基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文 (2)

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計</b></p><p>　　完成日期 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透, 單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。</p><p

2、>　　本文從硬件和軟件兩方面來講述對烘干箱溫度的自動控制過程,在控制過程中主要應(yīng)用AT89C51、ADC0809、LED顯示器、LM324比較器，而主要是通過 DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機為核心控制部件，并通過四位數(shù)碼管顯示實時溫度的一種數(shù)字溫度計。軟件方面采用匯編語言來進行程序設(shè)計，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明了，使硬件在軟件

3、的控制下協(xié)調(diào)運作。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機系統(tǒng)；傳感器；數(shù)據(jù)采集；模數(shù)轉(zhuǎn)換器；溫度</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p><b>　　1 緒 論2</b></p><p>

4、　　1.1課題的背景及其意義2</p><p>　　1.2課題研究的內(nèi)容及要求3</p><p>　　1．2.1 課題的主要研究的內(nèi)容3</p><p>　　2 AT89C51系列單片機介紹及硬件設(shè)計5</p><p>　　2.1 AT89C51系列單片機介紹5</p><p>　　2.1.1 AT89C51

5、系列基本組成及特性5</p><p>　　2.1.2 AT89C51系列引腳功能6</p><p>　　2.1.3 AT89C51系列單片機的功能單元8</p><p>　　2．2 硬件設(shè)計11</p><p>　　2.2.1 溫度采樣部分11</p><p>　　2.2．2 控制溫度13</p>

6、;<p>　　2.2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分14</p><p>　　2.2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)14</p><p>　　2.2.5 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器14</p><p>　　2.2.6 顯示部分15</p><p><b>　　3 軟件設(shè)計17</b></p><p>　　3.1

7、主程序流程圖17</p><p>　　3.2 讀溫度子程序17</p><p>　　3.3 計算溫度子程序18</p><p>　　3.4按鍵流程圖19</p><p>　　3.5 顯示流程圖20</p><p><b>　　結(jié) 論22</b></p><p>

8、<b>　　謝 辭23</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1課題的背景及其意義</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計，工程建設(shè)及日常生活中溫度控制都起著重要的作用，早期的溫度控制主要用于工廠時間生產(chǎn)中，能起到實時采集溫度數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量之用。隨著人們生活質(zhì)量的提高，現(xiàn)

9、代社會中的溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面也應(yīng)用于酒店，廠房以及家庭生活中，在有些應(yīng)用中，如高精度的生產(chǎn)廠房，對溫度的要求極其嚴(yán)格，溫度的變化極有可能對生產(chǎn)的產(chǎn)品造成極大的影響。因此，這就需要一種能夠及時檢測溫度變化以及溫度變化的設(shè)備，提供溫度數(shù)據(jù)值，使人們對溫度的變化做及時的調(diào)整，多點溫度控制可根據(jù)人們不同的應(yīng)用環(huán)境自行設(shè)置該環(huán)境的溫度值，及時反映生產(chǎn)，生活中溫度變化使人們能及時看到溫度變化的第一手資料，提示人們溫度變化情況，協(xié)助人們能

10、及時的調(diào)整，起到溫度報警作用，使溫度控制更好的服務(wù)于社會生產(chǎn)，生活。</p><p>　　電子技術(shù)的飛速發(fā)展，給人類的生活帶來了根本的的變革，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)了微型計算機，更是將人類社會帶入了一個新的時代。利用微機的強大功能。人們可以完成各種各樣的控制。然而，微機造價高，對于大多數(shù)的工業(yè)控制來說，也并不需要微機那樣強大的功能，于是單片機就運用而生了。單片機其實就是一個簡化的微機，將微機的CPU

11、，存儲器，I/O接口。定時器/計數(shù)器等集成在一片芯片上就是單片機了，它主要用來完成各種控制功能。相對微機來說，單片機價格低，非常適合于應(yīng)用在簡單 的控制場合以降低成本。另外，單片機是按照工業(yè)控制要求設(shè)計的，其可靠性很高，可在工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境下運行。單片機依靠其高的可靠性和極高的性價比，在工業(yè)控制，數(shù)據(jù)采集，智能化儀表，家用電器等方面得到極為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測

12、量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進國民經(jīng)濟的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來滿足生產(chǎn)生活中的需要。</p><p>　　在單片機溫度測量系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參

