【正文】 并 存 儲(chǔ)返 回YN 圖 45 實(shí)時(shí)溫度與設(shè)置溫度比較子程序 16 5 總體電路設(shè)計(jì)與仿真 總體電路設(shè)計(jì) 總體電路主要由 AT89C51 單片機(jī)、 DS18B20 溫度傳感器、 2 個(gè) LED 數(shù)碼管顯示器、鍵盤(pán)電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、溫度控制電路和電源電路組成。 讀 取 實(shí) 際 溫 度實(shí) 溫 = 設(shè) 溫 ？實(shí) 溫 設(shè) 溫 ？啟 動(dòng) 加 熱返 回啟 動(dòng) 制 冷N(xiāo)NYY 圖 43 讀取和轉(zhuǎn)換溫度子程序 N N N Y 15 （ 4） 實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定溫度比較子程序流程圖如圖 44 所示。 （ 2） 溫度 設(shè)定子程序流程圖如圖 42 所示。 V1V S IN ET R 122 0 ： :1 0B R 2D F 00 5 M C422 0 uC50. 1 uVI1VO3GND2U278 0 5C60. 1 uD11N4 1 4 8 W S+5 V 圖 311 電源電路 4 基于單片機(jī)的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的程序主要有一下幾個(gè)程序組成： 主程序、溫度設(shè)定子程序、讀取和轉(zhuǎn)換溫度子程序、溫度顯示子程序、實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定溫度比較子程序。一旦出現(xiàn)輸入端開(kāi)路故障，因輸出端已經(jīng)充滿電的 220μF電容將從輸出端放電從而損壞穩(wěn)壓器，此時(shí)跨接一個(gè)二極管 D1，使電容上的電壓立即導(dǎo)通，保護(hù)穩(wěn)壓器不被損壞。 CC3 采用 ～ 1μF坦電容。 C2 為輸入穩(wěn)定電容，用來(lái)防止穩(wěn)壓器輸入組空降低時(shí)發(fā)生震蕩。另外，為了使電路穩(wěn)定工作，在電路中接入了電容 C C2 和 C3。 如果 紅色燈亮 ，則 表示系統(tǒng)進(jìn)入 了 加熱狀態(tài)， 如果 藍(lán)色燈亮 ，則 表示系統(tǒng) 進(jìn)入了 制冷狀態(tài)。因此，采用光電耦合器 就 可以有效地隔離電磁場(chǎng)的 干擾。 MOC3031 是常用的雙向可控硅輸出的光電耦合器，它帶 有 過(guò)零觸發(fā)電路， 其 輸入端的控制電流至少為 15mA。與單向晶閘管一樣，雙向晶閘管也具有 觸發(fā) 控制特性。這里我采用了帶過(guò)零觸發(fā)的雙向晶閘管觸 發(fā)電路。以往的輸出控制開(kāi)關(guān)通常采用繼電器、耦合器和晶閘管等。溫度控制模塊 的 電路 圖 如圖 310所示。 溫度控制模塊 在溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)中，溫度的控制模塊應(yīng)該說(shuō)是系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)部分和核心部分。圖中的 2 個(gè)七段LED 數(shù)碼管，它們的 2 端分別接到單片機(jī)的 、 口，而單片機(jī)的這 2 個(gè) I/O 口則輸出位選信號(hào)用于動(dòng)態(tài)掃描 。本系統(tǒng)就是采用了動(dòng)態(tài)顯示方式。動(dòng)態(tài)顯示需要 CPU 隨時(shí)對(duì)顯示器件的數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新，且顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU 時(shí)間多， 12 但是使用的硬件少 ， 可節(jié)省 I/O 口 。動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位輪流點(diǎn)亮每個(gè)顯示器，同時(shí)只能一個(gè)顯示器工作，只是由于人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅的余暉， 使 看到的結(jié)果是多個(gè)字符 “同時(shí) ”顯示。 在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中 LED 顯示器通常由多位構(gòu)成，對(duì)其的控制包括字形控制和字位控制。 表 33 LED 顯示器顯示的十六進(jìn)制數(shù)的共陰極字型碼 顯示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 共陰極碼 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 顯示字符 9 A B C D E F “滅 ” 共陰極碼 6FH 77H 7GH 39H 5EH 79H 71H 00H 顯示電路 LED 顯示電路如圖 39 所示。 bcdefgad p abcdefgDp abcdefgDp （ a）數(shù)碼管引腳圖 （ b）共陰極 （ c）共陽(yáng)極 圖 38 二極管結(jié)構(gòu)圖 7 段覆蓋二極管各字型碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 32 所示。