【正文】 8。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 7 第 2 章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 9 AT89C51 系列基本組成及特性 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 9 系列引腳功能 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 14 LM324 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 15 移位寄存器 74LS164 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 16 數(shù)字溫度計(jì) DS18S20 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 18 單片機(jī)控制單元 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 19 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 19 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 178。178。178。 20 顯示部分 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 20 調(diào)節(jié)執(zhí)行單元 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 22 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 22 按鍵流程圖 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 22 顯示流程圖 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 24 硬件電路故障及解決方法 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 24 硬件調(diào)試方法 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 25 結(jié)論分析 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 26 第 6 章 總結(jié) 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 27 致 謝 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 29 系統(tǒng)總程序清單 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 36 6 第 1 章 緒 論 二十一世紀(jì)是科技高速發(fā)展的信 息時(shí)代，電子技術(shù)、微型單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛，伴隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，需要對各種參數(shù)進(jìn)行溫度測量。如在日趨發(fā)達(dá)的工業(yè)之中，利用測量與控制溫度來保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個(gè)很重要而普遍的參數(shù)。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。 在單片機(jī)溫度測量系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一。在日常生活中，也可廣泛實(shí)用于地?zé)?、空調(diào)器、電加熱 器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設(shè)備溫度測量場合。 我本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電路板的設(shè)計(jì)技術(shù)和機(jī)械加工工藝的巧妙結(jié)合，使其具備了顯示直觀、體積做工精細(xì)等特點(diǎn)，能為它在其它領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。其中，有部分應(yīng)用場合對精度提高的幅度要求也不是特別高。 1．課題的主要研究的內(nèi)容 本文所要研究的課題是基于單片機(jī)控制的水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是介紹了對水箱溫度的顯示、控制及報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示及控制。而爐內(nèi)溫度控制部分，采用一套 PID 閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，由 DS18S20 檢測爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個(gè)值存入程序存取器內(nèi)部一個(gè)單元作為最后檢測信號，并在 LED中顯示。它具有微型化、低功 耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)的溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機(jī)處理，而且每片 DS18S20 都有唯一的產(chǎn)品號，可以一并存入其 ROM 中，以便在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè) DS18S20 芯片。同時(shí) DS18S20 能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。而且還要以單片機(jī)為主機(jī)，使溫度傳感器通過一根口線與單片機(jī)相連接，再加上溫度控制部分和人機(jī)對話部分來共同實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測與控制。 （ 2）能夠設(shè)定水的溫度值，設(shè)定范圍是 30℃～ 90℃。 （ 4）用單片機(jī) AT89C51 控制，通過按鍵 來控制水溫的設(shè)定值，數(shù)值采用數(shù)碼管顯示。溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的被控參數(shù)之一，當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，已使溫度控制系統(tǒng)達(dá)到自動化、智能化，比過去單純采用電子線路進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。 1． 方案一 （ 下圖 11） ： 是一位式模 擬控制方案， 選用模擬電路，用電位器設(shè)定值，反饋的溫度值和設(shè)定值比較后，決定加熱或不加熱。