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溫度的自動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-08-08 20:39本頁面
  

【正文】 發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。Keil提供包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案,由以下幾部分組成:μVision IDE集成開發(fā)環(huán)境C51編譯器、A51匯編器、LIB51庫管理器、BL51連接/定位器、OH51目標文件生成器以及 Monitor5RTX51實時操作系統(tǒng)。 Keil uVision4 工作環(huán)境圖22 Keil uvision4集成開發(fā)環(huán)境界面從圖22可以看出,Keil uvision4集成開發(fā)環(huán)境與其他常用的Windows窗口軟件類似,設(shè)置有菜單欄、可以快速選擇命令的按鈕工具欄、工程窗口、源代碼文件窗口、對話窗口、信息顯示窗口。 Keil工程的創(chuàng)建 使用Keil軟件的項目/工程開發(fā)流程的具體步驟:(1)新建一個工程,從設(shè)備器件庫中選擇目標器件(CPU),配置工具設(shè)置;(2)建立源程序文件,用C51語言或匯編語言編輯程序;(3)添加源程序文件到工程中;(4)工程參數(shù)的設(shè)置(5)編譯、鏈接源程序,并修改源程序中的錯誤;(6)工程的調(diào)試和運行,生成可執(zhí)行代碼文件(.hex)成功編譯/匯編、連接后,選擇菜單DebugStart/Stop Debug Session(或按Ctrl+F5鍵)進入程序調(diào)試狀態(tài),Keil提供對程序的模擬調(diào)試功能,內(nèi)建一個功能強大的仿真CPU以模擬執(zhí)行程序。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯,可采用在線匯編功能對程序進行在線修改(DebugInline Assambly),不必執(zhí)行先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對工程重新進行編譯/匯編和連接、然后再次進入調(diào)試狀態(tài)的步驟。在模擬調(diào)試程序后。當傳感器監(jiān)測到溫度信息后傳輸給單片機,單片機對接收到的數(shù)據(jù)進行處理,將數(shù)據(jù)實時顯示到LED數(shù)碼管顯示器上,系統(tǒng)設(shè)置了溫度的上下限,當現(xiàn)場溫度超過或低于這個范圍時,系統(tǒng)就會通過蜂鳴器進行報警。下面對一些常用的單片機進行說明: (1)51系列單片機。目前很多公司都有51系列的兼容機型推出,在今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。AVR單片機廢除了機器周期,拋棄復(fù)雜指令計算機(CISC)追求指令完備的做法;采用精簡指令集,以字作為指令長度單位,將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中,廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。片上集成了AD、DA、PWM、LCD驅(qū)動,其比較器AD采用方式能達到很高的精度,開發(fā)系統(tǒng)也很便宜。從成本、開發(fā)的難易程度考慮,我選用了ATMEL公司的AT89S51單片機作為溫度控制系統(tǒng)的核心。 傳感器的選型 (1)模擬溫度傳感器。 ②熱慣性大,響應(yīng)時間慢。 AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器,供電電壓范圍為3~30V,輸出電流223uA(50℃) ~423Ua(+150℃),靈敏度為1uA∕℃。適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。優(yōu)點是使用方便、測量精度高等。 圖32 DS18B20外形圖DS18B20具有以下主要特性:① DS18S20的適應(yīng)電壓范圍更寬,其范圍為:,而且它能夠直接由數(shù)據(jù)線獲取電源(寄生電源),無需外部工作電源。③ DS18S20通過1Wire174。同時,在使用過程中,它不需要任何的外圍的元件,全部的傳感元件和轉(zhuǎn)換電路集成在形狀如一只三極管的集成電路內(nèi)。C至+125176。C至+85176。176。⑤ 每片DS18S20具有唯一的64位序列碼,這些碼允許多片DS18S20在同一條1Wire總線上工作,因而,可方便地使用單個微處理器控制分布在大范圍內(nèi)的多片DS18S20器件。⑦ DS18S20具有負載特性,當電源極性接反時,芯片不會因發(fā)熱而燒毀,但是不能正常的工作。⑩ 應(yīng)用于溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、熱感測系統(tǒng)。 鍵盤的選型 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中,命令輸入是通過鍵盤來實現(xiàn)的,鍵盤是實現(xiàn)人機交互的途徑。在單片機的接口應(yīng)用中,鍵盤接口一般分為兩種:一種是獨立式鍵盤,一種是矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤的按鍵連接在行列線構(gòu)成的矩陣電路的交叉處,每當有按鍵按下時通過該鍵將相應(yīng)的行列連通。因此我選擇使用獨立式鍵盤。硬件系統(tǒng)是單片機的物理實體,軟件則是對硬件使用和管理的程序。而單片機芯片則包含微處理器(CPU),存儲器(ROM和RAM)、輸入輸出口(I/O口)、定時/計數(shù)器及中端系統(tǒng)等。 單片機的引腳功能 (1)電源引腳VCC:電源VSS:接地(2)時鐘電路引腳XTAL1:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端,外接晶體的一個引腳 ,當采用外部振蕩器時,此引腳接地。(3)控制線與復(fù)位電路引腳RST:復(fù)位輸入引腳。ALE/PROG:允許地址鎖存輸出/編程輸入引腳。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止ALE的輸出可在SFR 8EH地址上置0。另外,該引腳被略微拉高。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。當EA保持高電平時,訪問片內(nèi)程序存儲器,當EA為低電平時,訪問外部程序存儲器。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時,這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。P1口:P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。作輸入口使用時,因為內(nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號校驗期間,P1接收低8位地址。表41 系統(tǒng)P1口第二功能表端口引腳 功能T2(定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入),時鐘輸出 T2EX(定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制)MOSI(用于ISP編程)MISO(用于ISP編程)SCK(用于ISP編程)P2口:P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行:MOVX Ri 指令)時,P2口線上的內(nèi)(也即特殊功能寄存器,在整個訪問期間不改變。)