【文章內(nèi)容簡介】 電 阻 爐 PWM 波 AD 轉(zhuǎn)換 溫度 采集 PID 控制 第六章 控制執(zhí)行模塊 6 第三節(jié) 本章小結 本章內(nèi)容詳細的論述了系統(tǒng)的幾種設計方案，根據(jù)要求并結合實際對各種方案進行論證并做出選擇。根據(jù)各個步驟設計出系統(tǒng)的總體框圖，并根據(jù)總體框圖設計出主程序流程圖。 第六章 控制執(zhí)行模塊 7 第三章 核心處理模塊 第一節(jié) STC89C52 簡 介 STC89C52 的結構簡單并可以在編程器上實現(xiàn)閃爍式的電擦寫達幾萬次以上．使用方便等優(yōu)點，而且完全兼容 MCS5l 系列單片機的所有功能。 STC89C52是一種帶 8K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。 STC89C51 系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾 /高速 /低功耗的單片機，是 MCS51 系列單片機的派生產(chǎn)品；它們在指令系統(tǒng)中、硬件系統(tǒng)和片內(nèi) 資源與標準的 8052 單片機完全兼容 ， DIP40 封裝系 列與 8051為 pintopin 兼容，指令代碼是與 8051 完全兼容的單片機。 該器件與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， STC89C52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 。 STC89C52 單片機具有增強型 12 時鐘 /機器周期、 6 時鐘機器 /周期任意選擇，工作電壓為 （ 5V單片機） /（ 5V 單片機）；工作頻率范圍： 040MHZ，相當于普通 8051 的 080MHZ。實際頻率可達 48MHZ。用戶應用程序空間為 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字節(jié) ；片上集成 1280 字節(jié) /512字節(jié) RAM；有 32/36 個通用 I/O 口， P1/P2/P3/P4 是準雙向口；集成 ISP（在系統(tǒng)可編程） /IPA（在應用可編程），無需專用的編程器 /仿真器，可通過串行口（ ）直接下載用戶程序， 8K 程序 3秒就可以完成一片，具備 EEPROM功能，工作溫度范圍在 0750℃ ，共有 3個 16位定時器 /計數(shù)器，其中定時器T0 還可以當成 2 個 8 位定 時器使用；封裝形式有 DIP40， PLCC44， PQFP44等。 其封裝引腳如圖 第六章 控制執(zhí)行模塊 8 圖 STC89C52封裝引腳圖 第二節(jié) 核心處理模塊電路的整體設計 本核心處理模塊的整體設計由單片機的最小系統(tǒng)組成。由單片機、復位電路、晶振電路組成。 復位電路 :由電容串聯(lián)電阻構成 ,并結合 電容電壓不能突變 的性質(zhì) ,可以知道 ,當系統(tǒng)一上電 ,RST 腳將會出現(xiàn)高電平 ,并且 ,這個高電平持續(xù)的時間由電路的 RC 值來決定 .典型的 51 單片機當 RST 腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位 ,所以 ,適當組合 RC 的取值 就可以保證可靠的復位 .一般教科書推薦 C 取 10u,R 取 ,原則就是要讓 RC 組合可以在 RST 腳上產(chǎn)生不少于 2個機周期的高電平。 晶振電路 :典型的晶振取 (因為可以準確地得到 9600波特率和19200 波特率 ,用于有串口通訊的場合 )/12MHz(產(chǎn)生精確的 uS 級時歇 ,方便定時操作 )。 第六章 控制執(zhí)行模塊 9 圖 核心處理模塊電路原理圖 第三節(jié) 本章小結 本章主要對 STC89C52 單片機做出詳細的介紹，了解其封裝引腳圖和各引腳的基本功能。