電氣自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)--單片機(jī)溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，溫度、濕度、電流、流速、開關(guān)量、電壓、電流、壓力和流量都是常用的主要被控參數(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(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠

2、大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問題。</p><p>　　單片機(jī)是一種集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)等部分于一體的器件，只需要外加電源和晶振就可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的處理和控制。因此，單片機(jī)廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)控制中。</p><p>　　本論文側(cè)重介紹“單片機(jī)溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)”的軟件設(shè)計(jì)及相關(guān)內(nèi)容。論文的主要內(nèi)容包括：濾

3、波、采樣、鍵盤、LED顯示和報(bào)警系統(tǒng)，加熱控制系統(tǒng)，單片機(jī)MCS-51的開發(fā)以及系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)等。作為控制系統(tǒng)中的一個(gè)典型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用了微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、鍵盤顯示技術(shù)等諸多方面的知識(shí)，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次綜合測(cè)試。</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1

4、 概述</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度、壓力、流量和液位是四種最常見的過程變量。其中，溫度是一個(gè)非常重要的過程變量。例如：在冶金工業(yè)、化工工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械加工和食品加工等許多領(lǐng)域，都需要對(duì)各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐的溫度進(jìn)行控制。然而，用常規(guī)的控制方法，潛力是有限的，難以滿足較高的性能要求。采用單片機(jī)來對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大的

5、優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測(cè)溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問題。</p><p>　　1.2 單片機(jī)技術(shù)簡介</p><p>　　1.2.1單片機(jī)的發(fā)展概況</p><p>　　1970年微型計(jì)算機(jī)研制成功之后，隨之即出現(xiàn)了單片機(jī)（即單片微型計(jì)算機(jī)）— 美國Intel公司1971年生產(chǎn)的

6、4位單片機(jī)4004和1972年生產(chǎn)的雛形8位單片機(jī)8008，這也算是單片機(jī)的第一次公眾亮相。</p><p>　　1976年Intel公司首先推出能稱為單片機(jī)的MCS-48系列單片微型計(jì)算機(jī)。它以體積小、功能全、價(jià)格低等特點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)一些與單片機(jī)有關(guān)公司都爭相推出各自的單片機(jī)。</p><p>　　1978年下半年Motorola公司推出M6800系列單片機(jī)，Zilog公司相

7、繼推出Z8單片機(jī)系列。1980年Intel公司在MCS-48系列基礎(chǔ)上又推出高性能的MCS-51系列單片機(jī)。這類單片機(jī)均帶有串行I/O口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為16位，片內(nèi)存儲(chǔ)容量（RAM，ROM）都相應(yīng)增大，并有優(yōu)先級(jí)中斷處理功能，單片機(jī)的功能、尋址范圍都比早期的擴(kuò)大了，它們是當(dāng)時(shí)單片機(jī)應(yīng)用的主流產(chǎn)品。</p><p>　　1982年Mostek公司和Intel公司先后又推出了性能更高的16位單片機(jī)MK68200和M

8、CS-96系列，NS公司和NEC公司也分別在原有8位單片機(jī)的基礎(chǔ)上推出了16位單片機(jī)HPC16040和μPD783××系列。</p><p>　　1987年Intel公司又宣布了性能比8096高兩倍的CMOS型80C196，1988年推出帶EPROM的87C196單片機(jī)。由于16位單片機(jī)推出的時(shí)間較遲、價(jià)格昂貴、開發(fā)設(shè)備有限等多種原因，至今還未得到廣泛應(yīng)用。而8位單片機(jī)已能滿足大部分應(yīng)用的需要

9、，因此，在推出16位單片機(jī)的同時(shí)，高性能的新型8位單片機(jī)也不斷問世。</p><p>　　縱觀這短短的20年，經(jīng)歷了4次更新?lián)Q代，單片機(jī)正朝著集成化、多功能、多選擇、高速度、低功耗、擴(kuò)大存儲(chǔ)容量和加強(qiáng)I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容的方向發(fā)展。新一代的80C51系列單片機(jī)除了上述的結(jié)構(gòu)特性外，其最主要的技特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)微控制器（microcontroller）完善的控制功能為己任。這一系列單片機(jī)為外部提供了

10、相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置打下了良好的基礎(chǔ)。由于80C51系列單片機(jī)所具有的一系列優(yōu)越的特點(diǎn)，獲得廣泛使用指日可待。</p><p>　　1.2.2 單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智能化發(fā)展，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉、使用靈活等優(yōu)勢(shì)，顯示出很強(qiáng)的生命力。它和一般的集成電路相比有較

11、好的抗干擾能力，對(duì)環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應(yīng)性，可以在工業(yè)條件下穩(wěn)定工作。且單片機(jī)廣泛地應(yīng)用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，提高它們的測(cè)量速度和測(cè)量精度，加強(qiáng)控制功能。如Mcs-51系列單片機(jī)控制的“船舶航行狀態(tài)自動(dòng)記錄儀”、“煙葉水分測(cè)試儀”、“智能超聲波測(cè)厚儀”等。單片機(jī)也廣泛地應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，例如對(duì)下SID卜各種窯爐的溫度、酸度、化學(xué)成分的測(cè)量和控制。將測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理功能和

12、實(shí)時(shí)控制功能，使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。從航空航天、地質(zhì)石油、冶金采礦、機(jī)械電子、輕工紡織等行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機(jī)電一體化設(shè)備和產(chǎn)品，到郵電通信、日用設(shè)備和器械，單片機(jī)都發(fā)揮了巨大作用。 </p><p>　　其應(yīng)用大致可分為以下兒方面:</p><p>　　1．終端及外圍設(shè)備控制</p><p>　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端

