課程設(shè)計（論文）-單片機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、單片機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化 姓名：* 指導(dǎo)教師：*摘 要 在能源日益緊張的今天，常用的家用電器如飲水機，電熱水器，電飯煲在保溫時，由于其溫度控制系統(tǒng)簡單，利用溫敏電阻來實現(xiàn)溫控，因而會造成很大的能源浪費。所以在這些用電設(shè)備的設(shè)計中，系統(tǒng)對能源的消耗成為必要的因素之一。本文設(shè)計一個飲水機的溫度控制系統(tǒng)，利用單片機體積小、功能強、本錢低、應(yīng)用面廣等特點，以AT89C51單片機作為飲水機溫度控制系統(tǒng)的核心，采用溫度檢測電路，溫度控制電路，時鐘電路，顯示電路等組成。采用線性度好、靈敏度高的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，并采用了PID控制算法，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。該系統(tǒng)

2、靈活性強，易于操作，可靠性高，有更廣闊的開發(fā)前景。關(guān)鍵詞 AT89C51，單片機，飲水機，溫度傳感器，溫度檢測 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc41050442 1.引言 PAGEREF _Toc41050442 h 1 HYPERLINK l _Toc41050443 2系統(tǒng)總體設(shè)計 PAGEREF _Toc41050443 h 1 HYPERLINK l _Toc41050444 系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc41050444 h 1 HYPERLINK l _Toc41050445 2.2 AT89C51單片機的介紹 PAGEREF _T

3、oc41050445 h 2 HYPERLINK l _Toc41050446 2.2.1 AT89C51的主要特性 PAGEREF _Toc41050446 h 3 HYPERLINK l _Toc41050447 2.2.2 AT89C51主要引腳及功能 PAGEREF _Toc41050447 h 4 HYPERLINK l _Toc41050448 溫度傳感器 PAGEREF _Toc41050448 h 9 HYPERLINK l _Toc41050449 控制算法的選擇 PAGEREF _Toc41050449 h 10 HYPERLINK l _Toc41050450 2.4.1

4、 PID參數(shù)對控制性能的影響 PAGEREF _Toc41050450 h 10 HYPERLINK l _Toc41050451 2.4.2 PID算法 PAGEREF _Toc41050451 h 11 HYPERLINK l _Toc41050452 采樣周期T的選取 PAGEREF _Toc41050452 h 12 HYPERLINK l _Toc41050453 顯示器 PAGEREF _Toc41050453 h 12 HYPERLINK l _Toc41050454 顯示器的主要參數(shù) PAGEREF _Toc41050454 h 12 HYPERLINK l _Toc41050

5、455 數(shù)碼管LED顯示器 PAGEREF _Toc41050455 h 13 HYPERLINK l _Toc41050456 3單元電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc41050456 h 14 HYPERLINK l _Toc41050457 單片機電源電路 PAGEREF _Toc41050457 h 14 HYPERLINK l _Toc41050458 溫度檢測電路 PAGEREF _Toc41050458 h 14 HYPERLINK l _Toc41050459 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc41050459 h 15 HYPERLINK l _Toc41050460 上電

6、自動復(fù)位 PAGEREF _Toc41050460 h 15 HYPERLINK l _Toc41050461 手動復(fù)位 PAGEREF _Toc41050461 h 16 HYPERLINK l _Toc41050462 時鐘電路 PAGEREF _Toc41050462 h 18 HYPERLINK l _Toc41050463 繼電器控制電路 PAGEREF _Toc41050463 h 18 HYPERLINK l _Toc41050464 4硬件電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc41050464 h 19 HYPERLINK l _Toc41050465 5軟件設(shè)計 PAGEREF

7、 _Toc41050465 h 20 HYPERLINK l _Toc41050466 溫度控制流程圖 PAGEREF _Toc41050466 h 20 HYPERLINK l _Toc41050467 5.2 DS18B20測溫流程圖 PAGEREF _Toc41050467 h 21 HYPERLINK l _Toc41050468 6.小結(jié) PAGEREF _Toc41050468 h 22 HYPERLINK l _Toc41050469 參考文獻 PAGEREF _Toc41050469 h 24 HYPERLINK l _Toc41050470 附 錄 PAGEREF _Toc4

