【正文】 數(shù)設(shè)計中都有涉及，已經(jīng)積累了大量的經(jīng)驗，我們可以更好的借鑒，上手快。 軟件設(shè)計方案的論證與比較1. 方案1：匯編語言設(shè)計匯編語言是一種直接面向處理器，普遍用于底層模塊程序設(shè)計的程序設(shè)計語言。除了機器語言之外，匯編語言是最接近單片機硬件的程序設(shè)計語言，也因此它的指令單片機很容易執(zhí)行和識別，占用的資源少。學(xué)習(xí)匯編語言必須學(xué)習(xí)熟知單片機內(nèi)各個硬件模塊，其中包括中斷管理，模擬/數(shù)字量的輸入/輸出等模塊，多數(shù)相關(guān)人士認為是學(xué)習(xí)單片機首先應(yīng)該學(xué)會的編程語言。指令集一般具有唯一性，處理器通常只能使用自己的指令集。同時從工作量來看，為了合理調(diào)用硬件資源，編程繁雜，在出現(xiàn)問題時難以找到錯誤，設(shè)計者要花費大量時間，不方便閱讀和拓展。2. 方案2：C語言程序設(shè)計C語言是目前程序設(shè)計中應(yīng)用最廣泛的計算機語言。自19世紀70年代以來，C語言不斷發(fā)展，極大滿足了程序設(shè)計人員的需要，在各個領(lǐng)域使用廣泛。在強調(diào)資源共享的信息時代，不可能每一次設(shè)計都要全部編寫整個程序，這時由C語言編寫的程序模塊節(jié)約了大量的工作時間。所以現(xiàn)在C語言是單片機編程的主流語言。 第3章 硬件電路設(shè)計 單片機選型 51系列單片機概述51系列單片機由英特爾公司在上世紀80年代推出，在90年代成為許多測控系統(tǒng)的主流控制芯片。直至今日，一些控制系統(tǒng)仍然會參考51系列單片機的微結(jié)構(gòu)和控制方式。 89C51單片機則被眾多專業(yè)人士當(dāng)作是51系列單片機中的經(jīng)典設(shè)計，所以本次設(shè)計選取AT89C51為核心進行學(xué)習(xí)與研究。在此次設(shè)計采用的是雙列直插封裝，該封裝具有 40條引腳，包括電源和接地引腳、2條外接晶振的引腳、4條控制功能的引腳、32條輸入/輸出端口引腳[1]。VCC接+5V電源，GND接地。外部時鐘方式一般只有在采用特殊頻率的時鐘信號時使用，此時將XTAL1端接通該信號，XTAL2端則懸空放置。4. ALE引腳ALE端是單片機的脈沖信號輸出端，脈沖的方向為正，可以為外圍需要高頻率脈沖的電子器件提供信號，頻率大小為單片機工作的時鐘頻率的1/6。5. EA引腳EA引腳是片外程序存儲器訪問允許控制信號輸入端。6. 輸入/輸出引腳P0、PPP3P0口：8位漏極開路的雙向輸入/輸出端口，在芯片上為32~39引腳。作為通用輸入/輸出端口時，不同于其它的輸入/輸出端口，P0口內(nèi)沒有上拉電阻，屬于開漏電路，在使用過程中要外接上拉電阻，確保輸出的電平為高電平。P1口作為普通的輸入/輸出端口時，先通過程序向輸出鎖存器寫入高電平。P2口：帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O口，在芯片上為21~28腳。P2口最普遍的應(yīng)用還是作為普通的輸入/輸出端口，外接外部設(shè)備，接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)它作為第一功能使用時，作為通用I/O口，工作原理與P1和P2口基本相同。在提供這些功能時，相應(yīng)的鎖存器應(yīng)由內(nèi)部硬件自動置1，輸出電平可由程序決定。 P3口的第二功能引腳第二功能信號功能描述RXD串行數(shù)據(jù)接收TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送外部中斷0申請外部中斷1申請T0定時/計數(shù)器T0輸入T1定時/計數(shù)器T1輸入外部RAM寫選通外部RAM讀選通 單片機最小系統(tǒng) 單片機時鐘電路 AT89C51的時鐘信號有兩種來源，一種來源是利用芯片本身自帶的振蕩電路，輔以外圍器件來產(chǎn)生時鐘信號；另一種來源是時鐘信號完全由外部的信號提供，內(nèi)部振蕩器，這種情況一般不常用。