【文章內容簡介】 標溫度。在發(fā)熱片的溫度到達設定的目標溫度后，由于自然冷卻而使其溫度下降時，單片機通過采樣的實時溫度與設置的目標溫度比較，做出相應的控制，開啟繼電器，為發(fā)熱片通電加熱。當所測溫度超出設定好的溫度值，報警裝置的蜂鳴器將會報警提示。單片機溫度控制系統設計的硬件設計仿真圖如圖 42 所示：蜂鳴器報警發(fā)熱片數碼管顯示繼電器單片機STC89C52DS18B20 采樣按鍵電路6圖 42 仿真原理圖 單片機最小系統模塊 單片機 STC89C52 的簡介 STC89C52 是 STC 公司生產的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器。STC89C52 使用經典的 MCS51 內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統 51 單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能：8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路，3 個 16 位定時器/計數器，4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結構（兼容傳統 51 的 5 向量 2 級中斷結構） ，全雙工串行口。 STC89C52 有 40 引腳雙列直插（DIP）形式。其與 89C51 引腳結構基本相同，其邏輯引腳圖如圖 43。7 圖 43 STC89C52引腳圖 管腳說明：：供電電壓。：接地。：P0口為一個8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時，P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向 I/O 口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 ：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向 I/O 口，P2口緩沖器可接收，輸出4個 TTL 門電流，當 P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位8地址信號和控制信號。：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出4個 TTL 門電流。當 P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如表41。表41 P3口特殊功能表 ：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。9./PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現。 10./EA/VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH） ，不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA 將內部鎖定為 RESET；當/EA 端保口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時器0外部輸入） T1（記時器1外部輸入） /WR（外部數據存儲器寫選通） /RD（外部數據存儲器讀選通）9持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（VPP） 。：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。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。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數器，串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 單片機系統模塊的硬件設計STC89C52 單片機為 40 引腳雙列直插芯片，有四個 8 位 I/O 口（P0、PPP3） ，每一位 I/O 端口都能獨立地作為輸出或輸入。其中，P0 口為一個 8 位漏級開路雙向I/O 口，其驅動能力強于其他三個 I/O 口。由于 P0 口內部沒有上拉電阻，相當于它是沒有電源的，需要外部的電路提供，絕大多數情況下 P0 口是必需加上拉電阻的。一般51 單片機的 P0 口在作為地址/數據復用時不接上拉電阻。但作為一般的 I/O 口時用時是要接上拉電阻。單片機的最小系統電路原理圖如圖 44 所示，18 引腳和 19 引腳接時鐘電路，XTAL1 接外部晶振和微調電容的一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2 接外部晶振和微調電容的另一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸出。第 9 引腳為復位輸入端，接上電容，電阻及開關后能夠形成上電復位電路。10圖 44 最小系統電路原理圖 功能實現模塊 功能實現模塊主要包括采樣模塊、按鍵和顯示模塊及報警和指示燈模塊，一起構成了溫度控制系統的功能 采樣模塊 DS18B20 數字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根據應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。DS18B20 內部結構主要由四部分組成：64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的主要特性: ，電壓范圍：～，在寄生電源方式下可由數據線供電；11 ，DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與 DS18B20 的雙向通訊； 支持多點組網功能，多個 DS18B20 可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫； 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內； －55℃～＋125℃，在10～+85℃時精度為177?！?； 9～12 位，對應的可分辨溫度分為 ℃、℃、℃和 ℃，可實現高精度測溫； 9 位分辨率時最多在 內把溫度轉換為數字，12 位分辨率時最多在750ms 內把溫度值轉換為數字，速度更快； ，以一線總線串行傳送給 CPU，同時可傳送CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力； ：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 因此，本系統采樣電路采用的是溫度傳感器 DS18B20，其內部自帶 A/D 轉換，無需任何外圍元件，可以直接輸出溫度值的 9~12 位串行數字量，其溫度轉換最大時間為750ms，能夠滿足本系統的設計要求。溫度采樣電路如圖 45 所示。其中 DQ 為數字信號輸入/輸出端；GND 為電源地；VCC 為外接供電電源輸入端。 圖 45 采樣電路12 按鍵模塊 按鍵電路采用按鍵與外部中斷相結合的方法，各按鍵功能定義如表 42 所示。表 42 按鍵功能表按鍵 鍵名 功能KEY1 加 1 鍵 設定的溫度值加 1KEY2 轉位鍵 轉到數碼管的下一位KEY3 進入/退出鍵 此鍵按下，進入溫度設定；此鍵再按，退出溫度設定。按鍵 KEY3 與單片機的 INT0（）腳相連，采用外部中斷方式，且優(yōu)先級定位高優(yōu)先級。按鍵 KEY1 和 KEY2 分別于 和 相連，采用軟件查詢方式。按鍵模塊電路如圖 46 所示。圖 46 按鍵電路原理圖 顯示模塊 顯示硬件電路采用 4 位共陰 LED 數碼管顯示方式，顯示內容有溫度值的百位、十位、個位及小數點后一位。用 P2 口的 ~ 作為位控碼輸出，用 P0 口作為段控碼輸出，都采用 74LS04 做為驅動電路。模塊電路如圖 47 所示。13圖 47 顯示接口電路原理圖 溫度控制模塊加熱控制電路采用 PWM 控制技術在閉環(huán)控制系統中控制繼電器的通斷，以實現對發(fā)熱片加熱功率的調整，從而達到對水溫控制的目的。繼電器的使用非常簡單，只要在使用時完全可以用 PNP 型三極管接成電壓跟隨器的形式驅動。當單片機的 為低電平時繼電器關斷，加熱電路不工作；當單片機水溫 為高電平時，三極管驅動繼電器工作，接通加熱電路工作?？刂齐娐穲D如圖 48 所示。圖 48 加熱控制電路原理圖145 系統軟件設計軟件編寫的語言一般情況下，有匯編語言和Ｃ語言兩種，兩種語言各有優(yōu)劣。用Ｃ語言編寫程序的優(yōu)點是：編寫簡單，容易上手，網上有許多已編寫好的子程序，可以通過學習再結合自己想要實現的功能，從而編寫相關的程序，因此開發(fā)程序所需時間也相對短。而用匯編語言編寫則相對要求高一些，它要求對硬件有足夠的了解和認識，在此基礎上，嚴格地對照各部件的時序圖，進行程序的編寫，而且讀起來相對繁瑣。通過兩種語言的比較，Ｃ語言學起來很快，所以我選擇采用 C 語言編寫。本系統軟件設計采用模塊化設計，由主程序模塊、功能實現模塊和運算控制模塊三大模塊組成。 主程序模塊 主程序主要完成 PID 算法、中斷源及加熱控制系統各部件的初始化和實現各功能子程序的調用，以及實際測量中各個功能模塊的協調在無外部中斷申請時，單片機通過循環(huán)實時顯示外部溫度。把 KEY3 鍵作為最高優(yōu)先級的外部中斷 0，以便使主程序能實時響應 KEY3 鍵按下的處理。軟件設定定時器 T0 為