若采樣共 陰極接法，輸入高電平時(shí)發(fā)光二極管點(diǎn)亮；若采用共陽(yáng)極接法，輸入低電平時(shí)發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 LED 數(shù)碼管顯示器的外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 38 所示。當(dāng)某些段的發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，顯示對(duì)應(yīng)的字符。因此我只選擇了 2 個(gè) LED 數(shù)碼管顯示。 顯示模塊 本設(shè)計(jì)的 目的主要是應(yīng)用于像育嬰室、花店的 鮮花儲(chǔ)存室之類(lèi)的小空間、并且對(duì)溫度精度要求不是很高的地方。軟件消除抖動(dòng)節(jié)省了硬件，并且處理靈活，但是占用 CPU 時(shí)間較長(zhǎng)。 軟件消除抖動(dòng)就是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)子程序，然后確認(rèn)鍵電平是否仍 10 然保持鍵按下的狀態(tài)電平 ， 如果是 ， 則認(rèn)為有鍵按下。消除抖動(dòng)的方法通常有兩種，硬件消除抖動(dòng)和軟件消除抖動(dòng)。使用鍵盤(pán)時(shí)，如果有抖動(dòng)現(xiàn)象的話，輕微的抖動(dòng)會(huì)對(duì)輸入的信號(hào)產(chǎn)生干擾。 R810 kR910 kR 1 010 kR510 kS W 1S W S P S TP 2 .2P 2 .3P 2 .4P 2 .7 圖 37 鍵盤(pán)模塊電路圖 系統(tǒng)啟動(dòng)后，默認(rèn)顯示的是實(shí)時(shí)溫度值，如果用戶想要看設(shè)定的溫度值的話，按下按鈕顯示器就會(huì)顯示出來(lái)設(shè)置的溫度值。所以我選擇 2 個(gè) LED 數(shù)碼管顯示器，用按鍵控制顯示的溫度是實(shí)時(shí)溫度值還是 設(shè)置 的溫度值，這樣不僅使程序簡(jiǎn)單化，也降低了成本。如圖 37 所示。當(dāng)用戶想要在系統(tǒng)默認(rèn)的溫度值的基礎(chǔ)上調(diào)整溫度的話，先按下手撥開(kāi)關(guān)的 ON 端，再按上調(diào)按鈕，這樣就可以實(shí)現(xiàn)增加溫度設(shè)定值；如果按 下調(diào)按鈕，則實(shí)現(xiàn)減小溫度設(shè)定值。如圖 37 9 所示。當(dāng)用戶想要設(shè)置溫度值時(shí)，就按手撥開(kāi)關(guān)的 ON 端，用戶設(shè)置好了溫度值后，再按手撥開(kāi)關(guān)的 OFF 端，即可完成設(shè)置溫度。 溫度 設(shè)置 鍵盤(pán)模塊 用于控制是否 設(shè)置 溫度，我選用 手撥開(kāi)關(guān)。 （ 5） DS18B20 與 AT89C51 單片機(jī) 的連接電路如圖 36 所示。 DS18B20 的分辨率為 42? 。當(dāng)檢測(cè)到正溫度時(shí) S 為 0，當(dāng)檢測(cè)到負(fù)溫度時(shí) S 為 1。 圖 35 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （ 4） DS18B20 的溫度計(jì)算 64 位ROM 單線 接口 溫度靈敏元件 8 位 CRC 生成器 高速 緩存 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器和控制器 電源檢測(cè) 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 低溫觸發(fā)器 TL 8 每個(gè) DS18B20 有唯一的 64 位序號(hào)，該序號(hào)存放在各自的 ROM 中。 ② 無(wú)需外部轉(zhuǎn)換元件； ③ 可編程分辨率 9～ 12 位，可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ ； ④ 12 位分辨率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為 數(shù)字，靈敏度大為提高； ⑤ 負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； （ 2） DS18B20 的引腳及說(shuō)明如圖 34 所示。 DS18B20 本身可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和轉(zhuǎn)換，極大地簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜程度。一般電容選 10～ 30μF，電阻選 1～ 10K。上電后，由于電容充電，使 RST 持續(xù)一段高電平時(shí)間。單片機(jī)的復(fù)位電路有兩種形式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。 例如： 石英晶體振蕩器的頻率為 MHZfOSC 12? ，則 時(shí)鐘周期 usM H Zf OS C 0 8 3 ??? 指令周期 =（ 1～ 4）機(jī)器周期 =（ 1～ 4） 12時(shí)鐘周期 =1～ 4μs 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位就是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化操作，使單片機(jī)內(nèi)部各寄存器處于一個(gè)確定的初始化狀態(tài)，以便進(jìn)行下一步操作。 