【正文】 四個(gè) 8 位并行 I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出 。 （ 52有 384bytes 的 RAM） ； （ 3） 32 條 I/O 口線 5 關(guān)鍵元器件介紹 STC89C51 單片機(jī) 單片機(jī)主要功能 （ 1） 8 位 CPU當(dāng)輸入電壓高于 5V 時(shí)，這部分熱量將通過 78L05 散熱的方式，三方出去。 保護(hù)電路 （ 1） 保護(hù)電路原理圖 圖 49 穩(wěn)壓電路原理圖 （ 2） 保護(hù)電路說明 在通常的電路設(shè)計(jì)中 ，由于在不同的環(huán)境下，我們獲取的電源是不一樣，而系統(tǒng)的芯片等對電壓的穩(wěn)定性提出了較高的要求，如果不能有一個(gè)溫度的供電環(huán)境，不僅影響電路的正常工作，還影響其使用的壽。 在此基礎(chǔ)上，考慮到大部分的外接模塊為大功率用電器，因而需要用到繼電器作為開關(guān)，實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)的輸出控制信號(hào)控制繼電器，從而控制大功率用電器的工作狀態(tài)。 控制電路 （ 1） 控制電路說明 本設(shè)計(jì)主要的控制電路比較簡單，主要是通過對單片機(jī)的 、 、 、 管腳的控制，分別輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，從而控制外接電路，外接電路的導(dǎo)通與否完全取決于是否有相應(yīng)的控制信號(hào)輸出，達(dá)到一個(gè)對控制對象的工作與否的控制，簡單的說單片機(jī)的管腳的輸出信號(hào)是一個(gè)開關(guān)信號(hào)，這 個(gè)開關(guān)決定了被控制對象的工作狀態(tài)。單片機(jī)的 管腳接的是三級(jí)管的基極。當(dāng)蜂鳴器響時(shí)，相應(yīng)的報(bào)警指示燈將會(huì)根據(jù)程序的要求進(jìn)行閃爍，從而達(dá)到報(bào)警的狀態(tài)。當(dāng)其處于飽和狀態(tài)的瞬間，將驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，集電極輸出一個(gè)高電平給蜂鳴器。 報(bào)警電路 （ 1） 報(bào)警電路原理圖 圖 48 報(bào)警電路原理圖 15 第 15 頁 共 54 頁 （ 2） 報(bào)警電路說明 本課題采用的報(bào)警電路主要分為兩個(gè)部分：一個(gè)部分是使用三極管作為開關(guān)作用，用于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警；第二不是是 LED 報(bào)警指示燈。 在 KEY4 選擇了將要修改的溫度值，按下 KEY2，則選中的溫度值將進(jìn)行加 1處理，若按下 KEY3，則選中的溫度值將進(jìn)行減 1 處理。 當(dāng) KEY4 按下時(shí)，首先 選中的是通道一的下限溫度值；再按下一次按鍵，則選中通道一的上限溫度值；接著再按下一下按鍵，則選擇通道二的下限溫度值，再按下一次，則選擇了通道二的上限溫度值；最后按下一次，則回復(fù)到不選定任何數(shù)值。 表 41 按鍵 鍵名 功能 KEY1 選定修改鍵 可選定將要修改的溫度限數(shù)值 KEY2 調(diào)控鍵 加 1 KEY3 調(diào)控鍵 減 1 KEY4 通道選擇鍵 可以選擇工作的通道 按鍵電路中的 按鍵分別與 、 、 、 口連接，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入，單片機(jī)在初始化各管腳都是出于高電平狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候，則對應(yīng)管腳的電平將被拉低，從而我們只需要在單片機(jī)程序中，對鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)掃描檢測到低電平時(shí)，則說明該按鍵被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)的輸入控制。 按鍵電路 （ 1） 按鍵電路原理圖 圖 47 按鍵電路原理圖 （ 2）按鍵電路說明 鍵盤電 路設(shè)計(jì)是用四個(gè)控制鍵盤組成，它具有單片機(jī)最簡單的輸入設(shè)備通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對話，本設(shè)計(jì)由于單片機(jī) I/O 口資源豐富，故采用獨(dú)立 14 第 14 頁 共 54 頁 鍵盤的形式，而不需要采用矩陣鍵盤，使用矩陣鍵盤能大量的節(jié)約單片機(jī)的 I/O 資源，方便快捷獨(dú)立鍵盤雖然占用了 I/O 資源，但是運(yùn)用靈活，很適用鍵盤少的電路。 按鍵復(fù)位電路中，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，電路同上電復(fù)位電路。復(fù)位電路 用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 復(fù)位電路 （ 1） 復(fù)位電路原理圖 圖 46 復(fù)位電路原理圖 （ 2） 復(fù)位電路說明 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容 C1 的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用 10~30uF， 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。外接電容的作用是對振蕩器進(jìn)行頻率微調(diào)，使振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率一致，同時(shí)起到穩(wěn)定頻率的作用，一般選用 20~30pF 的瓷片電容。晶振的取值范圍一般為 0~24MHz，常用的晶振頻率有 6MHz、 12 MHz、 MHz、 24 MHz 等。