【文章內(nèi)容簡介】 取溫度信息后，只需將低字節(jié)（ D0～ D8）送入上位機(jī)和控制電路即可。 LED 顯示接口電設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)選用的是四位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示房間溫度，顯示精度 。具體電路圖如圖 ： R9R 1 0R 1 1R 1 2V C CQ1P N PQ2P N PQ3P N PQ4P N PA1 A2 A3 A41234567abcdefg8dpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpSEG19SEG210SEG311SEG412DSD1D2D3D4D5D6D7D8 圖 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁 共 36 頁 AT89C51 單片機(jī) 單片機(jī)選用 ATMEL 公司的可在線編程的 AT89C51，用于溫度采集及數(shù)據(jù)通訊。AT89C51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 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 AT89C51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。 AT89C51 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 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，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 AT89C51 有 3 個(gè)并行 I/O 端口， P0:～ 、 ～ 、 ～ 。 P0 端口在沒有片內(nèi)存儲(chǔ)器時(shí)，可以作為普通 I/O 口使用，外接存儲(chǔ)器時(shí)作為地址線 /數(shù)據(jù)線使用。 P1 端口可以作為普通 I/O 口使用，同時(shí) 、 、 ～ 還具備特殊功能，如表 所示。 P2 端口在沒有片外存儲(chǔ)器時(shí)，可以作為普通 I/O 口使用，外接存儲(chǔ)器時(shí)作為高 8 位地址使用。 引腳 特殊功能 T2: 定時(shí)器 |計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)器輸入 T2EX: 定時(shí)器 |計(jì)數(shù)器 2 的捕捉 |重載觸發(fā)及方向控制 MOSI: 用于在線編程（ ISP） MOSI: 用于在線 編程（ ISP） SCK: 用于在線編程（ ISP） 表 AT89C51 P1 端口的特殊功能 專科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁 共 36 頁 引腳 特殊功能 RXD (串行口輸入 ) TXD (串行口輸入 ) INT0 (外部中斷輸入 0) INT1 (外部中斷輸入 1) T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫控制） RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀控制） 表 AT89C51 P3 端口的特殊功能 單片機(jī)在本房間溫度監(jiān)控系統(tǒng)中主要用于通訊及溫度采集。 接 DS18B20。 P0口用于溫度顯示接口的設(shè)計(jì)。單片機(jī)與控制電路共用一個(gè)外部時(shí)鐘，采用片內(nèi)存儲(chǔ)器，設(shè)有上電復(fù)位功能。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 ： C13 0 p FC23 0 p FY1S4R 2 01KC11 0 u FR 2 11 0 KV C CE A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10P 3 .030U1 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 12 頁 共 36 頁 LED 數(shù)碼管 1234567abcdefg8 dpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpSEG19SEG210SEG311SEG412 LED顯示器即為發(fā)光二極管顯示器，具有顯示醒目、成本低、配置靈活、接口方便等特點(diǎn)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用它來顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和采集的信息輸入數(shù)值等。 LED顯示器按其發(fā)光管排布結(jié)構(gòu)的不同，可分為 LED數(shù)碼管顯示其和 LED點(diǎn)陣顯示器。 LED數(shù)碼管 主要用來顯示數(shù)字及少數(shù)字母和符號(hào)， LED點(diǎn)陣顯示器可顯示數(shù)字、字母、漢子和圖形等。 LED點(diǎn)陣顯示器雖然顯示靈活，但其占用的單片機(jī)系統(tǒng)軟件、硬件資源遠(yuǎn)大于 LED數(shù)碼管。因此除專門應(yīng)用大屏幕 LED點(diǎn)陣顯示或有特殊顯示要求場合外，幾乎所有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都采用 LED數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)選用的是 LED數(shù)碼管顯示器。 數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯方式程序非常簡單，占用 CPU時(shí)間資源很少，只是在顯示字符改變時(shí)調(diào)用一下顯示程序。但硬件電路繁多，每個(gè)數(shù)碼管需要一個(gè) 8位 I/O口、一個(gè) 8位驅(qū)動(dòng)、 8個(gè)限流電阻。一般用于數(shù)碼管位數(shù)較少的場合。 LED靜態(tài)顯示由于使用的元器件較少，在數(shù)碼管顯示器較多的場合，電路顯得煩瑣，為了簡化線路，減低成本，本系統(tǒng)選用的是動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。 動(dòng)態(tài)掃描顯示方式的工作原理是：逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器，也就是說在任意時(shí)刻只有 1位顯示器在顯示。為了使人看到所有顯示器都在顯示，就得加快循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器的速度（提高掃描頻率），利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，給人感覺到與全部顯示器持續(xù)點(diǎn)亮的效果一樣。