晶體振蕩器和電容并聯(lián)接地后，跨接到 AT89C51芯片中自帶的振蕩器輸入端XTAL1和XTAL2，構(gòu)成自激振蕩器并產(chǎn)生的脈沖信號作為單片機運行的時鐘信號[7]。在制作印刷電路板時，為了減少寄生電容，建議采用瓷片電容并將晶體振蕩器和微調(diào)電容分布在單片機芯片左右。本次設(shè)計采用手動復(fù)位，當(dāng)復(fù)位按鍵按下后，復(fù)位端通過200Ω小電阻與+5V電源VCC接通，22μF電容迅速放電，使RST引腳為高電平；當(dāng)復(fù)位按鍵彈起后，+5V電源通過1KΩ電阻對22μF電容重新，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，即復(fù)位所需的高電平，該脈沖持續(xù)時間僅為幾個機器周期。在對PT100的研究和測試中，研發(fā)人員測試出了其在每個溫度下的阻值，制成PT100分度表。對照PT100的分度表我們發(fā)現(xiàn)：在溫度為0℃時它的阻值為100Ω，在150℃，在這個過程中，溫度每變化1攝氏度，因此，可以根據(jù)這個特性建立一個線性方程而不需要逐個輸入分度表數(shù)據(jù)進行檢索。2. 運算放大器LM324LM324運算放大器芯片內(nèi)置四個相同的運算放大器，有差動輸入特性，大直流電壓增益100 dB，符合大多數(shù)電子設(shè)計的需要。16V，這樣供電的好處顯而易見，不需要每一次使用時都采用外部偏置元件，可根據(jù)實際情況或設(shè)計需求確定。3腳是一組，7腳是一組，10腳是一組，1114腳是一組，剩下的兩個腳是電源，3，6，10，113是各個放大器的輸入腳，其它引腳為輸出腳。恒流源電路負責(zé)驅(qū)動PT100作為整個系統(tǒng)的起始部分，為PT100提供恒定不變的直流電流。1mA電流小，流過熱電阻基本不產(chǎn)生熱量，排除干擾因數(shù)，故恒流源大小為1mA。這個差分放大電路的電壓放大倍數(shù)主要由R2，R3，R4控制，而R6，R7，R8，R9，U1B實際為一個減法電路，對運算放大器運用“虛短虛斷”的方法進行分析后可知，最終得到PT100放大后輸出電壓IN0=(V2V1)(R2+R3+R4)/R3，令R2=450Ω，R3=100Ω，R4=450Ω，即可得到10倍的電壓放大倍數(shù)。它以逐次逼近式的方法將模擬量與基準電壓比較得出8位數(shù)字量[9]。1個最低有效位；典型時鐘頻率為640KHz，在66~77個典型時鐘脈沖內(nèi)即可完成對其中任意通道模擬量的轉(zhuǎn)換，約100μs。 ADC0809引腳圖 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖從內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖中可以看出，ADC0809由一個通道選擇開關(guān)、開關(guān)樹形轉(zhuǎn)換器、8位鎖存和三態(tài)門及通道地址鎖存譯碼器等組成。三態(tài)輸出鎖器作為緩沖區(qū)鎖存轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，用軟件從單片機口輸入高電平，則ADC0809允許輸出三態(tài)輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)。IN7~IN0：8個模擬量輸入通道。為三態(tài)緩存輸出形式，能夠直接與單片機的I/O口接通。通道端口選擇線，編碼從000~111，分別對應(yīng)IN0~IN7。ALE：地址鎖存允許信號。START：啟動和復(fù)位雙功能端口。CLK：時鐘信號。為減小轉(zhuǎn)換時間，提高轉(zhuǎn)換速率，通常使用600KHz左右的時鐘信號。EOC為低電平表示正在轉(zhuǎn)換，EOC為高電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE：輸出允許信號，高電平有效。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路分為ADC0809芯片和ADC0809時鐘電路。