【正文】 單 片 機(jī) 產(chǎn) 品 手 冊(cè) [ED/OL] ， [15] 趙娜，趙剛，于珍珠等 .基于 51 單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng) [J]. 微計(jì)算機(jī)信息， 2021，12： 146148。 通過(guò)本次的設(shè)計(jì)，是我感覺(jué)到單片機(jī)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，而且，在醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展中，單片機(jī)也會(huì)越來(lái)越重要。 目前，測(cè)溫控溫系統(tǒng)得到快速的發(fā) 展，國(guó)外的測(cè)量控制系統(tǒng)已經(jīng)成熟，產(chǎn)品也較多。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長(zhǎng)期使用也不會(huì)擔(dān)心精度達(dá)不到了。 大學(xué)生活雖然結(jié) 束了，但我們的學(xué)習(xí)還沒(méi)有結(jié)束，只有不斷學(xué)習(xí)，用知識(shí)充實(shí)自己的頭腦，才能在未來(lái)社會(huì)有一席之地，才能為社會(huì)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，一句話：學(xué)無(wú)止境。硬件設(shè)計(jì)包括繪制電路原理圖，生成圖后制作電路板、插件焊件、再做硬件測(cè)試。PROM 的 AT89C51 單片機(jī)控制傳感器的自動(dòng)化溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 第 6章 總結(jié)與展望 34 第 6 章 總結(jié)與展望 總 結(jié) 近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，這意味著我們的大學(xué)生活也要結(jié)束了，但我們的學(xué)習(xí)沒(méi)有結(jié)束，在本次設(shè)計(jì)中，我們所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)接受了實(shí)踐的檢驗(yàn)，增強(qiáng)我的綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力及動(dòng)手能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。在綜合調(diào)試的最后階段，應(yīng)在目標(biāo)系統(tǒng)的晶振頻率工作，使系統(tǒng)全速運(yùn)行目標(biāo)程序，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能技術(shù)指標(biāo)后，便可將軟件固化，然后在運(yùn)行固化的目標(biāo)程序，成功后目標(biāo)系統(tǒng)便可脫機(jī)運(yùn)行。如果用于測(cè)試的數(shù)據(jù)沒(méi)有全部覆蓋實(shí)際計(jì)算的原始數(shù)據(jù)的類型，調(diào)試沒(méi)有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤可能在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中暴露出來(lái)。根據(jù)計(jì)算程序的功能，事先準(zhǔn)備好一組測(cè)試數(shù)據(jù)。這類錯(cuò)誤大多是由于計(jì)算程序中的錯(cuò)誤引 起的。 2． 不響應(yīng)中斷 CPU 不響應(yīng)中斷或不響應(yīng)某一個(gè)中斷這種錯(cuò)誤的現(xiàn)象是連續(xù)運(yùn)行時(shí)不執(zhí)行中斷任務(wù)程序的規(guī)定操作，當(dāng)斷點(diǎn)設(shè)在中斷入口或中斷服務(wù)程序中時(shí)碰不到斷點(diǎn)。 軟件調(diào)試 軟件電路故障及解決方法 設(shè)計(jì)軟件部分出現(xiàn)這種錯(cuò)誤的現(xiàn)象： 1． 當(dāng)以斷點(diǎn)或連續(xù)方式運(yùn)行時(shí)，目標(biāo)系統(tǒng)沒(méi)有按規(guī)定的功能進(jìn)行操作或什么 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 32 結(jié)果也沒(méi)有，這是由 于程序轉(zhuǎn)移到意外之處或在某處死循環(huán)所造成的。第二步是加電后檢查各個(gè)插件上引腳的電位，仔細(xì)測(cè)量各點(diǎn)電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機(jī)插座上的各點(diǎn)電位，若有高壓，聯(lián)機(jī)時(shí)將會(huì)損壞仿真器。本設(shè) 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析 31 計(jì)中就出現(xiàn)電源故障經(jīng)過(guò)一個(gè)穩(wěn)壓電路才使其正常工作。 解決方法：在設(shè)計(jì)過(guò)程中要明確各元器件的工作條件，嚴(yán)格按照制作要求進(jìn)行操作，損壞的元器件要及時(shí)更換，以免損壞其他元件或影響電路功能的實(shí)現(xiàn)。 硬件調(diào)試 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試是交叉進(jìn)行的，但通常是先排除樣機(jī)中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全地和仿真器相連，進(jìn)行綜合調(diào)試。