單片機(jī)控制溫加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文題目單片機(jī)控制溫度加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師姓名年月日摘

要在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常要用到溫度的檢測(cè)及控制，溫度是生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)之一。在生產(chǎn)過(guò)程中，為了高效地進(jìn)行生產(chǎn)，必須對(duì)它的主要參數(shù)，如溫度、壓力、流量等進(jìn)行有效的控制。溫度控制在生產(chǎn)過(guò)程中占有相當(dāng)大的比例。溫度測(cè)量是溫度控制的基礎(chǔ)，技術(shù)已經(jīng)比較成熟。該設(shè)計(jì)介紹了一種利用單片機(jī)AT89C51組成的高精度溫度控制系統(tǒng)，從硬件和軟件兩方面介紹了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。著重介紹了硬件原理圖和程序框圖。闡述了系統(tǒng)的工作原理、設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。由DS18B20溫度傳感器芯片測(cè)量當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后通過(guò)AT89S51單片機(jī)對(duì)送來(lái)的溫度進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，并將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，由1602液晶顯示器將溫度顯示出來(lái)。它可以實(shí)時(shí)的顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制，當(dāng)溫度值超出上、下限時(shí)自動(dòng)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、控制精度高。同時(shí)系統(tǒng)具有擴(kuò)展性好，分辨率高，測(cè)量范圍寬，抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：51單片機(jī)傳感器DS18B20ABSTRACTThedetectionandcontroloftemperatureisoftenusedindailylifeandindustrialproductionprocess,temperatureisoneoftheimportantphysicalparametersoftheproductionprocessandscientificexperimentsgenerally.Duringtheproductionprocess,inordertocarryouttheproductionefficiently,wemustcontrolitsmainparameterswell,suchastemperature,pressureandsoon.Temperaturecontrolintheproductionprocessesalargeproportion.Temperaturemeasurementisthebasisoftemperature-controllingandamorematuretechnology.AprecisiontemperaturecontrolsystemusedAT89C51SCMandthehardwarecircuitandsoftwareofthissystemareintroduced.Schematicdiagramofthehardwareandproceduresisrelatedinemphasis.Workingprinciple,designandimplementationiselaborated.ThecurrenttemperatureismeasuredbyDS18b20temperaturesensorandtheresultsistransportedintoSCM.Then,thetemperatureiscalculatedandtheconversionresultsistransportedintotheliquidcrystaldisplaymodules1602onshow.Itcandisplaycurrenttemperaturewhichissetrandomlyandcontrolledflexibility,andthetemperaturecontrol.Whenthetemperatureisbeyondtheupperandlowerlimitsoftemperature,thealarmsystemstartsautomatically.Whatisrealizedinthissystemissimplestructure,reliableperformanceandhighprecisioncontrol.Thesystemisingoodscalability，high-resolution，widerange，anti-interferenceperformanceandsoon．KeyWords:51-seriesmicrocomputerSensorDS18B20目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章緒論 11.1課題的意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢(shì) 1溫度檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介 1溫度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展 31.3課題的研究方案 41.3.1課題的主要研究的內(nèi)容 41.3.2

