【文章內(nèi)容簡介】 ，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來滿足生產(chǎn)生活中的需要。 在可調(diào)速傳動系統(tǒng)中，按照傳動電動機的類型來分，可分為兩大類：直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。交流電動機直流具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維修簡便、轉(zhuǎn)動慣量小等優(yōu)點，但主要缺點為調(diào)速較 為困難。相比之下，直流電動機雖然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較高、維修麻煩等缺點，但由于具有較大的起動轉(zhuǎn)矩和良好的起、制動性能以及易于在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速，因此直流調(diào)速系統(tǒng)在一些對調(diào)速性能要求較高的系統(tǒng)中有很大的使用價值。 1964 年 和 首先提出把 PWM 技術(shù)應(yīng)用到電機傳動中從此為電機傳動的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。進入 70 年代以來，體積小、耗電少、成本低、速度快、功能強、可靠性高的大規(guī)模集成電路微處理器已經(jīng)商品化，把電機控制推上了一個嶄新的階段，以微處理器為核心的數(shù)字控制（簡稱微 機數(shù)字控制）成為現(xiàn)代電氣傳動系統(tǒng)控制器的主要形式。 PWM 常取代數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ DAC）用于功率輸出控制，其中，直流電機的速度控制是最常見的應(yīng)用。 第 1 章 緒 論 第 2 頁（共 44 頁） 課題研究的內(nèi)容及要求 本次的畢業(yè)設(shè)計的題目是單片機速度溫度智能控制系統(tǒng)設(shè)計。它是多種技術(shù)知識的結(jié)合，不僅涉及到軟件的設(shè)計，而且還將應(yīng)用電子技術(shù)與單片機的應(yīng)用技術(shù)有機結(jié)合，使其具有精度高、測量誤差小、穩(wěn)定性好等特點。電路板的設(shè)計技術(shù)和機械加工工藝的巧妙結(jié)合，使其具備了顯示直觀、體積做工精細等特點，能為它在其它領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。因為經(jīng)過我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多 應(yīng)用場合原來就有測溫控溫儀器，只是隨著對生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)需要的要求在不斷地提高，以往的那些測溫控溫的儀器根本不能滿足現(xiàn)在的要求。其中，有部分應(yīng)用場合對精度提高的幅度要求也不是特別高。因此，為了提高性價比，我所設(shè)計的系統(tǒng)提出在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行一些簡單的改良，以此為出發(fā)點，主要闡述的是水溫自動控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方法。 本文所要研究的課題是基于單片機速度溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計，主要是介紹了對運轉(zhuǎn)電機速度與溫度的顯示和控制，實現(xiàn)了速度溫度的實時顯示及控制。溫度控制部分，提出了用 DS18S20 和 LCD1602 的硬件 電路完成對水溫的實時檢測及顯示，利用 DS18S20 與單片機連接由軟件與硬件電路配合來實現(xiàn)對加熱電阻絲的實時控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報警系統(tǒng)。速度部分，提出用光電傳感器， L298， UA741和 LCD1602 的硬件電路完成對速度信息的采集，對電機的驅(qū)動和速度數(shù)據(jù)的顯示。 課題的研究方案 按照系統(tǒng)的設(shè)計功能要求，我們設(shè)計的直流電機測速系統(tǒng)采用單片機軟件系統(tǒng)實現(xiàn)，用單片機的自動控制能力配合按鍵，來控制電機轉(zhuǎn)速的設(shè)定和檢測及顯示。確定設(shè)計系統(tǒng)由單片機主控模塊、電機驅(qū)動模塊、測速模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊和測溫模塊共六個模塊組成。 第 2 章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 第 3 頁（共 44 頁） 第 2 章 設(shè)計理論基礎(chǔ) AT89C51 系列單片機介紹 AT89C51 系列基本組成及特性 AT89C51 是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。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。而這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。 AT89C51 基本功能描述如下： AT89C51 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位微處理器，而且在其片種還有 4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與 MCS51 系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51 系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51系列產(chǎn)品沒有的功能。 AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積 , 增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長度小于 4k, 四個 I/O 口全部提供給用戶?？捎?5V 電壓編程，而且寫入時間僅 10 毫秒 , 僅為 8751/87C51 的擦除時間的百分之一，與 8751/87C51 的 12V 電壓擦寫相比 , 不易損壞器件 , 沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。 AT89C51 芯片提供三級程序存儲器鎖定加密， 提供了方便靈活而可靠的硬加密手段 , 能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。另外 ,AT89C51 還具有 MCS51 系 列單片機的所有優(yōu)點。 128 8 位內(nèi)部 RAM, 32 位雙向輸入輸出線 , 兩個十六位定時器 /計時器 , 5 個中斷源 , 兩級中斷優(yōu)先級 , 一個全雙工異步串行口及時鐘發(fā)生器等。 AT89C51 有間歇、掉電兩種工作模式。間歇模式是由軟件來設(shè)置的 , 當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時 , CPU 可根據(jù)工作情況適時地進入睡眠狀態(tài) , 內(nèi)部 RAM 和所有特殊的寄存器值將保持不變。這種狀態(tài)可被任何一個中斷所終止或通過硬件復(fù)位。掉電模式是 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。該芯片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器值 保持不變 , 一直到掉電模式被終止。只有 VCC 電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過硬件復(fù)位、掉電模式可被終止。 第 2 章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 第 4 頁（共 44 頁） AT89C51 系列引腳功能 AT89C51 有 40 引腳雙列直插（ DIP）形式。其與 80C51 引腳結(jié)構(gòu)基本相同，其邏輯引腳圖如圖 21。 圖 1 AT89C51 邏輯引腳圖 各引腳功能敘述如下： 1．