畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-基于AT89C51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)是以一個(gè)保溫箱為控制對象，以為控制系統(tǒng)核心，通過單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對保溫箱溫度的顯示和控制功能。本溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)由溫度傳感器AD590對保溫箱溫度進(jìn)行檢測經(jīng)過調(diào)理電路得到合適的電壓信號。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換芯片得到相應(yīng)的溫度值，將所得的溫度值與設(shè)定溫度值相比較得到偏差。通過對偏差信號的處理獲得控制信號去調(diào)節(jié)加熱器的通斷從而實(shí)現(xiàn)對保溫箱溫度的顯示和控制本文主要介紹了保溫箱溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法論文主要由三部分構(gòu)成。①統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)。②硬件設(shè)計(jì)，主要包括溫度檢測電路轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、鍵盤設(shè)計(jì)和控制電路。③系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、鍵盤模塊和控制模塊等。關(guān)鍵詞：

單片機(jī)；傳感器；溫度檢測TEMPERATURECONTROLSYSTEMBASICSINGLECHIPCOMPUTERABSTRACTtakesaheatasacontrolobjecttheacontrolsystemASingle-chipisdesignedtocarryoutdisplaycontrol.ThissystemisaloopTheofthepreservationbyAD590.ForatoelectricvoltagesignalfortheA/DAfterthetransformation,cessingdeviation,controlwillbeproduced,heatertheoroff,thusthepreservationboxcontroldisplayThissystemofworkandThepapermainlyincludesbyTheoutline②thehardwaremainlyincludesthetemperatureadaptivecircuit,theA/Dthecircuit,keyboardcircuit.③thesoftwareusesmodulardesign,mainlytheA/Dtransformationmodule,themodule,keyboardandmodule.Key

Single-chip；Sensor；目錄1緒論........................................................................................................................................11.1課題設(shè)計(jì)背景和目的......................................................................................................11.2國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢..........................................................................................11.3溫度檢測的主要方法1.4課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)................................................................................................................32.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案芯片選擇...................................................................................................................4溫度檢測...................................................................................................................5A/D轉(zhuǎn)換電路鍵盤輸入...................................................................................................................5LED顯示控制電路...................................................................................................................62.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)........................................................................................................................63.1中央處理器......................................................................................................................6簡.管腳說明....................................................................................................................7特殊功能存儲器........................................................................................................9芯片擦除..................................................................................................................10復(fù)位電路的設(shè)計(jì)......................................................................................................10時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)3.2溫度傳感器AD590........................................................................................................113.3信號調(diào)理電路................................................................................................................133.4溫度標(biāo)定3.5轉(zhuǎn)換.........................................................................................................................163.6LED顯示........................................................................................................................193.7鍵盤接口........................................................................................................................223.8控制電路........................................................................................................................234系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)......................................................................................................................254.1程序初始化4.2主程序4.3轉(zhuǎn)換子程序.............................................................................................................274.4標(biāo)度轉(zhuǎn)換子程序............................................................................................................284.5顯示子程序....................................................................................................................294.6控制子程序4.7鍵盤子程序....................................................................................................................325結(jié)論......................................................................................................................................35參考文獻(xiàn)..................................................................................................................................36致謝..........................................................................................................................................37附錄..........................................................................................................！未定義書。附錄A系統(tǒng)硬件原理圖附錄B板圖單片機(jī)最小系統(tǒng)PCB板圖調(diào)理電路、控制電路PCB板圖附件附件1開題報(bào)告附件2原文：TEMPERATURECONTROL附件3譯文：溫度控制1緒論1.1在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)溫度作為一個(gè)基本物理量它是一個(gè)與人們的生活環(huán)境生產(chǎn)活動密切相關(guān)的重要物理量在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中溫度作為一種常用的主要被控參數(shù)在很多生產(chǎn)過程中我們需要對溫度參數(shù)進(jìn)行檢測例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)力工程造紙行業(yè)機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐熱處爐反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測采用單片機(jī)來對溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便組態(tài)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)從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此單片機(jī)對溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題[。本次設(shè)計(jì)采用系列單片機(jī)與各種外圍電路構(gòu)成單片機(jī)溫度自動檢測和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時(shí)檢測和控制過本次設(shè)計(jì)掌握溫度檢測控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法和軟件編寫方法。熟悉件的使用方法。通過課題的研究進(jìn)一步鞏固所學(xué)的知識同時(shí)學(xué)習(xí)課程以外的相關(guān)知識培養(yǎng)綜合應(yīng)用知識的能力鍛煉動手能力與實(shí)際工作能力，將所學(xué)的理論與實(shí)踐結(jié)合起來。1.2隨著國內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展度檢測技術(shù)也有了不斷的進(jìn)步溫度測量系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是傳感器，它將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號。另一部分是電子裝置，它主要完成對信號的接收、處理、對測點(diǎn)進(jìn)行控制度顯示等功能。對應(yīng)于不同的溫度段及測量精度要求溫裝置也不盡相同傳感器方面看出現(xiàn)有各種金屬材料、非金屬材料、半導(dǎo)體材料制成的傳感器，也有紅外傳感器器本身也趨向小型化多采用集成度較高的芯片或元件組成電路。對于測點(diǎn)較多，并具有報(bào)警測、控制等多功能測溫裝置一般采用單片機(jī)電路目前的溫度檢測技術(shù)原理很多大致包括以下幾種:(1)物體熱脹冷縮原理(2)熱電效應(yīng)(3)熱阻效應(yīng)4)利熱輻射原理。傳統(tǒng)的溫度傳感器(如,電偶、鉑電阻、雙金屬開關(guān)等雖然有著各自不可替代的優(yōu)點(diǎn),但由于自身因自熱效影響了測量精度從而制約了它們在微型化高端電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。與之相比較半導(dǎo)體溫度傳感器具有靈敏度高、體積小、功耗低、時(shí)間常數(shù)第頁共頁小自熱溫升小抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),論是電壓電流還是頻率輸出,在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)(-55～150℃)都與溫度成線性關(guān)系,適合在集成電路系統(tǒng)中應(yīng)用,半導(dǎo)體溫度傳感器工作的溫度范圍還限于-50150℃未來主要的研究方向?qū)⑹侨绾螖U(kuò)大它的溫度適用范圍,以及智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面[2]。近年來在溫度檢測技術(shù)領(lǐng)域中種新的檢測原理與技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用己取得了具有實(shí)用性的重大進(jìn)展一代溫度檢測元件正在不斷出現(xiàn)和完善化包括以下幾種。(1)晶體管溫度檢測元(2)集成電路溫度檢測元(3)核磁共振溫度檢測(4)噪聲溫度檢測器(5)石英晶體溫度檢測器(6)光纖溫度檢測器7)激光溫度檢測器。目前國內(nèi)外的溫度控制方式越來越趨向于智能化測量首先是由溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的測溫儀器由溫度傳感器和信號處理兩部分組成溫度測量的過程就是通過溫度傳感器將被測對象的溫度值轉(zhuǎn)換成電的或其它形式的信號,傳遞給信號處理電路進(jìn)行信號處理轉(zhuǎn)換成溫度值顯示出來傳感器隨著溫度變化而引起變化的物理參數(shù)有:膨脹、電阻、電容、熱電動磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)新型溫度傳感器還會不斷出現(xiàn),目前內(nèi)外通用的溫度傳感器及測溫儀大致有以下幾種:熱膨脹式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱電偶、輻射式測溫儀表、石英溫度傳感器測溫儀[3]