8、1050470 h 25 HYPERLINK l _Toc41050471 致 謝 PAGEREF _Toc41050471 h 32 1.引言在上世紀后期，飲水機在我國得到了迅速的開展。飲水機不屬于高技術(shù)含量的商品，所以盡管全球面臨著通貨緊縮的形勢，到處呈現(xiàn)社會需求減少和生產(chǎn)過剩的現(xiàn)象，但是飲水機市場還是以極快的速度迅速開展壯大，很多商家都參加到了這個新興的行業(yè)中來，形成劇烈的竟爭局面。進入二十一世紀后，飲水機的開展更加迅速，向著多樣化，智能化的方向開展。目前，飲水機已經(jīng)成為開展最快的家電之一，飲水機市場將呈現(xiàn)一片繁榮的景象。本設(shè)計介紹了以AT89C51單片機為控制核心，以傳感器DS18B2

9、0采集溫度信號,并將信號送入單片機AT89C51，通過軟件編程AT89C51可以驅(qū)動各個管腳連接的功能模塊實現(xiàn)各個功能，如溫度采集、溫度設(shè)定、顯示等。文章著重的介紹了系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計。該系統(tǒng)的特點是電路結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)的可靠性高。2系統(tǒng)總體設(shè)計2.1系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的設(shè)計首先要到達對飲水機溫度的檢測和控制，在此根底上，要到達一定的控制精度。其中AT89C51單片機是整個控制系統(tǒng)的核心局部，采用DS18B20溫度傳感器，測量溫度可精確到，并通過DS18B20采集當(dāng)前的水溫，然后將信號送給顯示模塊實時顯示當(dāng)前容器中的水溫，并和設(shè)定的溫度值相比擬，CPU根據(jù)溫度系統(tǒng)當(dāng)前的水溫，以及環(huán)境溫度等參數(shù)

10、對加熱裝置進行控制，當(dāng)實際水溫低于設(shè)定溫度時，系統(tǒng)能夠通過加熱機構(gòu)的工作自動調(diào)節(jié)水溫，通過這樣反復(fù)動作可使飲水機的水溫保持在一定溫度范圍內(nèi)根本不變，從而到達自動控制的目的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2.1。圖2.1 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 AT89C51單片機的介紹1圖2.2是按功能劃分的89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，各模塊及其根本功能為：一個8位中央處理器CPU。它由運算器和控制器構(gòu)成，包括振蕩電路和時鐘電路，主要完成單片機的運算和控制功能，是單片機的核心部件，決定了單片機的主要性能。4KB的片內(nèi)程序存儲器Flash ROM，用于存放目標程序及一些原始數(shù)據(jù)和表格，89C51的地址總線為16位，確定了其

11、程序存儲器可尋址范圍為64KB。片內(nèi)256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM/SFR，用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及要顯示的數(shù)據(jù)等。4個8位并行I/O接口P0P3，每個端口既可以用作輸入，也可以用作輸出。圖2.2 89C51單片機結(jié)構(gòu)框圖兩個16位的定時器/計數(shù)器，每個定時器/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制。具有5個中段源，兩個中斷優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)?？梢蕴幚硗獠恐袛唷⒍〞r器/計數(shù)器中斷和串行口中斷。一個全雙工UART的串行I/O口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與PC機之間的串行通信。2 AT89C

12、51的主要特性AT89C51與MCS-51單片機兼容。4K字節(jié)可編程閃爍存儲器。1000次寫/擦周期。數(shù)據(jù)保存時間為10年。全靜態(tài)工作0Hz-24MHz。三級程序存儲器鎖定。1288位內(nèi)部RAM。32可編程I/O線。具有兩個16位定時器/計數(shù)器。5個中斷源?？删幊檀型ǖ馈５凸牡拈e置和掉電模式。片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。2.2.2 AT89C51主要引腳及功能2AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機Sing-Chip Microcomputer。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和

