【文章內(nèi)容簡介】 均斷開，制冷裝置停止工作。 繼電器控制制冷電路 溫度采集電路設(shè)計本設(shè)計采用ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為溫度采集電路核心部件。在介紹溫度采集電路之前先詳細介紹一下ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。它的內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。它的轉(zhuǎn)換原理就是把輸入電壓Vi和一組從參考電壓分層得到的量化電壓進行比較，比較從最大的量化電壓開始，由粗到細逐次進行，通過每次比較的結(jié)果來確定相應(yīng)的位是0還是1。經(jīng)過不斷地比較，不斷地逼近，直到二者的差別小于某一誤差范圍時就完成了一次轉(zhuǎn)換[10]。： 溫度采集電路示意圖工作過程：把電熱爐的輸出通過電阻分壓轉(zhuǎn)換成0～5V的模擬信號輸入到IN0引腳，然后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后，數(shù)字信號從D0～D7引腳輸出送給單片機，單片機再對信號進行相應(yīng)處理。各引腳的功能如下：（1）IN0～IN7：8通道模擬量輸入端；（2）D0～D7：結(jié)果數(shù)據(jù)輸出端；（3）START：啟動轉(zhuǎn)換命令輸入端。在該引腳上加高電平，就開始轉(zhuǎn)換；（4）EOC：轉(zhuǎn)換介紹指示腳。在平時它為高電平，在轉(zhuǎn)換開始后和轉(zhuǎn)換過程中為低電平，轉(zhuǎn)換一結(jié)束，它又變回了高電平；（5）ALE：地址鎖存允許信號；（6）OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，這個引腳加高電平，即打開輸出緩沖器三態(tài)門，讀出數(shù)據(jù)；（7）CLK：時鐘脈沖輸入端。ADC0808典型的時鐘頻率為640kHz，轉(zhuǎn)換時間是100us；（8）A，B和C：三位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路；（9）REF(+)，REF()：參考電壓輸入端[11]。 LED數(shù)碼管顯示電路設(shè)計在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進行人機對話，這包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結(jié)果等[12]。 LED數(shù)碼管顯示器由8個發(fā)光二極管中的7個長條發(fā)光二極管按a、b、c、d、e、f、g順序組成“8”字形，另一個點形的發(fā)光二極管放在右下方，用來顯示小數(shù)點。數(shù)碼管按內(nèi)部連接方式又分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。若內(nèi)部8個發(fā)光二極管的陽極連在一起接電源正極，就稱為共陽極數(shù)碼管；若8個發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，則稱為共陰極數(shù)碼管。LED顯示電路由位驅(qū)動電路和段驅(qū)動電路組成。因為單片機的并行口不能驅(qū)動LED顯示器，所以必須采用專門的驅(qū)動電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅(qū)動電路的驅(qū)動能力較差，即負載能力不夠，顯示器亮度就較低，而且驅(qū)動電路長期在超負荷狀態(tài)下運行容易損壞。 LED顯示器的顯示控制方式分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種，如果選擇靜態(tài)顯示，那么LED驅(qū)動器的選擇比較簡單，只要驅(qū)動器的驅(qū)動能力與顯示器的電流相匹配即可，而且一般只需考慮斷的驅(qū)動，因為共陽極接5V而共陰極接地所以位的驅(qū)動無須考慮；而動態(tài)顯示則不一樣，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段和位選信號共同配合完成的，因此，要同時考慮段和位的驅(qū)動能力，而且段的驅(qū)動能力決定了位的驅(qū)動能力[13]。 本系統(tǒng)采用并行驅(qū)動動態(tài)顯示。采用單片機P2口的低4位作為LED的位碼輸出信號，P0口作為段碼輸出信號。：P0口作為段碼輸出信號需外接上拉電阻。數(shù)碼管用于顯示測量的實際溫度值，設(shè)定的溫度上限值以及設(shè)定的溫度下限值。共有十位、個位、小數(shù)位、上下限顯示位（即H和L）4位顯示。 4位LED數(shù)碼管驅(qū)動電路P0口接上拉電阻時應(yīng)注意的幾點： （1）P0口作為普通I/O口的時候，需要外接上拉電阻；（2）如果外電路可以提供高電平，則P0口是否外接上拉電阻沒什么影響； （3）如果是驅(qū)動LED數(shù)碼管，那么用1KΩ左右的上拉電阻就可以了。如果希望亮度大一些，電阻可以減小些，最小不要小于200Ω，否則電流太大；如果希望亮度小一些，電阻可以增大些，增大到多少主要看亮度情況，以亮度合適為準。一般來說，超過3KΩ以上時，亮度就很弱了，但是對于超高亮度的LED，有時候電阻為10KΩ時感覺亮度還夠用。