用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其具體控制功能 4第二章方案論證 52.1題目分析 52.2總體方案選擇 5方案一熱敏電阻加A/D 5方案二數(shù)字傳感器 52.3硬件電路方案的選擇 6顯示器的選擇 6溫度傳感器的選擇 6單片機(jī)的選擇 7按鍵電路的設(shè)計(jì) 7固態(tài)繼電器的選擇 82.4軟件方案選擇 10第三章硬件電路設(shè)計(jì) 113.1硬件系統(tǒng)框圖 113.2AT89C51功能簡(jiǎn)述 113.2.1主要特性 11特性概述 123.2.3芯片擦除 123.2.489C51管腳說(shuō)明 133.3EPROM2764功能簡(jiǎn)述 153.4RAM6264功能簡(jiǎn)述 163.574LS373功能簡(jiǎn)述 173.6溫度傳感器DS18B20的工作原理 183.6.1DS18B20的概述 183.6.2DS18B20的主要特性 183.6.3DS18B20的工作過(guò)程 193.6.4DS18B20的測(cè)溫原理 20溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 223.7時(shí)鐘電路 223.8復(fù)位電路 233.9顯示電路 253.9.1移位寄存器芯片74LS164 253.9.2七段LED數(shù)碼管 263.10加熱主電路 273.11系統(tǒng)電源 283.12報(bào)警電路 28第四章PID控制算法 304.1控制算法PID的原理和特點(diǎn) 304.2控制算法PID的優(yōu)點(diǎn) 314.3控制算法PID的參數(shù)整定 33第五章軟件系統(tǒng)流程圖 345.1主程序流程 345.2DS18B20的度溫度子程序流程 355.3PID算法子程序 365.4鍵盤(pán)程序 37總結(jié) 38致謝 39參考文獻(xiàn) 40附錄1：程序清單 42附錄2：系統(tǒng)原理圖 55第一章緒論1.1課題的意義現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)，工程建設(shè)及日常生活中溫度控制都起著重要的作用，早期的溫度控制主要用于工廠時(shí)間生產(chǎn)中，能起到實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量之用。隨著人們生活質(zhì)量的提高，現(xiàn)代社會(huì)中的溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面也應(yīng)用于酒店，廠房以及家庭生活中，在有些應(yīng)用中，如高精度的生產(chǎn)廠房，對(duì)溫度的要求極其嚴(yán)格，溫度的變化極有可能對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品造成極大的影響。因此，這就需要一種能夠及時(shí)檢測(cè)溫度變化以及溫度變化的設(shè)備，提供溫度數(shù)據(jù)值，使人們對(duì)溫度的變化做及時(shí)的調(diào)整，多點(diǎn)溫度控制可根據(jù)人們不同的應(yīng)用環(huán)境自行設(shè)置該環(huán)境的溫度值，及時(shí)反映生產(chǎn)，生活中溫度變化使人們能及時(shí)看到溫度變化的第一手資料，提示人們溫度變化情況，協(xié)助人們能及時(shí)的調(diào)整，起到溫度報(bào)警作用，使溫度控制更好的服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)，生活。溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測(cè)量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)很重要而普遍的參數(shù)。溫度的測(cè)量及控制對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測(cè)量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來(lái)滿足生產(chǎn)生活中的需要。在單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測(cè)量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度測(cè)量是工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一。因此，單片機(jī)溫度測(cè)量則是對(duì)溫度進(jìn)行有效的測(cè)量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機(jī)械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負(fù)著重要的測(cè)量任務(wù)。采用MCS-51單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)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。