基于單片機(jī)的恒溫箱智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案-全文預(yù)覽
【正文】 時(shí)，ALE輸出信號(hào)的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器的鎖存控制信號(hào)；位本腳第二功能，在對(duì)內(nèi)EPROM編程寫(xiě)入時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端。P3口：內(nèi)部帶有上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P2口在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。當(dāng)對(duì)P1口寫(xiě)1時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。在這種模式下，P0口具有內(nèi)部上拉電阻。圖35 TLC2543與單片機(jī)接口電路 AT89C52最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)概述AT89C52是一種高性能低功耗的采用CMOS工藝制造的8位微控制器，它提供下列標(biāo)準(zhǔn)特征：片內(nèi)含8k的可反復(fù)擦寫(xiě)的ROM和2568bit內(nèi)部RAM，32條I/O線，3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷，2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源，片上震蕩器和時(shí)鐘電路。 AD的選擇及接口電路A/D、D/A轉(zhuǎn)換器是過(guò)程控制及儀器儀表、工控設(shè)備等檢測(cè)與控制裝置中應(yīng)用非常廣泛的器件。根據(jù)系統(tǒng)工作特性及精度要求，設(shè)計(jì)的放大電路如圖34所示。AD590基本應(yīng)用電路如圖33所示。AD590 具有標(biāo)準(zhǔn)化的輸出，固有的線性關(guān)系，因而便于使用。圖32 直流穩(wěn)壓電源電路原理圖 溫度采集電路的設(shè)計(jì)輸入電路部分主要是溫度的采集，通過(guò)半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD590檢測(cè)溫度，并將溫度傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)放大電路放大后，再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定，這樣就得到了比較穩(wěn)定直流電壓U0。這些直流電大多數(shù)都采用把交流電（AC）轉(zhuǎn)變成直流電（AD）的穩(wěn)壓電源的方法。恒溫箱以AT89C52為CPU組成單片機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)輸入信號(hào)的處理和輸出信號(hào)的控制。 缺點(diǎn)：（1）過(guò)載能力弱；（2）抗干擾能力差；（3）導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變；（4）控制電路比較復(fù)雜[8]。而TLC2543精度高，且與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，所以A/D轉(zhuǎn)換器采用TLC2543。TLC2543是11個(gè)模擬輸入端的12位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)換快、穩(wěn)定性好、與微處理器接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)?！?，電壓范圍：+4V—+30V，低功耗。圖21 恒溫箱的智能控制系統(tǒng)工作框圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案確定恒溫箱的智能控制系統(tǒng)采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，然后通過(guò)電流—電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過(guò)放大電路最終通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理后，各個(gè)檢測(cè)信號(hào)、控制信號(hào)、顯示信號(hào)通過(guò)單片機(jī)的I/O接口傳輸，并顯示于液晶顯示器上。 溫度實(shí)時(shí)顯示；1%，測(cè)量精度小于177。設(shè)計(jì)要求：完成該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)采集測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能的能力，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力。系統(tǒng)的全部輸入輸出控制集中由單片機(jī)統(tǒng)一管理,各有關(guān)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定，可通過(guò)鍵盤(pán)輸入，設(shè)定溫度、箱溫實(shí)時(shí)值在液晶顯示模塊上顯示，操作方便。溫度的控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)較為復(fù)雜的控制，其控制的滯后性是整個(gè)系統(tǒng)中最難克服的難題，因?yàn)闇囟鹊淖兓羌儨蟓h(huán)節(jié)，而溫度的控制也是一個(gè)慣性大，應(yīng)變慢的控制對(duì)象[2]。本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)、研發(fā)的數(shù)字恒溫箱能非常好地解決這些問(wèn)題。恒溫箱的智能控制系統(tǒng)采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器滿足溫度測(cè)量要求，溫度傳感器將采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，然后再由轉(zhuǎn)換電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過(guò)放大電路和模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)處理后，將測(cè)量得到的溫度值顯示于液晶顯示器上。設(shè)計(jì)任務(wù)為：用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)控制溫度范圍在30℃～80℃的智能溫度控制系統(tǒng)。 溫度控制設(shè)定波動(dòng)范圍小于177。 實(shí)現(xiàn)功能：可以升溫、控溫；根據(jù)以上控制系統(tǒng)要求，可得出恒溫箱的智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖21所示。溫度傳感器具有重復(fù)性好、精度高等特點(diǎn)，其測(cè)量溫度范圍為：55℃～+150℃，線性度177。 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇采用高精度A/D轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)要求控制精度較高，且占用單片機(jī)的接口較多。晶閘管的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）功率放大倍數(shù)可達(dá)幾十萬(wàn)倍；（2）控制靈敏，反應(yīng)快；（3）損耗小，效率高；（4）體積小，重量輕；（5）改善了工作條件，維護(hù)方便。AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS－51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合，可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案.3 系統(tǒng)硬件的分析與設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件的結(jié)合是一個(gè)非常嚴(yán)格的過(guò)程，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)，硬件的設(shè)計(jì)不是一成不變的，不一定只有一種方案才能實(shí)現(xiàn)，但是每個(gè)模塊都有一個(gè)最佳的設(shè)計(jì)方案，我們要綜合考慮如何搭配各個(gè)方案，選擇哪一種方案更好，不僅要考慮一個(gè)系統(tǒng)的精度，還要從成本上考慮等很多方面的問(wèn)題。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源電路原理電子設(shè)備一般都需要直流電源供電。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。因此，電源變壓器采用雙15V變壓器，輸入220V，50Hz交流電，經(jīng)過(guò)單相橋式整流電路進(jìn)行整流，濾波，在分別經(jīng)過(guò)L781L7809和L7805進(jìn)行穩(wěn)壓后得到12V、9V和5V電壓分別給OP0晶閘管和單片機(jī)進(jìn)行供電，電路原理圖如圖32所示?！?，電壓范圍：+4V—+30V，低功耗。 AD590的輸出電流是以攝氏零度（對(duì)應(yīng)絕對(duì)溫度為273K）為基準(zhǔn)，每增加1℃，它會(huì)增加1μA輸出電流，因此在室溫25℃時(shí)，其輸出電流Iout=（273+25）=298μA。本設(shè)計(jì)的放大電路采用高精度集成運(yùn)放OP07做放大元件， OP07的電源電壓范圍為：3～18V，輸入電壓范圍為：0～14V。然后使用差動(dòng)的放大器，其輸出Vo為（100K/10K）（V2V1）=T/10，假設(shè)溫度為攝氏28℃，輸出的電壓接A/D轉(zhuǎn)換器，那么A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字值就與攝氏溫度成比例線性關(guān)系。 TLC2543與單片機(jī)接口電路TLC2543與單片機(jī)接口電路如圖35所示。當(dāng)P0口訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。P1口：內(nèi)部帶有上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P2口：內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙準(zhǔn)向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。?RST：復(fù)位輸入，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位。?/VPP：功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端，當(dāng)=0時(shí)，則只使用片外ROM；當(dāng)=1時(shí)，則允許使用片內(nèi)ROM。其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。TM240128
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