通常選用1KΩ的上拉電阻；（4）對于驅(qū)動光耦合器，如果是高電平有效，即耦合器輸入端接端口和地之間，那么和LED的情況是一樣的；如果是低電平有效，即耦合器輸入端接端口和VCC之間，同時上拉電阻的阻值需要用的特別大，用100500KΩ之間的上拉電阻都可以滿足要求[14]。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計硬件部分設(shè)計制作完成后，程序的編寫是關(guān)鍵。該系統(tǒng)程序的編寫采用模塊化程序設(shè)計，采用模塊化程序設(shè)計的優(yōu)點在于： （1）每個模塊都可以分配給不同的程序員完成，從而縮短開發(fā)周期；（2）各個模塊高聚合、模塊之間低耦合，只要模塊之間確定了參數(shù)傳遞的接口，不管那個模塊內(nèi)部的改動，均不會影響其他模塊； （3）系統(tǒng)細化到模塊，條理清晰，系統(tǒng)更加容易理解和實現(xiàn)；（4）容易維護、系統(tǒng)可靠[15]。 本系統(tǒng)程序主要包括以下幾個部分：主程序（）、按鍵掃描子程序（）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器子程序（）、數(shù)碼管顯示子程序（）、中斷子程序 [16]。 主程序設(shè)計主程序通過調(diào)用各個子程序，實現(xiàn)溫度的采集、按鍵掃描、數(shù)碼管顯示、數(shù)據(jù)處理等功能。： 本設(shè)計只給出主程序、模數(shù)轉(zhuǎn)換器子程序、數(shù)碼顯示管子程序、中斷子程序的流程圖，按鍵掃描子程序的流程圖在這沒有給出。 設(shè)置溫度上下限結(jié)束開始Y閃爍顯示報警并加熱報警并制冷不打開報警和制冷制熱溫度下限溫度上限判斷溫度數(shù)碼管顯示溫度轉(zhuǎn)換非設(shè)置模式設(shè)置模式？顯示模式Key掃描N 主程序流程圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換器子程序設(shè)計：開始送ALE上跳沿鎖存地址送STARTA上跳沿內(nèi)部寄存器清0YEOC=0N取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送R0返回 模數(shù)轉(zhuǎn)換器子程序流程圖 數(shù)碼管顯示子程序設(shè)計 ：NY結(jié)束顯示完畢？送顯示數(shù)據(jù)送掃描脈沖讀取預(yù)顯示內(nèi)容設(shè)置顯示模式系統(tǒng)初始化開始 數(shù)碼管顯示子程序流程圖 中斷子程序設(shè)計：YN計數(shù)、計時加載TH、TL的值執(zhí)行CLK=~CLK是否產(chǎn)生中斷？初始化打開定時器定義定時中斷 中斷子程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試 Keil軟件調(diào)試KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。和匯編語言相比，C語言在結(jié)構(gòu)、功能、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，而且易學(xué)易用。KeilC51提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面，生成的目標(biāo)代碼效率很高，多數(shù)語句生成的匯編代碼也很緊湊，而且容易理解，在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢[17]。打開Keil uVision2軟件，執(zhí)行【Project】|【New Project】命令，打開【Create New Project】對話框，輸入文件名，點擊【保存】，： 目標(biāo)文件新建示意圖選擇控制芯片類型。本設(shè)計采用Intel 89C52，在【Select Device for Target ‘Target 1’】對話框中選擇AT89C52，： 單片機芯片選擇示意圖設(shè)置芯片參數(shù)。右擊【Project Workplace】中的【Target 1】，選擇【Options for Target ‘Target 1’】彈出參數(shù)設(shè)置對話框，：設(shè)置頻率為12HZ。點擊【Output】選項，勾選【Create HEX File】，點擊【確定】保存。 參數(shù)設(shè)置示意圖創(chuàng)建C文件，執(zhí)行【File】|【New】命令，或者使用快捷鍵“Ctrl+N”新建C文件。輸入并保存程序，編譯鏈接無誤后，調(diào)試運行生成HEX文件，： 調(diào)試運行示意圖 Proteus軟件調(diào)試PROTEUS是英國Labcenter Electronics公司研發(fā)的多功能EDA軟件。PROTEUS不僅是數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)/?；旌想娐返脑O(shè)計與仿真平臺，更是目前世界上最先進的單片機和嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計與仿真平臺。它真正實現(xiàn)了在計算機上完成從原理圖與電路設(shè)計、電路分析與仿真、單片機代碼調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證到形成PCB的完整的設(shè)計和仿真過程[18]。