13、數(shù)之一。因此，單片機溫度測量則是對溫度進行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負著重要的測量任務(wù)。在日常生活中，也可廣泛實用于地?zé)?、空調(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設(shè)備溫度測量場合。但溫度是一個模擬量，如果采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和元件，將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量雖不困難，但電路較復(fù)雜，成本較高。</p><p>　　1.2課題研究的內(nèi)容

14、及要求</p><p>　　1．2.1 課題的主要研究的內(nèi)容 </p><p>　　本文所要研究的課題是基于單片機控制的水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計，主要是介紹了對水箱溫度的顯示、控制及報警，實現(xiàn)了溫度的實時顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用DS18S20、AT89C51單片機及LED的硬件電路完成對水溫的實時檢測及顯示，利用DS18S20與單片機連接由軟件與硬件電路配合來實現(xiàn)對加熱電阻絲的實

15、時控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報警系統(tǒng)。而爐內(nèi)溫度控制部分，采用一套PID閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)，由DS18S20檢測爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個值存入程序存取器內(nèi)部一個單元作為最后檢測信號，并在LED中顯示?？刂破魇怯?9C51單片機，用PID算法對檢測信號和設(shè)定值的差值進行調(diào)節(jié)后輸出控制信號給執(zhí)行機構(gòu)，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構(gòu)成多點的溫度測

16、控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理，而且每片DS18S20都有唯一的產(chǎn)品號，可以一并存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個DS18S20芯片。從DS18S20讀出或?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫</p><p>　　1.2.2 用單片機實現(xiàn)其具體控制功能如下：</p><p>　　（1）能夠連續(xù)測量水的溫度值，用十進制數(shù)碼管來顯示

17、水的實際溫度。</p><p>　?。?）能夠設(shè)定水的溫度值，設(shè)定范圍是30℃～90℃。</p><p>　　（3）能夠?qū)崿F(xiàn)水溫的自動控制，如果設(shè)定水溫為85℃，則能使水溫保持恒定在85℃的溫度下運行。</p><p>　?。?）用單片機AT89C51控制，通過按鍵來控制水溫的設(shè)定值，數(shù)值采用數(shù)碼管顯示。</p><p>　　2 AT89C5

18、1系列單片機介紹及硬件設(shè)計</p><p>　　2.1 AT89C51系列單片機介紹</p><p>　　2.1.1 AT89C51系列基本組成及特性</p><p>　　AT89C51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8

19、位微處理器，俗稱單片機。而在眾多的51系列單片機中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更實用，也是一種高效微控制器，因為它不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器，用戶可以用電的方式達到瞬間擦除、改寫。而這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。</p><p>　　AT89C51基本功能描述如下：AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八

20、位微處理器，而且在其片種還有4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲器，能重復(fù)寫入/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與MCS-51系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒有的功能。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積, 增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長度小于4k, 四個I/O口全部提供給用戶。可用5V電壓編程，而且寫入時

21、間僅10毫秒, 僅為8751/87C51 的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比, 不易損壞器件, 沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。AT89C51 芯片提供三級程序存儲器鎖定加密， 提供了方便靈活而可靠的硬加密手段, 能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。另外,AT89C51 還具有MCS-51系列單片機的所有優(yōu)點。128×8 位內(nèi)部RAM, 32 位雙向輸入輸出線, 兩個十六位

22、定時器/計時器, 5個中斷源, 兩級中斷優(yōu)先級, 一</p><p>　　2.1.2 AT89C51系列引腳功能</p><p>　　AT89C51有40引腳雙列直插（DIP）形式。其與80C51引腳結(jié)構(gòu)基本相同，其邏輯引腳圖如圖2-1。</p><p>　　圖2-1 AT89C51邏輯引腳圖</p><p>　　各引腳功能敘述如下：<

23、/p><p><b>　　1．電源和晶振</b></p><p>　　VCC——運行和程序校驗時加+5V</p><p><b>　　GND——接地</b></p><p>　　XTAL1——輸入到振蕩器的反向放大器</p><p>　　XTAL2——反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部

24、時鐘發(fā)生器</p><p>　?。ó?dāng)使用外部振蕩器時，XTAL1接地，XTAL2接收振蕩器信號）</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率