。1.3溫度的測量方法多采用集成的半導(dǎo)體模擬溫度傳感器感器輸出的電壓或電流與溫度在一定范圍呈線性關(guān)系通過放大采樣得到被測量另一種溫度測量方法是使用熱電偶，其測量精度較高，但測試過程復(fù)雜，測量時(shí)間長，而且采用電橋測量的系統(tǒng)抗干擾能力較差誤差較大隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展新型的數(shù)字化溫度傳感器其精度穩(wěn)定性可靠性及抗干擾能力都優(yōu)于模擬的溫度傳感器數(shù)字溫度傳感器也越來越的到廣泛的應(yīng)用[

。溫度檢測的方法根據(jù)敏感元件和被測介質(zhì)接觸與否分為接觸式與非接觸式兩大類。接觸式檢測的方法主要包括基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測儀表；基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測儀表觸式檢測方法是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系，對物體的溫度進(jìn)行檢測，主要有亮度法輻射法和比色法等。接觸式測溫是使測溫敏感元件與被測介質(zhì)接觸被測介質(zhì)與感溫元件達(dá)到熱平衡時(shí)溫元件與被測介質(zhì)的溫度相等。這類傳感器結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格低、應(yīng)用十分廣泛，因此，本方案采用接觸式測溫法，選用相關(guān)類型的傳感器。第頁共頁由單片機(jī)組成的溫度測控系統(tǒng),通過在單片機(jī)外部添加各種接口電路，可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)對溫度控制對象的溫度的顯示和控制時(shí)也能根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)多路巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警及記錄,對各個(gè)參數(shù)以一定的周期進(jìn)行檢查和測量,檢測的結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后再進(jìn)行顯示、打印和報(bào)警,以提醒操作人員注意或直接用于生產(chǎn)控制[。1.4本溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)溫度傳感器將檢測到的溫度信號經(jīng)放大，A／D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示當(dāng)前溫度值，用當(dāng)前溫度值與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較[根據(jù)比較的結(jié)果得到控制信號用以控制繼電器的通斷實(shí)現(xiàn)對加熱器的控制通過這種控制方式實(shí)現(xiàn)對保溫箱的溫度控制本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成硬件部分主要完成主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路鍵盤顯示電路、控制執(zhí)行等電路的設(shè)計(jì)。軟件程序編寫主要用來實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測、標(biāo)度轉(zhuǎn)換、LED示、繼電器控制等數(shù)據(jù)處理功能。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為控制芯片，采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器集溫度信號通過溫度傳感器將采集的溫度信號轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的電信號經(jīng)過放大處理送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入到控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理通過在芯片外圍添加顯示控制等外圍電路來實(shí)現(xiàn)對保溫箱溫度的實(shí)時(shí)檢測和控制功能。本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成件部分主要完成傳感器信號的采集處理,信息的顯示等;軟件主要完成對采集的溫度信號進(jìn)行處理及顯示控制等功能結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示：第頁共頁交流電源單機(jī)小統(tǒng)保

熱源

繼電器

控制溫箱

調(diào)理電路

A/D

單片機(jī)

