【正文】 我們生活中廣泛使用的各種智能 IC 卡、電子寵物等，這些都離不開單片機。通過這些都使我對采用單片機設(shè)計方法有了更深的理解和掌握，同時也讓我把所學(xué)的知識廣泛的應(yīng)用到了實踐中，充分的做到了理論與實踐相結(jié)合。 通過三個月的設(shè)計，我也有很深的感觸：當(dāng)今社會在飛速發(fā)展 ，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度更是迅猛無比，尤其是單片機技術(shù)在未來社會發(fā)展中一定會起著十分重要的作用，而通過本次設(shè)計無論是 從硬件實現(xiàn)還是到整個程序的完成，無不是對我個人專業(yè)能力的一次提高和體現(xiàn)。本文以 AT89C51 系列單片機為核心，用 AT89C51 單片機作為控制器件，溫度信號通過熱敏電阻和放大器轉(zhuǎn)換成電信號，再由ADC0809 轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，測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 對于 A/D 轉(zhuǎn)換一類的 I/O 處理程序是實時處理程序，因此一般用全速斷點運行方式或連續(xù)運行方式進行調(diào)試。調(diào)試時，用 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 33 防真器的寫命令，將數(shù)據(jù)寫入計算程序的參數(shù)緩沖單元，然后從計算程序開始運行到結(jié)束，運行的結(jié)果和正確數(shù)據(jù)比較，如果對 有的測試數(shù)據(jù)進行測試，都沒有發(fā)生錯誤，則該計算程序調(diào)試成功；如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果不正確，改用單步運行方式，即可檢查出錯誤所在。錯誤原因沒有查明，沒有解決。 錯誤的原因有：中斷控制寄存器（ IE， IP）的初值設(shè)置不正確，使 CPU沒有開放中斷或不許某個中斷源請求；或者對片內(nèi)的定時器、串行口等特殊功能寄存器和擴展的 I/O 口編程有錯誤，造成中斷沒有被激活；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求無效。 解決方法：這類錯誤的原因是程序中轉(zhuǎn)移地址計算錯誤、堆棧溢出、工作寄存器沖突等。第三步是在不加電情況下，除單片機以外，插上所有的元器件，最后用仿真適配器將樣機的 單片機插座和仿真器的仿真接口相連，為聯(lián)機調(diào)試做準(zhǔn)備。 硬件調(diào)試方法 本設(shè)計調(diào)試過程中所用的調(diào)試方法有：靜態(tài)測試、聯(lián)仿真器在線調(diào)試 等。 3．電源故障：設(shè)計中存在電源故障，即上電后將造成元器件損壞、無法正常供電，電路不能正常工作。 硬件電路故障及解決方法 1．錯線、開路、短路：由于設(shè)計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的錯線、開路、短路等故障。已達到為本系統(tǒng)提供對溫度的顯示和監(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 開中斷 恢復(fù)現(xiàn)場 MOV 35H,1 MOV 35H,2 MOV 35H,3 MOV 35H,4 開始 NN N N Y Y Y Y 第 4章 軟件設(shè)計 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 的作用是將單片機系統(tǒng)與可控硅SCR 電 路隔開，避免在高壓過程中的干擾信號影響單片機的運行；可控硅 SCR的作用是相當(dāng)于一個固態(tài)的觸點，使之有能力開啟或關(guān)斷電爐，從而控制電爐通斷，以實現(xiàn)對水溫的實時控制。 顯示部分 通過 74LS164 芯片將主機處理的溫度信息顯示在 LED 數(shù)碼管上。積分器對輸入電壓在固定的時間間隔內(nèi)積分，該時間間隔通常對應(yīng)于內(nèi)部計數(shù)單元的最大計數(shù)。這些過程有些是合并進行的，例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的，且所用時間又是保持時間的一部分。 2．要把一個采樣輸出信號數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間，這就是保持過程。 1．采樣就是將一個連 續(xù)變化的模擬信號 x(t)轉(zhuǎn)換成時間上離散的采樣信號x(n)。采用數(shù)字信號處理能夠方便地實現(xiàn)各種先進的自適應(yīng)算法，完成模擬電路無法實現(xiàn)的功能，因此，越來越多的模擬信號處理正在被數(shù)字技術(shù)所取代。 5．與被檢測的溫度范圍和精度相適應(yīng)。但是，一般真正能作為實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，用于采集被控對象的溫度參數(shù)，它由溫度電壓轉(zhuǎn)換、小信號放大及 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)備或者機器內(nèi)部的溫度監(jiān)測系統(tǒng)、過程監(jiān) 控和控制系統(tǒng)。C。C 的工作溫度范圍，在 10176。總線與中央微處理器通信，僅需要單根數(shù)據(jù)線 (或地線 )。在實際的溫度測量過程中被廣泛應(yīng)用，同時也取得了良好的測量效果。靜態(tài)顯示時取 10MA 為宜，動態(tài)掃描顯示可加大脈沖電流，但一般不 超過 40MA。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，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，它是由若干個發(fā)光二極管組成的。 MR 接 +5V，不清除。由于 iU U U????，集成運放的共模抑制比要求較 高，這是缺點。 1．反相比例放大器 如圖 24 所示，集成運放的同相輸入端通過電阻 R 接地，電阻 lR 與信號源串聯(lián)，另一端接到運放的反相輸入端，運放的輸出端與反相輸入端之間接有電阻 fR ，為保證集成運放輸入級兩邊對稱， 第 2章 設(shè)計理論基礎(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是深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。它的性能特點是 短跑保護輸出 、真差動輸入級、底偏置電流為最大 100mA、每封裝含四個運算放大器、具有內(nèi)部補償?shù)墓δ?