主要是 通過(guò)對(duì)傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行顯示后，給操作者提供提示。 圖 41 主程序流程圖 初 始 化 處理按鍵、顯示設(shè)定 值 啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換 數(shù)值處理 顯示實(shí)際溫度 比較設(shè)定溫度值和實(shí)際溫度值 是否大于 ？ 加 熱 開(kāi) 始 停 止 N Y 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 27 中斷子程序 流程圖 圖 42 為中斷子程序的流程圖 ，這個(gè)主要是為了保障整個(gè)軟件程序在運(yùn)行時(shí)可以達(dá)到中斷，從而使系統(tǒng)進(jìn)一步達(dá)到完善。 圖 33 溫度顯示電路 第 3章電路設(shè)計(jì) 25 調(diào)節(jié)執(zhí)行單元 調(diào)節(jié)執(zhí)行單元，如圖 34 所示，采用實(shí)時(shí)控制的方法，在主機(jī) AT89C51的 口輸出溫度控制信號(hào)，由光 電 耦 合器 MOC3041（光電耦合器）和可控硅 SCR 組成。 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度和帶寬都非常低，但它們的精度可以做得很高，并且抑制高頻噪聲和固定的低頻干擾 (如 50 Hz 或 60 Hz)的能力，使其對(duì)于嘈雜的工業(yè)環(huán)境以及不要求高轉(zhuǎn)換速率的應(yīng)用非常有效。雙斜率轉(zhuǎn)換器由 1 個(gè)帶有輸人切換開(kāi)關(guān)的模擬積分器、 1 個(gè)比較器和 1 個(gè)計(jì)數(shù)單元構(gòu)成。 4． 編碼是將量化后的信號(hào)編碼成二進(jìn)制代碼輸出。通常采樣脈沖的寬度 tw 是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 本次設(shè)計(jì)還涉及到數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)，而模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)包括采樣、保持、量化和編碼四個(gè)過(guò)程。 第 3章電路設(shè)計(jì) 23 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分 模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為 N 位二進(jìn)制數(shù)字輸出信號(hào)的技術(shù)。 4． 有較強(qiáng)的耐機(jī)械、化學(xué)及熱作用等的特點(diǎn) 。例如，我們平常使用的各種材料、元件，其性質(zhì)或多或少地都會(huì)隨其所處的環(huán)境溫度變化而變化，因而它們幾乎都能作為溫度傳感器使用。人為地設(shè)定溫度門限值，使電路在人為設(shè)定的某一溫度值相對(duì)穩(wěn)定的工作。 7． DS18S20 具有負(fù)載特性，當(dāng)電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但是不能正常的工作。176。C 至 +125176。 3． DS18S20 通過(guò) 1Wire174。因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力較強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問(wèn)題的最有效的方案。 LED 數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)材料不同正向壓降一般為～ 2V，額定電流為 10MA，最大電流為 40MA。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此共陰極接地。 LED 數(shù)碼管顯示清晰、 成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單易行。每擴(kuò)展一片 164 就可增 第 2章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 19 加一位顯示。電路的輸入電阻很大，可達(dá) 100M 以上；輸出電阻很小可視為零，因此有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。對(duì)于比例電路，在實(shí)際應(yīng)用中可分為以下幾種，下面也做一些簡(jiǎn)單的介紹。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。 12． CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端，譯碼后可選通 IN0～ IN7 八個(gè)通道中的一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 8． A、 B、 C：地址輸入端 。 4． GND：接地 。S；片內(nèi)具有多路開(kāi)關(guān)的地址譯碼器和鎖存器、高阻抗斬波器、穩(wěn)定的比較器，256 電阻 T 型網(wǎng)絡(luò)和樹(shù)狀電子開(kāi)關(guān)以及逐次逼近寄存器。 因此 ,只要在串行口 中斷服務(wù)程序中安排一段對(duì) SCON 中 RI 和 TI 中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序 ,便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請(qǐng)求還是發(fā)送中斷請(qǐng)求。 定時(shí) 器 T0/T1 在定時(shí)脈沖作用下從全 “1”變成全 “0”時(shí)可以自動(dòng)向 CPU提出溢出中斷請(qǐng)求 ,以表明定時(shí)器 T0 或 T1 的定時(shí)時(shí)間已到。 若 AT89C51 設(shè)定為電平觸發(fā)方 式 (IT0=0 或 IT1=0),則 CPU 檢測(cè)到 INT0、 INT1 上低電平時(shí)就可認(rèn)定其上中斷請(qǐng)求有效 。 簡(jiǎn)單介紹一下本 次設(shè)計(jì)所需的單片機(jī)芯片 AT89C51 的中斷系統(tǒng)中 要用到的 中斷類型 。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。但 RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、 串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 4． 芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可 通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣引腳輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為 1，后一個(gè)機(jī)器周期采樣值為 0，則計(jì)數(shù)器加 1。當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器設(shè)置為定 第 2章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 12 時(shí)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)，每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器加 1，直至計(jì)滿溢出。定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)加 1 計(jì)數(shù)引腳上施加器，其基本功能是加 1 功能。實(shí)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。在從片外程序存儲(chǔ)器取址期間，在每個(gè)機(jī)器周期中，當(dāng) PSEN 有效時(shí)，程序存儲(chǔ) 器的內(nèi)容被送上P0 口（數(shù)據(jù)總線）。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。在 EPROM 編程期間，作輸入， 輸入編程脈沖（ PROG）。 注意：在加密方式 1 時(shí)， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 7． 控制線 (共 4 根 ) 輸入： RST——復(fù)位輸入。 5． 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ——T0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入，輸入。 第 2章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 10 3． 串行口 ——RXD（串行輸入口），輸入。 P3 口 ——8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電路。 P2 口 ——8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。在編程 /校驗(yàn)期間，用于輸入低位字節(jié)地址。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ ROM、 RAM）時(shí)，作地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。其與 80C51 引腳結(jié)構(gòu)基本相同，其邏輯引腳圖如圖 21。掉電模式是 VCC電壓低于電源下限 , 當(dāng)振蕩器停 止 振 動(dòng) 時(shí) , CPU 停止執(zhí)行指令。 1288 位內(nèi)部 RAM, 32 位雙向輸入輸出線 , 兩個(gè)十六位定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器 , 5 個(gè)中斷源 , 兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí) , 一個(gè)全雙工異步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等。只要程序長(zhǎng)度小于 4k, 四個(gè) I/O 口全部提供給用戶。 而 這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。由于 80C51 系列單片 機(jī)所具有的一系列優(yōu)越的特點(diǎn)，獲得廣泛使用指日可待。而 8 位單片機(jī)已能滿足大部分應(yīng)用的需要，因此，在推出 16 位單片機(jī)的同時(shí)，高性能的新型 8 位單片機(jī)也不斷問(wèn)世。 這類單片機(jī)均帶有串行 I/O 口，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器為 16 位，片內(nèi)存儲(chǔ)容量（ RAM， ROM）都相應(yīng)增大，并有優(yōu)先級(jí)中斷處理 功能，單片機(jī)的功能、尋址范圍都比早期的擴(kuò)大了，它們是當(dāng)時(shí)單片機(jī)應(yīng)用的主流產(chǎn)品 。 1976 年 Intel 公司首先推出能稱為單片機(jī)的 MCS48 系列單片微型計(jì)算機(jī)。也使得系統(tǒng)所測(cè)得結(jié)果的精度大大提高。