設(shè)定直流電源

顯示圖2.1系結(jié)構(gòu)框圖2.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)就是為本單片機(jī)溫控系統(tǒng)選擇合適的優(yōu)的系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)轉(zhuǎn)換器、設(shè)計(jì)合適的接口電路等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)本著以下原則：盡可能選擇典型電路并符合單片機(jī)常規(guī)用法設(shè)計(jì)采用了典型的顯示電路、A/D轉(zhuǎn)化電路，為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時(shí)間比硬件實(shí)現(xiàn)長，且占用CPU時(shí)間。由于本設(shè)計(jì)的響應(yīng)時(shí)間要求不高，所以有一些功能可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)，如鍵盤的去抖動問題。系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。本系統(tǒng)的硬件電路主要包括模擬部分和數(shù)字部分，從功能模塊上來分有主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、控制執(zhí)行電路。系統(tǒng)硬件包括：溫度傳感器、信號調(diào)理電路A／轉(zhuǎn)換器件MCS-51單片機(jī)、鍵盤輸入LED溫度示器、溫度控制電路。芯片選擇單片機(jī)就是在一塊硅片上集成了微處理器器和各種輸入輸出接口電路的微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)單片機(jī)以其較高的性能價(jià)格比受到了人們的重視和關(guān)注它的優(yōu)第頁共頁點(diǎn)就是體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。單片機(jī)根據(jù)其基本操作處理的位數(shù)可分為、81632位單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛的是八位單片機(jī)根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況和要求在本次設(shè)計(jì)中采用AT89C51作為系統(tǒng)的控制芯片。是一種低功耗、高性能CMOS8微控制器，具有4K系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。溫度檢測本課題設(shè)計(jì)的溫度控制范圍為攝氏度，溫度傳感器采用采用AD590半導(dǎo)體集成溫度傳感器。具有較高的精度和重復(fù)性，不需輔助電源，線性好，使用方便，便于微機(jī)系統(tǒng)測控。被測溫度信號為一路由測得的代表溫度的電壓信號，經(jīng)溫度調(diào)理電路放大后使其在范圍內(nèi)，使其適合于A/D換器的輸入電壓范圍。A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路的種類很多，例如，計(jì)數(shù)比較型、逐次逼近型、雙積分型等等。選擇A/D轉(zhuǎn)換器件主要從轉(zhuǎn)換速度、精度和價(jià)格上考慮。逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器，在精度、速度和價(jià)格上都比較適中是最常用的A/D換器雙積分轉(zhuǎn)換器具有精度高、抗干擾性好價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)但轉(zhuǎn)換速度慢近年來在微機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)采用八路模擬輸入通道的逐次逼近型的八位轉(zhuǎn)換器ADC0809。采用ADC0809作為與單片機(jī)的接口電路，它的結(jié)構(gòu)比較簡單，轉(zhuǎn)換速度較高。采用ADC0809為A/D轉(zhuǎn)換器具有與單片機(jī)連接簡單的優(yōu)點(diǎn)，它是八位的轉(zhuǎn)換器可以與八位的單片機(jī)直接連接，這樣就簡化了系統(tǒng)的連接電路也有利于系統(tǒng)軟件的編寫。鍵盤輸入鍵盤可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤盤上閉合鍵的識別由專用的硬件譯碼器實(shí)現(xiàn)并產(chǎn)生鍵編號和鍵值的稱為編碼式鍵盤靠軟件識別的為非編碼式鍵盤在單片機(jī)組成的測控系統(tǒng)中用得最多的是非編碼鍵盤在這里采用的就是非編碼式鍵盤鍵盤的連接方式采用獨(dú)立連接式，這種連接方式能夠簡化程序的編寫。LED顯示在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示（和液晶顯示器（LCDLED作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示器具有價(jià)低穩(wěn)定和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。LED顯示方式有靜態(tài)顯示、動態(tài)顯示和串口顯示。為了節(jié)省系統(tǒng)本身的硬件資源，在第頁共頁這里L(fēng)ED的顯示方式采用串行靜態(tài)顯示方式。利用串口可以工作在移位寄存器方式，驅(qū)動態(tài)顯示這樣就可以充分的利用并行口并將并行口用到最需要的地方去，同時(shí)主程序不需要掃描顯示器它有更多的時(shí)間處理其他事情這種顯示方法用于顯示位數(shù)少、顯示亮度大的地方能夠達(dá)到很好的顯示效果。控制電路控制電路作為單片機(jī)系統(tǒng)的后向通道將單片機(jī)處理后的數(shù)字控制信號用輸出口輸出并將該數(shù)字信號用于對控制對象的控制由于單片機(jī)的輸出信號電平很低無法直接驅(qū)動外圍設(shè)備進(jìn)行工作因此在單片機(jī)的后向通道中需要外圍設(shè)備的驅(qū)動信號電平的轉(zhuǎn)換以及隔離放大等技術(shù)本次設(shè)計(jì)采用繼電器作為控制電路的主要器件通過繼電器可以實(shí)現(xiàn)直流信號控制交流負(fù)載的功能，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的控制功能。2.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)用模塊化設(shè)計(jì)可以簡化系統(tǒng)軟件的編寫使軟件編寫思路更加簡單明了系統(tǒng)軟件主要由三大模塊組成主程序模塊功能實(shí)現(xiàn)模塊和運(yùn)算控制模塊主程序模塊用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)子程序間的跳轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)模塊主要由轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤處理子程序、顯示子程序、繼電器控制程序等部分組成算控制模塊涉及標(biāo)度轉(zhuǎn)換子程序等。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1列單片機(jī)是8位增強(qiáng)型，其主要的技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完善的部并行總線和具有多級識別功能的串行通訊接口（UART范了功能單元的SFR控制模式及適應(yīng)控制器特點(diǎn)的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)。屬于這類單片機(jī)的芯片有許多種，80518031等等。由于單片機(jī)具有較高的性能比，國MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用最廣，易于開發(fā)、使用靈活、而且體積小、易于開發(fā)、抗干擾能力強(qiáng)，可以工作于各種惡劣的條件下，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)本著實(shí)用性和適用性的要求，選擇單片機(jī)作為中央處理器。第頁共頁簡介是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的具有低電壓，高性能CMOS的8位微處理器，俗稱單片機(jī)。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(biāo)準(zhǔn)的指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中ATMEL的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價(jià)廉的方案。如圖為AT89C51的部結(jié)構(gòu)框圖。圖的部結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)與列單片機(jī)兼容,AT89C51內(nèi)部有4K字節(jié)可編程閃爍存儲器,位內(nèi)部兩個(gè)位定時(shí)器計(jì)數(shù)器,個(gè)中斷源32可編程I/O及串行通道。閃爍存儲器是一種可編程又可擦除只讀存儲器（EEPROM用戶設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)帶來很大的方便，深受廣大用戶的歡迎。AT89C51有片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路,具有低功耗的閑置和掉電模在空閑方式下，CPU停止工作，但允許內(nèi)部、定時(shí)器/數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式下，能保存RAM的內(nèi)容振蕩器停止工作禁止所有其他部件工作具有三級程序存儲器鎖定,全靜態(tài)工作頻率數(shù)據(jù)保留時(shí)間可長達(dá)10。管腳說明如圖3.2為AT89C51引腳圖,各引腳功能說明如下[7]:第頁共頁●VCC:電源●GND:地●P0口P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個(gè)TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0口也被作為低8地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)輸出指令字節(jié)序校驗(yàn)時(shí)，

P101P11P12P13P14P15P16P17T1T0RDWR

P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27TXDALE/P

需要外部上拉電阻。

圖3.2AT89C51引圖

●P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的位雙向I/O，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個(gè)邏輯電平。對P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL此外，P1.0P1.2別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）●P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯電平。P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電IIL問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲例如執(zhí)行MOVX@DPTR）時(shí)，口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送。在使用地址（如@RI訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。flash編程和校驗(yàn)時(shí)P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號?！馪3口口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的位雙向I/O口P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（P3口亦作為特殊功能（第二功能）使用，如表所示。表3-1AT89C51引號二能P3.0RXD（串行輸入）第頁共頁[7][7]P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7

TXD（串行輸出）INT0（外部中斷0）INT0（外部中斷0）T0（定時(shí)器0外部輸入）T1（定時(shí)器1外部輸入）WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）●RST:復(fù)位輸入振工作時(shí)腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效?！馎LE/PROG：地址鎖存控制信號（）是訪問外部程序存儲器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下ALE以晶振六分之的固定頻率輸出脈沖用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)ALE脈沖將會跳過。如果需要過將地址為8EH的SFR第0位“1”作將無效一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)使能標(biāo)志（地址為SFR的第0位設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效?！馪SEN:外部程序存儲器選通信PSEN外部程序存儲器選通信號AT89C51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將不被激活。●EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到的外部程序存儲器讀取指令必須接了執(zhí)行內(nèi)部程序指令應(yīng)該接flash編程期間，EA也接收伏VPP電壓。●XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端?！馲TAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。特殊功能存儲器在單片機(jī)內(nèi)高RAM中，由有個(gè)特殊功能寄存器（AFR），它們離散的分布在RAM間中，訪問特殊功能寄存器只允許使用直接尋址方式。3-2為AT89C51單片機(jī)特殊功能寄存器及其應(yīng)地址。表3-2專寄器稱功及應(yīng)RAM地址名稱

簡單描述

地址ACC

累加器（專門用于存儲算術(shù)和邏輯運(yùn)算的結(jié)果）第頁共頁

0E0HB

B寄器（專門用于乘/除法運(yùn)算）程序狀態(tài)寄存器推棧指針寄存器

0F0HDPTR

位據(jù)指針寄存器。訪外部RAM地址指針，由兩個(gè)位寄存器（DPL82H）組成且可單獨(dú)訪問IETMODTLI

端口狀寄存器（初始值為0FFH端口狀寄存器（初始值為0FFH端口狀寄存器（初始值為0FFH端口狀寄存器（初始值為0FFH中斷優(yōu)先級控制寄存器中斷允許控制寄存器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0高節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0低節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1高節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0低節(jié)串行控制寄存器串行數(shù)據(jù)緩沖器電源控制寄存器

