【正文】 作和讀鎖存器操作，在讀鎖存器狀態(tài)時，P1可以進(jìn)行“讀修改寫”操作。P1口：帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，在芯片上為1~8引腳。單片機擴(kuò)展外部存儲器和輸入/輸出端口芯片時，P0口輸出8位數(shù)據(jù)作為低8位地址或數(shù)據(jù)[2]。在一般性設(shè)計中，直接給該引腳接+5V的高電平，表示單片機只對片內(nèi)ROM的0000H~0FFFH地址范圍讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)需要讀取片外ROM中的數(shù)據(jù)時，在該引腳接低電平，此時片內(nèi)ROM關(guān)閉。在此次設(shè)計中，該引腳為ADC0809提供轉(zhuǎn)換時鐘信號。3. 復(fù)位引腳RST如果單片機檢測到該引腳在兩個單片機時鐘周期以內(nèi)都為高電平，則系統(tǒng)確定為復(fù)位操作并對芯片內(nèi)部的各地址、指針、寄存器進(jìn)行復(fù)位。2. 外接晶振引腳XTAL1和XTAL2當(dāng)采用內(nèi)部時鐘方式時，XTAL1和XTAL2兩端跨接晶振和電容，并利用芯片內(nèi)部的振蕩器，共同構(gòu)成時鐘發(fā)生電路，該時鐘作為單片機時鐘信號。 AT89C51引腳結(jié)構(gòu)圖1. 電源引腳VCC和GND。 AT89C51單片機引腳功能說明AT89C51具有雙列直插封裝、方形封裝、扁平封裝三種封裝形式。雖然現(xiàn)在有越來越多的專用控制芯片已經(jīng)做得非常好，在某方面的性能已經(jīng)超過了51單片機，但是51單片機的多功能和穩(wěn)定性，高性能等特點依然是大多數(shù)專用控制芯片不可比擬的。在芯片內(nèi)集成了程序存儲器，數(shù)據(jù)存儲器，CPU，輸入/輸出端口等硬件模塊，基本具備一臺計算機的運行條件。故決定采用該方案。更多的時候，在使用一些重復(fù)的程序模塊時，只要對這些C語言程序模塊稍作修改便可立即使用，無需擔(dān)心處理器的識別問題，現(xiàn)在很多公司都會建立自己的C語言模塊庫。對單片機而言，C語言最大的優(yōu)點是其可移植性高。面對時代發(fā)展，在程序設(shè)計已不僅僅只是簡單的語言表達(dá)，在設(shè)計中，我們需要許多的運算符，運用不同的數(shù)據(jù)類型，希望能得到簡潔的操作方式。故不準(zhǔn)備采取該方案。也就是說，當(dāng)我們將某一處理器的匯編程序下載到另外一個不同的處理器上進(jìn)行操作時，這臺處理器將不能正常工作，這時我們必須依據(jù)這臺處理器的指令集對程序進(jìn)行修改。在一些學(xué)校教學(xué)中，將匯編語言作為唯一的單片機教學(xué)語言。機器語言編寫繁雜，不易人工識別和修改，匯編語言成為一些穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)程序編譯時的唯一選擇。處理器通過指令集對自身的各種信號和硬件系統(tǒng)進(jìn)行控制，利用信號控制對其內(nèi)部的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試，或發(fā)出指令命令外圍器件工作。因此，決定采用這種方案。2. 方案2： 采用線性穩(wěn)壓電源線性穩(wěn)壓電源具備機能靠得住、布局簡略、調(diào)理便利、輸出電壓穩(wěn)定性強、紋波小等長處，在電路中得以廣泛應(yīng)用。但是開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路組成復(fù)雜，調(diào)節(jié)困難，而且本次設(shè)計暫時可以忽略電源功耗的影響。故決定采取該方案。2. 方案2：采用LCD液晶顯示器在較為常用的顯示器中，同樣大小的LCD比LED能顯示的內(nèi)容更多，且不像LED一樣需要復(fù)雜的連線，功耗也更低。但是在本次設(shè)計中不止要顯示當(dāng)前溫度，而且要顯示出上下限溫度，需要顯示的字符較多，如果使用LED顯示，則需要的LED較多，明顯不適合本次設(shè)計。