【正文】 根據(jù)系統(tǒng)硬件連接圖可知，在系統(tǒng)中將 ADC0809 作為一個外部擴展并行 I/O 口，采用線選尋址。減溫 LOWLIMIT EQU 15 。 （ 6） RS232C 接口 。 (2)顯示。當偏差 e(k)絕對值較大時，暫時取消積分作用；當偏差 e(k)絕對值小于某一設(shè)定值 M時，才將積分作用投入。 圖 15 Max232 結(jié)構(gòu)圖 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 28 頁 共 52 頁 圖 16 串行電路圖 原理圖 第 29 頁 共 52 頁 圖 15 原理圖 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 30 頁 共 52 頁 3 溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)的操作過程和工作過程在程序的設(shè)計過程中起著很重要的指導(dǎo)作用，因此在軟件設(shè)計之前應(yīng)首先分析溫度控制系統(tǒng)的工作流程。 ②接口的電氣特性 在 RS232C 中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關(guān)系。由于單片機可以直接驅(qū)動 LED 顯示管，因此不需外加驅(qū)動電路了 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 26 頁 共 52 頁 圖 14 RS232C 接口電路 計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于人眼的視覺暫留時間為 秒，當每位顯示的間隔未超過 33ms 時，并在顯示時保持直到下一位顯示，則由于人眼的視覺暫留效果眼睛看上去就像是 4 位 8 段 LED 都在點亮。該設(shè)置功能模塊中包括了 0到 9 的數(shù)字按鍵，啟動設(shè)置按鍵，即“設(shè)置”按鈕，輸入錯誤時的刪除按鍵，及“刪除”鍵。若行線中有低電平，則表明有鍵被按下。矩陣鍵盤按鍵的識別方法：識別鍵盤有無鍵被按下，所有列線均置為 0 電平，檢查各行線電平是否有變化， 第 23 頁 共 52 頁 如果有變化，則說明有鍵被按下。 鍵的閉合與否，反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。報警電路圖下圖 11 所示。其工作原理如圖 9： 圖 9半導(dǎo)體降溫片工作原理圖 導(dǎo)體制冷片由許多 N型和 P 型半導(dǎo)體之顆?；ハ嗯帕卸桑?N P 之間以一般的導(dǎo)體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導(dǎo)體，最後由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來，陶瓷片必須絕緣且導(dǎo)熱良好，通上 電源 之後，冷端的熱量被移到熱端，導(dǎo)致冷端溫度降低，熱端溫度升高。 圖 8 加熱電路 降溫控制電路 若當前檢測得的溫度比設(shè)定的溫 度高，則需要對培養(yǎng)液進行降溫處理。常用的電流繼電器有欠電流和過電流繼電器兩種。電磁 式繼電器主要包括電壓式繼電器、電流式繼電器。主要由輸入電路和輸出電路等組成，輸出電路通常是觸點。當傳感器的輸出為規(guī)定的標準信號時，則稱為變送器。 GND：地。 START： A／ D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。其引腳如圖 5所示： IN 0D0D1IN 1D2D3IN 2D4D5IN 3D6D7IN 4E O CIN 5A D D AIN 6A D D BA D D CIN 7A L Ere f( )OES T A R Tre f( + )C L O C KGNDV c cA D C 0 8 0 9 圖 5 ADC0809 引腳圖 多路開關(guān)可選通 8個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。 ADC 的種類很多，性能各不相同，在實際工作中，選擇 ADC 需考慮的指標有：分辨率、轉(zhuǎn)換時間、精度、電源、輸入電源范圍、工作環(huán)境、數(shù)字輸出特性、價格等。 177。 177。 177。 177。 177。 圖 3 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 10 頁 共 52 頁 圖 4 單雙電源引腳圖 工作電壓 4～ 30V，在上述電壓范圍以內(nèi)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約 50μA），所以芯片自身幾乎沒有散熱的問題。 每升高 1176。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應(yīng)容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。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。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。當 P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平 ，并用作輸入。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 AT89C51 芯片管腳說明 : VCC：供電電壓。全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。高阻抗加熱絲和半導(dǎo)體制冷片是該溫度控制系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)部分，當采集溫度不符合要求時，則通過計算機判斷后進行調(diào)節(jié)。即用 FPGA/CPLD 完成采集，存儲，顯示及 A/D 等功能，由 IP 核實現(xiàn)人機交互及信號測量分析等功能。 控制要求 生物繁殖培養(yǎng)液的溫度要保證在適于細胞繁殖的溫度內(nèi)，這主要在控制程序設(shè)計中考慮。傳感器技術(shù)已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標志之一。 傳感器主要用于測量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能 。模擬手動操作 當系統(tǒng)發(fā)生異常，投入手動操作 ,并用 LED 顯示。即用單片機完成人機界面，系統(tǒng)控制，信號分析處理，由前端溫度傳感器完成信號的采集與轉(zhuǎn)換。溫度采集裝置采用熱電阻 ,LM35 來采集培養(yǎng)液的溫度，來看以看是否達到要求。 AT89C51 芯片具有以下特性： 32 可編程 I/O 線 當 P0口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 芯片擦除 ： 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的 控制信號 組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。 傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀 數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標。