8CH8AH8DH8BHHH芯片擦除整個(gè)列電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持腳處于低電平10ms來完成在芯片擦除操作中代碼陣列全被寫“”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。此外AT89C51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。在閑置模式下停止工作。RAM，定時(shí)器計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作在掉電模式下，保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(gè)硬件復(fù)位為止。復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位使單片機(jī)處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運(yùn)行AT89C51的RST引腳為復(fù)位端，該引腳連續(xù)保持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘振動周期）以上高電平，則可使單片機(jī)復(fù)位。內(nèi)部復(fù)位電路在每一個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣斯密特觸發(fā)器的輸出端，該觸發(fā)器可抑制RST引腳的噪聲干擾并在復(fù)位期間不產(chǎn)生信號內(nèi)部RAM處于不斷電狀態(tài)。其中的數(shù)據(jù)信息不會丟失，也即復(fù)位后，只影響的內(nèi)容，內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不受影響。外部復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。由于單片機(jī)運(yùn)行過程中，其本身的干擾或第頁共39頁外界干擾會導(dǎo)致出錯，此時(shí)我們可按復(fù)位鍵重新開始運(yùn)行。為了便于本設(shè)計(jì)運(yùn)行調(diào)試，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)方式。按鍵復(fù)位電路如圖3.3所示圖3.3復(fù)電路時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

[8]

。時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏MCS-51片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號而異的，其典型值為。AT89C51內(nèi)部有一個(gè)反相振蕩放大器XTAL1

和XTAL2分別是該反向振蕩放大器的輸入端和輸出端反向放大器可配置為片內(nèi)振蕩器石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用本設(shè)計(jì)采用的晶振頻率為鐘電路如所示。51系列單片機(jī)還可使用外部時(shí)鐘在使用外部時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘必須從XTAL1輸入，而XTAL2懸空。3.2器AD590

圖3.4時(shí)電路溫度傳感器的應(yīng)用范圍很廣它不僅用于日常生活中而且也大量應(yīng)用于自動化和過程檢測控制系統(tǒng)。溫度傳感器的種類很多，根據(jù)現(xiàn)場使用條件擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測量的準(zhǔn)確可靠，并且同時(shí)達(dá)到增加使用壽命和降低成本的目的。AD590溫度傳感器不但實(shí)現(xiàn)了溫度轉(zhuǎn)化為線性電量測量，而且精度高、互換性好。測量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場合。由于精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線好，常用于測溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。本設(shè)計(jì)采用作為溫度傳感器，它只需要一個(gè)電源即可實(shí)現(xiàn)溫度到電流的線性變換然后再終端使用一只取樣電阻即可實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換。它使用方便，并且具有較高的精度。圖3.5為的封裝形式和基本應(yīng)用電路。第頁共39頁圖AD590封形式和應(yīng)用電路集成溫度傳感器是將溫敏電阻晶體管與相應(yīng)的輔助電路集成在同一塊芯片上，能直接給出正比于絕對溫度的理想線形輸出，一般用于-55℃～℃之間的測量溫度。溫敏晶體管在管子的集電極電流恒定時(shí)，其基極發(fā)射極電壓與溫度成線形關(guān)系，由于生產(chǎn)廠家生產(chǎn)時(shí)采用激光微調(diào)來校正集成電路內(nèi)的薄膜電阻使其在攝氏零（對應(yīng)絕對溫度為273.2K出電流微273.2uA，靈敏度微1uA/K。當(dāng)其感受的溫度升高或者降低時(shí)，則其電流就以1uA/K的速率增大或減小，從而將被測電流轉(zhuǎn)換為電壓，則可以用電壓來表示其溫度大小。為克服溫敏晶體管vb電壓產(chǎn)生時(shí)的離散性，采用了特殊的差分電路。集成溫度傳感器具有電壓型和電流型兩種。因此不容易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪音的干擾，具有很好的線性特性。主要特性如下：●

流過器件的電流（等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：Ir

/K

（3-1）●●●●

式中：Ir為流過器件（）的電流，單位為T為熱力學(xué)溫度，單位為K。的測溫范圍為-55～+150℃。的電源電壓范圍為4V～電源電壓可在4V~6V范圍變化流變化，相當(dāng)于溫度變化。以承受向電壓和向電壓，因而器件反接也不會被損壞。輸出電阻為710M精度高。共有I、、K、LM五檔，其中M檔精度最高，在-℃～第頁共39頁[9][9]+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃。溫度傳感器作為一個(gè)恒流源，在本設(shè)計(jì)的溫度檢測電路中在AD590的輸出端接一取樣電阻可將輸出電流信號變化轉(zhuǎn)換為電壓信號變化。由于AD590溫度傳感器溫度每變化1其輸出電流變化1。所以在接10K的取樣電阻的情況下，溫度每變化10，輸出電壓就將變化0.1V。3.3經(jīng)過溫度傳感器采集輸出的電壓信號一般來說是非常微弱的因此在送往單片機(jī)處理之前應(yīng)對該信號進(jìn)行放大系統(tǒng)所采用的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號應(yīng)在0~5V間因此經(jīng)過放大電路放大的信號進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器的電壓信號應(yīng)控制在0~5V之間，根據(jù)此原則可設(shè)計(jì)合適的放大倍數(shù)。信號調(diào)理電路主要由運(yùn)算放大器0P07等組成。為了使溫度檢測電路的輸出電壓能夠適合于A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓利用超低溫漂移高精度運(yùn)算放大器溫度電壓信號進(jìn)行放大到05V的范圍之內(nèi),便于進(jìn)行轉(zhuǎn)換,提高溫度采集電路的可靠性。本設(shè)計(jì)中，信號調(diào)理電路部分由集成運(yùn)OP07別構(gòu)成一個(gè)電壓跟隨器，電壓比較器和一個(gè)同相輸入放大器用于對輸出的小電壓信號進(jìn)行放大處理。信號調(diào)理電路如圖所示K

K

K

K

-

Ui

K

K

K

圖3.6溫度檢測電路在該放大電路中電壓跟隨器起阻抗匹配的作用饋電阻為零時(shí)放大倍數(shù)為1，電壓跟隨器的輸入電壓等于輸出電壓

1i1o電壓比較器用于對輸出電壓小信號電壓進(jìn)行調(diào)零上述電路圖中的電壓比較器部分由于R2=R4可得電壓比較器的輸出電壓

UUi

i

根據(jù)電壓跟隨器的輸出電壓

i2

調(diào)節(jié)電位計(jì)就改變電壓比較器的輸入電壓

i

。使得當(dāng)溫度為溫度測量第頁共39頁下限時(shí)電壓比較器的輸出電壓為零。起放大作用的是同相輸入放大器

OP07。其放大倍數(shù)：

RR

因此放大器的輸出電壓U*U03.4

i本設(shè)計(jì)的溫度標(biāo)定是在室溫環(huán)境條件下標(biāo)定的于溫度傳感器輸出與溫度變化有良好的線性。根據(jù)溫度調(diào)理電路，輸出電壓和溫度變化也具有一定的線性關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的電壓和溫度數(shù)據(jù)此我們可以采用一元線性回歸的方法求得溫度和電壓的線性方程。一元線性回歸是處理兩變量之間的關(guān)系，即兩個(gè)變量X和Y之間若存在一定的關(guān)系，則可通過試驗(yàn)，分析所得數(shù)據(jù)，找到兩者之間的關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。假如兩變量之間的關(guān)系是線性的則稱為一元線性回歸由于變量測量中存在隨機(jī)誤差一元線性方程回歸可用最小二乘法處理求得一元線性回歸方程最小二乘原理指出最可信賴值應(yīng)在使殘余誤差平方和最小的條件下求得