故決定采用這種方案。在本設(shè)計中，根據(jù)功能來說，需要0~9的數(shù)字按鍵10個，上下限溫度功能鍵2個，確定、刪除、返回、菜單功能按鍵共4個，總共16個按鍵。故不采用這種方案。獨立式按鍵的使用也很簡單，往往一個功能配一個鍵。 AT89C51的中斷源中斷源中斷入口地址說明0003H外部中斷0請求，低電平/下降沿有效，中斷求標(biāo)志為IE0T0000BH定時器/計數(shù)器T0溢出中斷請求，中斷請求標(biāo)志為TF00013H外部中斷1請求，低電平/下降沿有效，中斷求標(biāo)志為IE1T1001BH定時器/計數(shù)器T1溢出中斷請求，中斷請求標(biāo)志位TF1串行口0023H串行口中斷請求，當(dāng)串行口完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送或接受一幀數(shù)據(jù)時請求中斷，中斷請求標(biāo)志為TI或RI 鍵盤設(shè)計方案的論證與比較1. 方案1：采用獨立式按鍵在單片機外圍電路設(shè)計中，當(dāng)I/O口資源充足時，我們通常選擇獨立式按鍵。在單片機中，中斷申請只能單個響應(yīng)，所以要依據(jù)自己的設(shè)計要求對中斷源進(jìn)行優(yōu)先級排列。在多機通信中，串行口被用于異步通信，實現(xiàn)多機信息間的交流和控制[5]。并行I/O口：共4個8位的雙向I/O口，即P0、PPP3，因此數(shù)據(jù)可以用并行數(shù)據(jù)的方式與單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[4]。定時器/計數(shù)器的核心是2個8位的特殊功能寄存器TH1和TH2，開啟定時或計數(shù)功能后，在這兩個寄存器內(nèi)每過一個時鐘周期就進(jìn)行一次加“1”，計數(shù)對外部脈沖加1計數(shù)，定時則設(shè)定計數(shù)次數(shù)獲得定時時間。片內(nèi)ROM：4KB存儲空間，可由EA引腳電平?jīng)Q定片內(nèi)還是片外尋址。片內(nèi)RAM：共258個存儲單元，分為兩個部分，低128字節(jié)RAM和特殊功能寄存器SFR[3]。 AT89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C51的基本結(jié)構(gòu)包括CPU、存儲器、I/O口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時鐘電路等。ADC0809程序設(shè)計簡單，連接方便，在proteus中具有仿真模型，便于仿真和調(diào)試。它通過逐次逼近的方式，對模擬電壓進(jìn)行分階段性的比較，比較得出的8位數(shù)據(jù)作為數(shù)字量，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。故不準(zhǔn)備采用這種方案。在速度要求不高的場合，是首選的ADC方案。 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計方案的論證與比較1. 方案1：采用芯片MC14433實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集MC14433利用抗干擾性較好的二次積分原理為轉(zhuǎn)換方式，犧牲轉(zhuǎn)換速率以達(dá)到177。因為電流恒定，無論電阻值大小都不會引起自熱發(fā)生的測量誤差，溫度變化時鉑熱電阻值變化，根據(jù)歐姆定律，電壓是電阻和電流的乘積，由于電流恒定不變，電壓隨電阻線性變化。查詢PT100分度表可知，在0~100攝氏度以內(nèi)，其阻值依線性緩緩上升，因此，在軟件內(nèi)部建立線性方程可算出被測溫度值。但是其測溫范圍僅在55~155攝氏度左右，且編程比較復(fù)雜。 溫度采集方案的論證與比較1. 