C T176。 LM35DZ 輸出為 0℃ ～ 100℃ ，而 LM35CZ輸出可覆蓋－ 40℃ ～ 110℃ ，且精度更高，兩種芯片的精度都比 LM35 高，不過價格也稍高。 177。 177。 177。 177。 ℃ 由課程任務(wù)書可知：溫度在 15?25℃范 圍內(nèi)連續(xù)可控。 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS組件。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條 地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量送入轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。當 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此 端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 16 頁 共 52 頁 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入 ?；?qū)鞲衅鬏斎氲姆请娏哭D(zhuǎn)換成電信號同時放大以便供遠方測量和控制的信號源。常用的繼電器，按用途分可分為中間繼電器、電流繼電器、電壓繼電器、時間繼電器、熱繼電器以及 溫度、壓力、計數(shù)、頻率、速度繼電器等。主要用途是在低壓控制電路中擴展其他電器的觸點數(shù)目或觸點容量，起信號中繼作用。 加熱控制電路 在讀 取到從溫度傳感模塊采集到的溫度數(shù)值后，與事先設(shè)定好的溫度值進行比較，若當前檢測得的溫度比設(shè)定的溫度低，則需要對培養(yǎng)液進行加熱處理。實際使用中也是同電阻絲加熱模塊一樣，采用繼電器，在滿足制冷條件下繼電器接通，接通制冷電源， 利用改進的 PID算法來計算 PWM 脈寬得出控制輸出。本系統(tǒng)利用半導(dǎo)體降溫片來對培養(yǎng)液進行降溫。利用按鍵可以實現(xiàn)向單片微機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令、功能切換等，是人工干預(yù)單片微機系統(tǒng)的主要手段。各個鍵相互獨立，每個按鍵獨立地與一根數(shù)據(jù)輸入線相連接。鍵盤的工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)中單片微機工作的忙、閑情況而定。由行、列線的狀態(tài)就可判斷是哪一個鍵被按下 當判斷出哪個鍵壓下后，程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理程序。如圖 13 所示為 4位 7 段數(shù)碼管的原理圖。 如下圖 14所示為該四位 8 段 LＥＤ數(shù)碼管顯示模塊的管腳連接圖。 RS232C 接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。噪聲容限為 2V。 圖 17 控制系統(tǒng)框圖 已知培養(yǎng)皿的傳遞函數(shù)為 ),1/()( 1 ?? ? sKesGc s ?? 設(shè) LT?? ，其中τ 1 為電阻加熱的時間常數(shù)， ? 為電阻加熱的純滯后時間， T? 為采樣周期。根據(jù)遞增原理可得：式中： e(K)=r(K)一 y(K)為第 K時刻所得偏差信號，其中 r(K)是給定值， y(K)是實際輸出值； ??? ????? 0 )]1()([)()()(u ip kekekdiekikek k 其中 kp 為比例增益； ki 為積分系數(shù)； kd 為微分系數(shù)。完成 A/D 轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波功能。系統(tǒng)內(nèi)部資源分配及參數(shù)設(shè)置如下： A/D 端口地址（ ADPORT）： 7FF8H 顯示緩沖起始地址（ LEDBUF）： 30H 段碼存儲起始地址（ TEMP） :40H 設(shè)定溫值存儲地址（ SETTEMP）： 50H 測量溫值存儲地址（ CURTEMP）： 51H 溫度設(shè)定上限（ HIGHLIMIT）： 25 溫度設(shè)定下限（ LOWLIMIT） 15 溫度測量上限（ HIGHTEMP）： 107 溫度測量下限（ LOWTEMP）： 21 初始化程序代碼如下： ADPORT EQU 7FF8H 。A/D 0 HIGHTEMP EQU 107 。在中斷服務(wù)程序中，“ MOV A ,DPTR”指令產(chǎn)生 RD 信號，使 OE 端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)門， 8 位數(shù)據(jù)便讀入到 CPU 中。當有鍵被按下時，按鍵的觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，這時觸點的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如果不妥善處理，將會導(dǎo)致按鍵命令的錯誤執(zhí)行和重復(fù)執(zhí)行。 由于 RS232C是早期為促進公用電話網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信而制定的標準，其邏輯電平與TTL， MOS 邏輯電平不同。 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 38 頁 共 52 頁 本通信協(xié)議的設(shè)計 思想 是 基 于 幀 傳輸方式。 ② 寫 命令幀：當 PC寫數(shù)據(jù)時， PC向 AT89C51發(fā)送的 命令 信號 (內(nèi)含 所 要 寫的數(shù)據(jù) )。 第 39 頁 共 52 頁 起 始 地 址 (2Byte): PC所 要訪 問的器件的 存貯 器起 始 地 址。 其它分 析 同上。 第 41 頁 共 52 頁 4 設(shè)計總結(jié) 通過這次課程設(shè)計，讓我受益匪淺，在設(shè)計期間通過與同學(xué)們的交流及查閱資料，讓我學(xué)習(xí)到不少的知識，不僅學(xué)習(xí)到各種芯片的功能及使用方法，同時還有一些軟件，特別是 protle，讓我印象很深的是 protel 畫原理圖，一些在庫中芯片沒有，我只能自己動手去畫，所以學(xué)會了這個技術(shù)，雖然十分麻煩，但在同學(xué)的幫助下使自己的能力 有所提高，一切迎刃而解，還掌握了 protle 的使用技巧及了解到他的強大之處，讓我興趣倍增。在這里非常感謝趙老師的指導(dǎo)和幫助，并致以誠摯的謝意！ 同時，身邊的同學(xué)給了我許多的幫助，在此，我向身邊關(guān)心我的同學(xué)致以誠摯的謝意！另外，系里的領(lǐng)導(dǎo)和老師也給了我們必要的指導(dǎo)，我也向系和年級的領(lǐng)導(dǎo)們表示衷心的感謝！最后感謝學(xué)院 對我這幾年的培養(yǎng)。 //讀出溫度暫放 int Channel=4。 EA=1。 ST=0。 _nop_()。 } } InitAdc0809()。 ChannelSelC=1。 ChannelSelC=0。 第 47 頁 共 52 頁 } void main() { Adc0808(Channel)。 case 0xeb:tem