6 個(gè)狀態(tài)周期就構(gòu)成了 1 個(gè)機(jī)器周期，機(jī)器周期是單片機(jī)是單片機(jī)執(zhí)行一次基本操作所需要的時(shí)間單位，單片機(jī)執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱(chēng)為指令周期，通常由 1～ 4 個(gè)機(jī)器周期組成。 時(shí)鐘電路產(chǎn)生的最小時(shí)序單位稱(chēng)為時(shí)鐘周期，它是由石英晶體振蕩器的振蕩頻率決定的，又稱(chēng)振蕩周期 。時(shí)鐘電路就是提供單片機(jī)內(nèi)部各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)的電路，沒(méi)有時(shí)鐘電路單片機(jī)就無(wú)法工作。每個(gè)機(jī)器周期 /PSEN 均產(chǎn)生兩次有效輸出信號(hào)。 /PSEN：讀片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出端。不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，該端以 時(shí)鐘頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，可用作外部時(shí)鐘。 /ALE/PROG：地址鎖存允許端 /編程脈沖輸入端。若要訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器則 /EA端必須保持低電平。 VPD 端可外接備用電源，以便在 Vcc 掉電時(shí)向其供電。 ④ 控制線引腳 RESET/VPD：復(fù)位端 /備用電源輸入端。 ～ ：一組內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 ～ ：一組內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL門(mén)電路。作輸入 /輸出口用時(shí)，用作地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口線。 XTAL2： 外接晶振輸出端。 Vss：接地端（ GND）。其引腳如圖 31 所示。 （ 2） AT89C51 的基本結(jié)構(gòu) ① 適于控制應(yīng)用的 8 位 CPU，由運(yùn)算器和控制器組成； ② 一個(gè)片內(nèi) 振 蕩器及時(shí)鐘電路，最高工作頻率可達(dá) 24MHz； ③ 4KB Flash 程序存儲(chǔ)器； ④ 可尋址 64KB 外部數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器空間及 64KB 程序存儲(chǔ)器 空間 ； ⑤ 32 根 雙向可按位尋址的 I/O 口線； ⑥ 1 個(gè)全雙工串行口； ⑦ 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； ⑧ 5 個(gè)中斷源，具有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。 CPU 主控模塊 CPU 主控模塊采用 AT89C51 芯片，將數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 采集的溫度信號(hào)與用戶設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較， 通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理并發(fā)出信號(hào) ，控制光電耦合器的通斷進(jìn)行加熱或降溫處理。 A T 8 9 C 5 1時(shí) 鐘 電 路復(fù) 位 電 路信 息 采 集溫 度 控 制L E D 顯 示設(shè) 置 溫 度 鍵 盤(pán)切 換 顯 示 溫 度 鍵 盤(pán) 圖 21 溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理框圖 3 3 基于單片機(jī)的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件部分主要有六部分組成： CPU 主控模塊、溫度采集模塊、鍵盤(pán)處理模塊、 LED 顯示模塊、溫度控制模塊和 電源模塊。 溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理 基于單片機(jī)的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定用戶希望的溫度值，由溫度傳感器采集溫度信息，通過(guò) LED 顯示器顯示采集到的實(shí)時(shí)溫度值，經(jīng)過(guò)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行溫度的調(diào)控。如果采集到的溫度值與用戶設(shè)定的溫度值相同，則控制系統(tǒng)不反應(yīng)。 在溫度控制系統(tǒng)中，當(dāng)溫度低于用戶設(shè)定的溫度值時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)則會(huì)通過(guò)一個(gè)低電平的脈沖 電流直接送給雙向晶閘管觸發(fā)電路，啟動(dòng) 由此 雙向晶閘管 控制 的加熱裝置進(jìn)行加熱升溫。本系統(tǒng)采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 是順應(yīng)了電路集成化、避免外界干擾和提高測(cè)量精度的發(fā)展趨勢(shì)。又因?yàn)?DS18B20 與單片機(jī)連接只需要一根線進(jìn)行信息傳