【正文】 常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和所要求的性能指標(biāo)有所不同 , 在工業(yè)企業(yè)中 ,如何提高溫度控制對(duì)象的運(yùn)行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員努力解決的問題。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡(jiǎn)單實(shí)用 ,但由于繼電器動(dòng)作頻繁 ,可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作。而采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，因其內(nèi)部集成了 A/D 轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器具有微型化、封裝簡(jiǎn)單、低功耗、高性能抗干擾能力、測(cè)量范圍廣、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，可使系統(tǒng)測(cè)量更加精確，電路更加簡(jiǎn)單。當(dāng)溫度超過設(shè)定值范圍后，單片機(jī)將發(fā)出控 制信號(hào)啟動(dòng)升溫裝置或降溫裝置，使溫度恒定在一定的范圍。 AT89C51 溫度顯示電路 溫度控制電路 鍵盤輸入電路 溫度采集電路 基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 2 硬件設(shè)計(jì) 主控制 模塊 AT89C51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)， 片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 單片機(jī)系統(tǒng)原理圖 如圖 2所示 ： 圖 2 單片機(jī)系統(tǒng)原理圖 基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 由于系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)單 ,數(shù)據(jù)量也不大 ,考慮到電路的簡(jiǎn)單和成本等因素 ,因此 在本設(shè)計(jì)中 選用 A TMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)作為主控芯片。 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè) I/O口線，看門狗（ WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 AT89C51 引角功能說 明 Vcc：電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口。在 Flash 編程時(shí)， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。對(duì)端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。表 1為 P1 口第二功 能 ： 表 1 P1口第二功能 端口引腳 第二功能 MOSI（用于 ISP編程） MISO（用于 ISP編程） SCK（用于 ISP編程） P2 口： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯門電路。在訪問８位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行： MOVX Ri 指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi)（也即特殊功能寄存器，在整個(gè)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(duì) P3口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能， P3口的第二功能如下表 2： 表 2 P3口的第二功能 端口功能 第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（ ） 串行輸入口 T0（ ） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0外部輸入 TXD（ ） 串行輸出口 T1（ ） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1外部輸入 INT0（ ） 外中斷 0 WR（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 INT1（ ） 外中斷 1 RD（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 RST：復(fù)位輸入。WDT 益出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。如有必要，可通 過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH單元的 D0位置位，可禁止 ALE 操作。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，高有兩次有效的 PSEN 信號(hào)。欲使 CPU 公訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址 0000H－ FFFFH） ， EA端必須保持低電平（接地）。如 EA端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)造及功能： 特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片內(nèi)空間分存如下圖 32所示。而寫這些地 址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。 雙時(shí)鐘指針寄存器：為方便地訪問內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，提供了兩個(gè) 16位數(shù)據(jù)指針寄存儲(chǔ)器： PD0位于 SFR區(qū)塊中的地址 82H、 83H和 DP1位于地址 84H、 85H，當(dāng) SFR中的位 DPS=0時(shí)選擇 DP0,而 DPS=1時(shí)選擇 DP1。 電源空閑標(biāo)志：電源空閑標(biāo)志（ POF）在特殊功能寄存儲(chǔ)器 SFR中 PCON的第 4位（ ） ,電源打開時(shí) POF置“ 1” ,它可由軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不 為復(fù)位所影響。 程序存儲(chǔ)器：如果 EA引腳接地（ GND），全部程序均執(zhí)行外部存儲(chǔ)器。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：在 AT89S51的具有 128字節(jié)的內(nèi)部 RAM，這 128字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問，堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行， 128字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間。外部復(fù)位時(shí)， WDT默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)，要打開 WDT，必按順序?qū)?01H和 0E1H寫到 WDTRST寄存器，當(dāng)啟動(dòng)了 WDT，它會(huì)隨晶體振蕩器在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，除硬件復(fù)位或 WDT溢出復(fù)位外沒有其它方法關(guān)閉 WDT，當(dāng) WDT溢出，將使 RST引腳輸出高電平的復(fù)位脈沖。 鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入 ： 為了去抖動(dòng)我采用軟件方法，它是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè) 10ms 的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響 在這種行列式矩陣鍵盤非編碼鍵盤的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。對(duì)鍵的識(shí)別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機(jī)I/O 口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。如果有按鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為 1。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為 1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為 1，則 所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。從而可以看出 DS18B20 可以 非常 方便的被 用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng) 。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線形較好。該芯片直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。使用集成 芯片，能夠有效的減小外界的干擾，提高測(cè)量的精度，簡(jiǎn)化電路的結(jié)構(gòu) 。 單片機(jī)與 DS18B20的通信 如圖 5所示： 基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 圖 5 單片機(jī)與 DS18B20的通信 七段數(shù)碼管顯示 模塊 在本系統(tǒng)中采用了 LED 七段數(shù)碼動(dòng)態(tài)顯示電路來顯示溫度值，顯示范圍在 099 之間 。如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED 數(shù)碼管是一種較好的選擇。 數(shù)碼管如圖 6所示 ： 圖 6 數(shù)碼管 LED 數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，它是