【正文】 生的目標代碼短、運行速度快、所需存儲空間小。3 硬件設(shè)計 89C52單片機簡介單片機，又稱為微型控制器，它是微型計算機的一個重要的分支。自從80年代以來，單片機產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，不斷地涌現(xiàn)了各種新產(chǎn)品，出現(xiàn)了很多高性能新型機種，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸成為工廠自動化和控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。89C52是一個低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k 字節(jié)的可反復(fù)擦寫的閃存只讀程序存儲器和256 字節(jié)的隨機存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準的MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置有通用的8位中央處理器和可反復(fù)擦寫的閃存存儲單元。89C52能夠按照常規(guī)的方法進行編程，但是不支持在線編程(S系列的才支持在線編程)。89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求[4]。 這4個輸入輸出口具有不完全相同的功能，它們各端口的功能分別如下所示： P0口有三個功能： （1）外部擴展存儲器時，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線（芯片中的D0～D7為數(shù)據(jù)總線接口）； （2）外部擴展存儲器時，當(dāng)作地址總線（芯片中的A0～A7為地址總線接口）； （3）不擴展時，可做一般的輸入輸出使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。 P2口有兩個功能： (1)擴展外部存儲器時，當(dāng)作地址總線使用；(2)做一般輸入輸出口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。就算不在訪問片外程序存儲器的時候，這個信號也以振蕩頻率的1/6出現(xiàn)，因此可以用來作為對外輸出的時鐘脈沖。/PSEN 外部程序存儲器讀選通信號：在向片外程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期這個信號（低電平）兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。/EA/VDD 訪問程序存儲器控制信號 ：這個引腳有效（低電平）的時候只能選用片外程序存儲器，不然計算機上電或者復(fù)位后先選用片內(nèi)程序存儲器。RST 復(fù)位信號：在單片機的振蕩器工作的時候，這個引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平就能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)位的操作，從而使得單片機回復(fù)到初始的狀態(tài)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。VCC：接+5V電源正端。 硬件電路設(shè)計概述：由圖可知，硬件電路由8部分組成，即按鍵輸入電路、時鐘電路、復(fù)位電路、溫度采集電路、數(shù)碼管顯示電路、蜂鳴器報警電路、繼電器控制加熱和制冷電路等。單片機最小系統(tǒng)是保證單片機能夠正常工作的最基本的硬件電路，時鐘電路、復(fù)位電路都屬于單片機最小系統(tǒng)。在單片機的XTAL1和XTAL2管腳，： 時鐘電路圖中電容CC3對晶振頻率有微調(diào)的作用，通常的取值范圍為2040pf，CC3的典型值為30pF。此電路大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶體的頻率確定。單片機工作時，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期，其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，時鐘信號頻率常用fosc表示。 復(fù)位電路設(shè)計單片機的第9腳RST為硬件復(fù)位電路，只要在該引腳加上持續(xù)4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機的各個狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)。本設(shè)計系統(tǒng)采用上電自動復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，： 復(fù)位電路、電阻R1以及電容C1構(gòu)成上電復(fù)位及手動復(fù)位電路。手動復(fù)位時，按一下圖中的按鍵S1就可以了，當(dāng)按鍵按下的時候，單片機的RST腳處于高電平，此時單片機處于復(fù)位狀態(tài)。要具備這些功能，可以通過按鍵輸入電路來實現(xiàn)。按鍵輸入電路由四個按鍵組成，按鍵采用輕觸開關(guān)，： 按鍵輸入電路各個按鍵的功能為：S2用來切換數(shù)碼管顯示界面，當(dāng)數(shù)碼管界面顯示的是溫度上下限時通過按鍵S3可以調(diào)節(jié)要調(diào)整的溫度上下限的整數(shù)位和小數(shù)位；當(dāng)數(shù)碼管界面顯示為某一位閃動時通過按鍵SS5調(diào)節(jié)閃動位的數(shù)值。