單片機最小系統(tǒng)組成本系統(tǒng)的核心模塊，并對復位電路如何實現(xiàn)周期復位以及晶振電路的具體功能，并在 protel 畫出相應原理圖 第六章 控制執(zhí)行模塊 10 第四章 鍵盤顯示模塊 第一節(jié) 顯示電路設計 一、顯示電路硬件結構 LED 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器件。在單片機 應用系統(tǒng)中通常使用的是七段 LED。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管陰極接地 ,如圖 所示。當發(fā)光二極管的陽極為高電平時 ,發(fā)光二極管點亮 。共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極接地 ,如圖 所示。 圖 圖 通常的七段 LED 顯示器中有 8 個發(fā)光二極管 ,其中 7 個 發(fā)光二極管構成 7筆字形。一個發(fā)光二極管構成小數(shù)點。從 a 到 g 管腳輸入不同的 8位二進制數(shù) ,可以顯示不同的數(shù)字或字符。通常把控制發(fā)光二極管的 8位二進制數(shù)稱為段碼。共陽極與共陰極的段碼互為反碼 ,如表 所示。 第六章 控制執(zhí)行模塊 11 表 :七段 LED的段選碼 顯示字符 共陽極段選碼 共陰極段選碼 顯示字符 共陽極段選碼 共陰極段選碼 0 3FH C0H C 39H C6H 1 06H F9H D 5EH A1H 2 5BH A4H E 79H 86H 3 4FH B0H F 71H 8EH 4 66H 99H P 73H 8CH 5 6DH 92H U 3EH C1H 6 7DH 82H y 6EH 91H 7 07H F8H 8 FFH 00H 8 7FH 80H 滅 00H FFH 9 6FH 90H A 77H 88H B 7CH 83H 在系統(tǒng)中采用 8位動態(tài)共陰 LED數(shù)碼管顯示，用于顯示設定溫度值與采樣溫度值，前 4位為采樣溫度值后 4 位為設定溫度值。位選信號用 ，段選信號用 。電路圖如圖 。圖中， 74LS02 為 4或非門，八 D 觸發(fā)器 74LS273（帶清除端）用作 端口擴展、數(shù)據(jù)鎖存和數(shù)碼管的驅(qū)動，段碼和位碼均由 P0口送出， 和 口分別與寫信號經(jīng)或非門后分別接段碼和位碼鎖存74LS273 的選通端。 顯示及鍵盤電路如圖 所示 第六章 控制執(zhí)行模塊 12 圖 二、顯示掃描子程序 在本次 設計中，采用 8位動態(tài)顯示電路。圖 所示為顯示掃描子程序的流程圖。 第六章 控制執(zhí)行模塊 13 圖 顯示程序如下： void dis_temp(uint t) //顯示溫度數(shù)值函數(shù) t 傳遞的是整形的溫度值 { uchar i。 i=t/1000。 //除以 1000 得到的商，為溫度的十位 yi=1。 P0=table[i]。 //在第一個數(shù)碼管上顯示 delay(5)。 開始 賦位選初值 消除選位 送顯示段碼 選通并顯示 2ms 改變位選字 消影 結束 完成 8位掃描 第六章 控制執(zhí)行模塊 14 yi=0。 i=t%1000/100。 //1000 取余再除以 100 得到商，為溫度的個位 er=1。 P0=table[i+10]。 //在第二個數(shù)碼管上顯示 delay(5)。 er=0。 i=t%1000%100/10。 //1000 取余再用 100 取余再除以 10，為溫度的小數(shù)位 san=1。 P0=table[i]。 //在第三個數(shù)碼管上顯示 delay(5)。 san=0。 i=t%1000%100%10。 si=1。 P0=table[i]。 //在第四個 數(shù)碼管上顯示 Delay(5)。 si=0。 } 第二節(jié) 鍵盤電路設計 一、鍵盤電路硬件結構 為使用戶使用界面盡量簡單，本文采用兩個按鍵，通過按鍵來實現(xiàn)溫度設置。鍵盤與單片機的連接如圖 所示。 第六章 控制執(zhí)行模塊 15 圖 二 、獨立式鍵盤工作原理 因為鍵盤較少所以用簡單的獨立式鍵盤，它的優(yōu)點是編程簡單，缺點是占用 I/O 口多，適用于鍵盤較少的電路。 