動(dòng)態(tài)掃描顯示電路如圖 ： abfcgdedp專科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁 共 36 頁 圖 溫度控制電路的設(shè)計(jì) R 1 34 . 7 kV C CQ5R 1 54 . 7 KR 1 61kR 1 84 . 7 kQ6R 1 92 2 0RV C CDR E S 1BV C CU?* 圖 通過調(diào)節(jié)脈沖寬度來控制 雙向可控硅的通斷。當(dāng)脈沖寬度變寬（占空比增大）時(shí)，雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間延長，電阻絲加熱時(shí)間延長從而使溫度升高。反之脈沖寬度變窄（占空比減?。r(shí)，雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間縮短，電阻絲的加熱時(shí)間縮短使得溫度降低。 以此方法來控制溫度的恒定不變。 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 14 頁 共 36 頁 4 脈寬調(diào)制 脈寬調(diào)制的介紹 PWM就是 脈沖寬度調(diào)制 的英文縮寫，方波高電平時(shí)間跟周期的比例叫占空比，例如 1秒高電平 1秒低電平的 PWM波占空比是 50% 脈寬調(diào)制 PWM是開關(guān)型穩(wěn)壓電源中的術(shù)語。這是按穩(wěn)壓的控制方式分類的，除了 PWM型，還有 PFM型和 PWM、 PFM混合型。脈寬寬度調(diào)制式（ PWM）開關(guān)型穩(wěn)壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過電壓反饋調(diào)整其占空比，從而達(dá) 到穩(wěn)定輸出電壓的目的。 脈寬調(diào)制 (PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 基本原理 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種 PWM 技術(shù)，其中包括：相電壓控制 PWM、脈寬 PWM法、隨機(jī) PWM、 SPWM法、線電壓控制 PWM 等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬 PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為 PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào) 頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整 PWM的周期、 PWM 的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。 模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒有限制。 9V 電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于 9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在 {0V, 5V}這一集合中取值。 模擬電壓和電流可直 接用來進(jìn)行控制，如對汽車收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變?。涣鹘?jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。 盡管模擬控制看起來可能直觀而簡單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重 (如老式的家庭立體聲設(shè)備 )和昂貴。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對于工作元 件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 共 36 頁 通過以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和 DSP 已經(jīng)在芯片上包含了 PWM 控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。 脈寬調(diào)制信號(hào)的設(shè)計(jì)思想 本課題的脈寬調(diào)制信號(hào)是設(shè)定周期為 1s矩形波。它的產(chǎn)生將定時(shí)計(jì)數(shù)器設(shè)定在 10ms定時(shí)，后通過寄存器 R3來控制脈寬調(diào)制信號(hào)的周期，本課題只是達(dá)到一種模擬的效果，在精確上沒有過高的要求，因此將 1s周期分成 100等份，即設(shè)定定時(shí)器的定時(shí)為 10ms，R3中啟動(dòng)定時(shí)器的次數(shù) 100。 寄存器 R2中存放的數(shù)據(jù)是根據(jù)檢測電路和控制電路轉(zhuǎn)換過來的一個(gè)數(shù)， R2中存放的數(shù)值的大小用于控制脈沖信號(hào)，在 1s內(nèi)高電平的時(shí)間長短。這樣可以從 周期脈沖可調(diào)的控制信號(hào)。 可控脈沖 脈寬調(diào)制信號(hào)由 來控制可控硅的通斷。當(dāng)矩形波在一個(gè)周期內(nèi)高電平的時(shí)間越長，雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間越長，即發(fā)熱元件上發(fā)出的熱量也越多?？傊?，發(fā)熱元件上釋放出能量的高低由矩形波在一個(gè)周期內(nèi)高電平的時(shí)間長短所決定的。 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 16 頁 共 36 頁 脈沖寬度調(diào)制優(yōu)點(diǎn) PWM 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到 被控系統(tǒng) 信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行 數(shù)模轉(zhuǎn)換 。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯 1 改變?yōu)檫壿?0 或?qū)⑦壿?0 改變?yōu)檫壿?1 時(shí)，也才能對數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。 對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)?PWM用于通信的主要原因。從模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)?RC或 LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。 總之， PWM 既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。