13、輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價的方案。其引腳排列圖及主要引腳功能如下所示。圖2.3 AT89C51引腳分布圖VCC：供電電壓。GND：接地P0口：P0口是一個漏極開路的8位準雙向I/O端口，作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動8個LS型TTL負載。當(dāng)P0口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器寫入1，此時P0口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。在CPU訪問片外存儲器時，P0口分時提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在此期間，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供

14、上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動4個TTL輸入。P1口管腳寫入1后，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P1口被外部下拉為低電平時，將輸出一個電流IIL，這是由于內(nèi)部上拉電阻的緣故。 P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動4個TTL輸入。當(dāng)P2端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口提到高電位，這時可用作輸入口。P2口作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出一個電流IIL。這是由于內(nèi)部上拉電阻的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出高八位地址。在給出地址“1時，它利用內(nèi)部

15、上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P3口：P3口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動4個TTL輸入。當(dāng)P3端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3作為輸入口時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流IIL，這是由于上拉電阻的緣故。在89C51中，P3端口還有一些復(fù)用功能。其復(fù)用功能如下表所示：表2-1 P3口引腳的復(fù)用功能RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。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：地址鎖存允許信號端。當(dāng)89C51上電正常工作后，AL

16、E引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率fosc的1/6。當(dāng)CPU訪問外部存儲器時，ALE輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。ALE端的負載驅(qū)動能力為8個LS型TTL負載。平時不訪問片外存儲器時，ALE端也以振蕩頻率的1/6固定輸出正脈沖，因而ALE信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果想確認89C51芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出。假設(shè)有脈沖信號輸出，那么89C51根本上是好的。此引腳的第二功能/PROG在對片內(nèi)帶有4KBFlash ROM的89C51編程寫入時，作為編程脈沖輸入端。/PSEN：程序存儲允許輸出信號端。在由外部程序存儲器取指令期間，每個機器周

17、期兩次/PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)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)。/PSEN端同樣可驅(qū)動8個LS型TTL負載。/EA/VPP：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)/EA引腳接高電平時，CPU只訪問片內(nèi)Flash ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令，但當(dāng)PC的值超過0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)/EA引腳接低電平時，CPU只訪問片外ROM并執(zhí)行片外程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。然而需要注意的是，如果保密位LB1被編程，那么復(fù)位時在內(nèi)部會所存/EA端的狀態(tài)。XTAL1：振蕩電路反相放大器的輸入端，振蕩電路的頻率

18、就是晶體的固有頻率。在采用外部時鐘時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。XTAL2：振蕩電路反相放大器的輸出端。假設(shè)須采用外部時鐘電路，那么該引腳懸空。要檢查89C51的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脈沖信號輸出。2.3溫度傳感器本文選擇DS18B20溫度傳感器，DS18B20是一種數(shù)字溫度傳感器，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。其主要特點如下：1、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。2、測溫范圍為55125，測溫精度為。3、支持多點組網(wǎng)功能，多個DS

19、18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫4、工作電源: 35V5、在使用中不需要任何外圍元件。6、測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送。DS18B20最大的特點是采用一線通信接口。由于是一線通信接口，所以要先完成ROM設(shè)定，否那么記憶和控制功能將無法使用。首先提供以下功能命令之一：讀ROM，ROM匹配，搜索ROM，跳過ROM，報警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上的多個器件中選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有多少什么樣的設(shè)備。因為DS18B20是一線式的數(shù)字溫度傳感器，溫度數(shù)據(jù)直接從其串行輸出，輸出的就是數(shù)字量了，單片機可以直接接收

20、，所以就不需要再加A/D轉(zhuǎn)換電路。32.4控制算法的選擇PID控制是按偏差的比例、積分和微分進行控制，是控制理論中技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛的一種控制技術(shù)。而且由于PID控制算法原理簡單，實現(xiàn)方便，其控制器結(jié)構(gòu)簡單,參數(shù)調(diào)整方便，穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強，而且適用于各種不同的對象，可以根據(jù)經(jīng)驗進行調(diào)整，從而得到滿意的控制效果。所以本文選用PID控制算法。2.4.1 PID參數(shù)對控制性能的影響4P對控制性能的影響對動態(tài)特性的影響比例控制KP加大，使系統(tǒng)的動作靈敏速度加快，KP偏大，振蕩次數(shù)增多，調(diào)節(jié)時間加長。當(dāng)KP太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。假設(shè)KP太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。對穩(wěn)態(tài)特性的影響加大比例控制K