25、的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。</p><p>　　2．I/O（4個口，32根）</p><p>　　P0口——8位、漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM、

26、RAM）時，作地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用。在程序校驗期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。P0口（作為總線時）能驅(qū)動8個LSTTL負載。</p><p>　　P1口——8位、準(zhǔn)雙向I/O口。在編程/校驗期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動4個LSTTL負載。對于80C51，P1.0——T2，是定時器的計數(shù)端且位輸入；P1.1——T2EX，是定時器的外部輸入端。這時，讀兩個特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。<

27、;/p><p>　　P2口——8位、準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM及RAM）時，輸出高8位地址。在編程/校驗期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動4個LSTTL負載。</p><p>　　P3口——8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。P3口提供各種替代功能。在提供這些功能時，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P3口可以輸入/輸出4個LSTTL負載。</p><p>

28、;<b>　　3．串行口</b></p><p>　　P3.0——RXD（串行輸入口），輸入。</p><p>　　P3.1——TXD（串行輸出口），輸出。</p><p><b>　　4．中斷</b></p><p>　　P3.2——INT0外部中斷0，輸入。</p><p&g

29、t;　　P3.3——INT1外部中斷1，輸入。</p><p><b>　　5．定時器/計數(shù)器</b></p><p>　　P3.4——T0定時器/計數(shù)器0的外部輸入，輸入。</p><p>　　P3.5——T1定時器/計數(shù)器1的外部輸入，輸入。</p><p><b>　　6．?dāng)?shù)據(jù)存儲器選通</b>

30、;</p><p>　　P3.6——WR低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通。</p><p>　　P3.7——RD低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。</p><p>　　7．控制線(共4根)</p><p><b>　　輸入：</b></p><p>　　RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，

31、要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　EA/Vpp——片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上施加21V的編程電壓。</p><p>　　注意：在加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p><b>

32、　　輸入、輸出：</b></p><p>　　ALE/PROG——地址鎖存允許信號，輸出。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對外輸出的時鐘或用于定時。在EPROM編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（PROG）。ALE可以驅(qū)動8個LSTTL負載。當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖

33、信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。</p><p>　　注意：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p><b>　　輸出：<

34、/b></p><p>　　PSEN——片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取址期間，在每個機器周期中，當(dāng)PSEN有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動8個LSTTL負載。</p><p>　　2.1.3 AT89C51系列單片機的功能單元</p><p>　　1．并行I/O接口：</p><p

35、>　　單片機芯片內(nèi)有一項主要功能就是并行I/O口。51系列共有4個8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3每個口都包含一個鎖存器，一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。實際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴展存儲器時，低八位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時傳送，高八位地址由P2口傳送。</p><p><b>　　2．定時器/計數(shù)器</b></p&g

36、t;<p>　　定時器/計數(shù)器（timer/counter）是單片機中的重要部件，其工作方式靈活、編程簡單，使用它對減輕CPU的負擔(dān)和簡化外圍電路都大有好處。</p><p>　　C51系列包含有兩個16位的可編程定時器/計數(shù)器分別稱為定時器/計數(shù)器T0和定時器/計數(shù)器T1；在C51部分產(chǎn)品中，還包含有一個用做看門狗的8位定時器。定時器/計數(shù)器的核心是一個加1計數(shù)引腳上施加器，其基本功能是加1功能。

37、在單片機的定時器T0或T1中，有一個定時器發(fā)生由0到1的跳變時，計數(shù)器增1，即為計數(shù)功能；在單片機內(nèi)部對機器周期或其分頻進行計數(shù)，從而得到定時，這就是定時功能。在單片機中，定時功能和計數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過軟件來進行的。</p><p>　　定時器/計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時器0、定時器1、定時器方式寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON組成。當(dāng)定時器/計數(shù)器設(shè)置為定時工作方式時，計數(shù)器對內(nèi)部機器周期計

38、數(shù)，每過一個機器周期，計數(shù)器加1，直至計滿溢出。定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因為C51系列單片機的一個機器周期由12個振蕩脈沖組成，所以，計數(shù)頻率fc=fosc/12。如果單片機系統(tǒng)采用12MHz晶振，則計數(shù)周期為:</p><p>　　(2-1) </p><p>　　這是最短的定時周期，適當(dāng)選擇定時器的初值可獲取各種定時時間。</p>