[。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果可得，在一定溫度下的電壓輸出值y，得到如下表所示。表3-3x℃22

30

40

50

60

70

80y

/V

0

0.42

1.06

1.68

2.26

2.86

3.45根據(jù)表所得的數(shù)據(jù)，我們可以知道電壓輸出范圍在之，適合轉(zhuǎn)換參考電壓的電壓范圍。為了了解輸出電壓y與溫度x之間的大致關(guān)系，把數(shù)據(jù)表示在坐標(biāo)圖上，如圖3-7所示這種圖叫散點(diǎn)圖。第頁共39頁yytV43.532.521.510.50

80,3.4670,2.8560,2.2650,1.6740,1.0630,0.42

溫度-電壓曲線圖20304050708090圖3-7溫度電壓散點(diǎn)圖從散點(diǎn)圖可以看出輸出電壓y溫度x大致成線性關(guān)系此我們假設(shè)x與y之間的內(nèi)在關(guān)系是一條直線有些點(diǎn)偏離了直線這是試驗(yàn)過程中其他隨機(jī)因素的影響而引起的。這樣就可以假設(shè)這組測量數(shù)據(jù)有如下結(jié)構(gòu)形式：ytt

t

,t，，…，式中的，，…，N

分別表示其他隨機(jī)因素對電壓測得值1，2，…，N的影響一般假設(shè)它們是一組相互獨(dú)立、并服從同一正態(tài)分布的隨機(jī)變量式(3-2)就是一元線性回歸的數(shù)學(xué)模型。此例中N＝7。我們用最小二乘法來估計(jì)式(中的參、。設(shè)b和分別是參和的最小二乘估計(jì)可得到一元線性回歸的回歸方程0

式中的b和是回歸方程的回歸系數(shù)每一個(gè)實(shí)際測得值y與這個(gè)回歸值0差就是殘余誤v：tvbx，t=1，2，，(3-4)tt0

t

之應(yīng)用最小二乘法求解回歸系數(shù)是在使殘余誤差平方和為最小的條件下求得回歸系數(shù)b和的值。用矩陣形式，令0第頁共39頁11y1xv..bY11y1xv..bY，x22.B，V.則式(的矩陣形式為VXB

(3-5)假定測得值t的精度相等，根據(jù)最小二乘原理，回歸系數(shù)的矩陣解為B(X

X)

X

Y

(3-6)代入數(shù)據(jù)后：0求解線性方程系數(shù)：

B

X)

X

因此線性方程為：3.5轉(zhuǎn)換

b=-1.34b=0.06yx（3-7）ADC0809一種8位逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部有一個(gè)8位“三態(tài)輸出鎖存器可以鎖存轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量故它本身既可看作一種輸入設(shè)備也可以認(rèn)為是并行口芯片ADC0809以和微機(jī)直接接口設(shè)計(jì)就是用和ADC0809直接相連的。ADC0809采用雙列直插式封裝，圖3.8為ADC0809腳圖，共有28引腳，主要引腳功能為：●IN0～I(xiàn)N7:為八路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。第頁共39頁C

●為地址鎖存允許輸入線高電平有效。

U?

●ADD-AADD-B和ADD-C:為地址輸入線，用于選擇IN0IN7上那一路模擬電壓送給比較器進(jìn)行A/D換。、ADDB和ADDC對～I(xiàn)N7的選擇如表所列：●START:為“啟動脈沖”輸入線,升沿清零降沿啟動ADC0809工作?！馝OC轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線該線上高電平表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束。

ref(+)

2-22-32-42-52-62-7lsb2-8ADD-ASTARTCLOCK

●為“輸出允許”線，高電平時(shí)能使2～2引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。

圖3.8ADC0809引圖表3-48位模開功表被選模擬電壓

ADDCADDBADDAA

IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

與ADC0809連接方法如圖3.9所示通過地址線寫控制信號用一個(gè)或非門聯(lián)合控制啟動轉(zhuǎn)換信號端START)和地址鎖存信號端(ALE)。地址線P2.7和讀控制信號線用一個(gè)或非門聯(lián)合控制輸出允許控制端。低三位地址線加到的ADDA、ADDB、ADDC端，所以選中的IN0通道的地址為7FF8H。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號通過一個(gè)反相器接到INT1。第頁共39頁________

A

B

D

12

D

CLK

11

CLK

INT1INT0X1X2WR

RXDTXD

DINCLK

LEAB

STARTENABLEALEADD-CADD-BADD-AADC08

ref(+)IN-7IN-6IN-5IN-4IN-3IN-2IN-1IN-0

圖3.9AT89C51與ADC0809連圖和連接通?？梢圆捎貌樵兒椭袛鄡煞N方式。本系統(tǒng)采用中斷方式傳送數(shù)據(jù)，線作為中斷請求輸入線。線響應(yīng)中斷后，應(yīng)在中斷服務(wù)程序中使OE線變?yōu)楦唠娖?，以提取A/D換后的數(shù)字量。

Title其OE和START的邏輯關(guān)系分別為：

BFile:

OEP2.7?＝START=?RD=P2.7RD對地址的確定：根據(jù)系統(tǒng)硬件連接圖可知所選定模擬電壓路數(shù)為IN0，其對應(yīng)的地址為，即P0.1、00;又時(shí)才能啟動工作和使AT89C51ADC0809接收A/D轉(zhuǎn)換電壓的數(shù)字量。故確定其中一個(gè)地址為:011111111111,其中__”表示固定量。ADC0809的IN0和變送器輸出端線連，故IN0上輸入的0V～＋5V范圍的模擬電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后可由AT89C51通程序從P0口輸入到它的內(nèi)部元。ADC0809需時(shí)鐘信號可以由AT89C51的ALE信號提供。的ALE號通常是每個(gè)機(jī)器周期出現(xiàn)兩次，故它的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6。本系統(tǒng)AT89C51主頻是12MHZALE信號頻率為2MHZ，使的ALE信號經(jīng)過4頻后接到ADC0809入端，就可獲得500KHZ的轉(zhuǎn)換脈沖，當(dāng)然上脈第頁共39頁沖會在MOVX指令的每個(gè)機(jī)器周期少出現(xiàn)一次，但通常情況下影響不大時(shí)序圖如圖所示。ALE地址穩(wěn)定模擬入啟