21、P，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差eSS，提高控制精度，但是加大KP，只是減少eSS，卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。i對控制性能的影響對動態(tài)特性的影響積分控制Ti通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。Ti太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定。Ti偏小，振蕩次數(shù)較多。Ti太大，對系統(tǒng)性能的影響減少。積分控制Ti能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。但是假設(shè)Ti太大時，積分作用太弱，以至不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。d對控制性能的影響當(dāng)Td偏大時，超調(diào)量P較大，調(diào)節(jié)時間tS較長。當(dāng)Td偏小時，超調(diào)量P也較大，調(diào)節(jié)時間tS也較長。2.4.2 PID算法PID調(diào)節(jié)器的理想運算式為： 式2.1文中溫控系統(tǒng)選擇平均出水水溫與設(shè)定水溫之間的偏差

22、T-Ts，通過對此偏差的處理獲得控制信號，再去調(diào)節(jié)電阻的加熱功率，從而實現(xiàn)對水溫的控制，式中、和的選擇可根據(jù)實際經(jīng)驗來確定。 2.4.3采樣周期T的選取采樣周期的選擇應(yīng)視具體對象而定，反響快的控制回路要求選用較短的采樣周期，而反響緩慢的回路可以選用較長的T。按香農(nóng)采樣定理來選擇，實際上，用理論計算來確定采樣周期存在一定的困難。因此，一般按表3.2的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行選用。表2-2 常見對象選擇采樣周期的經(jīng)驗數(shù)據(jù)2.5顯示器2顯示器的主要參數(shù)亮度L的單位是坎德拉每平方米cd/。對畫面亮度的要求與環(huán)境光強度有關(guān)。比照度和灰度比照度C是指畫面上最大亮度Lmax和最小亮度Lmin之比，即： 式2.2分辨力分

23、辨力是指能夠分辨出圖像的最小細節(jié)的能力，是人眼觀察圖像清晰程度的標志，通常用屏面上能夠分辨出的明暗交替線條的總數(shù)來表示。響應(yīng)時間和余輝時間響應(yīng)時間是指從施加電壓到出現(xiàn)圖像顯示的時間，又稱上升時間。從切斷電源到圖像顯示消失的時間稱為下降時間，又稱余輝時間。顯示色發(fā)光型顯示器件發(fā)光的顏色和非發(fā)光型顯示器件投射或反射光的顏色稱作顯示色。顯示色分為黑白、單色、多色和全色四大類。發(fā)光效率發(fā)光效率是發(fā)光型顯示器件所發(fā)出的光通量與器件所消耗功率之比。工作電壓與消耗電流驅(qū)動顯示器件所施加的電壓為工作電壓V，流過的電流成為消耗電流A。工作電壓與消耗電流的乘積就是顯示器件的消耗功率。2數(shù)碼管LED顯示器數(shù)碼顯示器

24、有靜態(tài)和動態(tài)兩種顯示方式。LED顯示器工作在靜態(tài)顯示方式時，其陰極點或陽極連接在一起接地或+5V。LED顯示器工作在動態(tài)顯示方式時，段選碼端口I/O1用來輸出顯示字符的段選碼，I/O2輸出位選碼。I/O1不斷送待顯示字符的段選碼，I/O2不斷送出不同的位掃描碼，并使每位顯示字符顯示一段時間，一般為1-5ms，利用眼睛的視覺慣性，從顯示器上便可見到相當(dāng)穩(wěn)定的數(shù)字顯示。3單元電路的設(shè)計3.1單片機電源電路飲水機要通過220V電壓供電，所以要將電源電壓轉(zhuǎn)換成單片機的額定電壓，為了提高電路可靠性，電源電路采用交直流自動切換供電的方式，以保證電網(wǎng)停電時計數(shù)系統(tǒng)仍能正常工作，其電路原理圖如圖。220V交流

