【正文】 常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程 S 系列的才支持在線編程 。根據(jù)學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)選用 ATMEL公司的 AT89 系列單片機(jī) [11]。而 Microchip公司的 PIC 精簡(jiǎn)指令集合（ RISC）也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的 HOLTEX公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其底價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。 第 節(jié) 選題簡(jiǎn)介 在該溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)作為核心部件進(jìn)行檢測(cè)控制，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的通用性，適時(shí)性。軟件設(shè)計(jì)包括溫度檢測(cè)模塊，加熱器控制模塊，按鍵模塊，數(shù)碼管顯示模塊和串口驅(qū)動(dòng)模塊。 MODBUS 協(xié)議的應(yīng)用為實(shí)時(shí)性和可靠性要求比較高的系統(tǒng)提供了一種很好的通訊方案，它最大限度地節(jié)約了成本、降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、提高系統(tǒng)的兼容性和可移植性。對(duì)象溫度往往要求嚴(yán)格控制，溫度控制器的引入，對(duì)提高控制精度意義重大，并已經(jīng)在諸多工程設(shè)施方面得到了廣泛的應(yīng)用。軟件設(shè)計(jì)包括溫度檢測(cè)模塊，加熱器控制模塊，按鍵模塊，數(shù)碼管顯示模塊和串口驅(qū)動(dòng)模塊?；?89C52RC 的 MODBUS 通信程序設(shè)計(jì)就是針對(duì)于溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)。溫度傳感器模塊包括 A/D 轉(zhuǎn)換模塊和傳感器模塊。 the digital control module is used to display the detected temperature value and the temperature set value, the serial port driver module used to send and receive data from the host puter. Key words： AT89C52 ,Modbus protocol ,Temperature control 目 錄 前 言 1 第 1 章 緒論 2 第 節(jié) 選題背景 2 第 節(jié) 選題簡(jiǎn)介 2 第 2 章 總體設(shè)計(jì)的技術(shù)分析 3 第 節(jié) AT89C52 單片機(jī) 3 單片機(jī)的發(fā)展 3 芯片的選擇 4 AT89C52 功能簡(jiǎn)介 5 第 節(jié) AD590 溫度傳感器 9 第 節(jié) AD0804 模數(shù)轉(zhuǎn)換原理 10 第 節(jié) MODBUS 協(xié)議 11 通訊傳送方式 12 通訊規(guī)約 12 Modbus 幀描述 13 第 節(jié) RS232 簡(jiǎn)介 14 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 16 第 節(jié) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 16 第 節(jié) 單片機(jī) AT89C52 基礎(chǔ)電路 16 復(fù)位操作和復(fù)位電路 16 振蕩電路和時(shí)鐘 17 第 3． 3 節(jié) 信號(hào)的采樣及處理 18 第 節(jié) 人機(jī)交互與串口通信單元設(shè)計(jì) 20 數(shù)碼管顯示電路 20 加熱器控制電路 20 串口通信電路 21 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 23 第 節(jié) 設(shè)計(jì)思路、主程序流程圖 23 第 節(jié) 數(shù)碼管顯示程序 24 第 節(jié) 按鍵程序 24 第 節(jié) 加熱器控制程序 25 第 節(jié) 串口收發(fā)程序 26 第 節(jié) MODBUS 協(xié)議幀格式程序 26 MODBUS 協(xié)議幀格式組裝 26 CRC 校驗(yàn) 27 MODBUS 數(shù)據(jù)幀的拆包 29 結(jié) 論 31 參考文獻(xiàn) 32 致 謝 35 附 錄 1 36 附 錄 2 37 前 言 溫度是工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一，它目前應(yīng)用于很多方面，例如水溫的控制，鍋爐的溫度控制，大棚的溫度控制等，在這里是對(duì)地鐵消防管道的的溫度控制。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使 用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。