【文章內(nèi)容簡介】 體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡技術等方面得到了廣泛的應用 ，特別是單片機技術的開發(fā)與應用，標志著計算機發(fā)展史上又一個新的里程碑。作為計算機兩大發(fā)展方向之一的單片機，以面向?qū)ο蟮膶崟r控制為己任，嵌入到如家用電器、汽車、機器人、儀器儀表等設備中，使其智能化。 水溫檢測控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學研究和人們的生活領域中，得到了廣泛應用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時候都需要對水溫進行嚴格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用水溫控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進行有效控制，保證生產(chǎn)的自動化、智能化能夠順利、安全進行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。水溫控制系統(tǒng) 應用十分廣闊。 水溫控制系統(tǒng)設計的意義 隨著社會的發(fā)展，在各個領域的科學與技術，應用和測量儀器的進展，智能化是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)的主流。溫度測量與控制系統(tǒng)，控制對象的溫度。廣泛應用于日常生活和工業(yè)溫度控制領域，如溫室 、 發(fā)酵罐 、 電源和其他地方的溫度控制。和溫度控制完成人工并沒有足夠的重視，在很多地方都需要的溫度監(jiān)測，以防止發(fā)生意外。 針對這一問題，該系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)了連續(xù)的溫度控制系統(tǒng)，溫度控制精度高，它被廣泛使用，功能強大，小巧美觀，攜帶方便，是一種實用，價廉的控制系統(tǒng)。特別是近年來，溫度控制系統(tǒng) 已經(jīng)應用到人們的生活的每一個方面，溫度控制的發(fā)展和人們的生活密切相關。水是一種重要的資源，我們的生存，無論是在工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，我們的日常生活中隨處可見不能沸水。為了控制水溫，可以大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約資源，提高我們的生活質(zhì)量。在當今水資源日益匱乏，具有簡單和擴展溫度控制系統(tǒng)，對我們社會的可持續(xù)發(fā)展，都具有十分重要的意義。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 方案設定與總體設計 2 2 方案設定與總體設計 方案設定 單片機及水溫控制方案 建立單片機水溫控 制系統(tǒng)可以采用 51 系列單片機作為主控系統(tǒng)， 51 系列單片機產(chǎn)品也比較多，本人常用 AT89C52 單片機，因為該單片機編程空間大，可用編程實現(xiàn)各種算法和各種控制，而且很容易控制進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及對電磁閥門進行智能控制，從而對水的溫度進行了恒定的控制以及對溫度的顯示。而水溫主要靠溫度傳感器對控制水浴進行檢測，然后把檢測得到的溫度穿給單片機，從而達到控制目的。 冷熱水控制方案 控制冷熱水閥現(xiàn)在通常用電機轉(zhuǎn)動的正反轉(zhuǎn)來控制水閥的開關，電機的轉(zhuǎn)速控制流量的大小，流量監(jiān)測使用流量傳感器。但是本設計采用的是單片機用兩 個端口直接控制冷熱水閥，當溫度高于設定恒溫值的時候，通過單片機啟動冷水閥門，當溫度低于設定恒溫值的時候啟動熱水閥門，這樣就可以達到一直處于設定溫度值的水溫效果。 電源設計方案 電源對于單片機尤為重要，因為單片機不能直接使用交流電源 220V，只有通過電源模塊電路使 220V 的交流電源轉(zhuǎn)換為 5— 12V 的直流電源才可以供單片機只用。單片機內(nèi)部電源我采用多電源供電，這樣的好處是對數(shù)字電路、驅(qū)動電路分別提供電源，大大減少了對系統(tǒng)各個模塊的干擾，以及保證了各個部分有充足的工作電流，提高了整個系統(tǒng)的安全性與可靠 性。 LED 顯示設計方案 LED 數(shù)碼管的段選 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 分別接在一起，每一個都擁有一個共陰的位選端，我采用的是十個數(shù)碼管，因為溫度傳感器的位數(shù)是三位，雖然溫度傳感器能直接讀出溫度值，但實際讀書操作有很多不便，所以用三位顯示傳感器檢測出的溫度，三位顯示鍵盤設定的恒定溫度值，兩個溫度相比較就可以直觀的查看整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另外數(shù)碼管的控制分別用兩塊芯片，由于斷選需要有鎖存功能，所以我選的是 74HC573。 