【正文】 12]。30V 輸入電平 ? 低電源電流：典型值是 8mA ? 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標準 EIA/TIA232E 及 ITU 推薦標準 ? 雙列直插式封裝 MAX232 的管腳圖及管教說明 管腳定義： 管腳序號 名稱 功能 1 C1+ 電容倍增 充電泵電容正端 2 C1 電容倍增充電泵電容負端 3 C2+ 反向充電泵電容正端 4 C2 反向充電泵電容負端 5 V+ 充電產(chǎn)生的 + 6 V 充電產(chǎn)生的 7 R1IN RS232 發(fā)送器輸入 1 8 R2IN RS232 發(fā)送器輸入 2 9 T1OUT RS232 發(fā)送器輸出 1 10 T2OUT RS232 發(fā)送器輸出 2 11 T11IN TTL 發(fā)送器輸入 1 12 T21IN TTL 發(fā)送器輸入 2 13 R1OUT TTL 接收器輸出 1 14 R2OUT TTL 接 收器輸出 2 15 VCC 電源 16 GND 接地 圖 27 MAX232 管腳圖 MAX232 的內(nèi)部功能框圖 圖 28 MAX232 的內(nèi)部功能框圖 MAX232 主要由三部分組成： 電荷泵電路： 由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。隨著設(shè)備的不斷改進，出現(xiàn)了代替 DB25 的 DB9 接口。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定 DQ VDD 頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。工作在寄生電源模式時 VDD必須接地?！?。另外用戶還可根據(jù)實際情況設(shè)定非易失性溫度報警上下限值 TH 和 TL?？梢酝ㄟ^編程 而 實現(xiàn) 9～ 12 位的溫度轉(zhuǎn)換精度設(shè)置。在串行口進行發(fā)送 /接收數(shù)據(jù) 的時候， 每當(dāng)串行口發(fā)送 /接收完一組串行數(shù)據(jù)時串行口電路自動使串行口控制寄存器 SCON 中的 RI 或 TI 中斷標志位置位，并自動向 CPU 發(fā)出串行口中斷請求 ， CPU 響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。 AT89C51 究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式 ， 可由用戶對定時器控制寄存器 TCON 中 IT0 和 IT1 位狀態(tài)的設(shè)定來選取。 5．中斷系統(tǒng) ： 中斷系統(tǒng)是單片機的重要組成部分 之一 。如 果 采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。如果單片機系統(tǒng)采用 12MHz 晶振，則計數(shù)周期為 ： （ ） 這是最短的定時周期，適當(dāng)選擇定時器的初值可獲取各種定時時間。 2．定時器 /計數(shù)器 ： 定時器 /計數(shù)器（ timer/counter）是單片機中的重要 部件，其工作方式靈活、編程簡單，使用它對減輕 CPU 的負擔(dān)和簡化外圍電路都大有好處。如果微處理器處于 外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。當(dāng)訪問外部存儲器 的時候 ，地址鎖存 所 允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。 7．控制線 (共 4 根 ) 輸入： EA/VPP—— 片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。 3．串行口 —— RXD（串行輸入口），輸入。 P2 口 —— 8 位、準雙向 I/O 口。當(dāng)使用片外存儲器（ ROM、 RAM） 時，作地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用。掉電模式是 指 VCC 電壓低于電源下限 ， 當(dāng)振蕩器停止振動時 ， CPU 停止執(zhí)行指令。只要程序長度小于4k， 四個 I/O 口 就會 全部提供給用戶。由于 80C51 系列單片機所具有的一系列優(yōu)越的特點，獲得廣泛使用是 指日可待 的 [7]。這類單片機均帶有串行 I/O 口，定時器 /計數(shù)器為 16 位，片內(nèi)存儲容量（ RAM， ROM）都相應(yīng)增大，并有優(yōu)先級中斷處理功能，單片機的功能、尋址范圍都比早期的擴大了，它們是當(dāng)時單片機應(yīng)用的主流產(chǎn)品。而方案三 則 是采用以單片機為控制核心的控制系統(tǒng)，尤其對溫度控制，可達到模擬控制所達不到的效果，并且實現(xiàn)顯示和鍵盤設(shè)定功能，大大提高了系統(tǒng)的智能化。系統(tǒng)受環(huán)境影響 較 大，不能實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，不能用數(shù)碼管顯示，不能用鍵盤設(shè)定。 溫度是工業(yè)控制對象的主要 的 被控參數(shù)之一，如冶金，機械，食品，化工各類工業(yè)中廣泛使用的各種加熱爐，熱處理爐，反應(yīng)爐等。近兩年，國內(nèi)也出現(xiàn)了許多高精度的溫度控制系統(tǒng)產(chǎn)品，但相對于用戶來說，價格還是偏高。 [5] 展望 單片 機 為我們改變了什么？縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能 IC 卡、電子寵 物等，這些都離不開單片機。 80 年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中 占據(jù)了 首位。 采用單片機控制，這些控制技術(shù)會大大提高控制精度，不但 可以 使控制簡捷，降低 產(chǎn)品的成本， 更 提高了生產(chǎn)效率 。 然后 ， 在運行過程中將采樣的溫度 數(shù)字量 送入 單片機 ，最后用單片機來控制加熱器 ， 進行加熱或停止加熱，直到能在規(guī)定的溫度下恒溫加熱。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng) 時 ， 經(jīng)常 作為 一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。 Data Acquisition。 課題的背景及其意義 二十一世紀是科 學(xué)技術(shù) 高速發(fā)展的信息時代，電子技術(shù)、微型單片機技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛，伴隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，需要對各種參數(shù)進行溫度測量。因此，單片機溫度測量則是對溫度進行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中 可以 得到 廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中擔(dān)負著重要的測量任務(wù)。 [4] （ 2）國內(nèi)溫度測控系統(tǒng)研究 我國對于溫度測控技術(shù)的研究 則 較晚，始于 20 世紀 80 年代。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低 了，長期使用也不會擔(dān)心精度達不到了 的問題了 。 通過本次的設(shè)計， 讓 我感覺到單片機的應(yīng)用會越來越廣泛，而且，在醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展中，單片機也會越來越重要。 課題的研究方案 溫度控制系統(tǒng)是 一種 比較常見和典型的過程控制系統(tǒng)。 方案三 （如圖 13） ： 此方案采用 89C51 單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)。信號采集 溫度預(yù)設(shè) 固態(tài)繼電器 信號處理 信號放大 上線比較 下線比較 負載 圖 12 方案二框圖 AT89C51 單片機 數(shù)據(jù)采集 輸入電源 溫度控制 算法控制 圖 13 方案三框圖 第二章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 單片機的發(fā)展概況 1970 年微型計算機研制成功之后，隨之 便 出現(xiàn)了單片機（即單片微型計算機）— 美國 Intel 公司 1971 年生產(chǎn)的 4 位單片機 4004 和 1972 年生產(chǎn)的雛形 8 位單片機 8008，這也 可以 算是單片機的第一次公眾亮相。由于 16 位單片機推出的時間 比 較遲、價格昂貴、開發(fā) 設(shè)備有限等多種原因，至今還 不能 得到廣泛應(yīng)用。而在眾多的 51 系列 單片機中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51更實用，也是一種高效微控制器，因為它不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器，用戶可以用電的方式達到瞬間擦除、改寫。另外 ， AT89C51 還 同時具有 MCS51 系列單片機的所有優(yōu)點。 AT89C51 系列引腳功能 AT89C51 有 40 引腳雙列直插（ DIP）形式。 P1 口 —— 8 位、準雙向 I/O 口。 P2 口可以驅(qū)動 4 個 LSTTL負載。 —— INT1 外部中斷 1，輸入。在 FLASH 編程期間，此引腳也 可以 用于施加 12V 編程電源 （ VPP）。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。 PSEN 可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。在單片機的定時器 T0 或 T1 中，有一個定時器 在 發(fā)生由 0 到 1 的跳變時，計數(shù)器增 1，即為計數(shù)功能；在單片機內(nèi)部對機器周期或其分頻進行計數(shù)，從而得到定時，這就是定時功能。新的計數(shù)值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生 從 1到 0 的負跳變后，于下一個機器周期的 S3P1 期間裝入計數(shù)器中的，可見，檢測一個由 1 到 0 的負跳變需要兩個機器周期，所以最高檢測頻率為振蕩頻率的 1/24。