、共模范圍擴展到負(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)計理論基礎(chǔ) 16 運算放大器 LM324 本次設(shè)計所用的運算放大器是 LM324，而 LM324 的系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。 第 2章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 15 9． ALE：地址鎖存允許信號輸入端。 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 時檢測 (或接收 )外部 (內(nèi)部 )中斷源發(fā)來的中斷請求信號后先 使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位 ,然后便在下個機器周期檢測這些中斷標(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 INT0、 INT1 線上電平方能確定其上中斷請求是否有效 ,即前一次檢測為高電平和后一次檢測為低電平時中斷請求才有效。 （ 1） 外部中斷源 AT89C51有 INT0 和 INT1兩條外部中斷請求輸入線 ,用于輸入兩個外部中斷源的中斷請求信號 ,并允許外部中斷源以低電平或負(fù)邊沿兩種 中斷觸發(fā)方式來輸入中斷請求信號。 C51 系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有 4 個，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)先級控制寄存器 IP；中斷源有 5 個，分別為外部中斷 0 請求 INT0、外部中斷 1 請求 INT定時器 0 溢出中斷請求 TF0、定時器 1 溢出中斷請求 TF1 和串行中斷請求 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，直到下一個硬件復(fù)位為止。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節(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。新的計數(shù)值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生 1 到 0 的負(fù)跳變后，于下一個機器周期的 S3P1 期間裝入計數(shù)器中的，可見，檢測一個由 1 到 0 的負(fù)跳變需要兩個機器周期，所以最高檢測頻率為振蕩頻率的 1/24。定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因為 C51 系列單片機的一個機器周期由 12 個振蕩脈沖組成，所以，計數(shù)頻率 fc=fosc/12。在單片機的定時器 T0 或 T1 中，有一個定時器發(fā)生由 0 到 1的跳變時，計數(shù)器增 1，即為計數(shù)功能；在單片機內(nèi)部對機器周期或其分頻進行計數(shù)，從而得到定時，這就是定時功能。在訪問片外擴展存儲器時，低八位地址和數(shù)據(jù)由 P0 口分時傳送，高八位地址由 P2 口傳送。 PSEN 可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載。另外，該引腳被略微拉高。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。 ALE 可以驅(qū)動 8 個 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，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ——T1 定時器 /計數(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)使用片外存儲器（ ROM 及 RAM）時，輸出高 8 位地址。 P1 口可驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。在程序校驗期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，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)計理論基礎(chǔ) 9 各引腳功能敘述如下： 1．電源和晶振 VCC——運行和程序校驗時加 +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)部時鐘發(fā)生器 （當(dāng)使用外部振蕩器時， XTAL1 接地， XTAL2 接收振蕩器信號） 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，而且寫入 時間僅 10毫秒 , 僅為 8751/87C51 的擦除時間的百分之一，與 8751/87C51的 12V 電壓擦寫相比 , 不易損壞器件 , 沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，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)編程快擦快寫程序存儲器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。 下面我們就來重點介紹一下本畢業(yè)論文討論的系統(tǒng)所用的 AT89C51 系列單片機。 縱觀這短短的 20 年，經(jīng)歷了 4 次更新?lián)Q代，單片機正朝著集成化、多功能、多選擇、高速度、低功耗、擴大存儲容量和加強 I/O 功能及結(jié)構(gòu)兼容的 第 2章 設(shè)計理論基礎(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MK68200 和 MCS96 系列， NS 公司和 NEC 公司也分別在原 有 8 位單片機的基礎(chǔ)上推出了 16 位單片機 HPC16040 和 μPD783系列。它以體積小、功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應(yīng)用，同時一些與單片機 有關(guān)公司都爭相推出各自的單片機。所以，經(jīng)過對三種方案的比較，本次畢業(yè)設(shè)計采用了方案三。本方案選用了 AT89C51 芯片，不需要外擴展存儲器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單。這種方法還是模擬控制方式，因此也不能實現(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，對鍵盤進行設(shè)定。對于這種溫控對象，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（見圖 11） 第 1章 緒 論 4 圖 11 方案一的圖 此方