打開PROTEUS軟件，執(zhí)行【文件】|【新建】命令，或者使用快捷鍵“Ctrl+N”新建DSN文件。按照第三章硬件設(shè)計，從原件庫中選擇所需電器元器件并連接電路。： 基于單片機的恒溫控制系統(tǒng)仿真電路圖根據(jù)前面章節(jié)的設(shè)計，配置元器件的參數(shù)。Proteus電器檢測并生成元器件清單。執(zhí)行【工具】|【電器規(guī)則檢查】命令，：點擊【電器規(guī)則檢查】選項，彈出電氣規(guī)則檢測結(jié)果。： 電器規(guī)則檢查示意圖 電氣規(guī)則檢測結(jié)果選擇【材料清單】，生成材料清單，： 系統(tǒng)電路圖元器件清單QuantityReferencesValueResistors4R4,R5,R6,R7 1003R13,R16,R172002R12,R151k1R35k1R110k1R191M1R20Capacitors2C2,C330pF1C110uFIntegrated Circuits1U1AT89C521U3ADC0808Transistors7Q1Q7NPNMiscellaneous1LS1BUZZER2RL1,RL25V1RP1RESPACK81OV1OVEN1X1CRYSTALDiodes2D1,D3 1N4148 1D2,D4LEDRED 1D5LEDGREEN Proteus軟件仿真在系統(tǒng)電路圖中，雙擊89C52單片機芯片，彈出芯片設(shè)置對話框。設(shè)置時鐘頻率為12HZ，添加程序文件**.HEX。點擊【OK】選項，完成89C52設(shè)置[19]。： 89C52設(shè)置示意圖執(zhí)行【調(diào)試】|【開始/重啟動調(diào)試】命令，或者使用快捷鍵“Ctrl+F12”調(diào)試電路。調(diào)試完成后，執(zhí)行【調(diào)試】|【執(zhí)行】或者使用快捷鍵“F12”運行仿真程序。觀察現(xiàn)象是否符達到預(yù)期結(jié)果。若未能達到預(yù)期結(jié)果分析出現(xiàn)錯誤的原因，下面是對于仿真過程中出現(xiàn)的一些問題以及問題的解決方法：（1）在仿真過程中出現(xiàn)LED不顯示，主要原因在于P0口未接上拉電阻。經(jīng)過調(diào)整后，LED出現(xiàn)又閃爍現(xiàn)象，經(jīng)分析主要原因在于數(shù)碼管掃描時間間隔過大，在對程序修改后能夠正常顯示；（2）對按鍵進行操作時，不能對溫度上下限進行調(diào)整。經(jīng)過檢查電路連接無誤，主要原因在于軟件部分。認真檢查程序中關(guān)于控制各個開關(guān)動作的部分，找出程序中的錯誤并對程序進行修改后能正常工作；（3）在仿真過程中，當(dāng)溫度超過上下限時未能聽到蜂鳴器的報警聲或聲音很微弱。經(jīng)檢查分析后，主要原因在于蜂鳴器未接三極管驅(qū)動電路，經(jīng)過修改后蜂鳴器能正常工作[19]。在使用Proteus軟件畫好電路圖并寫入程序之后，運行出現(xiàn)的結(jié)果如下面的幾張仿真圖所示：其中，；；當(dāng)溫度低于下限時，蜂鳴器報警，加熱裝置工作，:當(dāng)溫度高于上限時，蜂鳴器報警，制冷裝置工作，: 設(shè)定溫度下限示意圖 設(shè)定測量溫度上限示意圖 溫度低于下限示意圖 溫度高于上限示意圖6 結(jié)論與展望本設(shè)計基本上實現(xiàn)了基于單片機的恒溫控制系統(tǒng)的基本功能：溫度測量、設(shè)定溫度上下限并報警、溫度自動調(diào)節(jié)。但由于時間不足和能力有限等各方面的原因，設(shè)計結(jié)果與預(yù)期目標(biāo)有一定差距。在預(yù)期目標(biāo)中，這個恒溫系統(tǒng)應(yīng)該能夠精確地自行調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，即當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度上限時，恒溫系統(tǒng)自動連接降溫裝置啟動以調(diào)節(jié)環(huán)境溫度降溫，使環(huán)境溫度降到設(shè)定溫度上限值以下；當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度下限時，恒溫系統(tǒng)自動連接升溫裝置啟動以調(diào)節(jié)環(huán)境溫度升溫，使得環(huán)境溫度升到溫度下限值以上。但是本設(shè)計的恒溫控制有一定的溫度誤差，這是本次設(shè)計中最大的遺憾。本次設(shè)計過程中用到的最重要的器件莫過于單片機。從19世紀70年代第一片單片機誕生以來，單片機的發(fā)展更新速度以指數(shù)函數(shù)的形式上升，從原來的僅有一片集成單片機最小系統(tǒng)芯片到現(xiàn)在加上了中斷單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、定時單元等之后，單片機變得越來越復(fù)雜，功能也越來越強大，應(yīng)用范圍也越來越廣。目前可以說是單片機行業(yè)百家爭鳴、百花齊放的時期，世界上很多的大芯片公司都推出了自己的單片機[20]。現(xiàn)在單片機滲透到我們生活的很多領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。例如導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，計算機的網(wǎng)絡(luò)通