【正文】 .................... 1 課題研究?jī)?nèi)容 ........................................................................................... 2 第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案 ............................................................................ 4 設(shè)計(jì)要求 ................................................................................................... 4 系統(tǒng)總體方案論述 ................................................................................... 4 主控單片機(jī) ........................................................................................ 4 溫度傳感器 ........................................................................................ 6 LCD 顯示器 ........................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 KEIL 軟件調(diào)試過程 ........................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。這類控制對(duì)象慣性大 ， 滯后現(xiàn)象嚴(yán)重 ,存在很多不確定的因素 ， 難以建立精確的數(shù)學(xué)模型 ,從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳 ,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn) 定、失控現(xiàn)象?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的 PID 控制方式 ,但 PID 控制對(duì)象的模型難以建立 ， 并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí) ， 參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。更能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行范圍的溫度檢測(cè)。 國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀 國(guó)外對(duì)溫度控制技術(shù)研究較早，始于 20 世紀(jì) 70 年代。 80 年代末出現(xiàn)了分布式控 制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國(guó)的溫度測(cè)控技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫度測(cè)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對(duì)溫度的單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距。 成熟的溫控產(chǎn)品主要以 ”點(diǎn)位 ”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場(chǎng)合的智能化，自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少，因此不適合用此種方法作加熱爐的溫控系統(tǒng)。這個(gè)控制技術(shù)大大提高了控制精度，不但是控制變得更簡(jiǎn)單，而且是產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。目前普遍采用模糊 線性復(fù)合控制器發(fā)揮了模糊控制和線性控制的優(yōu)點(diǎn)，是設(shè)計(jì)的系統(tǒng)取得了較好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。 課題研究?jī)?nèi)容 用戶通過鍵盤輸入系統(tǒng)設(shè)定溫度上限值與下限值，溫度信息由集溫度測(cè)量和 A／ D轉(zhuǎn)換于一體的 DS18B20溫度傳感器測(cè)量并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入主機(jī)，此信號(hào)經(jīng)過標(biāo)度轉(zhuǎn)換后，通過 LCD將溫度顯示出來；當(dāng)測(cè)得的溫度越限時(shí)，蜂鳴器報(bào)警 。 最后的溫度值顯示在液晶 顯示器上 。采用鍵 盤接口芯片 HD 7279的設(shè)定溫度值，通過單片機(jī)保持一定的溫度，并用液晶顯示器顯示設(shè)定溫度控制。如果溫度超過上限和下限溫度，報(bào)警將由蜂鳴器鳴叫報(bào)警 。 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由溫度檢測(cè) 電路、按鍵掃描 與系統(tǒng)框圖中的顯示 電路、報(bào)警電路、輸出控制電路等部分組成。該器件在使用中不需要外圍元件，與單片機(jī)交換信息僅需要一根 I／ O線。DS18B20的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而提高了干擾能力。當(dāng)用戶需的時(shí)候，DS18B20將通過單線接口串行發(fā)送數(shù)據(jù)。 。段碼由 O口并行輸出到 4位 LED顯示器，位碼由 P1． P1． P1． P1． 7輪流輸出。本系統(tǒng)中由于設(shè)定溫度只需溫度 + 、溫度 和確認(rèn)鍵 3個(gè)鍵，故采用獨(dú)立式按鍵。 。 主要是 DS 18B20的子程序的編寫。 DS 18B20可以從總線獲取電源，當(dāng)信號(hào)線位高電平時(shí)，將能量貯存在外部電容器中；當(dāng)單信號(hào)線為低電平時(shí)，將該電源斷開，直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙荩╇娫礊橹埂? 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案 設(shè)計(jì)要求 1. 設(shè)定溫度的溫度的上下限，使用 LCD 顯示器顯示所測(cè)得溫度值，當(dāng) 溫度超過所設(shè)定的上下限使，蜂鳴器將會(huì)自動(dòng)鳴叫報(bào)警； 2. 使用 STC12C5A60S2單片機(jī)和 DS18B20（溫度傳感器， 10個(gè)）在 STC 實(shí)驗(yàn)板上成實(shí)驗(yàn)的仿真過程， 寫出設(shè)計(jì)報(bào)告書 ； σ%≤20%； 溫度誤差 ≤177。 系統(tǒng)總體方案 論述 本課題設(shè)計(jì)的是一種以 STC 單片機(jī)為主控制單元，以 DS18B20 為溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)。其主要包括：電源模塊、溫度采集模塊、按鍵處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、 LCD 顯示模塊、超溫報(bào)警 電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng)。 STC12C5A60S2 單片機(jī)作為核心控制器，該單片機(jī)具有高可靠，廉價(jià)，功耗低，操作方便， I/O 口多等優(yōu)點(diǎn)。該單片機(jī)具有 3 個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器， 1 個(gè)全雙工串行口。片內(nèi)集成 8Ｋ只讀存儲(chǔ)器 (PEROM),外擴(kuò)后可有 64K, 具有256bytees 的隨機(jī)存儲(chǔ)器 (RAM)，功能比較強(qiáng) 。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏谶@個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電 感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。 晶振有一個(gè)重要 的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。 