25、電經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)橋式電路整流和電容濾波后，輸出直流電壓，經(jīng)7805穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓輸出5V平滑的直流電壓供電路使用。圖3.1 單片機電源原理圖3.2溫度檢測電路，溫度分辨率為：1，系統(tǒng)主要通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20對當(dāng)前水溫進行采集，將當(dāng)前溫度值傳輸給單片機，并通過顯示器來顯示，并將當(dāng)前水溫與設(shè)定溫度相比擬，當(dāng)水溫低于設(shè)定溫度值時，加熱裝置開始工作，直到水溫到達設(shè)定溫度值時，開始進入保溫狀態(tài)。圖3.2 DS18B20溫度測量電路3.3復(fù)位電路51單片機與其他微處理器一樣，在啟動時都需要復(fù)位，使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。51單片機的RST引腳為復(fù)位端。當(dāng)單片機

26、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)系統(tǒng)復(fù)位，使單片機回到初始狀態(tài)。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。35上電自動復(fù)位是在加電瞬間電容通過充電來實現(xiàn)的，如圖3.3所示。在通電瞬間，電容C通過電阻R充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。只要電源的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。關(guān)于參數(shù)的設(shè)定，在振蕩穩(wěn)定后應(yīng)保證復(fù)位高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。當(dāng)采用的晶體頻率為6MHz時，可取C=22uF，R=1k；當(dāng)采用的晶體頻率為12MHz時，可取。如果上述電路復(fù)位不僅要使單片機復(fù)位，而且還要使單片機的一些外圍芯片也同時復(fù)

27、位，那么上述電阻、電容值應(yīng)作少許調(diào)整。圖3.3 上電復(fù)位35所謂手動復(fù)位，是指通過接通一個按鈕開關(guān)，使單片機進入復(fù)位狀態(tài)。系統(tǒng)上電運行后，假設(shè)需要復(fù)位，一般是通過手動復(fù)位來實現(xiàn)的。通常采用手動復(fù)位和上電自動復(fù)位組合，其電路如圖3.4所示。圖3.4 上電復(fù)位和按鈕復(fù)位復(fù)位電路雖然簡單，但其作用非常重要。一個單片機系統(tǒng)能否正常運行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。初步檢查可用示波器探頭監(jiān)視RST引腳，按下復(fù)位鍵，觀察是否有足夠幅度的波形輸出瞬時的，還可以通過改變復(fù)位電路阻容值進行實驗。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，對系統(tǒng)進行可靠的復(fù)位是非常重要的，無論現(xiàn)場出現(xiàn)何種情況，上電后單片機系統(tǒng)都應(yīng)正常復(fù)位。否那么系統(tǒng)會出

28、現(xiàn)嚴重事故，這在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中是絕對不允許的。只要RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個機器周期的高電平就可實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位，為了使系統(tǒng)可靠復(fù)位，一般脈沖寬度可取大一些，通常可取RST引腳上正脈沖寬度為10ms左右。單片機在復(fù)位后，各存放器和程序計數(shù)器PC的狀態(tài)見表3.1。表3-1 MCS-51單片機復(fù)位狀態(tài)表3.4時鐘電路在單片機內(nèi)部有一個振蕩器，可用兩種方式為單片機提供時鐘信號：一種是內(nèi)部時鐘方式；另一種是外部時鐘方式，考慮到內(nèi)部時鐘方式比擬簡單，需要用的元件少，所以本文采用內(nèi)部時鐘方式，如圖3.5所示。圖3.5 單片機時鐘電路采用內(nèi)部時鐘時，只需要提供振蕩源，通常以石英晶體振蕩器和兩個電容組成外部振蕩源

