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正文內(nèi)容

基于at89s51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)(編輯修改稿)

2024-12-13 22:09 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 9 第三章 單片機(jī) 溫度 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件模塊關(guān)系 本系統(tǒng)的執(zhí)行方法是循環(huán)查詢執(zhí)行的 , 首先 單片機(jī) AT89S51 寫(xiě)入命令給DS18B20, 檢測(cè) DS18B20 是否存在,如果不存在發(fā)出警告并顯示錯(cuò)誤顯示,檢測(cè)存在后 DS18B20 開(kāi)始 監(jiān)測(cè)溫度并 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換后通過(guò) AT89S51 來(lái)處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果就 通過(guò) 74LS164 移位寄存器 顯示到 七段 數(shù)碼管上。 另外還可以由鍵盤(pán)設(shè)定溫度值送到單片機(jī),單 片機(jī)通過(guò)鍵入的數(shù)據(jù)與當(dāng)前的溫度值比較處理發(fā)出溫度控制信息到繼電器。由于 DS18B20 可以被編程,所以箭頭是雙向的 。輸入部分有:鍵盤(pán)部分, DS18B20。輸出部分有: LED 數(shù)碼顯示,繼電器部分,報(bào)警器部分, DS18B20。 系統(tǒng) 硬件 模塊關(guān)系 如圖 31所示。 圖 31 系 統(tǒng) 硬件 模塊關(guān)系 圖 主要硬件單元電路的設(shè)計(jì) 主控制部分方案 本設(shè)計(jì)中選用 ATMEL 公司的 AT89S51 單片機(jī)作為主控芯片。主控模塊采用單 控制器AT89S51 LED 數(shù)碼顯示 鍵盤(pán)輸入 DS18B20 繼電器 報(bào)警器 10 片機(jī)最小系統(tǒng)是由于 AT89S51 芯片 內(nèi)含有 4kB 的 E2PROM,無(wú)需外擴(kuò)存儲(chǔ)器 ,電路簡(jiǎn)單可靠 ,其時(shí)鐘頻率為 0~ 24 MHz ,并且價(jià)格低廉。 AT89S51 是一個(gè)低功耗,高性能 CMOS 8 位單片機(jī),片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元,功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng) 用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點(diǎn): 40 個(gè)引腳, 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器, 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器( RAM), 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出( I/O)口, 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷, 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口,看門(mén)狗( WDT)電路,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外, AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下, CPU 暫停工作,而 RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù) 據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 其 主要功能特性: 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 4k可反復(fù)擦寫(xiě) (1000次) ISP Flash ROM 32個(gè)雙向 I/O 口 工作電壓 2個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率 033MHz 全雙工 UART 串行中斷口線 128x8 bit 內(nèi)部 RAM 2個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級(jí)加密位 看門(mén)狗( WDT)電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁(yè)編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能: 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器, 128 字節(jié)內(nèi)部RAM, 32 個(gè) I/O 口線,看門(mén)狗( WDT),兩個(gè)數(shù)據(jù)指針,兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器,一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu),一個(gè)全雙工串行通信口,片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘。同時(shí) , AT89S51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式 ??臻e方式停止 CPU 的工作,但允許 RAM,定時(shí) /計(jì)數(shù)器,串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保持 RAM 中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一個(gè)硬件復(fù)位。 11 AT89S51 引角功能說(shuō)明 Vcc:電源電壓 GND:地 P0 口: P0 口是一組 8位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口,也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口,作為輸出口用時(shí),每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路,對(duì)端口寫(xiě)“ 1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí),這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8 位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí), P0口接收指令字節(jié),而在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié),校驗(yàn)時(shí),要求外接上拉電阻。 P1 口: P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流) 4個(gè) TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“ 1” ,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)校驗(yàn)期間, P1接收低 8位地址。表 31 為 P1 口第二功能。 表 31 P1口第二功能 端口引腳 第二功能 MOSI(用于 ISP編程) MISO(用于 ISP編程) SCK(用于 ISP編程) P2 口: P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口, P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“ 1” ,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口,作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 I。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行:MOVX @Ri 指令)時(shí), P2 口線上的內(nèi)(也即特殊功能寄存器,在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí), P2 也接收高位地址和其它控制信號(hào))。 