P3口:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。對P3口寫入“1”時,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 表42 系統(tǒng)P3口的第二功能表端口引腳 第二功能RXD(串行輸入口)TXD(串行輸出口)INT0(外部中斷0輸入口)INT1(外部中斷1輸入口)T0(定時器0外部輸入口)T1(定時器1外部輸入口)WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號)RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號) 時鐘電路對于單片機系統(tǒng)而言是必須的,因為單片機內(nèi)部是由各種各樣的數(shù)字邏輯器件構(gòu)成,而這些器件又必須按時間順序完成。這樣就可以構(gòu)成單片機的基本時鐘電路,時鐘頻率為12M。而要AT89S51復(fù)位得在RESET引腳上加5V的高電平信號就可以了。如圖42為單片機的復(fù)位電路。程序存儲器的0003H單元即MCS51單片機的外部中斷0的中斷處理程序的入口地址留出的0000H~00002H三個單元地址,僅能夠放置一條轉(zhuǎn)移指令,因此,單片機的主程序的第一條指令通常情況下是一條轉(zhuǎn)移指令。利用它們的復(fù)位狀態(tài),可以減少應(yīng)用程序中的初始化編程,如表43所示,SP=07H,P0P4的鎖存器均為FFH外。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖44所示。64位光刻ROM的排列是:開始8位 (28H)是產(chǎn)品類型標號,接著的48位是該DS18B20自身的序列號,最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1)。如表44為64位閃存ROM的結(jié)構(gòu):表44 64位閃存POM的結(jié)構(gòu)8位產(chǎn)品系列號48位產(chǎn)品序號8位CRC編碼 開始8位是產(chǎn)品類型的編號;接著是每個器件的唯一的序號,共有48位;最后8位是前56位的CRC校驗碼。該字節(jié)各位的定義如表45所示:表45 字節(jié)各位表示TMR1R011111低5位一直都是1,TM是測試模式位,用于設(shè)置DS18B20為工作模式或測試模式。因此,在實際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時間中權(quán)衡考慮。DS18B20的外部結(jié)構(gòu)圖如圖45所示圖45 DS18B20的外部結(jié)構(gòu) DS18B20引腳定義 (1)DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端; (2)GND為電源地; (3)VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電,I/O口線要接5千歐左右的上拉電阻。表48 指令代碼 指 令約定代碼 操作說明溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器BEH度暫存器9個字節(jié)內(nèi)容寫暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)復(fù)制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中重新調(diào)E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPUCPU對DS18B20的訪問流程是:先對DS18B20初始化,在進行ROM操作命令,最后才能對存儲器操作,數(shù)據(jù)操作。例如主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程,根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議,需要經(jīng)過3個步驟:每一次讀/寫前都要對DS18B20進行復(fù)位,復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令,最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對DS18B20進行預(yù)定的操作。ROM操作命令總線主機檢測到DS18B20的存在,便可以發(fā)出ROM操作命令,這些命令如表49所示:表49 ROM操作命令指令代碼Read ROM(讀ROM)33HMatch ROM(匹配ROM)55HSkip ROM跳過ROM)CCHSearch ROM(搜索ROM)F0HAlarm search(警告搜索)ECH存儲器操作命令如表410所示:表410 存儲器操作命令指令代碼Write Searchpad(寫暫存存儲器)4EHRead Scratchpad(讀暫存存儲器)BEHCopy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲器)48HConvert Temperature(溫度變換)44HRecall EPROM(重新調(diào)出)B8HRead Power supply(讀電源)B4H時序主機使用時間間隙來讀/寫DS18B20的數(shù)據(jù)位和寫命令的位。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小,用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。圖中還隱含著計數(shù)門,當計數(shù)門打開時,DS18B20就對低溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù),進而完成溫度測量。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù),當減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時,溫度寄存器的值將加1,減法計數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù),如此循環(huán),直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時,停止溫度寄存器值的累加,此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程,直至溫度寄存器值達到被測溫度值,這就是DS18B20的測溫原理。操作協(xié)議為:初始化DS18B20(發(fā)復(fù)位脈沖)發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。如果測得的溫度大于0,則這5位全為0,;如果測得的溫度小于0,則這5位全為1。表411 部分采樣值及其對應(yīng)溫度值溫度二進制表示十六進制表示+125000001111101000007D0H+00000001100100010191H+00000000000010000008H000000000000000000000H1111111111111000FFF8H1111111001101111FE6FH551111110010010000FC90H DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后,就把測得的溫度值與TH、TL作比較,若TTH或TTL,則將該器件內(nèi)的告警標志置位,并對主機發(fā)出的告警搜素命令作出響應(yīng)。LED顯示器有多種形狀,如:米字型顯示器、點陣顯示器和七段數(shù)
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