【正文】 學(xué) 院 工學(xué)院 專業(yè)名稱 自動(dòng)化 班 級(jí) * 學(xué) 號(hào) * 姓 名 淡淡的 指導(dǎo)教師 王東林 目錄 題目 溫度控制器的設(shè)計(jì) ................................................................................................. 1 (一 ) 系統(tǒng)功能分析 ................................................................................................. 2 (二 ) 系統(tǒng)硬件原理圖設(shè)計(jì) ....................................................................................... 2 (三 ) 控制軟件功能分析 .......................................................................................... 5 1) I2C 總線 ...................................................................................................... 5 2) 1602 顯示 .................................................................................................... 6 3) 鍵盤單元 ..................................................................................................... 7 4) AD 轉(zhuǎn)換 ....................................................................................................... 7 (四 ) 程序模塊流程圖 .............................................................................................. 8 (五 ) 運(yùn)行結(jié)果 ........................................................................................................ 9 結(jié)論 .......................................................................................................................... 9 附錄 ........................................................................................................................ 11 元件清單 .......................................................................................................... 11 程序清單 .......................................................................................................... 11 (一 ) 系統(tǒng)功能分析 通過溫度傳感器檢測(cè)外界的溫度，然后經(jīng)放大接入 A/D，和鍵盤設(shè)置的溫度值進(jìn)行比較，來調(diào)節(jié)控制器對(duì)加熱器進(jìn)行控制，使溫度保持在設(shè)定溫度附近，并通過 LED顯示溫度值，如果出現(xiàn)溫度異常，通過嗡鳴器進(jìn)行報(bào)警。以實(shí)現(xiàn)溫度設(shè)置輸入、溫度顯示、溫度異常報(bào)警、加熱執(zhí)行器控制等功能。 AT89S51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(jí) 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。空閑模式下， CPU暫停工作，而 RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 由于系統(tǒng)控制方案簡單 ,數(shù)據(jù)量也不大 ,考慮到電路的簡單和成本等因素 ,因此在本設(shè)計(jì)中選用 A TMEL 公司的 A T89S51單片機(jī)作為主控芯片。 可以看出 AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128字節(jié)內(nèi)部RAM， 32 個(gè) I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 P0口： P0口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口。在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。對(duì)端 口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。 P2口： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯門電路。在訪問８位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行： MOVX Ri 指令）時(shí)， P2口線上的內(nèi)（也即特殊功能寄存器，在整個(gè)訪問 期間不改變。） P3口： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。對(duì) P3口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 RST：復(fù)位輸入。 WDT益出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH單元的 D0位置位，可禁止 ALE操作。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE無效。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，高有兩次有效的 PSEN信號(hào)。欲使 CPU 公訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址 0000H－ FFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。如 EA 端為高電平（ 接 Vcc端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 AT89S51單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)造及功能： 特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片內(nèi)空間分存如下圖 32所示。而寫這些地址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。 (三 ) 控制軟件功能分析 1) I2C 總線 a) 總線通訊 是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。 起始和停止條件一般由主機(jī)產(chǎn)生，總線在起始條件后被認(rèn)為處于忙的狀態(tài) 在停止條件的某段時(shí)間后總線被認(rèn)為再次處于空閑狀態(tài)。 應(yīng)用 I2C總線通訊來處理 cpu與鍵盤， lcd顯示器， A/D轉(zhuǎn)換器的通訊。數(shù)據(jù)只在時(shí)鐘的高電平周期有效，因此需要一個(gè)確定的時(shí)鐘進(jìn)行逐位仲裁。這就是說 SCL 線的高到低切換會(huì)使器件開始數(shù)它們的低電平周期，而且一旦器件的時(shí)鐘變低電平，它會(huì)使 SCL 線保持這種狀態(tài)直到到達(dá)時(shí)鐘的高電平。 因此 SCL 線被有最長低電平周期的器件保持低電平。 當(dāng)所有有關(guān)的器件數(shù)完了它們的低電平周期后，時(shí)鐘線被釋放并變成高電平。首先完成高電平周期的器件會(huì)再次將 SCL 線拉低。 2) 1602 顯示 想要在 LCD1602屏幕的第一行第一列顯示一個(gè) A字 ,就要向 DDRAM的 00H地址寫入 “A”字的代碼就行了。那么一行可有 40個(gè)地址呀？是的，在 1602中我們就用前 16個(gè)就行了。對(duì)應(yīng)如下： DDRAM地址與顯示位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系 a) 程序設(shè)計(jì)思路 檢查 LCD忙狀態(tài) lcd_busy為 1時(shí)，忙，等待。 寫指令數(shù)據(jù)到 LCD RS=L， RW=L， E=高脈沖， D0D7=指令碼。 設(shè)定顯示位置 清屏子程序 3) 鍵盤單元 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路 ,以及專 一的復(fù)位功能外 ,其它的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識(shí)別哪一個(gè)按鍵按下。 K K2 鍵作為溫度最高限、最低限的設(shè)定功能鍵； K K4 鍵作為溫度值設(shè)定的增加和減小功能鍵。按一次進(jìn)入最高限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最高限溫度值后，再按一次確認(rèn)設(shè)定完成。按一次進(jìn)入最低限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最低限溫度值后，再按一次確認(rèn)設(shè)定完成。 K4鍵： 1 功能鍵，每按一次將溫度值減 1，范圍從 99℃到 1℃ 4) AD 轉(zhuǎn)換 a) 平均濾波 1ms采樣一次，將 N秒內(nèi)所有數(shù) 據(jù)相加除以 N再做標(biāo)度變換，轉(zhuǎn)化為人們熟悉的攝氏度后在 lcd顯示屏顯示出來 b) 定時(shí)器初始化 TMOD=0x11。 //50ms 定時(shí)器設(shè)置后，可以在 lcd 上實(shí)時(shí)顯示時(shí)間 (四 ) 程序模塊流程圖 程序開始的時(shí)候先設(shè)置初始化，然后就控制數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。按下進(jìn)入溫度控制點(diǎn) 1的程序。有按鍵按下的時(shí)候進(jìn)入按鍵處理程序。 (五 ) 運(yùn)行結(jié)果 順利實(shí)現(xiàn)要求功能，通過 AD轉(zhuǎn)換可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，標(biāo)度變換后 顯示出099攝氏度范圍的溫度，在與規(guī)定范圍值比較后作出報(bào)警或正常的響應(yīng)。 在論文中 簡單分析了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程及實(shí)現(xiàn)方法。 參 考 文 獻(xiàn)