13、設(shè)備，如銀行終端、商業(yè)POS(自動(dòng)收款機(jī))以及計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備如打印機(jī)、通信終端和智能化UPS等。在這些設(shè)備中使用單片機(jī)，使其具有計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示、輸入等功能，具有和計(jì)算機(jī)連接的接口，使計(jì)算機(jī)的能力及應(yīng)用范圍大大提高。</p><p>　　2．分布控制系統(tǒng)的前端控制器</p><p>　　在直接控制級(jí)的計(jì)算機(jī)分布控制系統(tǒng)(DCS)中，單片機(jī)作為過程控制中每一分部操作或控制的控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采

14、集、反饋計(jì)算、控制輸出，并在上位機(jī)命令的指揮下進(jìn)行相應(yīng)協(xié)調(diào)工作。、油田采油部門以及電廠等均可采用這樣的系統(tǒng)。</p><p>　　3．如有些氣象部門消費(fèi)類電子產(chǎn)品控制</p><p>　　該應(yīng)用主要反映在家電領(lǐng)域，如洗衣機(jī)、空調(diào)器、保安系統(tǒng)、VCD視盤機(jī)、電子秤、IC卡、手機(jī)、BP機(jī)等。這些設(shè)備中使用了單片機(jī)機(jī)芯后，大大提高了其控制功能和性能，并實(shí)現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。</p>

15、;<p>　　4．智能化儀表的機(jī)芯</p><p>　　自動(dòng)化儀表的智能化程度越來越高。采用單片機(jī)的智能化儀表可具有自整定、自校正、自動(dòng)補(bǔ)償和自適應(yīng)功能，還可進(jìn)行數(shù)字PID調(diào)節(jié)，軟件消除電流熱噪聲等等，解決傳統(tǒng)儀表所不能解決的難題。單片機(jī)的應(yīng)用使這種性能如虎添翼，如自動(dòng)計(jì)費(fèi)電度表、燃?xì)獗碇屑河羞@方面的應(yīng)用。許多工業(yè)儀表中的智能流量計(jì)，氣體分析儀、成分分析僅等也采用了這項(xiàng)技術(shù)。甚至有的保健治療儀中也采

16、用了單片機(jī)控制。</p><p>　　5．?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)采集單元</p><p>　　大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求數(shù)據(jù)采集的同步性和實(shí)時(shí)性要好。使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的前端采集單元，由主控計(jì)算機(jī)發(fā)出采集命令，再將采集到的數(shù)據(jù)逐一送到主計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。</p><p>　　6．機(jī)電一體化設(shè)備的控制核心</p><p>　　機(jī)電一體化是機(jī)械設(shè)備發(fā)展的

17、方向。單片機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，它作為機(jī)電產(chǎn)品的控制器，充分發(fā)揮其自身優(yōu)點(diǎn)，大大強(qiáng)化了機(jī)器的功能，提高了機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。最典型的機(jī)電產(chǎn)品機(jī)器人，每個(gè)關(guān)節(jié)或動(dòng)作部位都是個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng).</p><p>　　本課題以單片機(jī)作為控制器之一，進(jìn)一步研究單片機(jī)在自動(dòng)化檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。</p><p><b>　　第2章 元器件介紹</b></p

18、><p>　　2.1 單片機(jī)系統(tǒng)主機(jī)的選擇</p><p>　　2.1.1 單片機(jī)的主流系列及機(jī)型選擇</p><p>　　1．Intel公司的MCS-48(8位機(jī))：8位CPU，并行I/O口，8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器尋址范圍不大于4k，且無串行口，屬于初級(jí)單片機(jī)，功能小，易于控制。</p><p>　　2．Intel公司的MCS-51(8位機(jī))：多級(jí)中

19、斷處理系統(tǒng)，8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。RAM,ROM尋址范圍可達(dá)64k字節(jié)，且?guī)в写蠭/O口，此類單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。且貨源充足，其在國內(nèi)的主流的地位有可能穩(wěn)定一個(gè)相當(dāng)時(shí)期。</p><p>　　因考慮頻率的顯示程序中需使用串行輸出，而MCS-48系列無串行口，且尋址范圍過小，故不易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能，MCS-51系列單片機(jī)功能全面 ，可靠性高，容易達(dá)到產(chǎn)品的性能指標(biāo)，且貨源充足，性能價(jià)格比較高。MCS-96雖功能強(qiáng)大

20、 ，但本次設(shè)計(jì)頻率計(jì)軟件對(duì)單片機(jī)性能要求較低，且MCS-96價(jià)格昂貴故MCS-51系列能基本滿足要求，是首要選擇。</p><p>　　MCS-51系列中又以8031、8051、8751為代表。它們之間最大的差別在于片內(nèi)ROM的供應(yīng)狀態(tài)。在8051和8751中，片內(nèi)有4k字節(jié)的ROM/EPROM,而8031片內(nèi)無ROM/EPROM,故如選擇 8031，片外必須擴(kuò)展EPROM，由于8031相對(duì)8051、8751供應(yīng)

21、狀態(tài)相對(duì)充足，且性價(jià)比較高，故本設(shè)計(jì)中選用8031單片機(jī)作為控制芯片。</p><p>　　8031最小系統(tǒng)如下圖2-1--1所示</p><p>　　圖2-1-1 80C31最小系統(tǒng)</p><p><b>　　2.2 溫度傳感器</b></p><p>　　DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡介新的“

22、一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì) Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 -55°C~+125°C，在-10~+85

23、76;C范圍內(nèi),精度為±0.5°C。DS1822的精度較差為± 2°C ?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V~5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序

24、設(shè)定9~12位的分辨率，精度為±0.5°C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPRO</p><p>　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。</p><p>　　DS18B20的管腳排列如下: </p><p>　　圖

25、2-2 DS18B20的管腳排列圖</p><p>　　DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。</p><p>　　光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位

26、的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。</p><p>　　DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。</p><p>　　表3-1 12位轉(zhuǎn)化后得到的12

27、位數(shù)據(jù)</p><p>　　這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6

28、FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H。</p><p>　　DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： </p><p>　　(1)較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M

29、、C等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS1820操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　　(2)在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 </p><p>　　(3)連接DS

