【正文】 ................... 25 系統(tǒng) PCB 圖 ........................................................... 26 7 軟件設(shè)計 ................................................. 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 .................................................... 33 附 錄 ...................................................... 34 6 第 6 頁 共 54 頁 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)計中采用 MCS51 單片機來對溫度進行控制，是因為其具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大，集成度高，功能強，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，能耗低，價格便宜，可靠性好，抗干擾能 力強和使用方便等方面的獨特的優(yōu)點；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際溫度超過。 溫度測控技術(shù)包括兩個方面。 輻射測溫技術(shù)：隨著光電和紅外探測器的發(fā)展 ,出現(xiàn)了多種多樣的紅外測溫儀 ,紅外測溫技術(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 ,具有測溫高、響應(yīng)快、壽命長的特點 ,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）搭建單片機的最小系統(tǒng)，包括復(fù)位電路、供電電路、時鐘電路。并實現(xiàn)具有雙通道的溫度自動控制功能的系統(tǒng)。 單片機快速、準(zhǔn)確的進行溫度數(shù)據(jù)采集、然后處理、顯示溫度和控制主要是時鐘電路，提供的時鐘頻率，使單片機能正常的處理許多任務(wù)。STC12C5A60S2 單片機屬于增強型單片機， 具有高速，寬電壓，低功耗，低成本 ,并且具有 2 個雙全工串口通信接口等特點?？梢允褂闷渥鳛楸菊n題的顯示模塊。溫度變化會造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。因此本課題選用 DS18B20 作為測溫器件。具有五個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級，兩個外部中斷、兩個定時中斷還用一個通信中斷，可以對溫度檢測進行實時處理和分時操作，這樣就可以對被測物體溫度監(jiān)測更加準(zhǔn)確、延時性更小，同時也可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單實用 [1]。外部 12 第 12 頁 共 54 頁 電源供電在電路設(shè)計中通過插針引出兩個引腳負(fù)責(zé)外接其他電源，而電源要求供電必須在 5V，因為此時接入的電路并沒有相應(yīng)的保護電路。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 機的復(fù)位時間，一般采用 10~30uF， 51 單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。 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，用于實現(xiàn)信號的輸入，單片機在初始化各管腳都是出于高電平狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下的時候，則對應(yīng)管腳的電平將被拉低，從而我們只需要在單片機程序中，對鍵盤進行掃描，當(dāng)掃描檢測到低電平時，則說明該按鍵被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令，這樣就可以實現(xiàn)對單片機的輸入控制。當(dāng)其處于飽和狀態(tài)的瞬間，將驅(qū)動蜂鳴器報警，集電極輸出一個高電 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)，實現(xiàn)用單片機的輸出控制信號控制繼電器，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 共 54 頁 GND：接地。 P1 口的輸出緩沖能接受或輸出 4 個 TTL 邏輯門電路。在這種情況下， P2 口使用強大的 內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出 1時。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。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 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。（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、高可靠性的場合時 DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器當(dāng)仁不讓。固有測溫分辨率為 ℃。64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X^8＋ X^5＋ X^4＋ 1）。 ④ 延時 750微秒（該時間的時間范圍可以從 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 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。各個模塊電路通過主機電路控制，協(xié)調(diào)一致的進行工作。 二、實時性 實時性是電子測量系統(tǒng)的普遍要求；即要求系統(tǒng)及時響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時給出處理結(jié)果。主模塊的功 能是為其余幾個模塊構(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)字量采集并儲存到存儲器中數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進行一系列的處理，下面就介紹本系統(tǒng)幾個主要的程序模塊。即整個控制軟件由許多獨立的小模塊組成，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)計好之后，軟件是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的主要方式，而且測控系統(tǒng)的性能 27 第 27 頁 共 54 頁 很大程度上是由軟件設(shè)計實現(xiàn)的。對該端口寫“ 1”，可通過內(nèi)部上拉電阻將其端 口拉至高電平，此時可作為輸入口使用，這是因為內(nèi)部存在上拉電阻，某一引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。當(dāng) DS18B29 處于寫存儲器和溫度 A/D 變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。 ② 延時 2微秒。 （ 2） DS18B20 的寫操作 ： 圖 58 DS18B20 寫時序 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 共 54 頁 非揮發(fā) 的溫度報警觸發(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：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。 第 15～ 16腳：空腳 。高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 常見的寄存器 表 52 符號 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 定時器 /計數(shù)器 1（高 8位） TH0 8CH 定時器 /計數(shù)器 1（低 8位） TL1 8BH 定時器 /計數(shù)器 0（高 8位） TL0 8AH 定時器 /計數(shù)器 0（低 8位） TMOD 89H 定時器 /計數(shù)器方式控制寄存器 TCON 88H 定時器 /計數(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 在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點： （ 1）顯示高質(zhì)量：由于液晶顯示器每一個點在收到信號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。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（ IIL）。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時 會輸出電流（ IIL）。程序校驗時需要外接上拉電阻。 51 單片機常用管腳功能 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)的程序存儲器， 128 字節(jié)的 RAM,32 條 I/O 線， 2個 16 位定時器 /計數(shù)器 , 一個 5 中斷源兩個優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)，一個雙工的串行口 , 片上震蕩器和時鐘電路。 5 關(guān)鍵元器件介紹 STC89C51 單片機 單片機主要功能 （ 1） 8 位 CPU 控制電路 （ 1） 控制電路說明 本設(shè)計主要的控制電路比較簡單，主要是通過對單片機的 、 、 、 管腳的控制，分別輸出相應(yīng)的控制信號 ，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)的控制信號輸出，達(dá)到一個對控制對象的工作與否的控制，簡單的說單片機的管腳的輸出信號是一個開關(guān)信號，這個開關(guān)決定了被控制對象的工作狀態(tài)。 報警電路 （ 1） 報警電路原理圖 圖 48 報警電路原理圖