按鍵S4加數(shù)值，按鍵S5減數(shù)值 [6]。這樣我們就可以用一只蜂鳴器作為三極管的集電極負載，當(dāng)三極管導(dǎo)通時，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲；當(dāng)三極管截止時，蜂鳴器不發(fā)聲。=1時，三極管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器的兩個管腳間獲得接近5V的直流電壓，蜂鳴器中有電流通過，從而產(chǎn)生蜂鳴聲；=0時，三極管Q1截止，蜂鳴器的兩個管腳間的直流電壓接近于0，蜂鳴器不產(chǎn)生蜂鳴聲，其中R2=1kΩ為限流電阻[7]。常用的室內(nèi)升溫裝置有空調(diào)、電熱毯、電爐等。：， 。加熱一段時間后，當(dāng)溫度重新回到溫度下限以上時，三極管Q7截止，發(fā)光二級管D4不發(fā)光，繼電器RL2的線圈無電流流過，繼電器RL2斷開，但是三極管Q6集電極未接電源，三極管Q6也截止，發(fā)光二極管D2和D5均不發(fā)光，繼電器RL1的線圈也沒有電流流過，繼電器RL1斷開，加熱裝置停止工作[8]。這個二極管很重要，當(dāng)使用電磁繼電器的時候必須連接。 繼電器控制制冷電路設(shè)計按照本次設(shè)計的設(shè)計要求，當(dāng)環(huán)境溫度高于所設(shè)定的上限溫度時，需要通過繼電器驅(qū)動制冷裝置來進行降溫。：， 。制冷一段時間后，當(dāng)溫度重新回到溫度上限以下時，三極管Q6和Q7均截止，發(fā)光二級管DD4和D5都不發(fā)光，兩個線圈都沒有電流流過，繼電器RL1和RL2均斷開，制冷裝置停止工作。在介紹溫度采集電路之前先詳細介紹一下ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它的內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。經(jīng)過不斷地比較，不斷地逼近，直到二者的差別小于某一誤差范圍時就完成了一次轉(zhuǎn)換[10]。各引腳的功能如下：（1）IN0～IN7：8通道模擬量輸入端；（2）D0～D7：結(jié)果數(shù)據(jù)輸出端；（3）START：啟動轉(zhuǎn)換命令輸入端。在平時它為高電平，在轉(zhuǎn)換開始后和轉(zhuǎn)換過程中為低電平，轉(zhuǎn)換一結(jié)束，它又變回了高電平；（5）ALE：地址鎖存允許信號；（6）OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，這個引腳加高電平，即打開輸出緩沖器三態(tài)門，讀出數(shù)據(jù)；（7）CLK：時鐘脈沖輸入端。 LED數(shù)碼管顯示電路設(shè)計在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進行人機對話，這包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結(jié)果等[12]。數(shù)碼管按內(nèi)部連接方式又分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。LED顯示電路由位驅(qū)動電路和段驅(qū)動電路組成。如果驅(qū)動電路的驅(qū)動能力較差，即負載能力不夠，顯示器亮度就較低，而且驅(qū)動電路長期在超負荷狀態(tài)下運行容易損壞。 本系統(tǒng)采用并行驅(qū)動動態(tài)顯示。：P0口作為段碼輸出信號需外接上拉電阻。共有十位、個位、小數(shù)位、上下限顯示位（即H和L）4位顯示。如果希望亮度大一些，電阻可以減小些，最小不要小于200Ω，否則電流太大；如果希望亮度小一些，電阻可以增大些，增大到多少主要看亮度情況，以亮度合適為準。通常選用1KΩ的上拉電阻；（4）對于驅(qū)動光耦合器，如果是高電平有效，即耦合器輸入端接端口和地之間，那么和LED的情況是一樣的；如果是低電平有效，即耦合器輸入端接端口和VCC之間，同時上拉電阻的阻值需要用的特別大，用100500KΩ之間的上拉電阻都可以滿足要求[14]。該系統(tǒng)程序的編寫采用模塊化程序設(shè)計，采用模塊化程序設(shè)計的優(yōu)點在于： （1）每個模塊都可以分配給不同的程序員完成，從而縮短開發(fā)周期；（2）各個模塊高聚合、模塊之間低耦合，只要模塊之間確定了參數(shù)傳遞的接口，不管那個模塊內(nèi)部的改動，均不會影響其他模塊； （3）系統(tǒng)細化到模塊，條理清晰，系統(tǒng)更加容易理解和實現(xiàn)；（4）容易維護、系統(tǒng)可靠[15]。 主程序設(shè)計主程序通過調(diào)用各個子程序，實現(xiàn)溫度的采集、按鍵掃描、數(shù)碼管顯示、數(shù)據(jù)處理等功能。 設(shè)置溫度上下限結(jié)束開始Y閃爍顯示報警并加熱報警并制冷不打開報警和制冷制熱溫度下限溫度上限判斷溫度數(shù)碼管顯示溫度轉(zhuǎn)換非設(shè)置模式設(shè)置模式？顯示模式Key掃描N 主程序流程圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換器子程序設(shè)計：開始送ALE上跳沿鎖存地址送STARTA上跳沿內(nèi)部寄存器清0YEOC=0N取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送R0返回 模數(shù)轉(zhuǎn)換器子程序流程圖 數(shù)碼管顯示子程序設(shè)計 ：NY結(jié)束顯示完畢？