39、<p>　　當(dāng)定時器/計數(shù)器設(shè)置為計數(shù)工作方式時，計數(shù)器對來自輸入引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）的外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。在每個機器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平，若前一個機器周期采樣值為1，后一個機器周期采樣值為0，則計數(shù)器加1。新的計數(shù)值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生1到0的負跳變后，于下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器中的，可見，檢測一個由1到0的負跳變需要兩個機器周期，所以最高檢測頻率為振

40、蕩頻率的1/24。計數(shù)器對外部輸入信號的占空比沒有特別的限制，但必須保證輸入信號的高電平與低電平的持續(xù)時間在一個機器周期以上。</p><p><b>　　3．振蕩器</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。當(dāng)輸入至內(nèi)部時鐘

41、信號時要通過一個二分頻觸發(fā)器，而對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　　4．芯片擦除</b></p><p>　　整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行

42、。AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM、定時器、計數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。</p><p><b>　　5．中斷系統(tǒng)</b></p><p>　　中斷系統(tǒng)是單片機的重要組成部分。實

43、時控制、故障自動處理、單片機與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。</p><p>　　C51系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有4個，分別為中斷源寄存器TCON和SCON、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級控制寄存器IP；中斷源有5個，分別為外部中斷0請求INT0、外部中斷1請求INT1、定時器0溢出中斷請求TF0、定時器1溢出中斷請求TF1和串行中斷請求R1或T1。5個中斷源的排列順序由中斷

44、優(yōu)先級控制寄存器IP和順序查詢邏輯電路共同決定，5個中斷源分別對應(yīng)5個固定的中斷入口地址。中斷的特點是分時操作，實時處理和故障處理。</p><p>　　簡單介紹一下本次設(shè)計所需的單片機芯片AT89C51的中斷系統(tǒng)中要用到的中斷類型。</p><p><b>　?。?） 外部中斷源</b></p><p>　　AT89C51有INT0和INT1

45、兩條外部中斷請求輸入線,用于輸入兩個外部中斷源的中斷請求信號,并允許外部中斷源以低電平或負邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來輸入中斷請求信號。AT89C51究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式,可由用戶對定時器控制寄存器TCON中IT0和IT1位狀態(tài)的設(shè)定來選取。AT89C51在每個機器周期的S5P2時對INT0、線上中斷請求信號進行一次檢測,檢測方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若AT89C51設(shè)定為電平觸發(fā)方式(IT0=0或IT1=0),則CPU檢測到INT

46、0、INT1上低電平時就可認定其上中斷請求有效;若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式(IT0=1或IT1=1),則CPU需要兩次檢測INT0、INT1線上電平方能確定其上中斷請求是否有效,即前一次檢測為高電平和后一次檢測為低電平時中斷請求才有效。</p><p>　?。?） 定時器溢出中斷源</p><p>　　定時器溢出中斷由AT89C51內(nèi)部定時器分的中斷源產(chǎn)生,故它們屬于內(nèi)部中斷。AT89C51內(nèi)部

47、有兩個16位定時器/計數(shù)器,受內(nèi)部定時脈沖(主脈沖經(jīng)12分頻后)或T0/T1引腳上輸入的外部定時脈沖計數(shù)。定時器T0/T1在定時脈沖作用下從全“1”變成全“0”時可以自動向CPU提出溢出中斷請求,以表明定時器T0或T1的定時時間已到。 </p><p>　?。?） 串行口中斷源</p><p>　　串行口中斷由AT89C51內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生,也是一種內(nèi)部中斷。串行口中斷分為串行口發(fā)送

48、中斷和串行口接收中斷兩種。在串行口進行發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時,每當(dāng)串行口發(fā)送/接收完一組串行數(shù)據(jù)時串行口電路自動使串行口控制寄存器SCON中的RI或TI中斷標(biāo)志位置位，并自動向CPU發(fā)出串行口中斷請求,CPU響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。因此,只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對SCON中RI和TI中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序,便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請求還是發(fā)送中斷請求。</p><p><

