機(jī)的基礎(chǔ)上推出了 16 位單片機(jī) HPC16040 和 μPD783系列。它以體積小、功能全、價(jià)格低等特點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)一些與單片機(jī) 有關(guān)公司都爭(zhēng)相推出各自的單片機(jī)。所以，經(jīng)過(guò)對(duì)三種方案的比較，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用了方案三。本方案選用了 AT89C51 芯片，不需要外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。這種方法還是模擬控制方式，因此也不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做得較高，而且不能用數(shù)碼管顯示，對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)定。對(duì)于這種溫控對(duì)象，一般認(rèn)為其具有以下的傳遞函數(shù)形式： sSeKsG T ???? 1)( （ 11） 1． 方案一（見(jiàn)圖 11） 第 1章 緒 論 4 圖 11 方案一的圖 此方