P3 口: P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電 阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流) 4個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì) P3 口寫(xiě)入“ 1”時(shí),它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時(shí),被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 I。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外,更重要的用途是它的第二功能, P3口的第二功能如下表 32。 12 表 32 P3口的第二功能 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(shí) /計(jì)數(shù)器 0外部輸入 TXD( ) 串行輸出口 T1( ) 定時(shí) /計(jì)數(shù) 器 1外部輸入 INT0( ) 外中斷 0 WR( ) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 INT1( ) 外中斷 1 RD( ) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩工作時(shí), RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 WDT益出將使該引腳輸出高電平,設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRTO 位(地址 8EH)可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。 DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。 ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí), ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址 的低 8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器, ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出的正脈沖信號(hào),因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目地,要注意的是:第當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如有必要,可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器( SFR)區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位,可禁止 ALE 操作。該位禁位后,只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會(huì)被激活。此外,該引腳伎被微弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí),應(yīng)設(shè)置 ALE 無(wú)效。 PSEN: 程序儲(chǔ)存允許( PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng)AT89S51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù) )時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效,即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,高有兩次有效的 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP: 外部訪問(wèn)允許。欲使 CPU訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址 0000H- FFFFH),EA端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位 LB1 被編程,復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平(接 Vcc 端), CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí) ,該引腳加上+ 12V 的編程電壓 Vpp。 XTAL1:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)造及功能: 特殊功能寄存器:這些地址并沒(méi)有全部占用,沒(méi)有占用的地址不可使用,讀這些地址將得到一個(gè)隨意的數(shù)值。而寫(xiě)這些地址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。 電源空閑標(biāo)志:電源空閑標(biāo)志( POF)在特殊功能寄存儲(chǔ)器 SFR 中 PCON 的第4 位( ) ,電源打開(kāi)時(shí) POF 置“ 1” ,它可由軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不為復(fù)位所影響。 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu): MCS51 單片機(jī)內(nèi)核采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分開(kāi)的結(jié)構(gòu),均具有 64KB 外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。 13 程序存儲(chǔ)器:如果 EA 引腳接地( GND),全部程序均執(zhí)行外 部存儲(chǔ)器。在AT89S51,假如接至 Vcc(電源+),程序首先執(zhí)行從地址 0000H- 0FFFH( 4KB)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器,再執(zhí)行地址為 1000H- FFFFH( 60KB)的外部程序存儲(chǔ)器。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:在 AT89S51 的具有 128 字節(jié)的內(nèi)部 RAM,這 128 字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問(wèn),堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行, 128 字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間。 AT89S51 單片機(jī)引腳如圖 32 所示。 圖 32 AT89S51單片機(jī)引腳圖 溫度傳感電路設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 我 采用了 DS18B20 單總線可編程 溫度傳感器 ,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和轉(zhuǎn)換, 直接輸出數(shù)字量,可以直接和單片機(jī)進(jìn)行通訊, 大大簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜度 。 DS18B20 應(yīng)用廣泛,性能可以滿足 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)要求。 14 1 2 3BO TT OMVI EW( 1) DS18B20 簡(jiǎn)介 DS18B20 是 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新的單線數(shù)字溫度傳感器,新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。 DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),使用戶可輕松地組建傳感器 網(wǎng)絡(luò) ,為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 DS18B20 測(cè)量溫度范圍為 55℃~ +125℃,在 10~ +85℃范圍內(nèi),精度為177。 ℃。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量,如:環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同,新的產(chǎn)品支持 3V~ 的電壓范圍,使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一
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