電源和晶振 VCC—— 運行和程序校驗時加 +5V GND—— 接地 XTAL1—— 輸入到振蕩器的反向放大器 XTAL2—— 反向放大器的輸 出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器 （當(dāng)使用外部振蕩器時， XTAL1 接地， XTAL2 接收振蕩器信號） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)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地位字節(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(dāng)用作外部數(shù)據(jù)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。 2． I/O（ 4 個口， 32 根） 第 2 章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 第 5 頁（共 44 頁） P0 口 —— 8 位、漏極開路的雙向 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。在程序校驗期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。 P0口（作為總線時）能驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。 P1 口 —— 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。在編程 /校驗期間，用于輸入低位字節(jié)地址。 P1口可驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。對于 80C51， —— T2，是定時器的計數(shù)端且位輸入；— — T2EX，是定時器的外部輸入端。這時，讀兩個特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。 P2 口 —— 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。當(dāng)使用片外存儲器（ ROM 及 RAM）時，輸出高8 位地址。在編程 /校驗期間，接收高位字節(jié)地址。 P2 口可以驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。 P3 口 —— 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電路。 P3 口提供各種替代功能。在提供這些功能時，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。 P3 口可以輸入 /輸出 4 個 LSTTL 負載。 3．串行口 —— RXD（串行輸入口），輸入。 —— TXD（串行輸出口），輸出。 4．中斷 —— INT0 外部中斷 0，輸入。 —— INT1 外部中斷 1，輸入。 5．定時器 /計數(shù)器 —— T0 定時器 /計數(shù)器 0 的外部輸入，輸入。 —— T1 定時器 /計數(shù)器 1 的外部輸入，輸入。 6．?dāng)?shù)據(jù)存儲器選通 —— WR 低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通。 —— RD 低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。 7．控制線 (共 4 根 ) 輸入： RST—— 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 EA/Vpp—— 片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上 施加21V 的編程電壓。 第 2 章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 第 6 頁（共 44 頁） 注意：在加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA 端保持高電平時，此間內(nèi)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）。 輸入、輸出： ALE/PROG—— 地址鎖存允許信號，輸出。 ALE 以 1/6 的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對外輸出的時鐘或用于定時。在 EPROM 編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（ PROG）。 ALE 可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。當(dāng)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。 注意：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)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。 輸出： PSEN—— 片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取址期間，在每個機器周期中，當(dāng) PSEN 有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上 P0 口（ 數(shù)據(jù)總線）。 PSEN 可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。 AT89C51 系列單片機的功能單元 1．并行 I/O 接口： 單片機芯片內(nèi)有一項主要功能就是并行 I/O 口。 51 系列共有 4 個 8 位的并行 I/O口，分別記作 P0、 P P P3 每個口都包含一個鎖存器，一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。實際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴展存儲器時，低八位地址和數(shù)據(jù)由 P0 口分時傳送，高八位地址由 P2 口傳送。 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。 C51 系列包含有兩個 16 位的可編程定時器 /計數(shù)器分別稱為定時器 /計數(shù)器 T0 和定時器 /計數(shù)器 T1；在 C51 部分產(chǎn)品中，還包含有一個用做看門狗的 8 位定時器。定第 2 章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 第 7 頁（共 44 頁） 時器 /計數(shù)器的核心是一個加 1 計數(shù)引腳上施加器，其基本功能是加 1 功能。在單片機的定時器 T0 或 T1 中，有一個定時器發(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。在單片機中，定時功能和計數(shù)功能的設(shè)定和控制都是 通過軟件來進行的。 定時器 /計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時器 0、定時器 定時器方式寄存器TMOD 和定時器控制寄存器 TCON 組成。當(dāng)定時器 /計數(shù)器設(shè)置為定時工作方式時，計數(shù)器對內(nèi)部機器周期計數(shù)，每過一個機器周期，計數(shù)器加 1，直至計滿溢出。定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因為 C51 系列單片機的一個機器周期由12 個振蕩脈沖組成，所以，計數(shù)頻率 fc=fosc/12。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。 當(dāng)定時器 /計數(shù)器設(shè)置為 計數(shù)工作方式時，計數(shù)器對來自輸入引腳 T0（ ）和T1（ ）的外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。在每個機器周期的 S5P2期間采樣引腳輸入電平，若前一個機器周期采樣值為 1，后一個機器周期采樣值為 0，則計數(shù)器加 1。新的計數(shù)值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生 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。計數(shù)器對外部輸入信號的占空比沒有特別的限制，但必須保證輸入信號的高電平與低電平的持續(xù)時間在一個機器 周期以上。 3．振蕩器 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(nèi)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(qū)動器件， X