在日常生活中，也可廣泛實(shí)用于地?zé)帷⒖照{(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測(cè)量及工業(yè)設(shè)備溫度測(cè)量場(chǎng)合。1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢(shì)溫度檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介一、隨著國(guó)內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測(cè)技術(shù)也有了不斷的進(jìn)步，目前的溫度檢測(cè)使用的方法種類繁多，應(yīng)用范圍也較廣泛，大致包括以下幾種方法[1]：1.利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計(jì)，利用此原理制成的溫度計(jì)大致分成三大類。（1）玻璃溫度計(jì)，它是利用玻璃感溫包內(nèi)的測(cè)溫物質(zhì)(水銀、酒精、甲苯、煤油等)受熱膨脹、遇冷收縮的原理進(jìn)行溫度測(cè)量的；（2）雙金屬溫度計(jì)，它是采用膨脹系數(shù)不同的兩種金屬牢固粘合在上一起制成的雙金屬片作為感溫元件，當(dāng)溫度變化時(shí)，一端固定的雙金屬片，由于兩種金屬膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生彎曲，自由端的位移通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針指示出相應(yīng)溫度；（3）壓力式溫度計(jì)，它是由感溫物質(zhì)(氮?dú)?、水銀、二甲苯、甲苯、甘油和低沸點(diǎn)液體如氯甲烷、氯乙烷等)隨溫度變化，壓力發(fā)生相應(yīng)變化，用彈簧管壓力表測(cè)出它的壓力值，經(jīng)換算得出被測(cè)物質(zhì)的溫度值。2.利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測(cè)元件利用此技術(shù)制成的溫度檢測(cè)元件主要是熱電偶。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn)。常用的熱電偶有以下幾種。（1）鎳鉻-鎳硅，型號(hào)為WRN，分度號(hào)為K，測(cè)溫范圍0-900℃，短期可測(cè)1200℃。（2）鎳鉻-康銅，型號(hào)為WRK，分度號(hào)為F，測(cè)溫范圍0-600℃，短期可測(cè)800℃。（3）鉑銠-鉑，型號(hào)為WRP，分度號(hào)為S，在1300℃以下的溫度可長(zhǎng)期使用，短期可測(cè)1600℃。（4）鉑銠30—鉑銬6，型號(hào)為WRR，分度號(hào)為B，測(cè)溫范圍300-1600℃，短期可測(cè)1800℃。3.利用熱阻效應(yīng)技術(shù)制成的溫度計(jì)用此技術(shù)制成的溫度計(jì)大致可分成以下幾種。（1）電阻測(cè)溫元件，它是利用感溫元件（導(dǎo)體）的電阻隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻的變化值用顯示儀表反映出來(lái)，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。目前常用的有鉑熱電阻(分度號(hào)為Pt100、Pt10兩種)和銅熱電阻(分度號(hào)有Cu50、Cu100兩種)。（2）導(dǎo)體測(cè)溫元件，它與熱電阻的溫阻特性剛好相反，即有很大負(fù)溫度系數(shù)，也就是說(shuō)溫度升高時(shí)，其阻值降低。（3）陶瓷熱敏元件，它的實(shí)質(zhì)是利用半導(dǎo)體電阻的正溫特性，用半導(dǎo)體陶瓷材料制作而成的熱敏元件，常稱為PCT或NCT熱敏元件。PCT熱敏元件分為突變型及緩變型二類。突變型PCT元件的溫阻特性是當(dāng)溫度達(dá)到頂點(diǎn)時(shí)，它的阻值突然變大，有限流功能，多數(shù)用于保護(hù)電器。緩變型PCT元件的溫阻特性基本上隨溫度升高阻值慢慢增大，起溫度補(bǔ)償作用。NCT元件特性與PCT元件的突變特性剛好相反，即隨溫度升高，它的阻值減小。二、近年來(lái)，在溫度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，多種新的檢測(cè)原理與技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。新一代溫度檢測(cè)元件正在不斷出現(xiàn)和完善化。1.晶體管溫度檢測(cè)元件半導(dǎo)體溫度檢測(cè)元件是具有代表性的溫度檢測(cè)元件。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，二級(jí)管和三極管的PN結(jié)電壓、電容對(duì)溫度靈敏度很高?；谏鲜鰷y(cè)溫原理已研制了各種溫度檢測(cè)元件。2.核磁共振溫度檢測(cè)器所謂核磁共振現(xiàn)象是指具有核自旋的物質(zhì)置于靜磁場(chǎng)中時(shí)，當(dāng)與靜磁場(chǎng)垂直方向加以電磁波，會(huì)發(fā)生對(duì)某頻率電磁的吸收現(xiàn)象。利用共振吸收頻率隨溫度上升而減少的原理研制成的溫度檢測(cè)器，稱為核磁共振溫度檢測(cè)器。這種檢測(cè)器精度極高，可以測(cè)量出千分之一開(kāi)爾文，而且輸出的頻率信號(hào)適于數(shù)字化運(yùn)算處理，故是一種性能十分良好的溫度檢測(cè)器。在常溫下，可作理想的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)之用。3.