控制系統(tǒng)的總體設計 溫度傳感器 DS18B20 從 水浴 環(huán)境的不同位 置采集溫度，單片機 AT89C52 獲取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當前環(huán)境中一個比較穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當前攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 方案設定與總體設計 3 通過鍵盤 設定的溫度 恒定 值，通過加熱和降溫對當前溫度進行調(diào)整。當采集的溫度經(jīng)處理后超過設定溫度的上限時，單片機通過 控制冷熱水閥門的開關來實現(xiàn)，當溫度高于設定值 1℃的時候就打開冷水閥門，注入冷水降低水溫，當檢測溫度低于設定值 1℃，控制體系啟動熱水閥門，注入熱水使水溫上升，達到水浴恒溫的效果。 當由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導致在 正常 時間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī) 定的溫度限內(nèi)的時候，單片機通過三極管驅(qū)動揚聲器發(fā)出警笛聲。 系統(tǒng)中將通過串口通訊連接 PC機 存儲溫度變化時的歷史數(shù)據(jù)，以便觀察整個溫度的控制過程及監(jiān)控溫度的變化全過程 。 圖 工作原理圖 AT89C52 MCU 鍵盤輸入 溫度傳感器 LED顯示 閥門 冷水注入 串口通訊 超溫報警 PC機 輸入電源 熱水注入 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件部分 4 3 硬件部分 單片機發(fā)展背景 經(jīng)過 1970 年的微型計算機研制成功， 與 SCM 單片微機，美國的美國英特爾公司在 1971 年生產(chǎn)的原型 4位單芯片 4004 和 1972 年生產(chǎn)的 8位單芯片 8008 的出現(xiàn)，這是首次公開亮相單片機。 1976 年，英特爾推出了首款名為 MCS48 系列單片機。小體積，功能齊全，價格低廉，贏得了廣泛的應用，而 SCM 相關的一些公司推出了自己的微控制器。 1978 年上半年， M6800 系列單片機， Zilog 的公司摩托羅拉公司推出的 Z8 系列單片機。 1980 年，英特爾推出了 MCS51 系列高性能 MCS48 系列的基礎上。這種單片機的 I / O 串行口，定時器 /計數(shù)器 16，芯 片上的內(nèi)存容量（ RAM， ROM）增加 了 優(yōu)先級的中斷處理功能 、 MCU 的功能 、 擴大尋址范圍，他們是主流產(chǎn)品單片機的應用。 1982 年，莫什特克公司和英特爾公司還推出了一種高性能 16位 MCU MK68200與 MCS96 系列， NS 公司和 NEC 公司也基于原來的 8 位 MCU 推出 16 位單芯片微電腦 HPC16040 和 μPD783 系列 。 在 1987 年，英特爾宣布 CMOS80C1961988 高性能比 8096 年兩次 EPROM87C196單片機。由于 16位 MCU 的介紹后，昂貴的設備有限公司，發(fā)展的原因有多種，尚未被廣泛使用。 8位 MCU 已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)應用的需求，因此，在 16 位單芯片同時推出的，新的高性能 8 位 MCU 已經(jīng)公布。 經(jīng)過這短短的 20年中，已經(jīng)經(jīng)歷了 4 次更新，供應鏈管理是邁向一體化，多功能，多選擇，高，速度快，功耗低，擴展存儲容量和提高兼容 I / O 功能和結構的發(fā)展方向。 80C51 系列單片機與新一代的除了外的結構特點，主要技術特點的外部接口電路的擴展，以實現(xiàn)微控制器（單片機）控制功能的使命。該系列產(chǎn)品提供了外部總線結構完美，奠定了良好的基礎，擴展和配置系統(tǒng)。由于一系列的優(yōu)良特性 80C51 系列單片機是單芯片的使用，已經(jīng)是二十 一世紀的新的科學技術的一個標志。 單片機 AT89C52 單片機 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS8 位單芯片微型計算機，包含隨機存取記憶體閃存只讀內(nèi)存 8K 字節(jié)可以被反復擦除和 256 字節(jié)（ RAM），采用 ATMEL 公司的高密度的設備，非揮發(fā)性記憶體技術，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置一般攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件部分 5 8中央處理器和 Flash 存儲單元中， AT89C52 的芯片已被廣泛用于電子工業(yè)。 AT89C52 封裝芯片如圖 ，仿真圖片如圖 所示。 