t

Eoc圖3.10ADC0809時(shí)圖從時(shí)序圖可以看出，在啟動ADC0809后，約在10us后才變?yōu)榈碗娖剑€經(jīng)過反相器和相連，這即是AT89C51采用中斷方式來和ADC0809傳送A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的。為了給線分配一個(gè)地址，把或門和相連。平時(shí)，使處于低電平封鎖狀態(tài)，在響應(yīng)中斷后，AT89C51行中斷服務(wù)程序中如下兩條指令就可以使OE為高電平從而打開三態(tài)輸出鎖存器CPU提取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。AT89C51執(zhí)如下程序可以啟動工作。,#7FF8HMOVXA,為高電平，數(shù)字量送A3.6LED單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器稱晶顯示器，簡稱LCD。前者價(jià)廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便；后者可進(jìn)行圖形顯示，但接口復(fù)雜，成本較高。結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在這里系統(tǒng)的顯示采用發(fā)光二極管作為顯示器件。單片機(jī)中使用段LED構(gòu)成字形“外，還與一個(gè)小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管用以顯示數(shù)字、符號及小數(shù)點(diǎn)。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，如圖3.11所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中，7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字形“”的各個(gè)筆劃（段）a-g,另第頁共39頁一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓是，該段筆劃即點(diǎn)亮；不加電壓則該段二極管不亮。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需要外加限流電阻[。圖3.11數(shù)管如果要顯示某個(gè)字形，則應(yīng)使此字形的相應(yīng)段點(diǎn)亮，也即送一個(gè)不同的電平組合代表的數(shù)據(jù)來控制的顯示字形，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。數(shù)據(jù)字位數(shù)LED段碼的關(guān)系如表3-4所示。表3-4碼各與出各的應(yīng)系輸出口各位數(shù)碼管各段

D7dp

D6g

D5f

D4e

D3d

D2c

D1b

D0a如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)0示對應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)1示對應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段暗數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段亮如要顯“共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B（即C0H陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：00111111B（次類推，可求得數(shù)碼管字型編碼如表3-5所示。表3-5數(shù)碼字編表共陽極

共陰極字型

f

字型碼

gfeda

字型碼

0000100101000000

C0H

1111001111010111

5BH續(xù)第頁共39頁[11][11]滅

1001001000101000000000001000001101100001011011101111

C6HA1H8EHFFH

0011011011100011111101111011111011001111110010000000

DHDH7CH5EH本設(shè)計(jì)顯示采用LED串行靜態(tài)顯示MCS-51列單片機(jī)的串行口RXD，為一個(gè)全雙工串行通信口，當(dāng)工作在方式0下可作同步移位寄存器用，其數(shù)據(jù)由RXD（端串行輸入或輸出；而同步移位時(shí)鐘由（P3.1）串行輸出，在同步時(shí)鐘的作用下，實(shí)現(xiàn)由串行到并行的數(shù)據(jù)通信。在不需要使用串行通信的場合，利用串行口加外圍芯片就可以構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)并行輸入/輸出口，用于顯示LED動。波特率（每秒傳輸?shù)奈粩?shù)）固定在即當(dāng)晶振為12MHZ時(shí)，波特率為1MBPS。在CPU將數(shù)據(jù)寫入SBUF寄存器后，立即啟動發(fā)送。待位數(shù)據(jù)輸完后，硬件將狀態(tài)寄存器的TI位置，TI必須由軟件清零。單片機(jī)與4片串入并出移位寄存器相連。其中，RXD作為164的數(shù)據(jù)輸入，TXD作為片164同步時(shí)鐘。程序運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)將個(gè)數(shù)碼管的段碼（個(gè)字節(jié)）連續(xù)發(fā)送出來，通過串行口送給4位字型碼送完后，保持高電平。此時(shí)每片164的并行輸出口將送出保存在內(nèi)部移位寄存器中的8的段碼給數(shù)碼管，令數(shù)碼管穩(wěn)定地顯示所需的字符。是8位串入并出移位寄存器。它的引腳如圖所示。A、串行輸入端QA~QH為串行輸出端CLK為串行時(shí)鐘輸入端為串行輸出清零端，VCC為+5V電源輸入端，GND為接地端。具體輸入輸出關(guān)系如表3-6所示。X代表任意狀態(tài)；、QB0代表在穩(wěn)態(tài)輸入條件建立之前QA的輸出狀態(tài)、QBn代表在最近的時(shí)鐘上升沿↑轉(zhuǎn)換之前的輸出狀態(tài)~QBn第頁共39頁fffffffffff代表在最近的時(shí)鐘上升沿↑轉(zhuǎn)換之后QA、QB~QH的輸出狀態(tài)。表3-674LS164輸入出系所輸入

輸出清除時(shí)鐘ABQAQB~QHLXXX

LLLHLXX

QA0

QB0

QH

0H

↑

HH

HQA

n

QG

nH

↑

LX

LQA

n

QG

nH

↑

XL

LQA

n

n

圖3.1274LS164引如圖串行顯示電路屬于靜態(tài)顯示比動態(tài)顯示亮度更大一些由于低電平輸出時(shí)，允許通過的電流8mA，故不必添加驅(qū)動電路，亮度也比較理想。與動態(tài)掃描相比較，無需CPU不停的掃描，頻繁地為顯示服務(wù)，節(jié)省了CPU時(shí)間，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單。由于本設(shè)計(jì)采用的是共陽極數(shù)碼管，所以相應(yīng)的亮段必須送相應(yīng)的暗段必須送1。原理圖如圖示：VCC

DPYf

10KDPY10KDPY10KDPY

10K

TXD

CLKMR

TXD

CLKMR

TXD

CLKMR

TXD

CLKMR

圖3.13LED串靜態(tài)顯示3.7鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預(yù)的主要手段。鍵盤分兩大類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤：由硬件邏輯電路完成必要的鍵識別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤自動提供被按鍵的讀數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時(shí)按鍵保護(hù)功能。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復(fù)雜，對于主機(jī)任務(wù)繁重之情況，采用可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成式鍵盤系統(tǒng)是很實(shí)用的方案。非編碼鍵盤：只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操

第頁共39頁

File:

如鍵的識別，決定按鍵的讀數(shù)等都靠軟件完成，故硬件較為簡單，但占用CPU較多時(shí)間。非編碼鍵盤有：獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用的是非編碼獨(dú)立連接式的鍵盤。在非編碼鍵盤系統(tǒng)中，鍵閉合和鍵釋放的信息的獲取，鍵抖動的消除，鍵值查找及一些保護(hù)措施的實(shí)施等任務(wù)，均由軟件來完成。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是的工作內(nèi)容之一。CPU忙于各項(xiàng)任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式?？紤]儀表系統(tǒng)中CPU任務(wù)的份量，來確定鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式選取的原則是：既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵的操作，又不過多的占用CPU的工作時(shí)間。鍵盤的工作方式有：查詢方式（編程掃描，定時(shí)掃描方式斷掃描方式。獨(dú)立式按鍵接口就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每根I/O口線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。優(yōu)點(diǎn)就是電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)就是每個(gè)按鍵需占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。因此，此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場合[8]。本設(shè)計(jì)中由于所用鍵盤不多所以采用獨(dú)立連接式的查詢式鍵盤就能夠滿足設(shè)計(jì)要求。鍵盤接口與鍵盤程序的根本任務(wù)就是要檢測有沒有鍵按下？按下的是那個(gè)位置的鍵？鍵值是多少？在本次設(shè)計(jì)中采用了軟件掃描的方法。通過對鍵盤接口P1.0和的查詢判斷是否有鍵按下。本次設(shè)計(jì)采用了軟件去抖動的方法。當(dāng)有鍵按下時(shí)，按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)均會產(chǎn)生抖動時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的果不妥善處理，將會使按鍵命令的錯誤執(zhí)行和重復(fù)執(zhí)行。采用軟件延時(shí)的方法來避開抖動階段，這一延時(shí)過程一般大于。3.8在本設(shè)計(jì)中，被測溫度信號經(jīng)采樣處理后，還需要通過單片機(jī)系統(tǒng)的口輸出用以控制保溫箱的溫度，通過這種方式達(dá)到控制的目的?？刂频姆绞街饕心M量控制和開關(guān)量控制。本系統(tǒng)采用的是開關(guān)量控制。所謂的開關(guān)量控制就是通過控制設(shè)備的“開”或“關(guān)”狀態(tài)的時(shí)間來達(dá)到控制的目的[6]。由于輸出設(shè)備往往需要大電壓來控制，而單片機(jī)系統(tǒng)輸出的為電平，這種電平不能直接驅(qū)動外部設(shè)備的開啟和關(guān)閉。另一方面，許多外部設(shè)備在開關(guān)過程中會產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號，如果不隔離會使系統(tǒng)進(jìn)行錯誤的處理。因此在開關(guān)量的輸出控制第頁共39頁過程中要考慮到兩個(gè)問題，一要隔離；二要放大。本設(shè)計(jì)采用繼電器作為控制電路的主要器件，繼電器具有一定的隔離作用，在繼電器前面加一個(gè)三極管用以放大輸出信號就可以驅(qū)動繼電器的閉合和斷開從而實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電的效果。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流控制較大電流的一種開關(guān)。故在電路中起自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中,繼電器經(jīng)常被用來控制執(zhí)行構(gòu)特別是應(yīng)用在一些耐潮、耐腐蝕、防爆的特殊裝置中。固態(tài)繼電器和系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)具有抗干擾性強(qiáng)編程簡單系統(tǒng)兼容性好等特點(diǎn),具有非常廣闊的應(yīng)用前景繼電器一般由通電線圈和觸電組成。當(dāng)線圈通電時(shí)，由于磁場作用，使開關(guān)觸電閉合。當(dāng)不通電時(shí)，則開關(guān)觸點(diǎn)斷開。一般線圈可用直流低電壓控制（+5V，，+12V繼電器的特性參數(shù)包括輸入和輸出參數(shù)，主要的參數(shù)為額定輸入電壓、額定輸出電流浪涌電流根據(jù)輸入電壓參數(shù)值大小可確定工作電壓大小如采用TTL或等邏輯電平控制時(shí)用有足夠帶載能力的低電平驅(qū)動并盡可能使0.8V。如在噪聲很強(qiáng)的環(huán)境下工作，不能選用通、斷電壓值相差小的產(chǎn)品，必需選用通、斷點(diǎn)壓值相差大的產(chǎn)品如選接通電壓為V或12V的品)這樣不會因噪聲干擾而造成控制失靈。本設(shè)計(jì)就是采用直流驅(qū)動電壓為+5V的繼電器。觸電輸出部分可以直接與市電連接。繼電器控制電路如圖所示：繼器控制電路第頁共39頁[11][11]4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本次單片機(jī)溫控系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。系統(tǒng)軟件的功能又可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件，它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測量、顯示等功能。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊本文將各執(zhí)行模塊一一列出各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)包括溫度采集子程序、顯示子程序、標(biāo)度轉(zhuǎn)換資程序、鍵盤子程序、控制子程序。程序流程圖如圖4.1所示。開始初始化溫度參數(shù)采樣當(dāng)前溫度當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度送顯示緩沖小于等-2繼電器斷開向下鍵設(shè)定溫度減14.1

設(shè)定溫度-當(dāng)前溫度維持狀態(tài)讀鍵盤鍵值？無鍵按下圖系流程圖第頁共39頁

大于等于2繼電器閉合向上鍵設(shè)定溫度加1程序初始化部分根據(jù)系統(tǒng)硬件原理圖及設(shè)計(jì)要求對單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)資源分配、參數(shù)的設(shè)置以及定義。系統(tǒng)內(nèi)部資源分配和參數(shù)設(shè)置如下：A/D端口地址（ADPORT

顯示緩沖起始地址30H段碼存儲起始地址（TEMP

40H設(shè)定溫值存儲地址（測量溫度存儲地址（CURTEMP51H溫度設(shè)定上限（HIGHLIMIT溫度設(shè)定下限（LOWLIMIT溫度測量上限（HIGHTEMP）溫度測量下限（LOETEMP）初始化程序代碼如下：

802510721ADPORTEQU7FF8H30HEQU225HIGHLIMIT80LOWTEMP21HIGHTEMPEQU107SETTEMPCURTEMP51HBIT0B0HCLK0B1HORG0000H4.2

；A/D口地址；顯示緩沖；段碼存儲；增溫；減溫；設(shè)定值下限；設(shè)定值上限；A/D0；A/D255；設(shè)定溫值；測量溫度；；主程序的編寫是為了實(shí)現(xiàn)程序在各個(gè)模塊間的跳轉(zhuǎn)。這樣使程序編寫思路更加明第頁共39頁WRWRWRWR了，簡化了程序的編寫難度，有利于程序的調(diào)試。本軟件系統(tǒng)包括A/D換模塊，標(biāo)度轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，控制模塊等。主程序代碼如下：START：#20MLOOP：CALLTESTKEYJNZCALLDISPLAYRESULTCALLDISPLAYLEDCALLREADTEMP

；初始恒溫值為℃；測試有無鍵入；更改設(shè)定值；數(shù)制轉(zhuǎn)換；顯示；讀入溫度CONTROL：；控制子程序KEYPRESSED：；鍵盤子程序END4.3轉(zhuǎn)換子程根據(jù)系統(tǒng)硬件連接圖可知，系統(tǒng)中將ADC0809作為一個(gè)外部擴(kuò)展并行I/O口，采用線選尋址。由和聯(lián)合控制啟動轉(zhuǎn)換信號端（ATART和ALE端低三位地址線架到ADC0809和，ADDB，端，所以選中ADC0809的IN0通道的地址為7FF8H。啟動DAC0809工作過程是先送通道號地址到，ADDB，ADDC，由ALE信號鎖存通道號地址，后ATART有效，啟A/D換，即執(zhí)行一道“MOVX@DPTR,A”指令產(chǎn)生信號，使，START有效，鎖存通道號并啟動A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換完畢后，端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。