方案1：采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20溫度被檢測到之后，在該傳感器內(nèi)部直接進(jìn)行處理，得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，緩存在芯片的緩沖區(qū)，等待傳輸。 設(shè)計方案論證 設(shè)計一個實用的電子應(yīng)用系統(tǒng)，首先必須考慮該系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，其次要考慮設(shè)計成本，接著要考慮其可靠性和可維護(hù)性，最后揉合以上因數(shù)，力求該系統(tǒng)具有較高的性價比。通過手動調(diào)節(jié)，控制鍋爐內(nèi)的溫度，也可以在設(shè)置后，讓鍋爐實現(xiàn)智能溫控。1度；（2）工作形式有手動、自動工作形式，手動形式用于控制系統(tǒng)調(diào)試，自動形式用控制系統(tǒng)正常運行；熱電偶選型要合理；（3）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某種不良情況導(dǎo)致控制失靈時，控制系統(tǒng)具有報警功能；（4）設(shè)計和仿真方案合理，最后得到的數(shù)據(jù)和結(jié)果真實可靠。該系統(tǒng)具有自動調(diào)節(jié)和手動設(shè)置功能，通過操作界面調(diào)節(jié)，并能顯示溫度和上下限溫度，且具有歷史記錄功能。同時，考慮到系統(tǒng)驅(qū)動電源，芯片的電源等要求，添加了可調(diào)線性直流穩(wěn)壓電源。通過查閱資料與借鑒，此次設(shè)計決定用一個多功能鍵盤實現(xiàn)諸多的設(shè)置作用和信息輸入，單片機進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。 系統(tǒng)的總體設(shè)計思想 本系統(tǒng)的總體設(shè)計思路是，本著精確、可靠、穩(wěn)定的原則，采用模塊化設(shè)計，自頂向下構(gòu)思。因為數(shù)字溫度傳感器的測溫范圍有限，不超過150℃，這與工業(yè)中經(jīng)常200℃以上的情況顯然不合適。它的數(shù)據(jù)傳輸方法是在內(nèi)部得到具體的溫度數(shù)據(jù)后，利用內(nèi)部的緩沖器進(jìn)行緩存，利用主控器件對它發(fā)出控制命令進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)，這就是單總線傳輸，這也是它的最主要的特點。目前使用的較為先進(jìn)的溫度傳感器是數(shù)字傳感器。于是溫度傳感器便應(yīng)運而生。本設(shè)計以家用燃?xì)忮仩t為研究目標(biāo)，使用AT89C51單片機為控制核心組成溫度控制系統(tǒng)，采用熱電阻感應(yīng)溫度的變化，單片機實現(xiàn)收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、發(fā)送控制命令的功能，從各方面詳細(xì)的說明單片機在溫度控制的應(yīng)用。所以，限定鍋爐在安全溫度內(nèi)成為每一個溫度控制系統(tǒng)的核心部分。鍋爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定是鍋爐性能的一項重要指標(biāo)，溫度過高和溫度過低都會給鍋爐的穩(wěn)定運行和生產(chǎn)造成重大的的影響，甚至發(fā)生安全事故。由于電流易控制的特點，電鍋爐在小型鍋爐和精密控溫的到使用者的青睞。鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計方案第1章 緒論鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備之一，它通過轉(zhuǎn)化燃料中的化學(xué)能或利用電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，成為人們廣為依賴的采暖工具。在電鍋爐中，利用電阻在通電流狀態(tài)下發(fā)熱的原理，通過對電流的大小的控制對溫度的控制。