圖 AT89C52PDIP封裝芯片 圖 AT89C52PDIP仿真圖片 功能特性 ① 兼容 MCS51 所有 指令系統(tǒng) ； ② 8kB 可 重復 擦寫 (可擦次數(shù) 1000 以上 ） Flash ROM； ③ 32 個 I/O 雙向口； 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件部分 6 ④ 256x8bit 內(nèi)部 的 RAM； ⑤ 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 有三 個； ⑥ 時鐘頻率 024MHz； ⑦ 可編程 UART 的 串行通道 ，二 個串行中斷； ⑧ 有 8個中斷源 ，其中有 2 個 是 外部中斷源； ⑨ 2 個 寫 讀 中斷口線， 3級加密位； ⑩ 掉電模式 與 低功耗空閑，喚醒功能 與 軟件設置睡眠； 引腳 AT89C52 是 8 位微處理器，使用行業(yè)標準的 C51 內(nèi)核，內(nèi)部功能和引腳排列8xc52，主要用于收斂調(diào)節(jié)功能控制。其特點包括主 IC 的內(nèi)部寄存器， RAM 和外部接口的初始化數(shù)據(jù)融合，收斂調(diào)節(jié)控制，收斂測試圖控制，紅外遙控信號的接收和解碼和紅外主板和 CPU 通信的功能組件。主 要有 ： XTAL1（引腳 19）和 XTAL2（引腳 18）振蕩器，外部 12MHz 振蕩器的輸入和輸出端口。 RST/ VPD（引腳 9）輸入端口復位 、 復位電路 、 外部電阻和電容。 VCC（引腳 40）和 VSS（引腳 20）的電源供給口，分別。 +5 V 電源正和負端。 P0? P3是一個可編程的通用 I / O 腳，它的功能是由軟件定義的，在本設計中， P0口（ 32? 39）被定義為 N1 功能控制端口，相應的功能的 N1 分別與銷被連接到 13 英尺，定義為 IR 輸入， 10 腳和 11 腳定義為 I2C總線控制端口（引腳 18）的 N1 SDAS 和 SCLS（引腳 19）端口， 12 英尺， 27 英尺和 28分別連接腳被定義為端口，連接到主板的 CPU 的相應的功能，針對當前系統(tǒng)的檢測和控制的收斂功能的調(diào)整項的握手信號的 功能。 P0 口： P0 口是一組 8漏極開路雙向 I/ O 口，即復用的地址 /數(shù)據(jù)總線端口。作為一個輸出端口，每個人都可以下沉 8個 TTL 邏輯門電路，到端口 P0 寫 “1” ，可作為高阻抗輸入。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，這組線分時地址翻譯（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，激活內(nèi)部上拉電阻訪問。在 Flash 編程， P0 接收指令字節(jié)，而在程序驗證，輸出代碼字節(jié)，需要外部 接上拉電阻。 P1： P1是一個 8位雙向 I / O 和內(nèi)部上拉電阻， P1輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 “1” 被寫入到端口，通過內(nèi)部的上拉電 阻端口到高電平，此時可以用作輸入。作為輸入使用時，由于內(nèi)部上拉電阻，信號引腳被外部拉低，將輸出電流（ IIL）。 P2： P2是一個 8位雙向 I/ O 內(nèi)部上拉電阻，輸出緩沖器 P2可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。端口 P2 中寫入 “1” ，通過一個內(nèi)部的上拉電阻端口到高電平，此時可以作為輸入，作為輸入在使用時，由于內(nèi)部上拉電阻，攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件部分 7 信號標簽被外部拉低，將輸出電流（ IIL）。 在對外部數(shù)據(jù)訪問到外部程序存儲器或 16 bits 的地址記憶體（用于的示例將執(zhí)行的 MOVX _AT_ DPTR 命令）的中， P2 發(fā)送一個很高 的 8個的位的地址數(shù)據(jù)。在接受采訪時與 8 個外部的數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址（例如作為的實施的 MOVX_AT_ RI 指令）， P2 口輸出閂鎖 P2 的含量。 P3 口： P3 口是一組 8 位雙向 I/ O 上拉電阻口。 P3 輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。寫 “P3” ，他們被拉高內(nèi)部上拉，可以用作輸入端口。在這個時候，一個上拉電阻被拉到低的外部 P3端口將被使用的輸出電流（ IIL）。 P3 口除了 具有 一般的 I/O 口線外， 還具有 它的第二功能 ，如表 所示： 表 P3口第二功能表 端口功能 第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（ ） 串行輸入口 T0（ ） 定時 /計數(shù)器 0外部輸入 TXD（ ） 串行輸出口 T1（ ） 定時 /計數(shù)器 1外部輸入 INT0（ ） 外中斷 0 WR（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 INT1（ ） 外中斷 1 RD（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 P3 還接收一些控制信號的 flash 編程和校驗。 