49、b>　?。?） 中斷標(biāo)志</b></p><p>　　AT89C51在S5P2時檢測(或接收)外部(內(nèi)部)中斷源發(fā)來的中斷請求信號后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位,然后便在下個機器周期檢測這些中斷標(biāo)志位狀態(tài),以決定是否響應(yīng)該中斷。</p><p><b>　　2．2 硬件設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計采用按鍵作為輸入控制，通

50、過溫度多采樣單元采集溫度信息，經(jīng)過LM324放大器放大及ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換，由主機AT89C51進行處理并將實際溫度值和設(shè)定溫度值分別顯示在共陽極數(shù)碼顯示管LED上。</p><p>　　2.2.1 溫度采樣部分</p><p>　　溫度采樣單元用于采集被控制對象的溫度采集參數(shù)，它由溫度電壓轉(zhuǎn)換，小信號放大及A/D轉(zhuǎn)換三部分組成，其中將溫度轉(zhuǎn)化為電量的溫度電壓轉(zhuǎn)換由溫度傳感器

51、——熱敏電阻實現(xiàn)，A/D轉(zhuǎn)換選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809將采集的溫度模擬信號轉(zhuǎn)換為8255能處理的二進制數(shù)字信號。</p><p>　　ADC0809是位A/D轉(zhuǎn)換芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的。ADC0809由單+5V電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可對8路0～5V的輸入模擬電壓分時進行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需100µS；片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼器和鎖存器、高阻抗斬波器、穩(wěn)

52、定的比較器，256電阻T型網(wǎng)絡(luò)和樹狀電子開關(guān)以及逐次逼近寄存器。</p><p>　　ADC0809是引腳雙列直插式封裝，引腳及其功能（圖2.1）：</p><p>　　1．D7～D0：8位數(shù)字量輸出引腳。</p><p>　　2．IN0～IN7：8路模擬量輸入引腳。</p><p>　　3．VCC：+5V工作電壓。</p>&

53、lt;p><b>　　4．GND：接地。</b></p><p>　　5．REF（+）：參考電壓正端。</p><p>　　6．REF（-）：參考電壓負端。</p><p>　　7．START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。</p><p>　　8．A、B、C：地址輸入端。</p><p>　　

54、9．ALE：地址鎖存允許信號輸入端。</p><p>　　10．EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。</p><p>　　11．OE： 輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。</p><p>　　12．CLK：時鐘信號輸入端，譯碼后可選通IN0～IN7八個通道中的一個進行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖

55、2-1.1 ADC0809的管腳圖</p><p>　　溫度采樣單元，如2.2所示，用于采集被控對象的溫度參數(shù)，它由溫度電壓轉(zhuǎn)換、小信號放大及A/D轉(zhuǎn)換三部分組成。其中，將溫度轉(zhuǎn)化為電量的溫度電壓轉(zhuǎn)換由溫度傳感器-熱敏電阻實現(xiàn)，小信號放大由橋式放大電路實現(xiàn)，A/D轉(zhuǎn)換選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，將采集到的溫度模擬信號轉(zhuǎn)換為AT89C51能夠處理的二進制數(shù)字信號。</p><p>　　圖

56、2-2 溫度采樣單元</p><p>　　該系統(tǒng)的下位機8255單片機作為控制核心，負責(zé)采集現(xiàn)場溫度值。溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字量，并經(jīng)8255的P1口進入單片機保存。上位PC機通過串行口與下位機聯(lián)絡(luò)，向下位機發(fā)送控制命令和接收下位機上傳的數(shù)據(jù)以及進行人機交互。上位機采用VB 6．0進行人機交互界面設(shè)計，并利用其MSComm控件實現(xiàn)與下位機簡單而高效的串行通信。充

57、分發(fā)揮了單片機在實時數(shù)據(jù)采集和PC機對圖形處理、顯示以及數(shù)據(jù)庫管理上的優(yōu)點。使得單片機的應(yīng)用已不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的自動監(jiān)測或控制，而是形成了以網(wǎng)絡(luò)為核心的分布式多點系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。</p><p>　　2.2．2 控制溫度</p><p>　　單片機是集成了中央處理部件，存儲器、定時器和各種輸入輸出設(shè)備等接口部件。具有集成度高，功能強、速度快、體積小、功耗小、使用方便、價格便宜等優(yōu)點，

