【正文】 ................... 25 系統(tǒng) PCB 圖 ........................................................... 26 7 軟件設(shè)計(jì) ................................................. 26 軟件組成 ............................................................. 27 主程序模塊 ........................................................... 27 數(shù)據(jù)采集模塊 ......................................................... 28 初始化程圖 ......................................................... 28 溫度設(shè)置模塊 ......................................................... 30 軟 件抗干擾措施 ....................................................... 31 8 結(jié)論 ..................................................... 32 謝 辭 ...................................................... 33 參考文獻(xiàn) .................................................... 33 附 錄 ...................................................... 34 6 第 6 頁(yè) 共 54 頁(yè) 引言 溫度是生活及生產(chǎn)中非常基本的物理量，它是物體冷熱程度的表征。設(shè)計(jì)中采用 MCS51 單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行控制，是因?yàn)槠渚哂锌刂品奖?、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大，集成度高，功能強(qiáng)，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，能耗低，價(jià)格便宜，可靠性好，抗干擾能 力強(qiáng)和使用方便等方面的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)；而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。所以此裝置不僅輕便、穩(wěn)定，而且功能非常實(shí)用。自然界中一切物理和化學(xué)過程都緊密與溫度相關(guān)聯(lián)。因此，對(duì)溫度的控制精度要求，如果是比較高的情況下，沖現(xiàn)象是不允許出現(xiàn)的，即目標(biāo)溫度的控制不能讓實(shí)際溫度超過。 溫度測(cè)控技術(shù)包括兩個(gè)方面。 輻射測(cè)溫技術(shù)：隨著光電和紅外探測(cè)器的發(fā)展 ,出現(xiàn)了多種多樣的紅外測(cè)溫儀 ,紅外測(cè)溫技術(shù)得到了更多的應(yīng)用。如藍(lán)寶石黑體空腔式光纖高溫計(jì) ,具有測(cè)溫高、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn) ,可以部分取代貴金屬熱電偶。課題的需要完成的主要任務(wù)有： （ 1）搭建單片機(jī)的最小系統(tǒng)，包括復(fù)位電路、供電電路、時(shí)鐘電路。并實(shí)現(xiàn)具有雙通道的溫度自動(dòng)控制功能的系統(tǒng)。 單片機(jī)快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集、然后處理、顯示溫度和控制主要是時(shí)鐘電路，提供的時(shí)鐘頻率，使單片機(jī)能正常的處理許多任務(wù)。STC12C5A60S2 單片機(jī)屬于增強(qiáng)型單片機(jī)， 具有高速，寬電壓，低功耗，低成本 ,并且具有 2 個(gè)雙全工串口通信接口等特點(diǎn)?？梢允褂闷渥鳛楸菊n題的顯示模塊。溫度變化會(huì)造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。因此本課題選用 DS18B20 作為測(cè)溫器件。具有五個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，兩個(gè)外部中斷、兩個(gè)定時(shí)中斷還用一個(gè)通信中斷，可以對(duì)溫度檢測(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分時(shí)操作，這樣就可以對(duì)被測(cè)物體溫度監(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確、延時(shí)性更小，同時(shí)也可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單實(shí)用 [1]。外部 12 第 12 頁(yè) 共 54 頁(yè) 電源供電在電路設(shè)計(jì)中通過插針引出兩個(gè)引腳負(fù)責(zé)外接其他電源，而電源要求供電必須在 5V，因?yàn)榇藭r(shí)接入的電路并沒有相應(yīng)的保護(hù)電路。管腳 1 16 為電源供電接入。 復(fù)位電路 （ 1） 復(fù)位電路原理圖 圖 46 復(fù)位電路原理圖 （ 2） 復(fù)位電路說明 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容 C1 的大小直接影響單片 機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用 10~30uF， 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。 表 41 按鍵 鍵名 功能 KEY1 選定修改鍵 可選定將要修改的溫度限數(shù)值 KEY2 調(diào)控鍵 加 1 KEY3 調(diào)控鍵 減 1 KEY4 通道選擇鍵 可以選擇工作的通道 按鍵電路中的按鍵分別與 、 、 、 口連接，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入，單片機(jī)在初始化各管腳都是出于高電平狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候，則對(duì)應(yīng)管腳的電平將被拉低，從而我們只需要在單片機(jī)程序中，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)掃描檢測(cè)到低電平時(shí)，則說明該按鍵被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的輸入控制。當(dāng)其處于飽和狀態(tài)的瞬間，將驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，集電極輸出一個(gè)高電 平給蜂鳴器。 在此基礎(chǔ)上，考慮到大部分的外接模塊為大功率用電器，因而需要用到繼電器作為開關(guān)，實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)的輸出控制信號(hào)控制繼電器，從而控制大功率用電器的工作狀態(tài)。 （ 52有 384bytes 的 RAM） ； （ 3） 32 條 I/O 口線 17 第 17 頁(yè) 共 54 頁(yè) GND：接地。 P1 口的輸出緩沖能接受或輸出 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。在這種情況下， P2 口使用強(qiáng)大的 內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出 1時(shí)。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。另外，該引腳被略微拉高。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入 。 （ 3）體積小、 重量輕，液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 第 5腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。（說明：1為高電平、 0為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 DS18b20 溫度傳感器 DS18B20 的簡(jiǎn)介 溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場(chǎng)合時(shí) DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器當(dāng)仁不讓。固有測(cè)溫分辨率為 ℃。64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X^8＋ X^5＋ X^4＋ 1）。 ④ 延時(shí) 750微秒（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從 480 到 960 微秒）。 ③ 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。 ④ 延時(shí) 15微秒。由于單線只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。各個(gè)模塊電路通過主機(jī)電路控制，協(xié)調(diào)一致的進(jìn)行工作。 二、實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)性是電子測(cè)量系統(tǒng)的普遍要求；即要求系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時(shí)給出處理結(jié)果。主模塊的功 能是為其余幾個(gè)模塊構(gòu)建整體框架及初始化工作數(shù) 據(jù)采集模塊的作用是將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量采集并儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理，下面就介紹本系統(tǒng)幾個(gè)主要的程序模塊。即整個(gè)控制軟件由許多獨(dú)立的小模塊組成，它們之間通 過軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊之間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原則，按功能形成模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的軀體是硬件，靈魂則是軟件，硬件電路在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)好之后，軟件是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的主要方式，而且測(cè)控系統(tǒng)的性能 27 第 27 頁(yè) 共 54 頁(yè) 很大程度上是由軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)該端口寫“ 1”，可通過內(nèi)部上拉電阻將其端 口拉至高電平，此時(shí)可作為輸入口使用，這是因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某一引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。當(dāng) DS18B29 處于寫存儲(chǔ)器和溫度 A/D 變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為 10us。 ② 延時(shí) 2微秒。 （ 2） DS18B20 的寫操作 ： 圖 58 DS18B20 寫時(shí)序 具體步驟： ① 數(shù)據(jù)線先置低電平 “0” 。 具體步驟： 圖 57 DS18B20 初始化時(shí)序 ① 先將數(shù)據(jù)線置高電平 “1” 。主要由 4 部分組成： 64 位 ROM、溫度傳感器、 23 第 23 頁(yè) 共 54 頁(yè) 非揮發(fā) 的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 （ 2）在使用中不需要任何外圍元件 （ 3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +~ + V。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖 54 是 1602 的內(nèi)部顯示地址。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 第 15～ 16腳：空腳 。高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。 常見的寄存器 表 52 符號(hào) 地址 功能介紹 B F0H B寄存器 ACC E0H 累加器 PSW D0H 程序狀態(tài)字 IP B8H 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 P3 B0H P3 口鎖存器 IE A8H 中斷允許控制寄存器 P2 A0H P2 口鎖存器 SBUF 99H 串行口鎖存器 SCON 98H 串行口控制寄存器 P1 90H P1 口鎖存器 TH1 8DH 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1（高 8位） TH0 8CH 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1（低 8位） TL1 8BH 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0（高 8位） TL0 8AH 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0（低 8位） TMOD 89H 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 TCON 88H 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 DPH 83H 數(shù)據(jù)地址指針（高 8位） DPL 82H 數(shù)據(jù)地址指針（低 8位） SP 81H 堆棧指針 LCD1602 液晶屏 1602 液晶屏的優(yōu)點(diǎn) 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （ 1）顯示高質(zhì)量：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（ IIL）。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí) 會(huì)輸出電流（ IIL）。程序校驗(yàn)時(shí)需要外接上拉電阻。 51 單片機(jī)常用管腳功能 89C51 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： 4K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)的 RAM,32 條 I/O 線， 2個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 , 一個(gè) 5 中斷源兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)雙工的串行口 , 片上震蕩器和時(shí)鐘電路。 5 關(guān)鍵元器件介紹 STC89C51 單片機(jī) 單片機(jī)主要功能 （ 1） 8 位 CPU 控制電路 （ 1） 控制電路說明 本設(shè)計(jì)主要的控制電路比較簡(jiǎn)單，主要是通過對(duì)單片機(jī)的 、 、 、 管腳的控制，分別輸出相應(yīng)的控制信號(hào) ，從而控制外接電路，外接電路的導(dǎo)通與否完全取決于是否有相應(yīng)的控制信號(hào)輸出，達(dá)到一個(gè)對(duì)控制對(duì)象的工作與否的控制，簡(jiǎn)單的說單片機(jī)的管腳的輸出信號(hào)是一個(gè)開關(guān)信號(hào)，這個(gè)開關(guān)決定了被控制對(duì)象的工作狀態(tài)。 報(bào)警電路 （ 1） 報(bào)警電路原理圖 圖 48 報(bào)警電路原理圖