30、1820的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長度超過50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS1820進(jìn)行長距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 </p><p>　　(4)在DS18

31、20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。</p><p>　　測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。</p><p>

32、<b>　　2.3鎖存器</b></p><p>　　74ls373是常用的地址鎖存器芯片，它實(shí)質(zhì)是一個(gè)是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中為了擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，通常需要一塊74ls373芯片。</p><p>　　74ls373內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳圖如下圖所示</p><p>　　74ls373內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 </p><p&

33、gt;　　74ls373引腳圖</p><p>　　(1).1腳是輸出使能(OE),是低電平有效,當(dāng)1腳是高電平時(shí),不管輸入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11腳(鎖存控制端,G)如何,輸出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài)(或者叫浮空狀態(tài));</p><p>　　(2).當(dāng)1腳是低電平時(shí)

34、,只要11腳(鎖存控制端,G)上出現(xiàn)一個(gè)下降沿,輸出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)立即呈現(xiàn)輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的狀態(tài).</p><p>　　鎖存端LE 由高變低時(shí)，輸出端8 位信息被鎖存，直到LE 端再次有效。 當(dāng)三態(tài)門使能信號(hào)OE為低電平時(shí)，三態(tài)門導(dǎo)通，允許Q0~Q7輸出，OE為高電平時(shí)，輸出懸空。當(dāng)74LS373用

35、作地址鎖存器時(shí)，應(yīng)使OE為低電平，此時(shí)鎖存使能端C為高電平時(shí)，輸出Q0~Q7 狀態(tài)與輸入端D1~D7狀態(tài)相同；當(dāng)C發(fā)生負(fù)的跳變時(shí)，輸入端D0~D7 數(shù)據(jù)鎖入Q0~Q7。51單片機(jī)的ALE信號(hào)可以直接與74LS373的C連接。</p><p>　　74ls373與單片機(jī)接口：</p><p>　　1D~8D為8個(gè)輸入端。</p><p>　　1Q~8Q為8個(gè)輸出端。&

36、lt;/p><p>　　G是數(shù)據(jù)鎖存控制端；當(dāng)G=1時(shí)，鎖存器輸出端同輸入端；當(dāng)G由“1”變?yōu)椤?”時(shí)，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。</p><p>　　OE為輸出允許端；當(dāng)OE=“0”時(shí)，三態(tài)門打開；當(dāng)OE=“1”時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，輸出呈高阻狀態(tài)。</p><p>　　在MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)中，常采用74LS373作為地址鎖存器使用，其連接方法如上圖所示。其中輸入端1D~8D接

37、至單片機(jī)的P0口，輸出端提供的是低8位地址，G端接至單片機(jī)的地址鎖存允許信號(hào)ALE。輸出允許端OE接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。</p><p>　　2.42864A介紹</p><p>　　電擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器是近年來被廣泛應(yīng)用的一種新產(chǎn)品。其優(yōu)點(diǎn)是能使CPU在線修改其中的數(shù)據(jù)，并可在斷電情況下保存數(shù)據(jù)，集EPROM和RAM功能一體。</p><p>　　In

38、tel2864A是8k×8位，單±5V供電，最大工作電流為140mA，維持電流60mA，其24腳的管腳及原理圖見圖2-1。由于片內(nèi)設(shè)有編程所需的高壓脈沖產(chǎn)生電路，因此無需外加編程電源和寫入脈沖。</p><p>　　圖2-1 2864A管腳及原理框圖</p><p>　　2864A有4種工作方式，如表2-1 所示。</p><p>　　表2-1

39、 2864A工作方式</p><p>　　1．維持和讀出方式：2864A的維持和讀出方式與普通EPROM完全相同。</p><p>　　2．寫入方式：2864A提供了兩種數(shù)據(jù)寫入操作方式，即字節(jié)寫入和頁面寫入。</p><p>　　3．?dāng)?shù)據(jù)查詢方式：數(shù)據(jù)查詢方式是指用軟件來檢測(cè)寫操作中的“頁存儲(chǔ)”周期是否完成。在“頁存儲(chǔ)”期間，如進(jìn)行寫操作，讀出的是最后寫入的字節(jié)

40、，若芯片的轉(zhuǎn)儲(chǔ)工作未完成，則讀出數(shù)據(jù)的高位是原來寫入字節(jié)最高位的反碼，據(jù)此，CPU可判斷芯片的編程是否結(jié)束。2846A與8031的接口電路如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 2864A與8031的接口電路</p><p>　　2.5 ADC0809介紹</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換電路很多,選擇A/D轉(zhuǎn)換器件主要從速度.精度和藹價(jià)格等方面行考慮,根

41、據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理，可以分為下面的三種類型：</p><p>　　①并行A/D變換器：速度高，價(jià)格也很昂貴，用于高速（如視頻處理場(chǎng)合）。</p><p>　　②逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器：精度速度價(jià)格方面比較折衷，是最常用的一種A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　?、垭p積分型A/D轉(zhuǎn)換器：精度高，抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格低，但是速度慢，常用于測(cè)量儀表等場(chǎng)合。</p&

42、gt;<p>　　ADC0809轉(zhuǎn)換器及其接口電路</p><p>　　ADC0809是8位CMOS逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部有8 路模擬量輸入通道和8 位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器，它是美國國家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，是目前國內(nèi)最廣泛的8 位通用的A/D轉(zhuǎn)換的芯片。啟動(dòng)信號(hào)為脈沖啟動(dòng)方式，最大可調(diào)誤差為±1LSB。ADC0809內(nèi)部設(shè)有時(shí)鐘電路，故CLK時(shí)鐘需由外部輸入。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖2-

43、3所示。</p><p>　　圖2-3 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可對(duì)8路輸入模擬信號(hào)分時(shí)轉(zhuǎn)換，具有多路開關(guān)的地址譯碼和鎖存電路、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存器等。</p><p>　　在時(shí)鐘脈沖的同步下,控制邏輯先使N位寄存器的D7位置1(其余位為0),此時(shí)該寄存器輸出的內(nèi)容為80H,此值經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換為模