一種方法是利用單片機的定時/計數(shù)器功能產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號，另一種方法是利用D觸發(fā)器74LS74連接在單片機ALE口進行二分頻。當(dāng)單片機的時鐘頻率為6MHz，ALE口輸出頻率為單片機時鐘頻率的1/6，再經(jīng)二分頻后，ADC0809便可獲得頻率為500KHz的時鐘頻率。按鍵分為0~9的數(shù)字鍵，上限溫度鍵“HIGH”，下限溫度鍵“LOW”，確定鍵“SURE”，刪除鍵“DEL”，返回鍵“BACK”，菜單鍵“MENU”。這樣的設(shè)計結(jié)合了實際情況，借鑒現(xiàn)下較為實用的大型機械操作鍵盤界面，符合大多數(shù)人的操作習(xí)慣。此時，選擇按下“HIGH”鍵或“LOW”鍵可以進入設(shè)置功能。上限溫度可輸入最大三位數(shù)的溫度，輸入超過三位數(shù)則自動退出菜單操作。輸入正確的數(shù)值，再按下“確定”鍵，即可看到系統(tǒng)退出菜單操作，同時將輸入的新數(shù)值設(shè)定為上限溫度。2.“LOW”鍵功能——設(shè)置下限溫度按順序按下“MENU”鍵，“LOW”鍵，“確定”鍵后，此時，LCD顯示器上下限溫度數(shù)值部分全部清空，不顯示任何數(shù)值。 LCD顯示本次設(shè)計的LCD顯示器主要顯示當(dāng)前溫度“CUR”，下限溫度“LOW”，上限溫度“HIHG”三個部分。1. 1602模塊接口說明表管腳號名稱功能描述1VSS電源地2VDD電源電壓3VL液晶顯示偏壓信號4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端5R/W讀/寫選擇端67~141516ED0~D7BLABLK寫鎖存/讀取使能控制數(shù)據(jù)輸入端背光源正極背光源負極2. 基本操作時序（1） 讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=H，E=H輸出：D0~D7=狀態(tài)字（2） 寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0~D7=指令碼，E=高脈沖輸出：無（3） 讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H，E=H輸出：D0~D7=數(shù)據(jù)（4） 寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L，D0~D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出：無3. RAM地址映射圖控制器自帶808位，共80字節(jié)的RAM緩沖區(qū)，顯示區(qū)域分為上下兩行每行顯示16字節(jié)，其余區(qū)域可同時存儲數(shù)據(jù)，發(fā)送控制命令可顯示隱藏數(shù)據(jù)[11]。許多大功率設(shè)備在開關(guān)過程中會產(chǎn)生強電磁干擾，可能會造成系統(tǒng)的誤動作或損壞，為避免這種干擾，研發(fā)人員利用光信號不受電磁干擾的特性，將一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管組合在一起，有效地隔離了電磁信號，這種器件便是光電隔離器。但由于單片機的I/O口驅(qū)動能力有限，不足以驅(qū)動大功率開關(guān)及設(shè)備，如繼電器、電機、電爐等，所以在輸出通道端口必須配接輸出驅(qū)動電路。當(dāng)前溫度低于下限溫度或上限溫度時，紅燈亮且蜂鳴器報警，當(dāng)前溫度在上下限溫度內(nèi)，綠燈亮。蜂鳴器的開啟電壓為+5V，這里暫不考慮沖擊電流帶來的影響，僅以直流電讓蜂鳴器發(fā)出報警聲。 直流穩(wěn)壓電源電路原理圖 LM317介紹LM317 是NS研發(fā)推出的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓可調(diào)。它的線性調(diào)整率極好，因此只需在外接一個固定電阻和一個滑動變阻器構(gòu)成分壓電路，即可得到想要的電壓值[12]。