開始初始啟動A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)輸出延時(shí)結(jié)束圖A/D轉(zhuǎn)換流程圖在中斷服務(wù)程序中MOVA”指令產(chǎn)生RD信號，使端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)門，8數(shù)據(jù)便讀入到。A/D換子程序流程圖如圖4.2所示。第頁共39頁A/D轉(zhuǎn)換子程序代碼如下：READAD:DPTR,#ADPORTCLRAMOVX@DPTR,AP3.3,$MOVXA,@DPTRRET4.4

；A/D；讀入結(jié)果系統(tǒng)溫度測量范圍的計(jì)算原理：根據(jù)溫度標(biāo)定結(jié)果選取兩個(gè)溫度狀態(tài)T1T2，模擬輸出電壓V2；根據(jù)的輸入范圍在到5，即可計(jì)算出溫度極限。計(jì)算公式如下：0時(shí)對應(yīng)的溫度TL：T1-（V1-0T2-T1）（5時(shí)對應(yīng)的溫度TH：T1-（V1-5/（V2-V1）根據(jù)所得結(jié)果采用在溫度為℃和60下所測量的電壓輸出和2.2V為計(jì)算溫度測量范圍的參數(shù)，根據(jù)上式可得：TL=50-(1.68-0)(50-40)/(2.26-1.68)=21TH=50-(1.68-5)(50-40)/(2.26-1.68)=107所以A/D轉(zhuǎn)化的極限范圍為21℃-107之間，而根據(jù)系統(tǒng)要求溫度的控制范圍為25-80℃之間，符合系統(tǒng)要求。程序中溫度的計(jì)算原理：首先用溫度范圍除以0到（即每個(gè)十六進(jìn)制數(shù)的溫度增長率然后乘以模擬轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，即得到升高的溫度，再和最低溫度相加，就可以得到實(shí)際的溫度值。其公式為：TL+AX（/256：顯示的最低溫度TH：顯示的最高溫度AX：擬電壓所轉(zhuǎn)換的數(shù)字量標(biāo)度轉(zhuǎn)換代碼如下：READTEMP:CALLREADADB,MULAB

；溫度值計(jì)算第頁共39頁A,BA,#LOWTEMPCURTEMP,ARET4.5

；顯示模塊包括數(shù)制轉(zhuǎn)換和LED串口靜態(tài)顯示兩部分。顯示內(nèi)容包括當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度兩個(gè)參數(shù)在數(shù)制轉(zhuǎn)換程序中將十六進(jìn)制數(shù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)數(shù)據(jù)各分為十位數(shù)和個(gè)位數(shù)。在編寫顯示程序時(shí)，先送高位再送低位。顯示模塊程序流程圖如圖4.3所示數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序代碼如下：DISPLAYRESULT:A,CURTEMPB,DIVABDPTR,#LEDMAPMOVCA,LEDBUF,AA,BMOVCA,LEDBUF+1,AA,SETTEMPB,DIVABLEDBUF+2,AA,BLEDBUF+3,ARET顯示子程序代碼如下：

；實(shí)際值；顯示碼首址；取顯示碼；存顯示緩沖；設(shè)定的恒溫值DISPLAYLED:

；顯示子程序；置存儲區(qū)首地址第頁共39頁DP10:

；置緩沖區(qū)首地址；制段碼字節(jié)數(shù)

開始地址指針設(shè)置DPTR,#LEDMAP；表頭地址

取段碼MOVCA,@A+DPTR

；查表指令I(lǐng)NCINCDJNZR2,DP10

段碼左移一位輸出一位段碼輸出一個(gè)移位脈沖

；段碼地址指針

NR1,#4DP12:R2,#8DP13:RLCADIN,CCLRDJNZINCDJNZR1,DP12RET4.6

；段碼字節(jié)數(shù)；輸出子程序；取段碼；段碼左移；輸出一位段碼；輸出移位脈沖

取段碼結(jié)束Y取段碼結(jié)束Y圖顯流程圖

N本設(shè)計(jì)采用作為出控制口設(shè)定溫度比當(dāng)前溫度高℃以上時(shí)P1.21，使其輸出高電平，用以驅(qū)動繼電器，使繼電器閉合，保溫箱開始加熱。當(dāng)設(shè)定溫度比當(dāng)前溫度低2以下時(shí)，P1.2置零，使繼電器斷開，保溫箱停止加熱?？刂瞥绦蛄鞒虉D如圖所示CONTROL：A,CURTEMP；實(shí)際溫度第頁共39頁

開始存當(dāng)前溫度CLRB,SETTEMP；設(shè)定的恒溫值DECBDECBA,B

；實(shí)際值-(恒溫值-2)JNC；判斷實(shí)際值是否比恒溫值低2℃

；是,始加熱INCINC

A,CURTEMPCB,SETTEMPBBB

圖控程序流程圖CLR

；判斷實(shí)際值是否比恒溫值高2；是,止加熱CALLAA:NOPNOPDJNZDJNZ

MLOOP；延時(shí)子程序1R4,#0FFHR5,#0FFHR5,AAR4,第頁共39頁RET4.7鍵盤是人與微機(jī)打交道的主要設(shè)備，從系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)角度來看，僅僅通過鍵盤掃描，讀取當(dāng)前時(shí)刻的鍵盤狀態(tài)是不夠的，還有不少問題需要解決，否則，在操作鍵盤時(shí)就容易引起誤操作和操作失控等現(xiàn)象。在非編碼鍵盤系統(tǒng)中，鍵閉合和鍵釋放的信息的獲取，鍵抖動的消除，鍵值查找及一些保護(hù)措施的實(shí)施等任務(wù)，均由軟件來完成。非編碼鍵盤的鍵輸入程序應(yīng)完成的基本任務(wù)：①監(jiān)測有無鍵按下；鍵的閉合與否，反映在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，所以通過電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認(rèn)按鍵按下與否。②判斷是哪個(gè)鍵按下。③完成鍵處理任務(wù)。按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)均會產(chǎn)生抖動，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會使按鍵命令的錯誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。在這里采用軟件延時(shí)的方法來避開抖動階段，這一延時(shí)程序一般大于5ms。在第一次檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)子程序后，再確認(rèn)電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)真正有鍵按下，進(jìn)行相應(yīng)處理工作，消除了抖動的影響。這種消除抖動影響的軟件措施是切實(shí)可行的。鍵盤子程序流程圖如圖4.5所示。鍵盤子程序程序代碼如下：；測試有無鍵入子程序TESTKEY:；讀鍵盤情況P1,#03HA,P1RETCALLGETKEYB,AXRLA,#DOWN；判斷是否減小鍵JNZKEY0A,SETTEMPXRLA,#LOWLIMIT；判斷是否低于下限值JZKEY1

開始初始化地址參數(shù)鍵入