44、擬量輸出VN,與待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號(hào)VIN相比較,若VIN大于等于VN,則比較器輸出為1.于是在時(shí)鐘脈沖的同步下,保留D7=1,并使下一位D6=1,所得新值(C0H)再經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換得到新的VN,再與VIN比較,重復(fù)前述過程.反之,若使D7=1后,經(jīng)比較,若VIN小于VN,則使D7=0,D6=1,所得新值VN再與VIN比較,重復(fù)前述過程.依次類推,從D7到D0都比較完畢,轉(zhuǎn)換便結(jié)束.轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),控制邏輯使EOC變?yōu)楦唠娖?表示A/D轉(zhuǎn)換,

45、此時(shí)的D7~D0即為對(duì)應(yīng)于模擬輸入信號(hào)VIN的數(shù)字量。如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 ADC0809與8031的接口電路</p><p>　　2.5.2 ADC0809引腳介紹</p><p>　　ADC0809采用雙列直插式封裝，共有28條引腳，如2-5圖所示。</p><p>　　圖2-5 ADC0809引腳圖

46、</p><p>　　1. IN0--IN7</p><p>　　IN0—IN7為8 路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓</p><p>　　2. ADDA，ADDB，ADDC</p><p>　　三位地址輸入端。八路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換選擇同由ABC決定。A為低位，C為高位。</p><p>　　A、B、C三位地址的

47、輸入與8路通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2-2下:</p><p>　　表2-2 A、B、C三位地址的輸入與8路通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p><b>　　3. CLK</b></p><p>　　外部時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘頻率高，A/D轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為10--1280KHZ，典型值為640KHZ，此時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為10us。通常由MCS-51型單片

48、機(jī)ALE端直接或分頻后與其相連。當(dāng)MCS-51型單片機(jī)無讀寫外，RAM操作時(shí)，ALE信號(hào)固定為CPU時(shí)鐘頻率的1/6，若單片機(jī)外接的晶振為6MHZ，則1/6為1MHZ，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為64us。</p><p><b>　　4. D0--D7</b></p><p>　　數(shù)字量輸出端，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果由這幾個(gè)端口輸出。</p><p><

49、b>　　5. OE</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許控制端，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，允許將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果從D0--D7端輸出。通常由MCS-51型單片機(jī)的RD端和ADC0809片選端（例如P2.0）,通過或非門與ADC0809的OE端相連接。當(dāng)DPTR為FEFFH，且執(zhí)行“MOVX A，@DPTR” 指令后，RD和P2.0均有效，或非后產(chǎn)生高電平，使ADC0809的OE端有效，A

50、DC0809將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入數(shù)據(jù)總線P0口，CPU在讀入中。</p><p><b>　　6. ALE</b></p><p>　　地址鎖存允許信號(hào)。八路模擬通道地址由A，B，C輸入在ADC0809的ALE信號(hào)有效時(shí)，將該八路地址鎖存。</p><p><b>　　7. START</b></p>&l

51、t;p>　　啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)。當(dāng)START端輸入一個(gè)正脈沖時(shí)，立即啟動(dòng)ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。START端與ALE 端連在一起，由MSC-51型單片機(jī)WR和ADC0809片選端（例如P2.0）。通過或非門連接，當(dāng)DPTR為FEF8H時(shí)，執(zhí)行“MOVX @DPTR,A”指令后，將啟動(dòng)ADC0809模擬通道0的A/D轉(zhuǎn)換。FEF8H~FEFFH分別為八路模擬輸入通道的地址。執(zhí)行MOVX寫指令，并非真的將A中的內(nèi)容寫進(jìn)ADC0

52、809 中，ADC0809中沒有一個(gè)寄存器，能容納的A中的內(nèi)容。ADC0809的輸入通道是IN0~IN7，輸出通道是D0~D7，因此，執(zhí)行：“MOVX @DPTR,A”指令與A中內(nèi)容無關(guān)，但DPTR地址應(yīng)指向當(dāng)前A/D的通道地址。</p><p><b>　　8. EOC</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)ADC0809啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，EOC輸出低

53、電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC輸 出高電平，表示可以讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。該信號(hào)取反后若與MCS-51型單片機(jī)引腳INT0或INT1連接，可引發(fā)CPU中斷，在中斷服務(wù)程序中讀A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)，若與MCS-51型單片機(jī)兩個(gè)中斷源已用完，則EOC也可與P1口或P3口的一條端線相連，不采用中斷方式，采用查詢方式，查得EOC為高電平后，再讀入A/D轉(zhuǎn)換的值。</p><p>　　9. VREF+，VREF-</p&g

54、t;<p>　　正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端。正基準(zhǔn)電壓的典型值為+5V，可與電源電壓+5V相連，但電源電壓往往有一定的波動(dòng)，將影響A/D轉(zhuǎn)換的精度。因此，精度要求較高時(shí)，可用高穩(wěn)定基準(zhǔn)電源輸入。當(dāng)模擬信號(hào)電壓較低時(shí)，基準(zhǔn)電壓也可取低于5V的數(shù)值。</p><p>　　10. VCC，GND</p><p>　　VCC，GND：正電源電壓端和地端。</p><p&g

55、t;　　2.6 七段碼LED顯示器</p><p>　　LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。圖2-7(a)為0.5inLED數(shù)碼管的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)a～g筆段構(gòu)成八字形另一只發(fā)光二極管Dp作為小數(shù)點(diǎn)。因此這種LED顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)數(shù)碼。</p><p>　　LED數(shù)碼管按電路中的連接方式可以分為共陰型和共陽型兩大類。共陽型是將各段發(fā)光