信息技術(shù)時(shí)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的溫度檢測(cè)儀表現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，它是信息技術(shù)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化后出現(xiàn)的新一代的自動(dòng)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。所有的現(xiàn)場(chǎng)儀表均接到現(xiàn)場(chǎng)總線上。在這樣的系統(tǒng)中，通常不應(yīng)使用各種不同輸出的溫度計(jì)，必須將輸出轉(zhuǎn)變成統(tǒng)一的電信號(hào)，這樣“溫度計(jì)”就變成了“溫度變送器”。在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的溫度變送器主要是熱電偶變送器和熱電阻變送器，也有輻射溫度變送器。溫度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展生產(chǎn)管理一體化、網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的大趨勢(shì)，要實(shí)現(xiàn)這些功能，必須借助于工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)及開(kāi)放的工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。利用先進(jìn)技術(shù)手段監(jiān)測(cè)各種復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境的被控參數(shù)（如溫度、流量及壓力等），使生產(chǎn)和管理一體化，可以有效地提高生產(chǎn)和管理的自動(dòng)化水平。溫度追蹤測(cè)量（也可以稱作是溫度分布測(cè)定技術(shù)）是一種利用微機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊傳輸和數(shù)據(jù)分析處理的一門(mén)新技術(shù)，是在生產(chǎn)過(guò)程中記錄和說(shuō)明熱加工產(chǎn)品與空氣溫度關(guān)系的技術(shù)，追蹤測(cè)量得到的數(shù)據(jù)被顯示為圖表或數(shù)字。這個(gè)過(guò)程最簡(jiǎn)單的形式就是它可以告訴生產(chǎn)者所生產(chǎn)的產(chǎn)品的溫度、保持這個(gè)溫度有多長(zhǎng)時(shí)間以及在什么時(shí)間達(dá)到了什么溫度。通過(guò)分析數(shù)據(jù)，生產(chǎn)人員可以保證產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量、解決產(chǎn)品存在問(wèn)題、優(yōu)化生產(chǎn)工藝路線及節(jié)約能耗。1.國(guó)內(nèi)外溫度檢測(cè)技術(shù)動(dòng)向(1)擴(kuò)展檢測(cè)范圍現(xiàn)在工業(yè)上通用的溫度檢測(cè)范圍為-200~3000℃，而今后要求能測(cè)量超高溫與超低溫。尤其是液化氣體的極低溫度檢測(cè)更為迫切，如10K以下的溫度檢測(cè)是當(dāng)前重點(diǎn)研究課題。(2)擴(kuò)大測(cè)溫對(duì)象溫度檢測(cè)技術(shù)將會(huì)由點(diǎn)測(cè)溫發(fā)展到線、面，甚至立體的測(cè)量。應(yīng)用范圍己經(jīng)從工業(yè)領(lǐng)域延伸到環(huán)境保護(hù)、家用電器、汽車(chē)工業(yè)及航天工業(yè)領(lǐng)域。(3)發(fā)展新型產(chǎn)品利用以前的檢測(cè)技術(shù)生產(chǎn)出適應(yīng)于不同場(chǎng)合、不同工況要求的新型產(chǎn)品，以滿足用戶需要。同時(shí)利用新的檢測(cè)技術(shù)制造出新的產(chǎn)品。2.國(guó)內(nèi)外溫度檢測(cè)發(fā)展趨勢(shì)根據(jù)上述要求，國(guó)內(nèi)外溫度儀表制造商將向以下幾方面發(fā)展：(1)繼續(xù)生產(chǎn)量大面廣的傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)元件，如:熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等。(2)加強(qiáng)新原理、新材料、新加工工藝的開(kāi)發(fā)。如近來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)的炭化硅薄膜熱敏電阻溫度檢測(cè)器，厚膜、薄膜鉑電阻溫度檢測(cè)器，硅單晶熱敏電阻溫度檢測(cè)器等。(3)向智能化、集成化、適用化方向發(fā)展。新產(chǎn)品不僅要具有檢測(cè)功能，又要具有判斷和指令等多功能，采用微機(jī)向智能化方向發(fā)展，向機(jī)電一體化方向發(fā)展。1.3課題的研究方案1.3.1課題的主要研究的內(nèi)容本次所要研究的課題是基于單片機(jī)控制的水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是介紹了對(duì)水箱溫度的顯示、控制及報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用DS18S20、AT89C51單片機(jī)及LED的硬件電路完成對(duì)水溫的實(shí)時(shí)檢測(cè)及顯示，利用DS18S20與單片機(jī)連接由軟件與硬件電路配合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱電阻絲的實(shí)時(shí)控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報(bào)警系統(tǒng)。