電路原理圖如圖45 所示。管腳 1 16 為電源供電接入。 顯示模塊電路 （ 1） 顯示模塊電路原理圖 圖 44 1602 液晶顯示電路原理圖 （ 2） 顯示模塊電路說明 本課題主要使用 1602 液晶屏進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的顯示，電路原理圖如圖 44 所示，根據(jù) 1602 液晶屏的特征，本系統(tǒng)中采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的工作電壓是 至 ，因此輸入小于 時(shí)單片機(jī)一樣能工作，只要 7805 芯片的輸出電壓在 至 5V 之間，單片機(jī)均可正常工作。因?yàn)榉€(wěn)壓芯片 7805 的輸入極限值最大為 36V。外部 12 第 12 頁 共 54 頁 電源供電在電路設(shè)計(jì)中通過插針引出兩個(gè)引腳負(fù)責(zé)外接其他電源，而電源要求供電必須在 5V，因?yàn)榇藭r(shí)接入的電路并沒有相應(yīng)的保護(hù)電路。供電系統(tǒng)原理圖如圖 43所示。復(fù)位電路具有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種功能，上電復(fù)位是系統(tǒng)啟動(dòng)是進(jìn)行的復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位是系統(tǒng)運(yùn)行過程因?yàn)槟撤N原因需要進(jìn)行復(fù)位時(shí)使用。單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)運(yùn)行的最基本條件，其中包含有單片機(jī)復(fù)位電路和晶振電路。具有五個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，兩個(gè)外部中斷、兩個(gè)定時(shí)中斷還用一個(gè)通信中斷，可以對溫度檢測進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分時(shí)操作，這樣就可以對被測物體溫度監(jiān)測更加準(zhǔn)確、延時(shí)性更小，同時(shí)也可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單實(shí)用 [1]。本系統(tǒng)選用的 89C51芯片時(shí)時(shí)鐘可達(dá) 12MHZ，運(yùn)算速度快，控制功能完善。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 41所示。各個(gè)模塊電路通過主機(jī)電路控制，協(xié)調(diào)一致的進(jìn)行工作。因此本課題選用 DS18B20 作為測溫器件。 DS18B20 還具有測量溫度范圍寬，精度高，體積小，成本低，使用方便等特點(diǎn)。單總線數(shù)字溫度傳感 器DS18B20 只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換，控制都由這根線完成。但是由于熱敏電阻的線性度極差，因此用來測量溫度的精度就相應(yīng)的降低了。溫度變化會(huì)造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。 溫度測量 方案一：使用熱敏電阻作為感溫器件。并且具有操作簡單，低電壓低功耗，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。 方案二： LCD12864 是一種具有 4位 /8 位并行， 2線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國際一級(jí)，二級(jí)簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，其分辨率為 128x64。可以使用其作為本課題的顯示模塊。提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能，還具有 8 個(gè)可由用戶自 定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM。 顯示模塊 方案一： 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶，能夠同時(shí)顯示 32 個(gè)字符（ 16 列 2行）。 根據(jù)以上說明可知，方案一功能強(qiáng) 大，但是由于成本相對較高，而方案二也可以實(shí)現(xiàn)課題所有要求，并且成本非常低。STC12C5A60S2 單片機(jī)屬于增強(qiáng)型單片機(jī)，具有高速，寬電壓，低功耗，低成本 ,并且具有 2 個(gè)雙全工串口通信接口等特點(diǎn)。 方案二： 51內(nèi)核單片機(jī)是典型的微控制器，其廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。具有體積小、功耗低、高性能，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，支持 16 位 32位雙指令集，能很好的兼 容 8 位 /16 位器件，共有 37 個(gè)寄存器，是目前應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的主流處理器。溫度的設(shè)定范圍就通過獨(dú)立鍵盤進(jìn)行設(shè)定，使被測物體在設(shè)定的溫度范圍下工作。 單片機(jī)快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集、然后處理、顯示溫度和控制主要是時(shí)鐘電路，提供的時(shí)鐘頻率，使單片機(jī)能正常的處理許多任務(wù)。 進(jìn)而對被測物體溫度進(jìn)行控制。被測對象的溫度，由 DS18B20 溫度傳感器檢測溫度，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示。