鍵盤的工作原理是按鍵的一端高電平，另一端已單片機的某個 I/O口相連，當按鍵閉合時，即相當于該 I/O 口通過按鍵已電源相連，變成高電平，程序一旦檢測到 I/O口變?yōu)楦唠娖絼t說明在年間被按下，然后執(zhí)行相應的指令。 三、鍵盤掃描電路程序 其中 S1為溫度加鍵， S2 為溫度減鍵，當按 S1鍵時，設置溫度加 1 度。當按 S2 鍵時，設置溫度減 1度。圖 所示為鍵盤掃描子程序的流程圖。 實現(xiàn)程序如下： void keyscan() //鍵盤掃描 { if(key_up==0) //數(shù)字加按鍵按下 { 第六章 控制執(zhí)行模塊 16 delay(5)。 //延時消除按鍵抖動 if(key_up==0) //確認數(shù)字加按鍵按下 { if(wendu_c=1200) //限定溫度上限 120 度 wendu_c=1200。 else wendu_c=wendu_c+10。 //溫度初始值加 10度 } while(key_up==0) { dic_temp(wendu_c)。 //顯示的方式等待按鍵松開 } } if(key_down==0) //數(shù)字減按鍵按下 { delay(5)。 //延時消除按鍵抖動 if(key_down==0) //確認數(shù)字減按鍵按下 { if(wendu_c=0) //限定溫度下限 0度 wendu_c=0。 else wendu_c=wendu_c10。 //溫度初始值減值 1度 } while(key_down==0) { dic_temp(wendu_c)。 //顯示的方式等待按鍵松開 } } 第六章 控制執(zhí)行模塊 17 圖 顯示掃描子程序的流程圖 第三節(jié) 本章小結 本章主要對顯示電路和鍵盤電路的設計，在顯示電路中主要介紹了 7 段LED 數(shù)碼管的工作原理及共陰共陽兩種顯示器，設計出電路硬件結構并編寫出掃描子程序；在鍵盤電路中闡述了獨立式鍵盤工作原理，并設計出電路硬件結構及編寫掃描子程序。 第六章 控制執(zhí)行模塊 18 第五章 溫度采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 第 一節(jié) 溫度檢測電路設計 一、熱電阻電橋電路 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量， 測溫常用的器件有熱電偶和熱電阻 ,由于電爐溫度控制范圍較低 ,故采用熱電阻測溫 , 熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加 或降低 這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅 ， 此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器 件 。它的主要特點是測量精度高，性 能穩(wěn)定。其中 鉑 熱 電 阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用 于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。 為此，設計如圖 所示，熱電阻溫度檢測電路采用三線出三線入連接方法。 圖 熱電阻電橋電路 當測溫范圍不大，元件長度和截面積隨溫度改變引起的阻值變化可以忽略時，熱電阻元件的阻值隨溫度變化可以認為是線性的，可以用式 5－ 1 表示 : )](1[ 00 ttRR tt ??? ? （ 5－ 1） 其 中 ,t0 表參考溫度； 0tR 表示參考溫度下的鉑熱電阻阻值 。 ? 表示電阻元件的平均電阻溫度系數(shù)，即電阻元件的溫度相對于參考溫度第六章 控制執(zhí)行模塊 19 每變化 1℃時，引起考溫度下每歐姆電阻值的增量。 電橋處于平衡時，則有： 321 RRRR t ??? (5－ 2) 令 Rl=R2，則 R3=Rt ,，使得 R3的阻值等于鉑熱電阻的阻值。這樣，通過電橋的方法測量出 t溫度下熱電阻的阻值，就可以算出此時的溫度： ??11 00 31 ??Rt