56、二極管的正極連在一起，作為公共端COM，公共端COM接高電平，a~g、Dp各筆段通過限流電阻接控制端。某筆段控制端低電平時(shí)，該筆段發(fā)光，高電平時(shí)不發(fā)光?？刂颇硯锥喂P段發(fā)光，就能顯示出某個(gè)數(shù)碼或字符。LED的共陰極和共陽極的結(jié)構(gòu)圖如圖2-5(a) 、(b)、(c) 所示。</p><p>　　(a) (b) (c)<

57、;/p><p>　　圖2-5 7段LED數(shù)碼顯示器</p><p>　　(a)符號(hào)和引腳；(b)共陰極；(c)共陽極</p><p>　　LED數(shù)碼管按其外形尺寸有多種形式，使用較多的是0.5in和0.8in；按顯示顏色也有多種形式，主要有紅色和綠色；按亮度強(qiáng)弱可分為高亮和普亮，指通過同樣的電流顯示亮度不一樣，這是因發(fā)光二極管的材料不一樣而引起的。</p>

58、<p>　　LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)其材料不同正向壓降一般為1.5~2V額定電流為10mA，最大電流為40mA。靜態(tài)顯示時(shí)取10mA為宜，動(dòng)態(tài)掃描顯示可加大，可脈沖電流，但一般不超過40mA。</p><p>　　2.6.1 LED數(shù)碼管編碼方式</p><p>　　當(dāng)LED數(shù)碼管與單片機(jī)相連時(shí)，一般將LED數(shù)碼管的各筆段引腳a、b、…、g、Dp按某一順序接

59、到MCS－51型單片機(jī)某一個(gè)并行I/O口D0、D1、…、D7，當(dāng)該I/O口輸出某一特定數(shù)據(jù)時(shí)，就能使LED數(shù)碼管顯示出某個(gè)字符。例如要使共陽極LED數(shù)碼管顯示“0”，則abcdef各筆段引腳為低電平，g和Dp為高電平，如2-2表所示。</p><p>　　表2-2 共陽極LED數(shù)碼管顯示數(shù)字“0”時(shí)各管段編碼</p><p>　　C0H稱為共陽LCD數(shù)碼管顯示“0”的字段碼，不計(jì)小數(shù)點(diǎn)的

60、字段碼稱為七段碼，包括小數(shù)點(diǎn)的字段稱為八段碼。</p><p>　　LED數(shù)碼管編碼方式按小數(shù)點(diǎn)計(jì)否可分為七段碼和八段碼；按共陰共陽可分為共陰字段碼和共陽字段碼，不計(jì)小數(shù)點(diǎn)的共陰字段碼與共陽字段碼互為反碼；按a、b、…、g、Dp編碼順序是高位在前，還是低位在前，又可分為順序字段碼和逆序字段碼。甚至在某些特殊情況下將a、b、…、g、Dp順序打亂編碼。下表2-3為共陰和共陽LED數(shù)碼管幾種八段編碼表。</p&g

61、t;<p>　　表2-3 共陰和共陽LED數(shù)碼管幾種八段編碼</p><p>　　LED數(shù)碼管顯示電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中可分為靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示某一字段時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，這種方式，每一位顯示位都需要一個(gè)8位輸出口控制，占用硬件較多，一般僅用于顯示器位數(shù)較少的場(chǎng)合。</p><p>　　所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各

62、位顯示器。對(duì)每為顯示器而言，每隔一段時(shí)間顯示一次，顯示管的亮度既跟導(dǎo)通的電流有關(guān)，也和點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān)。動(dòng)態(tài)顯示器因硬件成本較低而被采用。在這次的設(shè)計(jì)中用到了LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示方式。</p><p>　　2.6.2 靜態(tài)顯示方式</p><p>　　此時(shí)，每一位顯示器的字段需要一個(gè)8位I/O口控制，而且該I/O口須有鎖存功能，N位顯示器就需要N個(gè)8位I/O口，公共端可直接接

63、+5V（共陽）或接地（共陰）。顯示時(shí)，每一位字段碼分別從I/O控制口輸出，保持不變直至CPU刷新顯示為止。 </p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)的硬件電路包括主機(jī)、溫度檢測(cè)、溫度控制、人機(jī)對(duì)話（鍵盤/顯示/報(bào)警）4個(gè)主要部分。下面對(duì)各部分電路分述如下。</p><p><b>　　3.1 主機(jī)</b>&l

64、t;/p><p>　　由于系統(tǒng)控制方案簡單，數(shù)據(jù)量也不大，因此選用8031作為控制系統(tǒng)的核心，外擴(kuò)EPROM2764作為程序存儲(chǔ)器。也可視具體情況換用8051、8052、8751、8752、80C51、89C51、89C52等。其中，8051、8052、8751、8752的各個(gè)引腳輸入/輸出電平只與TTL電平兼容；89C51、89C52、80C51各引腳輸入/輸出電平既與TTL電平兼容，也與CMOS電平兼容。<

65、/p><p>　　圖3-1為系統(tǒng)流程框圖。</p><p>　　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖3-1-0</p><p>　　ADC0809與單片機(jī)的接口電路如圖下圖3-1-1 所示</p><p><b>　　圖3-1-1</b></p><p>　　8031的晶振頻率為6 MHz。由于8031無片內(nèi)ROM，故EA

66、應(yīng)接地，使用片外ROM。8031的P0口為低8位地址及數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用引腳，需要地址鎖存器，將低8位的地址鎖存后在接到2764A的A0—A7上。該電路采用74LS373作為地址鎖存器，8031的地址鎖存控制信號(hào)線ALE接鎖存器控制端G，當(dāng)ALE發(fā)生從高電平向低電平的跳變時(shí)，74LS373將低8位地址鎖存后，P0與D0~D7口相連方可作為數(shù)據(jù)線使用。地址鎖存控制信號(hào)ALE為高電平時(shí)，P2口輸出高4位地址PCH，P0口輸出低8位地址PCL

67、；ALE下降為低電平后，P2口信息保持不變，而P0口將通過D0~D7來讀取片外ROM中的指令。因此，低8位地址必須在ALE降為低電平之前由外部地址鎖存器74LS373鎖存起來。在PSEN輸出負(fù)跳變選通片外ROM后，P0口轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)，讀入片外ROM的指令字節(jié)。</p><p>　　復(fù)位電路8031有兩種復(fù)位方式，分別是上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位，即利用一個(gè)復(fù)位電容和按鍵的組合使得復(fù)位變得更加直接和

68、簡單。</p><p>　　引腳RST作用是復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在按下按鍵后，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，十分方便。在復(fù)位電路中添加按鍵主要是為了能夠使得復(fù)位更加方便，電容主要是在復(fù)位后進(jìn)行充電，而上拉電阻起到限流的作用，保護(hù)了電路。</p><p>　　復(fù)位電路如下圖3-1-3所示</p><p>　　圖3-1-3 復(fù)位電路&l

69、t;/p><p>　　3.2 溫度檢測(cè)電路</p><p>　　溫度采樣單元，如3-2所示，用于采集被控對(duì)象的溫度參數(shù)，它由溫度電壓轉(zhuǎn)換、小信號(hào)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(shí)現(xiàn)，小信號(hào)放大由橋式放大電路實(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換為AT89C51能夠處理的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。</p>

70、<p>　　溫度檢測(cè)電路主要運(yùn)用到了DS18B20和8031。如何使兩者連接實(shí)現(xiàn)功能是溫度控制電路的主要設(shè)計(jì)目的。</p><p>　　在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。內(nèi)部寄生電源I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。</p><p

71、>　　P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。</p><p>　　傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要指DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路。DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地

72、，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式考慮到實(shí)際應(yīng)用中寄生電源供電方式適應(yīng)能力差且易損壞，此處采用電源供電方式，I/O口接單片機(jī)的P2.4口。</p><p>　　變送器將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換與溫度成正比的電壓，當(dāng)溫度在0℃∽500℃時(shí)變送器輸出0∽4.9V左右的電壓。</p><p>　　。AD轉(zhuǎn)換電路如下圖3-2-2所示</p><p>　　AD轉(zhuǎn)換電路

73、3-2-2</p><p>　　由于ADC0809片內(nèi)無時(shí)鐘，故利用8031提供的地址鎖存允許信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。ALE引腳的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6，如果單片機(jī)時(shí)鐘頻率為6MHZ，則ALE引腳的頻率是1MHZ。在經(jīng)二分頻后為500KHZ，所以ADC0809更加能可靠工作。</p><p>　　由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器，故其八位數(shù)據(jù)輸出線可直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線

74、相連，單片機(jī)的低8位地址信號(hào)在ALE作用下鎖存在74LS373輸出的低3位信號(hào)夾道ADC0809的通道選擇端A、B、C上，作為通道編碼。單片機(jī)的P2.7作為片選信號(hào)，與WR進(jìn)行或非操作，得到一個(gè)正脈沖，夾道ADC0809的ALE和START 引腳上。由于ALE和START連接在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)也啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用單片機(jī)的讀信號(hào)RD和P2.7引腳經(jīng)或非門后產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號(hào)，用以打開三態(tài)輸出鎖

75、存器。顯然，上述操作時(shí)，P2.7應(yīng)為低電平。ADC0809的EOC端經(jīng)反相器連接到單片機(jī)的P3.3引腳，作為查詢或中斷信號(hào)。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器件的選擇主要取決于溫度的控制精度。本系統(tǒng)要求溫度控制誤差≤±0.2℃，采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，其最大量化誤差為±1/2（1/255*500）=±1℃，完全能夠滿足精度的要求。這里我們采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器。電路設(shè)計(jì)好后

76、，調(diào)整變送器的輸出，是0℃∽500℃的溫度變化對(duì)應(yīng)于0∽4.9V的輸出，則A/D 轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為00H∽FAH，即0∽250，則轉(zhuǎn)換結(jié)果乘以2正好是溫度值。用這種方法一方面可以減少標(biāo)度轉(zhuǎn)換的工作量，另一方面還可以避免標(biāo)度轉(zhuǎn)換帶來的計(jì)算誤差。</p><p><b>　　3.3 溫度控制</b></p><p>　　電爐控制采用可控硅來實(shí)現(xiàn)，雙向可控硅和電爐電阻絲串

77、接在交流220 V市電回路中。單片機(jī)的P1.7口通過光電隔離器和驅(qū)動(dòng)電路送到可控硅的控制端，由P1.7口的高低電平來控制可控硅的導(dǎo)通與斷開，從而控制電阻絲的通電加熱時(shí)間。</p><p><b>　　3.4 溫度的設(shè)定</b></p><p>　　單片機(jī)控制電路，如圖3-1-2所示，包括按鍵控制電路，其中按鍵控制電路這一模塊設(shè)置了：“啟動(dòng)”、“ 十位+”、“ 個(gè)位+”

78、、“確定”四個(gè)按鍵，來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。人為地設(shè)定溫度門限值，使電路在人為設(shè)定的某一溫度值相對(duì)穩(wěn)定的工作。</p><p>　　圖3-1-2 按鍵控制電</p><p>　　溫度的設(shè)定由鍵盤的按鍵來實(shí)現(xiàn)。它有獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)和矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)兩種。鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的，它是單片機(jī)最簡單的輸入設(shè)備。操作員通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對(duì)話。由于鍵盤只設(shè)置4個(gè)功能鍵，分別是啟動(dòng)、確定、“十

79、位+”和“個(gè)位+”鍵，由P1口低4位作為鍵盤接口，此時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。利用+1按鍵可以分別對(duì)預(yù)置溫度的十位和個(gè)位進(jìn)行加1設(shè)置，并在數(shù)碼管LED上顯示當(dāng)前設(shè)置值。連續(xù)按動(dòng)相應(yīng)位的加1鍵即可實(shí)現(xiàn)15℃∽35℃的溫度設(shè)置。</p><p>　　按鍵就是一個(gè)簡單的開關(guān)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合；當(dāng)按鍵松開時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。按鍵在閉合和斷開時(shí)，觸電會(huì)存在抖動(dòng)現(xiàn)象。</p><p>　　