58、在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力流量和開關(guān)量都是常用的被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐中的溫度進行檢測和控制。采用單片機對溫度進行控制方便、簡單、靈活。而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。</p><p>　　2.2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬輸入信號

59、轉(zhuǎn)換為N位二進制數(shù)字輸出信號的技術(shù)。采用數(shù)字信號處理能夠方便地實現(xiàn)各種先進的自適應(yīng)算法，完成模擬電路無法實現(xiàn)的功能，因此，越來越多的模擬信號處理正在被數(shù)字技術(shù)所取代。與之相應(yīng)的是，作為模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)之間橋梁的模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用日趨廣泛。為了滿足市場的需求，各芯片制造公司不斷推出性能更加先進的新產(chǎn)品、新技術(shù)，令人目不暇接。</p><p>　　2.2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)</p><p>　　本

60、次設(shè)計還涉及到數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)，而模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)包括采樣、保持、量化和編碼四個過程。</p><p>　　1．采樣就是將一個連續(xù)變化的模擬信號x(t)轉(zhuǎn)換成時間上離散的采樣信號x(n)。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，對于采樣信號x(t)，如果采樣頻率fs大于或等于2fmax(fmax為x(t)最高頻率成分)，則可以無失真地重建恢復(fù)原始信號x(t)。實際上，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件的非線性失真、量化噪聲及接收機噪聲等因素的影響采樣速率

61、一般取fs=2.5fmax。通常采樣脈沖的寬度tw是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。</p><p>　　2．要把一個采樣輸出信號數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間，這就是保持過程。</p><p>　　3．量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散時間、離散幅度的數(shù)字信號，量化的主要問題就是量化誤差。假設(shè)噪聲信號在量化電平中是均勻分布的，則量化噪聲均方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換

62、器的輸入阻抗值有關(guān)。</p><p>　　4．編碼是將量化后的信號編碼成二進制代碼輸出。這些過程有些是合并進行的，例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的，且所用時間又是保持時間的一部分。</p><p>　　2.2.5 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器</p><p>　　積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器稱雙斜率或多斜率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，是應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換器類型。

63、雙斜率轉(zhuǎn)換器包括兩個主要部分：一部分電路采樣并量化輸人電壓，產(chǎn)生一個時域間隔或脈沖序列，再由一個計數(shù)器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出。雙斜率轉(zhuǎn)換器由1個帶有輸人切換開關(guān)的模擬積分器、1個比較器和1個計數(shù)單元構(gòu)成。積分器對輸入電壓在固定的時間間隔內(nèi)積分，該時間間隔通常對應(yīng)于內(nèi)部計數(shù)單元的最大計數(shù)。時間到達后將計數(shù)器復(fù)位并將積分器輸入連接到反極性(負)參考電壓。在這個反極性信號作用下，積分器被“反向積分”直到輸出回到零，并使計數(shù)器終止，積分器復(fù)位。

64、</p><p>　　積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度和帶寬都非常低，但它們的精度可以做得很高，并且抑制高頻噪聲和固定的低頻干擾(如50 Hz或60 Hz)的能力，使其對于嘈雜的工業(yè)環(huán)境以及不要求高轉(zhuǎn)換速率的應(yīng)用非常有效。</p><p>　　2.2.6 顯示部分</p><p>　　本部分電路主要使用七段數(shù)碼管和移位寄存器芯片74LS164.單片機通過I2CC總線將要顯

65、示的數(shù)據(jù)信號傳送到移位寄存器芯片74LS164寄存，再由移位寄存器控制數(shù)碼管的顯示，從而實現(xiàn)移位寄存點亮數(shù)碼管顯示。由于單片機的時鐘頻率達到12M，移位寄存器的移位速度相當(dāng)快，所以我們根本看不到數(shù)據(jù)是一位一位傳輸?shù)?。從人類視覺的角度看，就仿佛是全部數(shù)碼管同步顯示的一樣。</p><p>　　移位寄存器74LS164的引腳如圖2-6所示：</p><p>　　圖2-12移位寄存器74LS16

66、4引腳圖</p><p>　　74LS164為串行輸入、并行輸出移位寄存器，其引腳功能如下：</p><p>　　A、B —— 串行輸入端；</p><p>　　Q0～Q7 —— 并行輸出端；</p><p>　　—— 清除端，低電平有效；</p><p>　　CLK —— 時鐘脈沖輸入端，上升沿有效。</p&g