在芯片 被 擦除操作中，代碼陣列全被 “ 1”并 且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 C51 系統(tǒng)有關(guān) 于 中斷的寄存器有 4 個，分別為中斷源寄存器 TCON 和 SCON、中斷允許控制寄存器 IE 和中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP；中斷源有 5 個，分別為外部中斷 0 請求 INT0、外部中斷 1 請求 INT定時 器 0 溢出中斷請求 TF0、定時器 1 溢出中斷請求 TF1 和串行中斷請求 R1 或 T1。 （ 2） 定時器溢出中斷源 定時器溢出中斷 是 由 AT89C51 內(nèi)部定時器分的中斷源產(chǎn)生 ， 故它們屬于內(nèi)部中斷。 [9] 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 DS18B20 簡介 DS18B20 是 DALLAS 公司 所 生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強易配處理器等優(yōu)點，特別適合用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接 將 溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號（按 9 位二進制數(shù)字）給單片機處理，且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片 。測溫范圍為 55~+125℃ ，在 10~85℃ 范圍內(nèi)，精度為177。 (2) DS18S20 提供了 9 位攝氏溫度測量，具有非易失性、上下觸發(fā)門限用戶可編 程的報警功能。 (7) DS18S20 具有負載特性，當(dāng)電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但是 不能正常的工作。高低溫報警觸發(fā)器 TH 和 TL，配置寄存器均由一個字節(jié)的 E2PROM 組成，使用一個存儲器 功能命令可對 TH， TL 或配置寄存器寫入。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如 此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。 圖 26 RS232 接口 接口定義： ? DCD 載波檢測 ? RXD 接收數(shù)據(jù) ? TXD 發(fā)送數(shù)據(jù) ? DTR 數(shù)據(jù)終端準備好 ? SG 信號地 ? DSR 數(shù)據(jù)準備好 ? RTS 請求發(fā)送 ? CTS 允許發(fā)送 ? RI 振鈴提示 接口電平： RS232 采用負邏輯電平： ? 15~3：邏輯 1 ? +15~+3：邏輯 0 ? 電壓值通常在 7V 左右 MAX232 簡介 MAX232 芯片是美信公司專門為電腦 的 RS232 標 準串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 ， 使用 +5V 單電源供電。其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。單片機獲取采集的溫度值，經(jīng)過處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個比較穩(wěn)定的溫度值，根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，再通過 PID 控制算法控制繼電器的通斷，從而控制加熱器的工作，使得水溫維持在設(shè)定的溫度。 [14] PID 控制理論 PID 控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值廠 r(t)與實際輸出值 y(t)構(gòu)成控制偏差 e(t)： ( ) ( ) ( )e t r t y t?? （ ） 將偏差 ()et 的比例 （ Proportional） 、積分 （ Integral） 和微分 （ Derivative） 通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進行控制，因此稱為 PID 控制。通常把 (47)式稱為 PID 的位置式控制算法。 增量式 PID 控制算法與位置式控制算法比較，有如下的一些優(yōu)點： (1) 位置式算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，算式中要用到過去偏差的累加值()ej? ，容易產(chǎn)生較大的累計誤差。 [17] 開始 初始化 DS18B20 應(yīng)答脈沖 發(fā)起 Skip Rom 命令 發(fā)起 Convert T 命令 延時 1 秒 等待溫度轉(zhuǎn)換完成 應(yīng)答脈沖 發(fā)起 Read Scratchpad 命令 讀取 第 字節(jié)即溫度數(shù)據(jù) Y Y N N 圖 52 DS18B20 實現(xiàn) 溫度轉(zhuǎn)換和 溫度 數(shù)值 讀取流程圖 顯示流程圖 圖 54 為系統(tǒng)的顯示流程圖。 畢業(yè) 設(shè) 計是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過本次設(shè)計，鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識 （ 數(shù)字模擬電路， C 語言 ， 自動控制原理等 ） ，解決實際問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的