在 此次設(shè)計(jì)的 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 ,控制核心 STC12C5A60S2 單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (IT)單片機(jī)有 32 個(gè) I/O 口 ,其外部晶振為 12MHz,一個(gè)指令周期為1/ ,其最小系統(tǒng)主要包括 :復(fù)位電路 ,震蕩電路等 ,電路如下圖 所示 。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線 方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有 LTM8877， LTM8874 等等。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。 在此次設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)中 ， 采用的是多路測(cè)溫電路 ， 所以DS18B20 溫度傳感器與主控單片機(jī)的連接方式如下圖 所示 。 其引腳 及連接 如圖 所示 ?？梢燥@示 84 行 1616 點(diǎn)陣的漢字 ， 也可完成圖形顯示 ， 低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。 LCD 的基本特性 : 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 （ VDD:++） :12864 點(diǎn) ，提供 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)陣漢字 (簡(jiǎn)繁體可選 ) 128 個(gè) 168 點(diǎn)陣字符 時(shí)鐘頻率 ： STN、半透、正顯 方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS ： 6 點(diǎn) ：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5—1/10 ：串行、并口可選 DCDC 轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 ，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì) : 0℃ +55℃ ,存儲(chǔ)溫度 : 20℃ +60℃ 圖 LCD12864 液晶管腳圖 系統(tǒng)調(diào)試所用軟件簡(jiǎn)述 單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件。 KEIL 軟件簡(jiǎn)單易學(xué)，能對(duì)程序進(jìn)行編譯，連接等。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。如果你使用 C 語(yǔ)言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C 語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍 。另外重要的一點(diǎn)，只要看一 下編譯 后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)， uVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows和 for Dos 的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。然后分別由 C51 及 C51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn) 行 源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 Keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件， Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。下面是我用 KEIL 對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試的過程 。 建立好文件后，就可以進(jìn)行編譯、鏈接、運(yùn)行。 圖 編譯檢查 編譯后顯示 0 個(gè)錯(cuò)誤，有兩個(gè)警告，但是不影響程序的下載，使用STC 下載軟件進(jìn)行下載之后程序就存儲(chǔ)在 STC12C5A60S2 的 ROM 中，通過單片機(jī)來運(yùn)行程序就可以方便檢查出硬件出現(xiàn)的錯(cuò)誤。 KEIL 使用時(shí)注意事 項(xiàng) 1. 仿真器標(biāo)配 的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振 。 3. 仿真芯片的 31 腳（ /EA）已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi) ROM，不能使用片外 ROM；但仿真器外引插針中的 31 腳并不與仿真芯片的 31 腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部 ROM（其 CPU 的 /EA 引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 第 3章 主控 單片機(jī) 及溫度傳感器 STC12C5A60S2 單片機(jī)簡(jiǎn)介 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812 倍。 圖 STC12C5A60S2 單片機(jī)外形圖 STC12C5A60S2 系列 單片機(jī)的主要特點(diǎn) 8051CPU， 1T， 單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 ,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。 ： 0 35MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 420MHz 1280 字節(jié) RAM。 （在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串口（ ）直接 下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 。 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 12M 以下時(shí)，復(fù)位腳可直接 1K 電阻到地） 。 I/O 口 7 路 ， 傳統(tǒng)的下降沿中斷 或低電平觸發(fā)中斷 ， 并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒， INT0/,INT1/, T0/,T1/, RxD/, ， CCP0/(也可通過寄存器設(shè)置到 ) ， CCP1/ (也可通過寄存器設(shè)置到 )。 , 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S(每秒鐘25 萬次 ) 。 ： 40 +85℃ (工業(yè)級(jí) ) / 0 75℃ (商業(yè)級(jí) )：PDIP40,LQFP44,LQFP48。74HC164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來擴(kuò)展 I/O 口 ， 還可用 A/D 做按鍵掃描來節(jié)省 I/O 口，或用雙 CPU,三線通信，還多了串口。 8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K 字節(jié) ...... (2 路 )/PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列 ,2 路 ) 也可用來當(dāng) 2 路 D/A 使用 也可用來再實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)定時(shí)器 也可用來再實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持 )。 STC12C5A60S2 單片機(jī)的管腳 圖 單片機(jī)管腳圖 ：供電電壓 ：接地 ：復(fù)位輸入。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高 。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流 ，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL