(畢業(yè)論文)基于單片機的自動恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、畢業(yè)論文自動恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計2013年 6月畢業(yè)論文自動恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計學 生： 指 導 教 師： 專 業(yè)： 所 在 單 位： 答 辯 日 期： 2013 年 6月吉林建筑大學電子信息工程專業(yè)畢業(yè)論文目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1引言11.2論文工作的背景、內(nèi)容及意義11.2.1 研究背景11.2.2 論文主要內(nèi)容21.2.3 研究意義2第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計32.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案32.2 系統(tǒng)部分功能模塊設(shè)計32.2.1 溫度采集電路選擇32.2.2 顯示電路62.2.3 按鍵輸入電路62.3 開發(fā)環(huán)境及編程語言的選擇72.3.1 硬件開發(fā)環(huán)境的選擇72.3

2、.2 軟件開發(fā)環(huán)境的選擇82.3.3 編程語言的選擇9第3章 硬件電路設(shè)計113.1 單片機的選型113.1.1 stc89c52單片機簡介113.1.2 stc89c52單片機時序113.1.3 stc89c52單片機引腳介紹113.2 單片機最小系統(tǒng)電路143.3 系統(tǒng)電源電路的設(shè)計153.4 溫度傳感器電路173.4.1 溫度采集電路173.4.2 a/d轉(zhuǎn)換電路193.5 按鍵輸入電路223.6 時鐘電路223.7 lcd顯示電路233.8 報警電路243.9 串口通信電路253.9.1 max232資料簡介253.9.2 rs232接口介紹253.10 存儲器接口電路27第4章 系統(tǒng)

3、軟件設(shè)計294.1 讀取溫度子程序294.3 按鍵處理子程序304.4 計算溫度子程序324.5 報警子程序32總結(jié)34致謝35參考文獻36附錄137附錄238摘要摘 要隨著微機測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以單片機為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對溫度的控制水平。本設(shè)計論述了一種以stc89c52單片機為主控制單元，以pt100為溫度傳感器的溫度采集系統(tǒng)，并通過adc0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換傳給單片機。該采集系統(tǒng)可以實時存儲相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)并記錄當前的時間。系統(tǒng)設(shè)計了相關(guān)的硬件電路和相關(guān)應(yīng)用程序。硬件電路主要包括stc89c52單片機最小系統(tǒng)，測溫電路、實時

4、時鐘電路、lcd液晶顯示電路以及通訊模塊電路等。系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，計算溫度子程序、按鍵處理程序、lcd顯示程序以及數(shù)據(jù)存儲程序等。關(guān)鍵詞 stc89c52單片機；pt100；lcd顯示電路；adc0809iabstractalong with the computer measurement and control technology of the rapid development and wide application, based on singlechip temperature gathering and control system development

5、 and application greatly improve the production of temperature in life level of control. this design stc89c52 describes a kind of mainly by mcu control unit, for temperature sensor pt100 temperature control system. the control system can real-time storage temperature data and record related to the c

6、urrent time. system design related hardware circuit and related applications. stc89c52 microcontroller hardware circuit include temperature detection circuit smallest system, and real-time clock circuit, lcd display circuit, communication module circuit, etc. system programming mainly include main p

7、rogram, read temperature subroutine, the calculation of temperature subroutines, key processing procedures, lcd display procedures and data storage procedures, etc. keywords stc89c52 microcontroller；pt100；lcd display circuit；adc0809 ii第1章 緒論1.1引言現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是一個非常普遍但卻十分重要的一個工藝參數(shù)。很多材料的特性與溫度息息相關(guān)，且物理變化和化學

8、反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)因此對溫度的控制是現(xiàn)代自動化生產(chǎn)中的重要任務(wù)。而對于現(xiàn)代工業(yè)中不同生產(chǎn)情況和工藝要求，所采用的加熱方式，燃料，控制方案等也不盡相同。傳統(tǒng)的溫度測量辦法是利用一般溫度計進行讀數(shù)。對于需要隨時了解溫度變化的場合，這種辦法將會消耗大量人力、物力，而且對于變化較快的溫度數(shù)值不能做到同步及時測量，效果不佳。由于讀數(shù)時的人為因素引起的誤差也不可忽視。要用人工進行溫度控制，其勞動強度可想而知，而且無法做到精確控制，因此需要尋求更好的測溫控溫辦法。伴隨著微電子技術(shù)和微型計算機的迅猛發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)以其邏輯簡單、控制靈活、使用方便及性能價格比高的優(yōu)點得到了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用。它不

9、僅在航空。航天、鐵路交通、冶金、電力、電訊、石油化工等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。而且其技術(shù)在日常生活中諸如電梯、微波爐、電冰箱、電視機、智能照相機、電動玩具、全自動洗衣機、智能空調(diào)等高科技產(chǎn)品中也具有廣闊的使用前景，尤其是許多智能儀表和測控系統(tǒng)中引入電腦控制技術(shù)后，使傳統(tǒng)儀器、儀表設(shè)備發(fā)生了根本變化，為工業(yè)生產(chǎn)的自動化、智能化奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。所以越來越多的控制方法都采用了智能單片機控制。單片機是一種集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現(xiàn)對數(shù)字信息的處理和控制。因此，單片機廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制中?？刂凭哂畜w積小、重量輕、價格低、可靠性高

10、、耗電少和靈活機動等許多優(yōu)點，因此如果能利用單片機進行溫度的測量和控制，將會大大提高溫度測量和控制的可靠性和靈活性。1.2論文工作的背景、內(nèi)容及意義1.2.1 研究背景以前的爐溫控制系統(tǒng)大都需要手工操作，按工藝需求設(shè)定溫度值加大電壓使點爐升溫，其升溫很難達到線性，恒溫保持也受外界干擾很大，無法實時控制，另外對工藝要求復雜的控制對象難以控制。為了做到工藝控制的全自動化，并達到高精度高穩(wěn)定性的實時要求，研究一個智能性的爐溫實時控制系統(tǒng)是很有意義的。以前在溫度控制時，主要通過人為的控制方式，即根據(jù)經(jīng)驗時間來估計加熱到預定溫度的時間，以及通過用溫度計進行實時測量來控制加熱的時間。這種方式不僅勞動強度高

11、，而且對于溫度變化很快的時候無法達到精確控制。所以必須對加熱爐的溫度控制方式進行改進，來降低勞動強度及控制精度。 1.2.2 論文主要內(nèi)容利用單片機來測量爐內(nèi)的溫度和對爐內(nèi)溫度進行控制。利用溫度傳感器與信號電路相結(jié)合，再經(jīng)過單片機處理顯示，通過24小時的定溫監(jiān)測以及在溫度上升或下降到某一范圍定時報警，節(jié)省人力和物力，大大提高工作效率。 1.2.3 研究意義通過單片機來控制加熱的過程促進了生產(chǎn)過程自動化。而生產(chǎn)過程自動化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、改善勞動條件、保證生產(chǎn)安全和提高勞動生產(chǎn)率的重要手段。采用溫度控制系統(tǒng)來控制溫度對企業(yè)具有重要的意義：1降低勞動強度，改善勞動條件。采用單片機系統(tǒng)后，不

12、再需要工人不停的對加熱爐進行檢查。2提高控制精度。單片機可以對溫度進行實時的控制，降低溫度加熱的滯后性，以此提高加熱的精度。3提高工作效率，降低成本，采用單片機系統(tǒng)控制可以更快的達到恒溫控制的效果，提高工作效率、節(jié)省能源、降低成本。4提高企業(yè)對可控制電加熱技術(shù)的應(yīng)用水平，鍛煉企業(yè)技術(shù)人員的開發(fā)、應(yīng)用能力。1第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案本系統(tǒng)采用了stc89c52作為處理器，以pt100為溫度傳感器的溫度采集系統(tǒng)，并通過adc0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該控制系統(tǒng)可以實時存儲相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)并記錄當前的時間。其主要包括：電源模塊、溫度采集模塊、按鍵處理模塊、實時時鐘模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊

13、、報警電路模塊、lcd顯示模塊、通訊模塊以及單片機最小系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)原理框圖如圖2-1。實時時鐘模塊存儲模塊通訊模塊按鍵輸入模塊lcd顯示模塊溫度采集模塊stc89sc52報警電路模塊電源模塊adc0809圖2-1 硬件原理框圖2.2 系統(tǒng)部分功能模塊設(shè)計2.2.1 溫度采集電路選擇傳感器的選擇：目前，溫度傳感器沒有統(tǒng)一的分類方法。按輸出量分類有模擬式溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器。按測溫方式分類有接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。按類型分類有分立式溫度傳感器（含敏感元件）、模擬集成溫度傳感器和智能溫度傳感器（即數(shù)字溫度傳感器）。溫度傳感器的從測量原理分為，體積熱膨脹，電阻變化，熱電效應(yīng)（熱

14、電偶），壓電效應(yīng)頻率變化，光學反應(yīng)等溫度傳感器，它們各自有自己的優(yōu)缺點，利用體積熱膨脹的溫度傳感器，不需要用電。電阻溫度傳感器分為銅電阻，中等精度價格低；鉑電阻高精度價格高；熱敏電阻，精度低靈敏度高。熱電效應(yīng)溫度傳感器，溫度范圍寬，測量精度高但需要冷端補償。利用壓電效應(yīng)和頻率變化改變輸出值的溫度傳感器可以作為標準使用。利用光學變化改變溫度傳感器適合高溫非接觸測量。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。常用的溫度傳感器有熱電阻、熱敏電阻和熱電偶。在半導體技術(shù)的支持下，本世紀相繼開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、pn結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學溫

15、度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。方案一：選擇熱電偶傳感器熱電偶作為測溫原件具有結(jié)構(gòu)簡單、較高的精準度、測量范圍寬、具有良好的敏感度等優(yōu)點，在溫度測量中應(yīng)用最為廣泛。方案二：選擇熱電阻傳感器熱電阻在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于測量-200+500范圍的溫度，隨著科技的發(fā)展熱電阻溫度計的測量范圍低溫端可達-272.5左右，高溫端可測到1000。熱電阻溫度傳感器的特點是精度高，適宜測低溫。在560以下的溫度測量中，它的輸出信號比熱電偶容易測量。本系統(tǒng)選擇的加熱爐溫度一般在室溫0700范圍內(nèi)，范圍比較窄，也比較低，對精度的要求也比較低，綜合考慮熱電阻、熱電偶和熱敏電阻的特點，選用熱電阻比較好。另外，熱電阻又有鉑

16、電阻、銅電阻、鐵電阻和鎳電阻等，各有其特點，由于鉑電阻穩(wěn)定性好，性能可靠，所以本設(shè)計選用了常用的鉑電阻pt100作為溫度傳感器。方案三：選擇max6577作為傳感器max6577作為溫度傳感芯片，這是一種將溫度轉(zhuǎn)換為均衡頻率方波的傳感器(溫度頻率)，其主要特點如下：a. 方波輸出，無需a/d轉(zhuǎn)換與單片機計數(shù)端直接相連。b. 溫度測量范圍-40+125。c. 較低的測量誤差。測量溫度是+25時，誤差范圍為0.8；測量溫度是+125時，誤差范圍為0.5。d. 不需外接元件，體積小(最大3mm3mm)，適合用作溫度測量探頭。需要注意的是，該傳感芯片將溫度轉(zhuǎn)換為頻率是以絕對溫度(k)為前提，因此對頻率

17、的計數(shù)結(jié)果應(yīng)減去273才能得到攝氏溫度，這當然可以在軟件編寫時方便地做運算處理。由于本設(shè)計的控制溫度范圍在室溫0700，由于鉑電阻的精度高，所以本設(shè)計選擇方案二。a/d轉(zhuǎn)換芯片的選擇：a/d轉(zhuǎn)換器把傳感器采集的模擬量輸入轉(zhuǎn)換成單片所能識別的數(shù)字量信號。a/d轉(zhuǎn)換器的種類分為雙積分a/d轉(zhuǎn)換器如icl7109，逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器如adc0809和并型a/d轉(zhuǎn)換器。雙積分a/d轉(zhuǎn)換器的精度高，抗干擾性好，價格便宜，但是速度較慢,逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器的精度，價格，速度適中，并型a/d轉(zhuǎn)換器，速度快價格也昂貴，本設(shè)計綜合考慮采用逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器adc0809。 單片機與a/d轉(zhuǎn)換器接口電路

18、的主要功能是：a. 通過i/o輸出通道啟動轉(zhuǎn)換或直接輸出指令啟動轉(zhuǎn)換。啟動轉(zhuǎn)換的方式完全由a/d內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)而定。b. 把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送入cpu。當確定使用a/d轉(zhuǎn)換器以后，按下列原則選擇a/d轉(zhuǎn)換器芯片。a) 根據(jù)前向通道的總誤差，選擇a/d轉(zhuǎn)換器精度及分辨率。b) 根據(jù)信號對象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定a/d轉(zhuǎn)換速度，以保證系統(tǒng)的實時性要求。c) 根據(jù)環(huán)境條件選擇a/d轉(zhuǎn)換芯片的一些環(huán)境參數(shù)要求，如工作溫度、功耗、可靠性等級性能。d) 根據(jù)單片機接口特征，考慮如何選擇a/d轉(zhuǎn)換器的輸出狀態(tài)。其它，還要考慮到成本、資源、是否是流行芯片等因素。由于各a/d轉(zhuǎn)換器的性能指標不一樣，速度相差很大

19、，一般需要有數(shù)10us以上的轉(zhuǎn)換時間，因此在單片機發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，需等待轉(zhuǎn)換結(jié)束方可讀取數(shù)據(jù)。常用的有程序查詢輸入方式和中斷方式。int7和int6兩個輸入端分別接地和ad參考電源，是為了實現(xiàn)數(shù)字自動調(diào)零和抑制電源波動對轉(zhuǎn)換的影響，并可供微機儀表實現(xiàn)自校用。 adc0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示，本系統(tǒng)采用adc0809構(gòu)成a/d轉(zhuǎn)換電路。adc0809是cmos單片型逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型d/a轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，adc0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種

20、微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與ttl兼容。由于adc0809的片內(nèi)無時鐘，它的時鐘頻率在10khz1280khz之間?？衫胊t89c52提供的地址鎖存允許信號ale經(jīng)d觸發(fā)器二分頻所得，ale腳的頻率是at89c52單片機時鐘頻率的。由于adc0809具有輸出三態(tài)鎖存器，故其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。方案一：選擇mc14433 mc14433是3又1/2位bcd碼輸出、雙積分式的a/d轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換速度約110次/s，需5v工作電源，其模擬量輸入電壓為199.9mv或1.999v，基準電源相應(yīng)為200mv或2v。方案二：選擇adc0809adc0809是8位、逐次逼近式a

21、/d轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的8路模擬開關(guān)，應(yīng)用單一5v電源，其模擬量輸入電壓的范圍為0-5v，對應(yīng)的數(shù)字量輸出為00ffh，轉(zhuǎn)換時間為100us，無需調(diào)零或調(diào)整滿量程。根據(jù)mc14433和adc0809的特性可以看出，adc0809的轉(zhuǎn)換速度快，且只需單一的+5v電源，使用起來比mc14433方便的多。本系統(tǒng)的要求溫度控制誤差在2內(nèi)，采用8位a/d轉(zhuǎn)換器，其最大量化誤差為0.5(1/255)2500.5，完全能滿足要求。2.2.2 顯示電路在單片機系統(tǒng)中常用的顯示電路有l(wèi)ed顯示、lcd顯示。方案一：led顯示屏采用七段碼顯示時，數(shù)碼管中的每一段相當于一個發(fā)光二極管。對于共陽極的數(shù)碼管，內(nèi)

22、部每個發(fā)光二極管的陽極被連在一起，成為該各段的公共選通線，發(fā)光二極管的陰極則成為段選線。對于共陰極數(shù)碼管，則正好相反，內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極接在一起，陽極成為段選線。這兩種數(shù)碼管的驅(qū)動方式是不同的。當需要點亮共陽極數(shù)碼管的一段時，公共段需接高電平，該段的段選線接低電平。從而該段被點亮。當需要點亮共陰極數(shù)碼管的一段時，公共段需接低電平，該段的段選線接高電平，該段被點亮。方案二：lcd顯示電路多采用1602液晶。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5x7或者5x11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距

23、的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。1602lcd是指顯示的內(nèi)容為，即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用?；诰_顯示，擬采用方案二。2.2.3 按鍵輸入電路一般鍵盤電路有兩種：獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。方案一：獨立式鍵盤中，各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，每根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷按鍵是否被按下了。獨立式鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。但每個按鍵需占用一

24、根輸入線，在按鍵數(shù)量較多時，輸入口浪費大，電路結(jié)構(gòu)顯得很繁雜，故此種按鍵適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。方案二：矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到vcc上。平時無按鍵動作時，行線處于低電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時，列線電平為低，行線電平為高。這一點是識別矩陣式是否被按下的關(guān)鍵所在。因此，各按鍵彼此將相互影響，所以必須將行、列線信號配合起來并作適合的處理，才能確定閉合鍵的位置。很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場合，矩陣式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的i/o口。由于本系統(tǒng)只需要4個按鍵，故選擇獨立式鍵盤。2.3 開發(fā)環(huán)境及編程語言的選

25、擇2.3.1 硬件開發(fā)環(huán)境的選擇protel是protel公司在80年代末推出的eda軟件，在電子行業(yè)的cad軟件中，它當之無愧地排在眾多eda軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學習它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用protel。早期的protel主要作為印制板自動布線工具使用，運行在dos環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤286機的1m內(nèi)存下就能運行，但它的功能也較少，只有電原理圖繪制與印制板設(shè)計功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現(xiàn)今的protel

26、已發(fā)展到protel 99（網(wǎng)絡(luò)上可下載到它的測試板），是個龐大的eda軟件，完全安裝有200多m，它工作在windows95環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng)，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有client/server （客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如orcad，pspice，excel等，其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度pcb的100布通率。在國內(nèi)protel軟件較易買到，有關(guān)protel軟件和使用說明的書也有

27、很多，這為它的普及提供了基礎(chǔ)。 protel軟件的原廠商altium公司推出了protel系列的高端版本altium designer 6.9。altium designer 6.9，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一個新版本，也是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級設(shè)計解決方案。altium designer 是業(yè)界首例將設(shè)計流程、集成化pcb 設(shè)計、可編程器件（如fpga）設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進行pcb和fpga設(shè)計以及嵌入式設(shè)計的解決方案，具有將設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。這款高端版本altium designer 6.9除了全面

28、繼承包括99se，protel 2004在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點以外，還增加了許多改進和很多高端功能。altium designer 6.9拓寬了板級設(shè)計的傳統(tǒng)界限，全面集成了fpga設(shè)計功能和sopc設(shè)計實現(xiàn)功能，從而允許工程師能將系統(tǒng)設(shè)計中的fpga與pcb設(shè)計以及嵌入式設(shè)計集成在一起。designer 6.9以強大的設(shè)計輸入功能為特點，在fpga和板級設(shè)計中，同時支持原理圖輸入和hdl硬件描述輸入模式；同時支持基于vhdl的設(shè)計仿真，混合信號電路仿真、布局前/后信號完整性分析。altium designer 6.9的布局布線采用完全規(guī)則驅(qū)動模式，并且在pcb布線中采用了無網(wǎng)格的s

29、itustm拓撲邏輯自動布線功能；同時，將完整的cam輸出功能的編輯結(jié)合在一起。altium designer 6.9極大地增強了對高密板設(shè)計的支持，可用于高速數(shù)字信號設(shè)計，提供大量新功能和改進，改善了對復雜多層板卡的管理和導航，可將器件放置在pcb板的正反兩面，處理高密度封裝技術(shù)，如高密度引腳數(shù)量的球型網(wǎng)格陣列(bgas)。altium designer 6.9中的board insight 系統(tǒng)把設(shè)計師的鼠標變成了交互式的數(shù)據(jù)挖掘工具。board insight 集成了“警示”顯示功能，可毫不費力地瀏覽和編輯設(shè)計中疊放的對象。工程師可以專注于其目前的編輯任務(wù)，也可以完全進入目標區(qū)域內(nèi)的任何

30、其他對象，這增加了在密集、多層設(shè)計環(huán)境中的編輯速度。altium designer 6.9引入了強大的逃逸布線引擎，嘗試將每個定義的焊盤通過布線剛好引到bga邊界，這令對密集bga類型封裝的布線變的非常簡單。顯著的節(jié)省了設(shè)計時間，設(shè)計師無需手動就可以完成在一大堆焊盤間將線連接這些器件的內(nèi)部管腳。altium designer 6.9極大減少了帶有大量管腳的器件封裝在高密度板卡上設(shè)計的時間，簡化了復雜板卡的設(shè)計導航功能，設(shè)計師可以有效處理高速差分信號，尤其對大規(guī)?？删幊唐骷系拇罅縧vds資源。altium designer 6.9充分利用可得到的板卡空間和現(xiàn)代封裝技術(shù)，以更有效的設(shè)計流程和更低

31、的制造成本縮短上市時間。經(jīng)比較，本設(shè)計采用altium designer 6.9。2.3.2 軟件開發(fā)環(huán)境的選擇單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，匯編語言源程序要變成cpu可以執(zhí)行的機器嗎有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已經(jīng)極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于mcs51單片機的匯編軟件有早期的a51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機的開發(fā)軟件業(yè)在不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件業(yè)在不斷發(fā)展。 方案一：keil是德國知名軟件公司keil（現(xiàn)已并入arm 公司）開發(fā)的基于8051 內(nèi)核的微控制器

32、軟件開發(fā)平臺，是目前開發(fā)8051內(nèi)核單片機的主流工具，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持keil即可看出。keil提供了包括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，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部分結(jié)合在一起。運行keil軟件需要pentium或以上的cpu，16m或更多的ram、20m以上的閑散硬盤空間、win98、nt、win2000、winxp等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果使用的是c語言，則該軟件十分適用，即使使用的是匯編語言，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令工

33、作事半功倍。方案二：使用偉福軟件必須使用偉福的硬件才能仿真，硬件自己也不能搭起來，硬件的支持很少，軟件編程起來也比較繁瑣。偉福的單片機軟件平臺內(nèi)部的編譯器不如keil的好用，如果寫的程序行中存在錯誤，在編譯的過程中，keil可以精確的指出語法錯誤所在的程序所在行數(shù)，而偉福就不能做到非常精確了，所以這次設(shè)計選擇方案一。2.3.3 編程語言的選擇 方案一：選擇c語言c語言是一種通用的程序設(shè)計語言，其代碼率高，數(shù)據(jù)類型及運算符豐富，并具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于各種應(yīng)用的程序設(shè)計，是目前使用較廣的單片機編程語言。單片機的c語言采用c51編譯器（簡稱c51）。由c51產(chǎn)生的目標代碼短、運行速度高、所需存

34、儲空間小。方案二：選擇匯編語言當設(shè)計一個小的嵌入式系統(tǒng)時，一般我們都用匯編語言。在很多工程中，這是一個很好的方法，因為，代碼一般都不超過8k，而且都比較簡單。如果硬件工程師要同時設(shè)計軟件和硬件，經(jīng)常會采用匯編語言來做程序。同時還應(yīng)該認識到，匯編語言是一個非常低級的語言，它僅僅高于直接手工編寫二進制的機器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點：a. 編寫的代碼非常難懂，不好維護；b. 很容易產(chǎn)生 bug，難于調(diào)試；c. 只能針對特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進行優(yōu)化；d. 開發(fā)效率很低，時間長且單調(diào)；e. 兼容性不好，與硬件關(guān)系非常緊密。如果使用c51的話，可以很好的解決這些問題。應(yīng)用c51編程具有以下優(yōu)點

35、：1、不需要了解處理器的指令集，對8051的存儲器結(jié)構(gòu)也不必要了解；2、寄存器分配和尋址方式由編譯器進行管理；3、指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性；4、可使用與人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)；5、與使用匯編語言編程相比，程序的開發(fā)和調(diào)試時間大大縮短；6、庫文件可提供許多標準的例程（例如格式化輸出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和浮點運算）加入到應(yīng)用程序當中；7、可實現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，從而可將已編制好的程序加入到新程序中；8、c語言可移植性好且非常普及，c編譯器幾乎適用于所有的目標系統(tǒng)，已完成的軟件項目可以容易地轉(zhuǎn)換到其它的處理器或環(huán)境。此外，c51語言還有許多強大的功能，如提供豐富的庫函數(shù)供用戶直接調(diào)用，

36、完整的編譯控制指令為程序調(diào)試提供必要的符號信息等等?？傊?，c51語言是廣大單片機開發(fā)人員的強有力的工具，所以本設(shè)計選擇c語言和匯編語言同時使用。9第3章 硬件電路設(shè)計第3章 硬件電路設(shè)計3.1 單片機的選型3.1.1 stc89c52單片機簡介目前，52系列單片機在工業(yè)檢測領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。stc89c52單片機是深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器cpu；一個512k的片內(nèi)數(shù)據(jù)

37、存儲器ram；4k片內(nèi)程序存儲器；四個8位并行的i/o接口p0-p3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工uart的串行i/o口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12mhz。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。3.1.2 stc89c52單片機時序 stc89c52單片機的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù)2個震蕩周期，分為p1和p2兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。若采用12mhz的晶體振蕩器，則每個機器周期為1us，每個狀態(tài)周期為；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在

38、n期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在p2期間。對于單周期指令，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從s1p2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加1。在加結(jié)束時完成指令操作。多數(shù)stc89c52指令周期為12個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但movx指令例外，movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令，在執(zhí)行movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選

39、通時跳過兩次取指操作。3.1.3 stc89c52單片機引腳介紹stc89c52單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復用的引腳，以及32條輸入輸出i/o引腳。下面按引腳功能分為4個部分敘述個引腳的功能。 （1）電源引腳vcc和vssvcc（40腳）：接+5v電源正端；vss（20腳）：接地。（2）外接晶振引腳xtal1和xtal2xtal1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于hmos單片機，該引腳接地；對于choms單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。xtal2（18腳

40、）：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于hmos單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于chmos芯片，該引腳懸空不接。 （3）控制信號或與其它電源復用引腳 控制信號或與其它電源復用引腳有rst/vpd、ale/p、psen和ea/vpp等4種形式。 arst/vpd（9腳）：rst即為reset，vpd為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復位操作，使單片機復位到初始狀態(tài)。當vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源vpd（+5

41、v）為內(nèi)部ram供電，以保證ram中的數(shù)據(jù)不丟失。 bale/ p （30腳）：當訪問外部存儲器時，ale（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在p0口的低 cpsen(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期pesn兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，pesn信號將不出現(xiàn)。 dea/vpp（31腳）：ea為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當ea端保持高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器4kb（ms52子系列為8kb）。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當ea端

42、保持低電平時，無論片內(nèi)有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有eprom的單片機，在eprom編程期間，該引腳用于接21v的編程電源vpp。 （4）輸入/輸出（i/o）引腳p0口、p1口、p2口及p3口a. p0口（39腳22腳）：p0.0p0.7統(tǒng)稱為p0口。當不接外部存儲器與不擴展i/o接口時，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展i/o口時，p0口為地址/數(shù)據(jù)分時復用口。它分時提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。對于片內(nèi)含有eprom的單片機，當eprom編程時，從p0口輸入指令字節(jié)，而當檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。b. p1口（1腳8腳）：p1.0p1.7統(tǒng)稱為p1

43、口，可作為準雙向i/o接口使用。對于mcs52子系列單片機，p1.0和p1.1還有第2功能：p1.0口用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端t2；p1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端t2ex。對于eprom編程和進行程序校驗時，p0口接收輸入的低8位地址。c. p2口（21腳28腳）：p2.0p2.7統(tǒng)稱為p2口，一般可作為準雙向i/o接口。當接有外部程序存儲器或擴展i/o接口且尋址范圍超過256個字節(jié)時，p2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于eprom編程和進行程序校驗時，p2口接收輸入的8位地址。d. p3口（10腳17腳）：p3.0p3.7統(tǒng)稱為p3口。它為雙功能口，可以作為一般

44、的準雙向i/o接口，也可以將每1位用于第2功能，而且p3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。p3口的第2功能見下表。表3-1 單片機p3.0管腳含義引腳第2功能p3.0rxd（串行口輸入端0）p3.1txd（串行口輸出端）p3.2int0（部中斷0請求輸入端，低電平有效）p3.3int1（中斷1請求輸入端，低電平有效）p3.4t0（時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖端）p3.5t1（時器/計數(shù)器1數(shù)脈沖端）p3.6wr（部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）p3.7rd（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效） 綜上所述，mcs52系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：（1)單

45、片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；（2)單片機對外呈3總線形式，由p2、p0口組成16位地址總線；由p0口分時復用作為數(shù)據(jù)總線。3.2 單片機最小系統(tǒng)電路在溫度控制系統(tǒng)設(shè)計中，控制核心是stc89c52單片機，該單片機為52系列增強型8位單片機，它有32個i/o口，片內(nèi)含4k flash工藝的程序存儲器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，而且價格便宜，其外部晶振為12mhz，一個指令周期為1s。使用該單片機完全可以完成設(shè)計任務(wù)，其最小系統(tǒng)主要包括：復位電路、震蕩電路以及存儲器選擇模式（ea腳的高低電平選擇），電路如下圖3-1所示： 圖3-1 單片機最小系統(tǒng)電路3.3 系統(tǒng)電源電路的設(shè)

46、計本系統(tǒng)采用電源穩(wěn)壓芯片是lm2596，該開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3a的驅(qū)動電流，輸出電壓是+5v,輸入電壓是+24v,同時具有很好的線性和負載調(diào)節(jié)特性。該器件內(nèi)部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為150khz，與低頻開關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。 該器件還有其他一些特點：在特定的輸入電壓和輸出負載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在15%的范圍內(nèi)；可以用僅80a的待機電流，實現(xiàn)外部斷電；具有自我保護電路（一個兩級降頻限流保護和一個在異常情況下斷電的過溫完全保護電路）。 在該溫度控制系統(tǒng)中，其電源電路設(shè)計如下圖3-2所

47、示。圖3-2 電源電路3.4 溫度傳感器電路3.4.1 溫度采集電路利用熱電阻溫度系數(shù)隨溫度變化而制成的溫度傳感器，稱為熱電阻溫度傳感器。對于大多數(shù)金屬導體，其電阻值都具有隨溫度升高而增大的特性。常用的金屬導體材料有鉑、銅、鐵和鎳。熱電阻是中低溫區(qū)最常見的一種溫度傳感器。它主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。熱電阻的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測量其電阻值的變化將十分困難、且誤差很大，必須使用電橋電路,然后經(jīng)過放大電路，放大偏差值。鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測量準確度高、測量范圍大、復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫()范圍的溫度測量中。pt1

48、00是一種廣泛應(yīng)用的測溫元件，在范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將pt電阻的電阻值和溫度對應(yīng)起來后存入eeprom中，根據(jù)電路中實測的ad值以查表方式計算相應(yīng)溫度值，如下表3-2。表3-2 pt100分度表（）溫度0123456789電阻值()0100100.39100.78101.17101.56101.95102.34102.73103.12

49、103.5110103.9104.29104.68105.07105.46105.85106.24106.63107.02107.420107.79108.18108.57108.96109.35109.73110.12110.51110.9111.2930111.67112.06112.45112.83113.22113.61114114.38114.77115.1540115.54115.93116.31116.7117.08117.47117.86118.24118.63119.0150119.4119.78120.17120.55120.94121.32121.71122.09122.

50、47122.8660123.24123.63124.01124.39124.78125.16125.54125.93126.31126.6970127.08127.46127.84128.22128.61128.99129.37129.75130.13130.5280130.9131.28131.66132.04132.42132.8133.18133.57133.95134.3390134.71135.09135.47135.85136.23136.61136.99137.37137.75138.13100138.51138.88139.26139.64140.02140.4140.7814

51、1.16141.54141.91110142.29142.67143.05143.43143.8144.18144.56144.94145.31145.69120146.07146.44146.82147.2147.57147.95148.33148.7149.08149.46130149.83150.21150.58150.96151.33151.71152.08152.46152.83153.21140153.58153.96154.33154.71155.08155.46155.83156.2156.58156.95150157.33157.7158.07158.45158.82159.

52、19159.56159.94160.31160.68160161.05161.43161.8162.17162.54162.91163.29163.66164.03164.4170164.77165.14165.51165.89166.26166.63167167.37167.74168.11180168.48168.85169.22169.59169.96170.33170.7171.07171.43171.8190172.17172.54172.91173.28173.65174.02174.38174.75175.12175.49200175.86176.22176.59176.9617

53、7.33177.69178.06178.43178.79179.16210179.53179.89180.26180.63180.99181.36181.72182.09182.46182.82220183.19183.55183.92184.28184.65185.01185.38185.74186.11186.47230186.84187.2187.56187.93188.29188.66189.02189.38189.75190.11240190.47190.84191.2191.56191.92192.29192.65193.01193.37193.74250194.1 pt100溫度

54、傳感器為正溫度系數(shù)熱敏傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下：1. 測量范圍：；2. 允許偏差值：a級（0.15+0.002 | t | ）,b級(0.30+0.005 | t | )；3. 最小置入深度：熱電阻的最下置入深度200mm；4. 允通電流5ma。另外，pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。鉑熱電阻的線性較好，之間變化時，最大非線性偏差小于。pt100應(yīng)用領(lǐng)：寬范圍、高精度溫度測量領(lǐng)域。如：軸瓦，缸體，油管，水管，汽管，紡機，空調(diào)，熱水器等狹小空間也領(lǐng)域設(shè)備測量和控制。汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、飲水機、咖啡機，烘干機以及中低溫干燥箱、恒溫箱等。供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分機熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制。圖3-3 溫度采集電路具體溫度采樣電路如圖3-3所示。將溫度的變化轉(zhuǎn)化變?yōu)殡妷旱淖兓?，?jīng)過放大后送往a/d轉(zhuǎn)化為數(shù)字量進行處理。rx為傳感器熱電阻，由電橋?qū)崿F(xiàn)溫度到電壓的轉(zhuǎn)化，由運放ic3完成信號的放大，由ic4完成信號的調(diào)整。 設(shè)輸入ic3的2，3端電壓分別對應(yīng)為