80、按鍵的抖動(dòng)時(shí)間一般為5～10ms，抖動(dòng)可能造成一次按鍵的多次處理問題。應(yīng)采取措施消除抖動(dòng)的影響。消除辦法有多種，常用軟件延時(shí)10ms的方法。</p><p>　　當(dāng)按鍵未按下時(shí)，輸出為“1”；當(dāng)按鍵按下時(shí)，輸出為“0”，即使在B位置時(shí)因抖動(dòng)瞬時(shí)斷開，只要按鍵不回A位置，輸出就會(huì)仍保持為“0”狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)按鍵多時(shí)，常采用軟件延時(shí)的辦法。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，先延時(shí)10

81、ms，然后再檢測(cè)按鍵的狀態(tài)，若仍是閉合狀態(tài)，則認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放時(shí)，亦需要做同樣的處理。</p><p>　　在按鍵較少時(shí)，常采用下圖5所示的去抖電路。</p><p>　　3.5 溫度顯示電路</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)有兩個(gè)2位LED數(shù)碼顯示器，停止加熱是顯示設(shè)定溫度，啟動(dòng)加熱時(shí)顯示當(dāng)前溫室溫度采用串行口擴(kuò)展的靜態(tài)顯示電路作為顯示接口電路。溫度

82、值采用LED數(shù)碼靜態(tài)串行輸出顯示，每30S刷新一次顯示值。為了不再擴(kuò)展并行I/O口，本例利用串行口的移位功能，擴(kuò)展為4位靜態(tài)顯示電路。LED2顯示十位溫度值，LED1顯示個(gè)位溫度值。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，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。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡單易行。</p><p>　　溫度顯示電路如下圖3-5</p><

83、p>　　圖3-5溫度顯示電路</p><p><b>　　3.6 報(bào)警電路</b></p><p>　　報(bào)警功能由蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)由于意外因素導(dǎo)致溫室溫度高于設(shè)置溫度時(shí)，P1.6口送出的低電平經(jīng)反向器驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫報(bào)警。</p><p>　　報(bào)警電路如下圖3-6所示</p><p><b>　　報(bào)警電路3

84、-6</b></p><p>　　3.7 電爐溫度控制電路</p><p>　　電路控制采用可控硅來實(shí)現(xiàn)，雙向可控硅和電爐電阻絲串接在交流220V市點(diǎn)回路中。單片機(jī)的P1.7口通過光電隔離器和驅(qū)動(dòng)電路送到可控硅的控制端，由P1.7口的高低電平來控制可控硅的導(dǎo)通和斷開， 控制電阻絲的通電加熱時(shí)間。</p><p>　　對(duì)使用SCR的電路，在SCR陽極加上正

85、向電壓后，還必須在門極與陰極之間加上觸發(fā)電壓，SCR才能從阻斷轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通，習(xí)慣稱為觸發(fā)控制，提供這個(gè)觸發(fā)電壓的電路稱為SCR的觸發(fā)電路。它決定每個(gè)SCR的觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻，是SCR裝置中不可缺少的一個(gè)重要組成部分。</p><p>　　控制電路和主要電路的隔離通常是必要的，隔離可有光耦或脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.8 電源輸入部分</p><p>　　控制

86、系統(tǒng)主控制部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖6-1所示，把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng) 過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。

87、

88、 </p><p>　　由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會(huì)影響到負(fù)載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾

89、波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805解決了電源穩(wěn)壓問題。</p><p>　　圖3-8電源部分連線圖</p><p><b>　　3.９ 硬件原理圖</b></p><p><b>　　3.１０元件明細(xì)表</b&

90、gt;</p><p><b>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)工作流程</p><p>　　電烤箱在開始時(shí)，這時(shí)可以用“+1”鍵設(shè)定預(yù)置溫度，顯示器顯示預(yù)定溫度；溫度設(shè)定好后就可以按啟動(dòng)鍵啟動(dòng)系統(tǒng)工作了。溫度檢測(cè)系統(tǒng)不斷定時(shí)檢測(cè)當(dāng)前溫度，并送往顯示器顯示，達(dá)到預(yù)定值后停止加熱并顯示當(dāng)前溫度；當(dāng)溫度下降到下限時(shí)再啟

91、動(dòng)加熱。這樣不斷重復(fù)上述過程，使溫度保持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。啟動(dòng)后不能再修改預(yù)置溫度，必須按復(fù)位/停止鍵回到停止加熱狀態(tài)再重新設(shè)定預(yù)置溫度。</p><p><b>　　4.2 地址分配</b></p><p>　　首先給出單片機(jī)資源分配情況。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的分配與定義見表4-1。</p><p>　　表4-1 溫度控制軟件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分配表&l

92、t;/p><p>　　程序存儲(chǔ)器：EPROM2764的地址范圍為0000H~1FFFH</p><p>　　I/O口：P1.0~P1.3——鍵盤輸入；P1.6、P1.7——報(bào)警控制和電爐控制。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器0809：通道0~通道7的地址為7FF8H~7FFFH，使用通道0。</p><p>　　4.３ 功能軟件設(shè)計(jì)</p

93、><p>　　4.３.1 主程序和中斷服務(wù)子程序</p><p>　　主程序采用中斷嵌套方式設(shè)計(jì)，各功能模塊可直接調(diào)用。主程序完成系統(tǒng)的初始化，溫度預(yù)置及其合法性檢測(cè)，預(yù)置溫度的顯示及定時(shí)器0設(shè)置。定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序是溫度控制體系的主體，用于溫度檢測(cè)、控制和報(bào)警。中斷由定時(shí)器0產(chǎn)生，根據(jù)需要每隔15 s中斷一次，即每15 s采樣控制一次。但系統(tǒng)采用6 MHz晶振，最大定時(shí)為130 ms，為