系統(tǒng)受環(huán)境影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，不能用數(shù)碼管顯示，不能用鍵盤設(shè)定。這種方法還是模擬控制方式，因此也不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做得較高，而且不能用數(shù)碼管顯示，對鍵盤進(jìn)行設(shè)定。單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。本方案選用了 AT89C51 8 芯片，不需要外擴(kuò)展存儲器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單。而方案三是采用以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)，尤其對溫度控制，可達(dá)到模擬控制所達(dá)不到的效果，并且實(shí)現(xiàn)顯示和鍵盤設(shè)定功能，大大提高了系統(tǒng)的智能化。所以，經(jīng) 過對三種方案的比較，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用了方案三。 1970 年微型計(jì)算機(jī)研制成功之后，隨之即出現(xiàn)了單片機(jī)（即單片微型計(jì)算機(jī)） — 美國 Intel 公司 1971 年生產(chǎn)的 4 位單片機(jī) 4004 和 1972 年生產(chǎn)的雛形 8位單片機(jī) 8008，這也算是單片機(jī)的第一次公眾亮相。它以體積小、功能全、價(jià)格低等特點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)一些與單片機(jī)有關(guān)公司都爭相推出各自的單片機(jī)。 1980 年 Intel 公司在 MCS48 系列基礎(chǔ)上又推出高性能的 MCS51系列單片機(jī)。 1982 年 Mostek 公司和 Intel 公司先后又推出了性能更高的 16 位單片機(jī)MK68200 和 MCS96 系列， NS 公司和 NEC 公司也分別在原有 8 位單片機(jī)的基礎(chǔ)上推出了 16 位單片機(jī) HPC16040 和μ PD783179。系列。由于 16 位單片機(jī)推出的時(shí)間較遲、價(jià)格昂貴、開發(fā)設(shè)備有限等多種原因，至今還未得到廣泛應(yīng)用。 縱觀這短短的 20 年，經(jīng)歷了 4 次更新?lián)Q代，單片機(jī)正朝著集成化、多功能、多選擇、高速度、低功耗、擴(kuò)大存儲容量和加強(qiáng) I/O 功能及結(jié)構(gòu)兼容的方向發(fā)展。這一系列單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置打下了良好的基礎(chǔ)。 下面我們就來 重點(diǎn)介紹一下本畢業(yè)論文討論的系統(tǒng)所用的 AT89C51 系列單片機(jī)。而在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51更實(shí)用，也是一種高效微控制器，因?yàn)樗坏?8051 指令、管腳完全兼容，而且其 片內(nèi)的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器，用戶可以用電的方式達(dá)到瞬間擦除、改寫。 10 AT89C51 基本功能描述如下： AT89C51 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位微處理器，而且在其片種還有 4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。 AT89C51 可構(gòu) 成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積 , 增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本?？捎?5V電壓編程，而且寫入時(shí)間僅 10毫秒 , 僅為 8751/87C51 的擦除時(shí)間的百分之一，與 8751/87C51 的 12V電壓擦寫相比 , 不易損壞器件 , 沒有兩種電源的要求，改寫時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。另外 ,AT89C51 還具有 MCS51系列單片機(jī) 的所有優(yōu)點(diǎn)。 8 位內(nèi)部 RAM, 32 位雙向輸入輸出線 , 兩個(gè)十六位定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器 , 5 個(gè)中斷源 , 兩級中斷優(yōu)先級 , 一個(gè)全雙工異步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等。間歇模式是由軟件來設(shè)置的 , 當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時(shí) , CPU 可根據(jù)工作情況適時(shí)地進(jìn)入睡眠狀態(tài) , 內(nèi)部RAM和所有特殊的寄存器值將保持不變。掉電模式是 VCC 電壓低于電源下限 , 當(dāng)振蕩器停止振動時(shí) , CPU 停止執(zhí)行指令。只有 VCC 電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過硬件復(fù)位、掉電模式可被終止。其與 80C51 引腳結(jié)構(gòu)基本相同，其邏輯引腳圖 如 下 圖 21所示： 圖 21 AT89C51 邏輯引腳圖 各引腳功能敘述如下： 1．電源和晶振 VCC—— 運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加 +5V GND—— 接地 11 XTAL1—— 輸入到振蕩器的反向放大器 XTAL2—— 反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器 （當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)， XTAL1 接地， XTAL2 接收振蕩器信號） RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 2． I/O（ 4 個(gè)口， 32 根） P0 口 —— 8位、漏極開路的雙向 I/O 口。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。 P1 口 —— 8位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。P1口可驅(qū)動 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。這時(shí)，讀兩個(gè)特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。當(dāng)使用片外存儲器（ ROM 及 RAM）時(shí)，輸出高 8 位地址。 P2口可以驅(qū)動 4個(gè) LSTTL負(fù)載。 P3 口提供各種替代功能。 P3 口