并實(shí)現(xiàn)具有雙通道的溫度自動(dòng)控制功能的系統(tǒng)。 （ 7）實(shí)現(xiàn)雙通道系統(tǒng)溫度控制 （ 8）溫度顯示精度為 攝氏度。 （ 5） 使用蜂鳴器，實(shí)現(xiàn)當(dāng)超出正常溫度范圍時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。 8 第 8 頁 共 54 頁 （ 3）使用 DS18b20 進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集。課題的需要完成的主要任務(wù)有： （ 1）搭建單片機(jī)的最小系統(tǒng)，包括復(fù)位電路、供電電路、時(shí)鐘電路。并實(shí)現(xiàn)具有雙通道的溫度自動(dòng)控制功能的系統(tǒng)。 目前測溫技術(shù)的發(fā)展可知，測溫技術(shù)多樣，針對不用的應(yīng)用選擇相關(guān)的測溫技術(shù)，測溫技術(shù)已經(jīng)是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)。 新型數(shù)字 測溫技術(shù)： DS18b20 是一種新型的數(shù)字溫度傳感器， 在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn) 測量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測量精度。如藍(lán)寶石黑體空腔式光纖高溫計(jì) ,具有測溫高、響應(yīng)快、壽命長的特點(diǎn) ,可以部分取代貴金屬熱電偶。(6)從測量原理和方法上消除發(fā)射率影響 ,實(shí)現(xiàn)物體的真溫測量 。(4)從點(diǎn)測量發(fā)展到二維面測量 。(2)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性更高 。 輻射測溫技術(shù)：隨著光電和紅外探測器的發(fā)展 ,出現(xiàn)了多種多樣的紅外測溫儀 ,紅外測溫技術(shù)得到了更多的應(yīng)用。 薄膜溫度傳感器：在傳感器結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面 ,出現(xiàn)了薄膜溫度傳感器 ,它是隨著薄膜技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的新型微傳感器 ,其敏感元件為微米級(jí)的薄膜 ,具有體積小、熱擾動(dòng)小、熱動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度高、便于集成和安裝的特點(diǎn) ,并且具有耐磨、耐壓、耐熱沖擊和抗剝離的優(yōu)良性能 ,特別適合于微尺度或小空間溫度測量、表面溫度的測量等場合。因此，在實(shí)際的溫度測量中，要考慮多種影響因素，在滿 7 第 7 頁 共 54 頁 足測量精度的前提下，盡量降低我們的成本投入。非接觸式測溫方法，它是通過對輻射能量的檢測來實(shí)現(xiàn)溫度測量，其優(yōu)點(diǎn)是不破壞被測溫度場，可以測量有那些物體熱容量較小的情況，適于測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度，還可以測量區(qū)域的溫度分布，響應(yīng)速度 較快。 溫度測控技術(shù)包括兩個(gè)方面。同一環(huán)境同樣可能需要多通道的溫度控制系統(tǒng)，下面就簡要的討論一下，自動(dòng)溫度檢測與控制技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀。但生活中同樣存在很多的應(yīng)用，有時(shí)在一個(gè)環(huán)境中要對多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制。這是因?yàn)椋芏鄳?yīng)用中只有加熱環(huán)節(jié)，而沒有冷卻的裝置。因此，對溫度的控制精度要求，如果是比較高的情況下，沖現(xiàn)象是不允許出現(xiàn)的，即目標(biāo)溫度的控制不能讓實(shí)際溫度超過。由熱力學(xué) 第二定律，這兩個(gè)溫度相同的系統(tǒng)之間逐步的達(dá)到最終的熱平衡，利用這樣一個(gè)與目標(biāo)系統(tǒng)溫度同步的隔離層，就可以把外界和目標(biāo)系統(tǒng)完全進(jìn)行熱隔離。為了使系統(tǒng)與外界的能量交換，盡可能的符合人們的要求，我們就需要其他手段來實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)隔熱的目的。因此，溫度的測量和控制在國民經(jīng)濟(jì)許多的方面中，均受到了相當(dāng)程度的重視。自然界中一切物理和化學(xué)過程都緊密與溫 度相關(guān)聯(lián)。 DS18b20。 controlled temperature and can greatly improve the technical specifications. So this device is not only lightweight, stable, and is very practical. This article from the hardware circuit design, software design introduces two MCS51 microcontroller temperature control system design, hardware schematics and block diagram briefly described, the realization of the design process and the debugging process has made the corresponding instructions. Keywords: SCM。 關(guān)鍵字 ：單片機(jī)； 1602 液晶屏； DS18b20；溫度控制