溫度傳感器模塊包括 A/D 轉(zhuǎn)換模塊和傳感器模塊。 MODBUS 協(xié)議是由 Modicon 公司開發(fā)且已是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議 [45]。 單片機(jī) [7]現(xiàn)在可以說是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公 司都推出了自己的單片機(jī)，從 8 位、 16 位到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供了廣闊的天地。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。這類單片機(jī)有NEC 公司的 MPD7800， MITSUBISHI 公司的 M337700， REVKWELL 公司的 R6500。系統(tǒng)使用 AT89C52 控制器和 AD590 溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)和顯示功能，能夠通過上位機(jī)設(shè)置上下限溫度，并且能夠?qū)Ρ豢噩F(xiàn)場(chǎng)的溫度實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)，以保持被控現(xiàn)場(chǎng)的溫度基本恒定。 2 外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2 ① XTAL1（ 19 腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。 ② ALE/（ 30 腳）：地址鎖存允許信號(hào)。 在對(duì) AT89C52 單片機(jī)片內(nèi) 8KB Flash ROM 編程（固化）時(shí)，此引腳用于輸入編程脈沖。 在對(duì) AT89C52 單片機(jī)片 內(nèi) Flash ROM 編程（固化）時(shí)，此引腳用于實(shí)施編程電源。作輸入口使用時(shí)，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)輸出一個(gè)電流 IIL 。對(duì) P3 口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 注意表 5 中的 為保留位，在 AT89C51 中 也是保留位。 ② AD590 的測(cè)溫范圍為 55℃～ +150℃。 AD590 注意事項(xiàng) Vo 的值為 Io 乘上 10K，以室溫 25℃而言，輸出值為10K 298μ A 測(cè)量 Vo 時(shí)，不可分出任何電流，否則測(cè)量值會(huì)不準(zhǔn)。 通訊傳送方式通訊傳送分為獨(dú)立的信息頭，和發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)。作為從機(jī)響應(yīng)，從機(jī)發(fā)送的功能碼與從主機(jī)發(fā)送來的功能碼一樣，并表明從機(jī)已響應(yīng)主機(jī)進(jìn)行操作。 表 2??1 信息幀結(jié)構(gòu) 地址碼 功能碼 數(shù)據(jù)區(qū) 錯(cuò)誤校驗(yàn)碼 8 位 8 位 N 8 位 16 位 地址碼：地址碼是信息幀的第一字節(jié) 8 位 ，從 0 到 255。例如，功能碼告訴從機(jī)讀取寄存器的值，則數(shù)據(jù)區(qū)必需包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長(zhǎng)度。 圖 2??2 串行鏈路上的 Modbus 幀 在 Modbus 串行鏈路，地址域只含有子節(jié)點(diǎn)地址。根據(jù)不同的傳輸模式 RTU or ASCII 使用兩種不同的計(jì)算方法 [28]。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有 2500pF 的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用 150pF/m 的通信電纜時(shí)，最大通信距離為 15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與 RS232C 制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 第 節(jié) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 地鐵管道溫度控制系統(tǒng)使用 AT89C52 控制器和 AD590 溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)和顯示功能，能夠通過上位機(jī)設(shè)置上下限溫度，并且能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)的溫度實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)，以保持被控現(xiàn)場(chǎng)溫度的基本恒定。上位機(jī)通信模塊通過串口和 PC 建立通信渠道。 