67、t;<p>　　多片74LS164串聯(lián)，能實現(xiàn)多位LED靜態(tài)顯示。每擴展一片164就可增加一位顯示。MR接+5V，不清除。</p><p>　　在本系統(tǒng)中使用的移位寄存器74LS164時，是用芯片的貼片封裝。貼片封裝直接焊接在數(shù)碼管電路的背面，這樣既能實現(xiàn)強大的功能又合理利用電路的空間，而且整個顯示電路小巧玲瓏，在總安裝時方便。采用移位寄存器控制數(shù)碼管顯示出本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，也是本系統(tǒng)的一個優(yōu)點。<

68、;/p><p>　　圖2—13 LED 顯示電路</p><p><b>　　3 軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1主程序流程圖</b></p><p>　　系統(tǒng)的軟件部分由主程序流程圖、中斷子程序流程圖、按鍵流程圖和顯示流程圖四部分組成。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4-1，當(dāng)有信號輸入時，

69、主程序啟動，根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的條件逐步運行，達到設(shè)計目的。</p><p>　　圖4-1主程序流程圖</p><p>　　3.2 讀溫度子程序</p><p>　　本文選用AD590傳感器，讀出溫度子程序的主要功能包括初始化，判斷AD590是否存在?；虼嬖趧t進行一系列的讀操作，若不存在則返回。其程序流程圖如圖4—3所示。</p><p><

70、b>　　圖4—3</b></p><p><b>　　讀溫度流程圖</b></p><p>　　3.3 計算溫度子程序</p><p>　　計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖4—4所示。</p><p>　　4—4計算溫度子程序</p&g

71、t;<p><b>　　3.4按鍵流程圖</b></p><p>　　圖4-3為系統(tǒng)的按鍵流程圖。主要是通過人為的對外部按鍵的控制來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的溫度，從而實現(xiàn)系統(tǒng)對溫度的手動和自動控制。</p><p>　　圖4-3 按鍵流程圖</p><p><b>　　3.5 顯示流程圖</b></p>&l

72、t;p>　　圖4-4為系統(tǒng)的顯示流程圖。主要是通過對傳輸過來的信號進行顯示后，給操作者提供提示。已達到為本系統(tǒng)提供對溫度的顯示和監(jiān)控的目的。</p><p>　　圖4-4 顯示流程圖</p><p>　　本章節(jié)主要講的是單片機溫度系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分的主要的流程圖，這也是系統(tǒng)程序設(shè)計的基本設(shè)計思路，通過依照四部分的流程圖進行設(shè)計，已達到對系統(tǒng)完整的運行，對溫度的顯示、監(jiān)控和控制。<

73、;/p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，在控制過程中主要應(yīng)用AT89C51、ADC0809、LED顯示器、LM324比較器，而主要是通過 DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機為核心控制部件，并通過四位數(shù)碼管顯示實時溫度的一種數(shù)字溫度計。這些單片機的功能都為我們實現(xiàn)電路提供了非常有利的條件，同時

74、也為開發(fā)環(huán)境友好，易用，方便，大大加快本系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)。鍵盤的使用，是操作更為簡潔，易懂，方便，迅速。本制作的設(shè)計中使用了繼電器控制的只是插座電路，因此，該系統(tǒng)的可擴展性很強，隨著插入插座的電器不同，可以實現(xiàn)許多其他功能的電路。本設(shè)計的單片機溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、測溫準(zhǔn)確，具有一定的實際使用價值。該智能溫度控制器只是DS18B20數(shù)字溫度傳感器在溫度控制領(lǐng)域的一個簡單實例，還有許多需要完善的地方，例如可以將測得的溫度通過單片機與通訊模塊相

75、連接，以手機短息的方式發(fā)送給用戶能夠隨時對溫度進行控制。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　為期一個學(xué)期的畢業(yè)論文（設(shè)計）已經(jīng)接近尾聲了，我的三年的大學(xué)生涯也即將圈上一個句號。畢業(yè)設(shè)計是我對這三年來的大學(xué)生活進行總結(jié)，是對我們學(xué)的知識的一個測試，也是一個自我的檢驗。</p><p>　　在這里我要特別感謝我的指導(dǎo)老