但是，在大部分城市中，由于國家實行“西氣東輸”計劃，燃?xì)鈨r格為普通人家所接受，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算，燃?xì)忮仩t更便宜，比電鍋爐應(yīng)用更受歡迎。溫度過高，導(dǎo)致鍋爐金屬材料和相關(guān)部件的超溫過熱，加速管材金屬氧化，降低鍋爐和相關(guān)部件的使用壽命；溫度過低，假定在保持鍋爐蒸發(fā)量不變的情況下，鍋爐的損耗將大幅上升，能源利用率因此下降，而且負(fù)荷也將受到限制。 隨著科技發(fā)展，人們對采暖方式和熱水方式漸漸發(fā)生變化，家用燃?xì)忮仩t進(jìn)入尋常百姓家，但是國內(nèi)燃?xì)忮仩t的開發(fā)與應(yīng)用還處于較落后的階段，市場上的大多數(shù)此類商品還是以國外為主，所以燃?xì)忮仩t依然有廣大市場與研究價值。 溫度傳感技術(shù) 自工業(yè)時代以來，隨著大型機械的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，溫度對機械工作性能的影響越來越被人們所重視，對溫度的未知可能造成機械損壞或發(fā)生重大事故。溫度傳感器用在生活的方方面面，從冶金行業(yè)到每一個人身邊中的一部分，它已經(jīng)隨著時代的步伐在進(jìn)步。數(shù)字傳感器的優(yōu)點是不需要像傳統(tǒng)方式一樣加入轉(zhuǎn)換部分，利用當(dāng)今成熟的集成技術(shù)，在其內(nèi)部已經(jīng)集成了感應(yīng)溫度系統(tǒng)和溫度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，尤其是它單端數(shù)據(jù)輸出的功能，極大減少對主控器件端口的占用，是端口資源優(yōu)化的方法之一。雖說數(shù)字傳感器得到廣泛應(yīng)用，但是在工業(yè)中仍是大量應(yīng)用熱電阻傳感器。熱電阻傳感器測量溫度范圍在200~960℃，包含了大多數(shù)工業(yè)設(shè)備的工作溫度，至今，仍然有很大的研究與利用價值。根據(jù)題目提出的設(shè)計任務(wù)及性能任務(wù)指標(biāo)，通過理論分析及計算，整體把握，然后再逐步細(xì)化，分模塊的進(jìn)行設(shè)計，期間輔以電路仿真軟件proteus進(jìn)行電路原理仿真，最后進(jìn)行各模塊的組合以完成整個系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)。用恒流源驅(qū)動熱電阻，通過模/，并在芯片進(jìn)行軟件識別后輸出到LCD完成對當(dāng)前溫度值的顯示。11第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)性能要求及特點 1. 系統(tǒng)性能要求以AT89C51單片機為核心，搭配合理的人機互動界面，設(shè)計一個鍋爐溫度控制系統(tǒng)。（1）控制溫度在0150度，誤差177。2. 系統(tǒng)特點根據(jù)上述要求可以總結(jié)出，該系統(tǒng)要求有較高的測溫準(zhǔn)確精度，能即時反映現(xiàn)下的溫度值，并且具有手動可調(diào)功能。同時，我們可以結(jié)合現(xiàn)實生活中一些鍋爐或機械情況，使用矩陣鍵盤操作更靈活，用LCD顯示可提供更多信息量。因此，我們對此次設(shè)計進(jìn)行了多方面的論證與分析。DS18B20連接到控制器的線路只需要一條信號線，且用了串行通信，符合現(xiàn)下多數(shù)設(shè)備的通信標(biāo)準(zhǔn)，使得DS18B20更受歡迎。2. 方案2：恒流源驅(qū)動PT100用1mA恒定電流驅(qū)動PT100熱電阻，將電阻阻值（~）~，ADC0809對該電壓信號進(jìn)行采樣。PT100鉑熱電阻工作在1mA電流下，此電流下，鉑熱電阻不會因為電流流過發(fā)生的自熱會引起測量誤差。該方案得到了廣泛應(yīng)用，借鑒性高，實用性強，決定采取該方案。