RST是 復位輸入 ， 當振蕩器高高在上的兩個機器周期的水平， RST 引腳使 MCU 復位。 ALE/ PROG：當訪問外部存儲器時， ALE（地址鎖存使能）低 8個字節(jié)的地址鎖存輸出脈沖。在一般情況下，ALE 是在一個恒定的頻率的 1/6 輸出的脈沖信號發(fā)射，因此，它可以輸出時鐘用于定時目的。應當指出的是：每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過一個 ALE 脈沖。 在 Flash 編程時，此引腳也是編程脈沖輸入（ PROG）。如果有必要，可以的特殊功能寄存器（ SFR）在 D0位置 8EH 單位面積，可以禁止 ALE 操作，只有一個 MOVX和 MOVC 指令，以激活的 ALE。此外，該引腳微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序，應該設置 ALE 禁令是無效的。 PSEN：程序存儲使能（ PSEN）輸出是外部程序存儲器讀選通 脈沖信號，當AT89C52 的取指令從外部程序存儲器（或數(shù)據(jù)），兩個 PSEN 每個機器周期，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，它會跳過兩個 PSEN 信號。 EA/ VPP外部訪問啟用： CPU只訪問外部程序存儲器（地址為 0000H FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密 LB1 被編程，將內(nèi)部鎖存復位 EA 的最終狀態(tài)。 EA 端為高電平（ VCC 端）， CPU 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器指令。 Flash 存儲器編程，該引腳與 +12 V 的編程允許電源 Vpp 的，當然，這必須是該設攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件部分 8 備是使用 12V Vpp 的編程 voltage。 XTAL1：輸入到振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘 。 XTAL2：從反相輸出振蕩放大器。 特殊功能 AT89C52 的內(nèi)存， 80HFFH 共 128 個單位的特殊功能寄存器（ SFR），不是所有地址定義，從 80H 到 FFH 總共 128 字節(jié)的只是其中的一部分被定義，并且相當多的是沒有定義。沒有定義的閱讀和寫作的單位將是無效的，讀出的值的不確定性，寫入的數(shù)據(jù)將會丟失。不應該寫數(shù)據(jù)到一個未定義的元素，因為這些單元可以在未來的產(chǎn)品賦予新的功能，在這種情況下，復位后的單元號總是 “0” 。 AT89C52 此外，以 AT89C51 單片機的定時器 /計數(shù)器 0 和定時器 /計數(shù)器 1，還增加了一個定時器 /計數(shù)器 定時 /計數(shù)器 2 T2CON， T2MOD（ RCAO2H， RCAP2L）的控制和狀態(tài)位寄存器定時器 2捕捉 /16收購模式或 16個自動加載模式自動重載寄存器。 數(shù)據(jù)儲存 AT89C5280HFFH 是 256 字節(jié)的內(nèi)部 RAM， 128 字節(jié)和特殊功能寄存器（ SFR）地址重疊，是一個高 128 字節(jié)的 RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但他們是分開的物理。 當內(nèi)部地址單元的指令訪問超過 7FH，用于在指令的尋 址模式是不同的，即尋址模式?jīng)Q定訪問 128 字節(jié)的 RAM 或特殊功能寄存器的訪問。如果指令直接尋址訪問特殊功能寄存器。 例如，直接尋址指令訪問 0A0H 特殊功能寄存器（即 P2）地址單元。 MOV @ 0AH，＃ data 間接尋址指令訪問上 128字節(jié)的 RAM，例如，下面的間接尋址指令， R00A0H，訪問數(shù)據(jù)字節(jié)地址 0A0H 的內(nèi)容，而不是 P2（ 0A0H）。 MOV @ R0，＃ data 堆棧操作間接尋址方式，因此高 128 位的數(shù)據(jù)， RAM可以用作堆棧區(qū)。 方法：定時器 0 和定時器 1： AT89C52 定時器 0和定時器 1 和 AT89C51。 片上資源 定時器 2： 基本特征：定時器 2是一個 16位定時 /計數(shù)器。它可用于定時器時，還可以被用作外部事件計數(shù)器，工作方式由特殊功能寄存器 T2CON（表 3）的 C/T2 位選擇。定時器 2 有三種工作模式：捕捉模式，自動加載（向上或向下計數(shù)）和波特率發(fā)生