94、實(shí)現(xiàn)15 s定時(shí)，這里另行設(shè)了一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器。主程序和中斷服務(wù)子程序的流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　4-1 系統(tǒng)程序總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　主程序MAIN ：（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的定義和初始化部分從略）</p><p><b>　　ORG0000H</b></p><p><b>　　AJM

95、PMAIN</b></p><p><b>　　ORG000BH</b></p><p><b>　　AJMPPT0</b></p><p><b>　　ORG0030H</b></p><p>　　MAIN： MOVSP，#59H ； 設(shè)定堆

96、棧指針</p><p>　　MOV TMOD，#01H ； 定時(shí)器0初始化</p><p>　　MOV TL0，#0B0H ； 定時(shí)器定時(shí)時(shí)間100 ms</p><p>　　MOVTH0，#3CH</p><p>　　MOVR7，#150；置15 s軟計(jì)數(shù)器初值</p><p>　　ACALL

97、KIN；調(diào)鍵盤管理子程序</p><p>　　SETBET0；允許定時(shí)器0中斷</p><p>　　SETBEA；開中斷</p><p>　　SETBTR0；啟動(dòng)定時(shí)器0</p><p><b>　　SJMP$</b></p><p>　　定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序PT0：<

98、;/p><p>　　PT0：MOVTL0，#0B0H</p><p>　　MOVTH0，#3CH ；重置定時(shí)器0初值</p><p>　　DJNZR7，BACK ；15 s到否，不到返回</p><p>　　MOVR7，#150 ；重置軟計(jì)數(shù)器初值</p><p>　　ACALL

99、TIN ；溫度檢測(cè)</p><p>　　MOV BT1，TEMP1 ；當(dāng)前溫度送顯示緩沖區(qū)</p><p>　　MOV BT0，TEMP0</p><p>　　ACALL DISP ；顯示當(dāng)前溫度</p><p>　　ACALL CONT ；溫度控制</p><p

100、>　　LCALL ALARM ；溫度越限報(bào)警</p><p>　　BACK：RETI</p><p>　　4.３.2 鍵盤管理模塊</p><p>　　上電或復(fù)位后系統(tǒng)處于鍵盤管理狀態(tài)，其功能是監(jiān)測(cè)鍵盤輸入，接收溫度預(yù)置和啟動(dòng)鍵。程序設(shè)有預(yù)置溫度合法檢測(cè)報(bào)警，當(dāng)預(yù)置溫度超過500℃時(shí)會(huì)報(bào)警并將溫度設(shè)定在500℃。鍵盤管理子程序流程圖如圖4-2所示。&l

101、t;/p><p>　　圖4-2 鍵盤管理子程序流程圖</p><p>　　鍵盤管理子程序KIN：</p><p>　　KIN： ACAL CHK ；預(yù)置溫度合法性檢測(cè)</p><p>　　MOV BT1，ST1</p><p>　　MOV BT0，ST0 ；預(yù)置溫度送顯示緩沖區(qū)</p

102、><p>　　LCALL DISP ；顯示預(yù)置溫度</p><p>　　KIN0： ACALL KEY ；讀鍵值</p><p>　　JZ KIN0 ；無鍵閉合和重新檢測(cè)</p><p>　　ACALL DISP</p><p>　　ACALL DISP ；二次調(diào)

103、用顯示子程序延時(shí)去抖</p><p>　　ACALLKEY ；再檢測(cè)有無鍵按下</p><p>　　JZ KIN0；無鍵按下重新檢測(cè)</p><p>　　JB ACC.1，S10</p><p>　　MOV A，#100；百位鍵按下</p><p>　　AJMP SUM</p>

104、<p>　　S10： JB ACC.2，S1</p><p>　　MOVA，#10；十位鍵按下</p><p><b>　　AJMPSUM</b></p><p>　　S1： JB ACC.3，S0</p><p>　　MOVA，#01；個(gè)位鍵按下</p><p&g

105、t;　　SUM： ADD A，ST0；預(yù)置溫度按鍵+1</p><p><b>　　MOVST0，A</b></p><p>　　MOVA，#00H</p><p>　　ADDCA，ST1</p><p><b>　　MOVST1，A</b></p><p>　

106、　KIN1： ACALL KEY；判斷閉合鍵釋放</p><p>　　JNZ KIN1；未釋放繼續(xù)判斷</p><p>　　AJMPKIN；閉合鍵釋放繼續(xù)掃描鍵盤</p><p>　　S0： JNB ACC.0，KIN；無鍵按下重新掃描鍵盤</p><p>　　RET；啟動(dòng)鍵按下返回</p>

107、<p>　　KEY： MOVA，P1；讀鍵值子程序</p><p><b>　　CPLA</b></p><p>　　ANLA，#0FH</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　預(yù)置溫度合法性檢測(cè)子程序CHK(用雙字節(jié)減法比較預(yù)置溫度是否大于500

108、℃(01F4H))：</p><p>　　CHK：MOVA，#0F4H；預(yù)置溫度上限低8位送A</p><p><b>　　CLRC</b></p><p>　　SUBBA，ST0；低8位減，借位送CY</p><p>　　MOVA，#01H；預(yù)置溫度上限高8位送A</p><p>

109、;　　SUBBA，ST1；高8位帶借位減</p><p>　　JC OUTA ；預(yù)置溫度越界，轉(zhuǎn)報(bào)警</p><p>　　MOVA，#00H；預(yù)置溫度合法標(biāo)志</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　OUTA： MOVST1，#01H；將500寫入預(yù)置溫度數(shù)

110、據(jù)區(qū)</p><p>　　MOV ST0，#0F4H</p><p>　　CLR P1.6；發(fā)報(bào)警信號(hào)0.6 s</p><p>　　ACALL D0.6s </p><p>　　SETB P1.6；停止報(bào)警</p><p><b>　　RET</b></p>&l