1/1999的分辨率，相當(dāng)于11位二進(jìn)制轉(zhuǎn)換精度，是性價比較高的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。但其基準(zhǔn)電壓要求為2V，而2V電壓在電子市場上的供應(yīng)少，對于+5V或+15電源來說，價格要貴許多，同時其BCD碼的傳輸方式輸出會極大占用CPU的運行，且它在proteus沒有仿真模塊，不易于仿真和測試。2. 方案2：采用芯片ADC0809實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊ADC0809是目前要求精度不是很嚴(yán)格的大多數(shù)電子設(shè)計產(chǎn)品中的通用模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。8位數(shù)字量鎖存在芯片內(nèi)的三態(tài)輸出鎖存器，單片機通過發(fā)送控制信號決定是否獲取數(shù)據(jù)。故采用這種方案。接下來我們選取基本結(jié)構(gòu)中的重要部分進(jìn)行詳細(xì)介紹：CPU：8位CPU，主要用來完成算數(shù)和邏輯運算，是單片機中最重要的部分。其中低128字節(jié)的RAM又被分為00H~1FH的工作寄存區(qū)、20H~2FH的可位尋址區(qū)、30H~7FH的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。定時器/計數(shù)器：C51系列包含有兩個16位的可編程定時器/計數(shù)器分別稱為定時器/計數(shù)器T0和定時器/計數(shù)器T1；它們都具有定時器工作模式和計數(shù)器工作模式，對控制寄存器TMOD和TCON編程或位操作，可以選擇工作模式和工作方式。在單片機設(shè)計中，定時和計數(shù)功能的開啟，定時的時間，計數(shù)的數(shù)目都由軟件進(jìn)行設(shè)定。串行口：一個全雙工的串行口，用于單片機與其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，當(dāng)I/O口資源緊缺時，可利用串行口傳輸，極大提高I/O口利用率。中斷控制系統(tǒng)：C51系統(tǒng)通過4個特殊功能寄存器中的各標(biāo)志位置“1”或清零操作來實現(xiàn)各種中斷控制功能，分別為TCON定時器/計數(shù)器T0及T1的控制寄存器，SCON串行口控制寄存器，IE中斷允許控制寄存器，IP中斷優(yōu)先級控制寄存器[6]。中斷系統(tǒng)分為外部中斷和內(nèi)部中斷，共5個中斷源。因為獨立式按鍵基本不需要占用程序?qū)嵭校谛枰粩嘈枰獧z測按鍵有效性的程序中，省卻許多的檢測時間。但是，一旦項目中需要按鍵實現(xiàn)大量的功能，比如在本次設(shè)計中需要數(shù)字鍵和其它功能鍵，如果采用獨立式鍵盤，I/O口就會緊缺。2. 方案2：采用矩陣鍵盤在大部分機械中，要求輸入的內(nèi)容與信息不僅僅是簡單的控制信號，在這種需要按鍵較多的情況下，通常采用矩陣鍵盤。使用44的矩陣鍵盤完全符合本次設(shè)計的需求，只需要8根I/O口線，即可以全部使用P2口控制。 顯示器設(shè)計方案的論證與比較1. 方案1：采用LED數(shù)碼管顯示器在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，LED得到很多電子工程師的青睞，即便在目前LCD為顯示屏主導(dǎo)的情況下，LED以其特性依然得到重視。故不采用這種方案。在本次設(shè)計中可以在一塊LCD上同時顯示當(dāng)前溫度和上下限溫度，更便于人機交互。 電源設(shè)計方案的論證與比較1. 方案1：采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源開關(guān)型穩(wěn)壓電源利用三極管的開關(guān)特性，相比傳統(tǒng)電源，在電源的節(jié)能和效率方面得到了很大的提高；適應(yīng)市電變化能力強；輸出電壓可調(diào)范圍寬；在需要多組級別不同的電壓時，更節(jié)省硬件設(shè)施。故不采取這種方案。在多