29、。片內(nèi)的高增益反相放大器通過XTAL1、XTAL2外接，作為反響元件的片外晶體振蕩器與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個自激振蕩器，向內(nèi)部時鐘電路提供振蕩時鐘。振蕩器的頻率取決于晶振的晶振頻率，振蕩頻率可在1.212MHz之間選擇，工程應(yīng)用時通常采用6MHz或12MHz。電容可在1030pF之間選擇，通常取30pF。電容的大小對振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào)作用。3.5繼電器控制電路單片機用于輸出控制時，用的最多的功率開關(guān)器件是固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器簡稱SSRSolid State Relay，是一種四端器件：兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端，它們之間采用隔離器件隔離，實現(xiàn)輸入輸出的電

30、隔離。它是一種新型的無觸點電子繼電器，利用半導(dǎo)體器件和電子元件的電、磁和光特性來完成各項功能，具有壽命高，可靠性高，靈敏度高，控制功率小，電磁干擾小，與邏輯電路兼容等優(yōu)點，所以本文中的繼電器控制電路采用固態(tài)繼電器。其控制電路如圖3.6所示。當(dāng)溫度傳感器檢測到的水溫低于設(shè)定值時，單片機需要通過控制電路對水加熱，此時繼電器觸點吸合，加熱指示燈亮，飲水機處于加熱狀態(tài)，并通過溫度傳感器DS18B20進行測溫，當(dāng)水溫加熱到達設(shè)定值時，繼電器觸點斷開，切斷加熱電路，加熱指示燈滅，飲水機停止加熱。圖3.6 繼電器控制電路4硬件電路的設(shè)計圖4.1所示是飲水機溫控系統(tǒng)的電路原理圖：圖4.1 系統(tǒng)硬件電路圖該系統(tǒng)

31、是以AT89C51單片機作為控制的核心，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20來測量當(dāng)前溫度，并直接傳送給單片機，通過數(shù)碼管顯示溫度，溫度控制電路局部使用固態(tài)繼電器，當(dāng)水溫低于設(shè)定溫度時，通過電阻排對系統(tǒng)加熱，直到溫度到達設(shè)定值停止加熱,再輔以時鐘電路和復(fù)位電路，使系統(tǒng)到達所需要求。5軟件設(shè)計5.1溫度控制流程圖首先設(shè)定初值，然后檢測水溫，并和設(shè)定值進行比擬，如果到達設(shè)定溫度，那么進入保溫狀態(tài)，如果沒有到達設(shè)定值，系統(tǒng)自動加熱，同時和設(shè)定值進行比擬，直到到達設(shè)定值，停止加熱，進入保溫狀態(tài)。圖5.1 溫度控制流程圖5.2 DS18B20測溫流程圖本文溫度測量采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，主要完成D

32、S18B20對溫度值的測量及顯示功能。文中采用模塊化設(shè)計，程序設(shè)計包括初始化、溫度轉(zhuǎn)換程序、復(fù)位程序、數(shù)碼管顯示程序和延時程序等，對讀出的數(shù)據(jù)進行校驗，然后根據(jù)讀出的數(shù)據(jù)得到測量出的十進制溫度值，并通過單片機將溫度值傳送給顯示模塊來顯示當(dāng)前溫度值。其總體流程圖如圖5.2所示。圖5.2 DS18B20測溫流程圖6.小結(jié)本文首先對飲水機的開展現(xiàn)狀和前景進行了闡述，然后對系統(tǒng)各局部如AT89C51單片機做了簡單的介紹，并跟據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需要選擇所需要的控制算法以及測溫電路和顯示電路，其中溫度傳感器采用了線性度好、靈敏度高的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，可以將所測的溫度值直接傳送給單片機，并通過LED顯

33、示器來顯示當(dāng)前溫度，最后對所搭建的系統(tǒng)進行仿真，得到如下結(jié)論：采用51單片機，降低了系統(tǒng)的本錢，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，而且本文的溫度系統(tǒng)還具有很好的通用性。溫度測量時使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，具有線性度好、靈敏度高的特點，由于DS18B20采用一線通信接口，溫度數(shù)據(jù)直接從其串行輸出，輸出的就是數(shù)字量了，所以不需要接A/D轉(zhuǎn)換電路，使系統(tǒng)更加簡單。參考文獻1 李朝青 ?單片機原理及接口技術(shù)?，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20052 雷思孝，馮育長 ?單片機系統(tǒng)設(shè)計及工程應(yīng)用?，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20053 孟立凡，鄭賓 ?傳感器原理及應(yīng)用?，北京：國防工業(yè)出版社，2005