送顯示數(shù)據(jù)送掃描脈沖讀取預(yù)顯示內(nèi)容設(shè)置顯示模式系統(tǒng)初始化開始 數(shù)碼管顯示子程序流程圖 中斷子程序設(shè)計：YN計數(shù)、計時加載TH、TL的值執(zhí)行CLK=~CLK是否產(chǎn)生中斷？初始化打開定時器定義定時中斷 中斷子程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試 Keil軟件調(diào)試KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。KeilC51提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面，生成的目標代碼效率很高，多數(shù)語句生成的匯編代碼也很緊湊，而且容易理解，在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢[17]。本設(shè)計采用Intel 89C52，在【Select Device for Target ‘Target 1’】對話框中選擇AT89C52，： 單片機芯片選擇示意圖設(shè)置芯片參數(shù)。點擊【Output】選項，勾選【Create HEX File】，點擊【確定】保存。輸入并保存程序，編譯鏈接無誤后，調(diào)試運行生成HEX文件，： 調(diào)試運行示意圖 Proteus軟件調(diào)試PROTEUS是英國Labcenter Electronics公司研發(fā)的多功能EDA軟件。它真正實現(xiàn)了在計算機上完成從原理圖與電路設(shè)計、電路分析與仿真、單片機代碼調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證到形成PCB的完整的設(shè)計和仿真過程[18]。按照第三章硬件設(shè)計，從原件庫中選擇所需電器元器件并連接電路。Proteus電器檢測并生成元器件清單。： 電器規(guī)則檢查示意圖 電氣規(guī)則檢測結(jié)果選擇【材料清單】，生成材料清單，： 系統(tǒng)電路圖元器件清單QuantityReferencesValueResistors4R4,R5,R6,R7 1003R13,R16,R172002R12,R151k1R35k1R110k1R191M1R20Capacitors2C2,C330pF1C110uFIntegrated Circuits1U1AT89C521U3ADC0808Transistors7Q1Q7NPNMiscellaneous1LS1BUZZER2RL1,RL25V1RP1RESPACK81OV1OVEN1X1CRYSTALDiodes2D1,D3 1N4148 1D2,D4LEDRED 1D5LEDGREEN Proteus軟件仿真在系統(tǒng)電路圖中，雙擊89C52單片機芯片，彈出芯片設(shè)置對話框。點擊【OK】選項，完成89C52設(shè)置[19]。調(diào)試完成后，執(zhí)行【調(diào)試】|【執(zhí)行】或者使用快捷鍵“F12”運行仿真程序。若未能達到預(yù)期結(jié)果分析出現(xiàn)錯誤的原因，下面是對于仿真過程中出現(xiàn)的一些問題以及問題的解決方法：（1）在仿真過程中出現(xiàn)LED不顯示，主要原因在于P0口未接上拉電阻。經(jīng)過檢查電路連接無誤，主要原因在于軟件部分。經(jīng)檢查分析后，主要原因在于蜂鳴器未接三極管驅(qū)動電路，經(jīng)過修改后蜂鳴器能正常工作[19]。但由于時間不足和能力有限等各方面的原因，設(shè)計結(jié)果與預(yù)期目標有一定差距。但是本設(shè)計的恒溫控制有一定的溫度誤差，這是本次設(shè)計中最大的遺憾。從19世紀70年代第一片單片機誕生以來，單片機的發(fā)展更新速度以指數(shù)函數(shù)的形式上升，從原來的僅有一片集成單片機最小系統(tǒng)芯片到現(xiàn)在加上了中斷單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、定時單元等之后，單片機變得越來越復(fù)雜，功能也越來越強大，應(yīng)用范圍也越來越廣?，F(xiàn)在單片機滲透到我們生活的很多領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械[21]。單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。本次設(shè)計的基于單片機的恒溫控制系統(tǒng)是在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用的電子器件?；诩夹g(shù)獨立，性能穩(wěn)定，品牌效應(yīng)的原因，溫度控制器在國內(nèi)市場頗受注目與認可。但國外產(chǎn)品在本土化發(fā)展，價格與售后是其拓展的軟肋。目前階段，國家也在努力發(fā)展溫度控制器的研發(fā)技術(shù)，這方面的人才十分緊缺，國內(nèi)這方面的發(fā)展前景也是十分可觀。雖然本次設(shè)計并沒有達到預(yù)期的最好效果，但最基本的要求還是達到了，最重要的是在本次設(shè)計的過程中，我真正的學(xué)到了那些本該在課堂上學(xué)到卻因自己的不努力而沒學(xué)到的知識以及一些課外知識，