在LM317電路外接電路中，為了提高三端穩(wěn)壓器的紋波抑制比，這兩個電容器構(gòu)成濾波電路，進一步穩(wěn)定輸出電壓，尤其是對電源性能要求較高的基準電源[13]。 工作原理LM317輸出電壓由固定電阻R1，滑動變阻器（電位器）RP1控制，取滑動變阻器（電位器）RP1的終端阻值為2KΩ。根據(jù)LM317說明書可知，此時可以求出輸出電壓的大?。? （）電阻R1接在Vout接腳和ADJ接腳之間，可求得電流I： （） （）最終從公式（）可以看出，調(diào)節(jié)滑動變阻器（電位器）RP1，就可在適當(dāng)范圍內(nèi)得到我們需要的輸出電壓。注意：由于LM317在工作過程中不斷散熱，因此為預(yù)防其因溫度過高燒壞，在焊接實物時需要緊貼其焊接一個散熱片輔助散熱，同時，不能將電解電容等易受熱爆炸的電子器件焊接在附近。整個流程大體分為四個部分，即按鍵掃描，讀取當(dāng)前溫度數(shù)值，當(dāng)前溫度與上下限溫度值比較，響應(yīng)。 主流程圖 設(shè)置上限溫度程序設(shè)計。 設(shè)置下限溫度值程序流程圖 鍵盤掃描程序設(shè)計。經(jīng)過多次的修改和調(diào)試，基本達到本次設(shè)計的要求。在多數(shù)相關(guān)資料中，基本采用獨立鍵盤，往往只設(shè)置4~6個按鍵。 此次設(shè)計的鍵盤設(shè)置有數(shù)字鍵和功能鍵，通過程序控制，即便輸入錯誤或要臨時更改，也不會花費太多的布置。受軟硬件限制，此次設(shè)計也存在一定的誤差。雖然這樣有利于調(diào)試和修改，但是也因為元件精度限制帶來誤差。由之前提到的ADC0809分辨率可知，只有溫度變化三度時，ADC0809方能分辨出溫度發(fā)生了變化。在現(xiàn)實設(shè)計中，選用較高的分辨率的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件，可以將誤差變得更小。從畢業(yè)設(shè)計選題到論文成型，從迷茫到熟知，畢業(yè)設(shè)計可謂是一個艱辛，煩人，自娛自樂的奇怪歷程。構(gòu)思畢業(yè)設(shè)計整體思路，不斷的查找相關(guān)的資料，找了十來篇，想把它們的優(yōu)點結(jié)合在一塊兒，最后下手模塊設(shè)計的時候，方才知道“路漫漫其修遠兮”；做模塊設(shè)計，最后將各個模塊整合時方才知道不是自己認為合適的就會成功，雖說學(xué)到了不少東西，但就效率而言浪費了我大量時間；最小白的是程序設(shè)計，沒有學(xué)過單片機C語言編程，于是花很多時間狠狠看了一遍教學(xué)視頻，但在調(diào)試過程中還是出現(xiàn)了很多bug。 我想，幾乎每一個畢業(yè)生會和我一樣，第一個感謝的人應(yīng)該是我們的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師吧。剛定下畢業(yè)設(shè)計題目，事實上，一開始我的核心模塊并不是單片機，而是PLC。萬事開頭難，老師在我還是個小白的時候給我指點了方向，無疑是此次畢業(yè)設(shè)計能夠如期完成的重要因素。在畢業(yè)設(shè)計遇到問題時，他們總是在第一時間站出來幫助我。最后感謝那些為此題目而辛苦奮斗的前輩們。或是在精度上的提高，或是在模塊上的設(shè)計，我的成果不及他們的萬分之一。 學(xué)生簽名： 日 期：附錄1 硬件電路原理圖基于單片機的鍋爐溫度控制系統(tǒng)PT100電路圖單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖sbit start=P3^1。sbit rs=P3^3。sbit warm=P3^5。sbit green=P3^7。uchar idata lowbuffer[3]。uchar idata curbuffer[3]。uchar code table[]=cur:。uchar code table2[]=high:。uchar code table4[]=0123456789 。int n=0。 while(i) for(j=100。j) 。 P2=0xfe。 temp=t