【正文】 數(shù)設計中都有涉及，已經積累了大量的經驗，我們可以更好的借鑒，上手快。 軟件設計方案的論證與比較1. 方案1：匯編語言設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計的程序設計語言。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。學習匯編語言必須學習熟知單片機內各個硬件模塊，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)相關人士認為是學習單片機首先應該學會的編程語言。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，為了合理調用硬件資源，編程繁雜，在出現(xiàn)問題時難以找到錯誤，設計者要花費大量時間，不方便閱讀和拓展。2. 方案2：C語言程序設計C語言是目前程序設計中應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，極大滿足了程序設計人員的需要，在各個領域使用廣泛。在強調資源共享的信息時代，不可能每一次設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系列單片機的微結構和控制方式。 89C51單片機則被眾多專業(yè)人士當作是51系列單片機中的經典設計，所以本次設計選取AT89C51為核心進行學習與研究。在此次設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口最普遍的應用還是作為普通的輸入/輸出端口，外接外部設備，接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)。當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，相應的鎖存器應由內部硬件自動置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，構成自激振蕩器并產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電容分布在單片機芯片左右。本次設計采用手動復位，當復位按鍵按下后，復位端通過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；當復位按鍵彈起后，+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。恒流源電路負責驅動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個典型時鐘脈沖內即可完成對其中任意通道模擬量的轉換，約100μs。 ADC0809引腳圖 ADC0809內部結構框圖從內部結構框圖中可以看出，ADC0809由一個通道選擇開關、開關樹形轉換器、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IN0~IN7。ALE：地址鎖存允許信號。START：啟動和復位雙功能端口。CLK：時鐘信號。為減小轉換時間，提高轉換速率，通常使用600KHz左右的時鐘信號。EOC為低電平表示正在轉換，EOC為高電平表示轉換結束。OE：輸出允許信號，高電平有效。 模數(shù)轉換電路模數(shù)轉換電路分為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”。這樣的設計結合了實際情況，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)人的操作習慣。此時，選擇按下“HIGH”鍵或“LOW”鍵可以進入設置功能。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)值設定為上限溫度。2.“LOW”鍵功能——設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顯示本次設計的LCD顯示器主要顯示當前溫度“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]。許多大功率設備在開關過程中會產生強電磁干擾，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口驅動能力有限，不足以驅動大功率開關及設備，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動電路。當前溫度低于下限溫度或上限溫度時，紅燈亮且蜂鳴器報警，當前溫度在上下限溫度內，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。它的線性調整率極好，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，調節(jié)滑動變阻器（電位器）RP1，就可在適當范圍內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，讀取當前溫度數(shù)值，當前溫度與上下限溫度值比較，響應。 主流程圖 設置上限溫度程序設計。 設置下限溫度值程序流程圖 鍵盤掃描程序設計。經過多次的修改和調試，基本達到本次設計的要求。在多數(shù)相關資料中，基本采用獨立鍵盤，往往只設置4~6個按鍵。 此次設計的鍵盤設置有數(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，此次設計也存在一定的誤差。雖然這樣有利于調試和修改，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)實設計中，選用較高的分辨率的模/數(shù)轉換器件，可以將誤差變得更小。從畢業(yè)設計選題到論文成型，從迷茫到熟知，畢業(yè)設計可謂是一個艱辛，煩人，自娛自樂的奇怪歷程。構思畢業(yè)設計整體思路，不斷的查找相關的資料，找了十來篇，想把它們的優(yōu)點結合在一塊兒，最后下手模塊設計的時候，方才知道“路漫漫其修遠兮”；做模塊設計，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；最小白的是程序設計，沒有學過單片機C語言編程，于是花很多時間狠狠看了一遍教學視頻，但在調試過程中還是出現(xiàn)了很多bug。 我想，幾乎每一個畢業(yè)生會和我一樣，第一個感謝的人應該是我們的畢業(yè)設計指導老師吧。剛定下畢業(yè)設計題目，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)設計能夠如期完成的重要因素。在畢業(yè)設計遇到問題時，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?；蚴窃诰壬系奶岣撸蚴窃谀K上的設計，我的成果不及他們的萬分之一。 學生簽名： 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