34、4 李正軍 ?計算機控制系統(tǒng)?，北京：機械工業(yè)出版社，20055 宋浩，田豐 ?單片機原理與應(yīng)用?，北京：清華大學(xué)出版社，20056 徐鳳霞，趙成安 ?AT89C51單片機溫度控制系統(tǒng)?，齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報，2004第20卷第1期7 張開生，郭國法 ?MCS-51單片機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計?，載?微計算機信息?，2005，第21卷第7期8 趙鴻圖 ?基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)?，載?微計算機信息?，2021，第24卷第9-2期9 葉景 ?基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計?，載?中國新通信(技術(shù)版)?，202110 黃禎祥，鄧懷雄，郭延文等 ?基于MCS-51單片機的溫度控制系統(tǒng)?，?現(xiàn)代電

35、子技術(shù)?，2005，第6期11 張普光，曹海舟 ?基于51單片機的溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計?，載?軟件導(dǎo)刊?，2007附 錄單片機程序：ORG 0000HLJMP MAIN1ORG 0003HLJMP INT0ORG 0013HLJMP INT1TMPL EQU 29HTMPH EQU 28HFLAG1 EQU 38HMAIN1: SETB IT0SETB EASETB EX0SETB IT1SETB EX1MOV 74H,#0MOV 75H,#0MOV 76H,#9MOV 77H,#0MAIN: LCALL GET_TEMPERLCALL CVTTMPLCALL DISPLAY1AJMP MA

36、ININIT_1820:SETB DATAINNOPCLR DATAINMOV R1,#3TSR1:MOV R0,#107DJNZ R0,$DJNZ R1,TSR1SETB DATAINNOPNOPNOPMOV R0,#25HTSR2: JNB DATAIN,TSR3DJNZ R0,TSR2CLR FLAG1SJMP TSR7TSR3:SETB FLAG1MOV R0,#117TSR6:DJNZ R0,$TSR7:SETB DATAINRETGET_TEMPER:SETB DATAINLCALL INIT_1820JB FLAG1,TSS2NOPRETTSS2:MOV A,#0CCHLCALL

37、 WRITE_1820MOV A,#44HLCALL WRITE_1820ACALL DISPLAY1LCALL INIT_1820MOV A,#0CCHLCALL WRITE_1820MOV A,#0BEHLCALL WRITE_1820LCALL READ_1820RETWRITE_1820:MOV R2,#8CLR CWR1:CLR DATAINMOV R3,#6DJNZ R3,$RRC AMOV DATAIN,CMOV R3,#23DJNZ R3,$SETB DATAINNOPDJNZ R2,WR1SETB DATAINRETREAD_1820:MOV R4,#2MOV R1,#29H

38、RE00:MOV R2,#8RE01:CLR CSETB DATAINNOPNOPCLR DATAINNOPNOPNOPSETB DATAINMOV R3,#9RE10:DJNZ R3,RE10MOV C,DATAINMOV R3,#23RE20:DJNZ R3,RE20RRC ADJNZ R2,RE01MOV R1,ADEC R1DJNZ R4,RE00RETCVTTMP:MOV A,TMPHANL A,#80HJZ TMPC1CLR CMOV A,TMPLCPL AADD A,#1MOV TMPL,AMOV A,TMPHCPL AADDC A,#0MOV TMPH,AMOV 73H,#0BHSJMP TMPC11TMPC1:MOV 73H,#0AHTMPC11:MOV A,TMPLANL A,#0FHMOV DPTR,#TMPTABMOVC A,A+DPTRMOV 70H,AMOV A,TMPLANL A,#0F0HSWAP AMOV TMPL,AMOV A,TMPHANL A,#0FHSWAP AORL A,TMPLH2BCD:MOV B,#100DIV ABJZ B2BCD1MOV 73H,A