RST 引腳出現(xiàn)的高電平竟會(huì)隨著對(duì)電容 C 的充電過程而逐漸回落，為了保證 RST 引腳出現(xiàn)的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，需要合理地選擇電阻和電容的參數(shù)值，而電阻和電容參數(shù)的取值隨著時(shí)鐘頻率的不同 而變化，時(shí)鐘頻率越低電阻和電容的取值越大。、一般取 20~30pF 的陶瓷電容器。因?yàn)榱鬟^ AD590 的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻 R1 和電位器 R2 的電阻之和為1kW 時(shí)，輸出電壓隨溫度的變化為 1mV/K。在 CS 和 RD 的控制下可以讀取數(shù)據(jù)結(jié)果。采用脈寬調(diào)制輸出控制電爐與電源的接通與斷開比例，以通斷控制調(diào)壓法控制電爐的輸入功率。該電路提供與 PC 的通信連接。 圖 4??2 數(shù)碼管顯示程序 第 節(jié) 按鍵程序 系統(tǒng)的按鍵部分由 4 個(gè)按鍵組成，分別是溫度設(shè)定鍵，溫度調(diào)大鍵，溫度調(diào)小鍵和確認(rèn)鍵。 圖 4??4 加熱控制程序 第 節(jié) 串口收發(fā)程序 系統(tǒng)串口部分通過 232 芯片對(duì) 232 電平和 TTL 電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該部分控制線是串口讀寫信號(hào)線，分別接單片 。 圖 4??6 MODBUS 協(xié)議幀格式組裝 CRC 校驗(yàn) 在 RTU 模式包含一個(gè)對(duì)全部 報(bào)文內(nèi)容執(zhí)行的，基于循環(huán)冗余校驗(yàn) CRC 算法的錯(cuò)誤檢驗(yàn)域。接收設(shè)備在接收?qǐng)?bào)文時(shí)重新計(jì)算 CRC 的值，并將計(jì)算結(jié)果于實(shí)際接收到的 CRC 值相比較。這個(gè)過程將重復(fù)直到執(zhí)行完 8 次移位。 本系統(tǒng)主要使用 AT89C52 芯片和 AD590 溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)和顯示功能，再通過 MODBUS 通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 的連接程序設(shè)計(jì)，通過 PC 對(duì)被控現(xiàn)場(chǎng)的溫度實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制。 International Colloquium on,2021 8 :434 438. [28] 王正富，劉覺民，陳雄 . 基于 MODBUS 協(xié)議的發(fā)電機(jī)原動(dòng)系統(tǒng)仿真器監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].2021,:3641. [29] 陸晶 ,薛偉 . 基于 MODBUS 協(xié)議的溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J]. 電子測(cè)量技術(shù) ,2021,32 12 :2527. [30] 王穎，呂顯強(qiáng)，張菁 . 485 在 PC 機(jī)與單片機(jī)間通信的應(yīng)用 [J].信息技術(shù)， 2021（ 6）： 錄 1 附 錄 2 II 89C52RC 溫度傳感器 檢測(cè)模塊 人機(jī) 互換模塊 加熱器控制 上位機(jī)通信模塊 圖 3??1 溫度控制系統(tǒng)的總體框架 開始 變量初始化 串口初始化 更新溫度值 向串口發(fā)送數(shù)據(jù) 從串口接收數(shù)據(jù) 數(shù)碼管顯示溫度 調(diào)節(jié) PID 控制程序 控制加熱器 檢測(cè)按鍵，如果按鍵按下，則更改設(shè)定溫度值 讀取 temp_value 和 PC_temp 的值 分別得到 temp_value 和 PC_temp 的個(gè)位和十位 調(diào)用顯示程序?qū)σ陨蠑?shù)字進(jìn)行顯示 返回 通過按鍵設(shè)置溫度 檢測(cè)溫度設(shè)置按鍵是否按下 檢測(cè)確定鍵是否按下 返回 N N Y Y 開始 開始 返回 Flag_ctr 為 1 打開加熱開關(guān) 關(guān)閉加熱開關(guān) N NN Y 開始 串口初始化 設(shè)置波特率 向串口發(fā)送數(shù)據(jù) 從串口接收數(shù)據(jù) 串口數(shù)據(jù)發(fā)送是否完成 串口數(shù)據(jù)接收是否完成 返回 Y Y N N 開始 初始化 準(zhǔn)備接收或發(fā)送 是否為最后一個(gè)字節(jié) 發(fā)送 接收 幀組裝 幀是否正常 刪除幀 N N Y Y CRC 碼生成子程序入口 給 CRC 賦值 0xFFFF 取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) 與 CRC 異或 與 CRC 因子異或 CRC 右移一位 移除位是 1 一個(gè)字節(jié)操作結(jié)束 全部字節(jié)操作結(jié)束 結(jié)束 Y Y Y N N N Y 判斷功能碼是否存在 計(jì)算 CRC 開始