單片機(jī)系統(tǒng)可 以 用數(shù)碼管 來(lái) 顯示水溫的實(shí)際值，能用鍵盤輸入設(shè)定值。 2． 方案二（見(jiàn)圖 12） 圖 12 方案二的圖 此方案是傳統(tǒng)的二位式模擬控制方案，其基本思想與方案一相同，但由于采用上下限比較電路，所以控制精度有所提高。 溫度是一個(gè)非線性的對(duì)象，具有大慣性的特點(diǎn)，在低溫段慣性較大，在高溫段慣性較小。 （ 3） 能夠?qū)崿F(xiàn) 水溫 的自動(dòng)控制，如果設(shè)定水溫為 85℃ ，則能使水溫保持恒定在 85℃ 的溫度下運(yùn)行。而且利用本次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)試，溫度顯示，溫度門限設(shè)定，超過(guò)設(shè)定的門限值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置等功能?？刂破魇怯?89C51 單片機(jī)，用 PID 算法對(duì)檢測(cè)信號(hào)和設(shè)定值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸出控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。 因此，為了提高性價(jià)比，我所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)提出在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的改良，以此為出發(fā)點(diǎn)，主要闡述的是水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方法。 它是多種技術(shù)知識(shí)的結(jié)合，不僅涉及到軟件的設(shè)計(jì)，而且 還 將應(yīng)用電子技術(shù)與單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使其具有精度高、測(cè)量誤差小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。因此，單片機(jī)溫度測(cè)量則是對(duì)溫度進(jìn)行有效的測(cè)量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機(jī)械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負(fù)著重要的測(cè)量任務(wù)。溫度的測(cè)量及控制對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。因此溫度一詞在生產(chǎn)生活之中出現(xiàn) 的頻率日益增多，與之相對(duì)應(yīng)的 ，溫度控制和測(cè)量也成為了生活生產(chǎn)中頻繁使用的詞語(yǔ)， 同時(shí) 它們?cè)诟餍懈鳂I(yè)中 也 發(fā)揮著重要的作用。軟件方面采用匯編語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲(chǔ)空間。 中文摘要 I 摘 要 近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透 , 單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。如在日趨發(fā)達(dá)的工業(yè)之中，利用測(cè)量與控制溫度來(lái)保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。 由于溫度測(cè)量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位 。在日常生活中，也可廣泛實(shí)用于地?zé)帷⒖照{(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測(cè)量及工業(yè)設(shè)備溫度測(cè)量場(chǎng)合。電路板的設(shè)計(jì)技術(shù)和機(jī)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(xì)等特點(diǎn)，能為它在其它領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。 1． 課題的主要研究的內(nèi)容 本 文所要研究的課題是基于單片機(jī)控制的 水 溫 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是介紹了對(duì)水箱 溫度的顯示、 控制及報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示及控制。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)的溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，而且每片 DS18S20 都有唯一的產(chǎn)品號(hào)，可以一并 存入其 ROM 中，以便在構(gòu)成大型溫度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè) DS18S20 芯片。而且還要 以單片機(jī)為主機(jī)，使溫度傳感器通過(guò)一根口線與 單片機(jī)相連接，再加上溫度控制部分和人機(jī)對(duì)話部分來(lái)共同實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測(cè)與控制 。 （ 4） 用單片機(jī) AT89C51 控制，通過(guò)按鍵來(lái)控制水溫的設(shè)定值，數(shù)值采用數(shù)碼管顯示。對(duì)于這種溫控對(duì)象，一般認(rèn)為其具有以下的傳遞函數(shù)形式