而爐內(nèi)溫度控制部分，采用一套PID閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，由DS18S20檢測(cè)爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個(gè)值存入程序存取器內(nèi)部一個(gè)單元作為最后檢測(cè)信號(hào)，并在LED中顯示。控制器是用89C51單片機(jī)，用PID算法對(duì)檢測(cè)信號(hào)和設(shè)定值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸出控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)[2-1]，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)的溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，而且每片DS18S20都有唯一的產(chǎn)品號(hào)，可以一并存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè)DS18S20芯片。從DS18S20讀出或?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其讀寫(xiě)及其溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18S20供電，而且不需要額外電源。同時(shí)DS18S20能提供九位溫度讀數(shù)，它無(wú)需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測(cè)系統(tǒng)。而且利用本次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)試，溫度顯示，溫度門(mén)限設(shè)定，超過(guò)設(shè)定的門(mén)限值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置等功能。而且還要以單片機(jī)為主機(jī)，使溫度傳感器通過(guò)一根口線與單片機(jī)相連接，再加上溫度控制部分和人機(jī)對(duì)話部分來(lái)共同實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測(cè)與控制。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其具體控制功能1.用單片機(jī)AT89C51控制，能夠連續(xù)測(cè)量水的溫度值，用十進(jìn)制數(shù)碼管來(lái)顯示水的實(shí)際溫度。2.能夠設(shè)定水的溫度值，設(shè)定范圍是小于等于100度3.溫度控制精度：設(shè)定值±1度第二章方案論證2.1題目分析利用單片機(jī)結(jié)合溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫進(jìn)行控制，加熱范圍：T=10℃~100℃，控制精度：±1℃，加熱功率:P=5kw,擇相應(yīng)的控制算法。2.2總體方案選擇方案一熱敏電阻加A/D測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二數(shù)字傳感器在溫控系統(tǒng)中，直接采用數(shù)字傳感器DS18B20，由于它體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)現(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，系統(tǒng)里安放一個(gè)DS18B20懸掛于水箱中間.通過(guò)這這個(gè)回饋溫度與設(shè)定溫度相比較得到偏差，后輸出控制脈沖，該控制脈沖經(jīng)過(guò)觸發(fā)三極管，使之觸發(fā)，使固態(tài)繼電器導(dǎo)通，程序控制同步觸發(fā)脈沖的來(lái)臨時(shí)間，從而控制繼電器的通斷時(shí)間，以達(dá)到對(duì)電熱阻絲溫度的調(diào)節(jié)和功率的改變實(shí)現(xiàn)對(duì)水的恒溫和升溫控制。系統(tǒng)硬件電路由溫度檢測(cè)、單片機(jī)與鍵盤(pán)/顯示器、固態(tài)繼電器控制電路等部分組成如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)的控制方案框圖綜上所述的兩種方案，該設(shè)計(jì)選用方案二比較合適。2.3硬件電路方案的選擇顯示器的選擇LED顯示器與LCD顯示器相比，LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢(shì)已取消到該網(wǎng)頁(yè)的導(dǎo)航。利用LED技術(shù)，可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的顯示器[2-2]，而具體對(duì)比如下：1、LED與LCD的功耗比大約為1:10，LED更節(jié)能。2、LED擁有更高的刷新速率，在視頻方面有更好的性能表現(xiàn)。3、LED提供寬達(dá)160°的視角，可以顯示各種文字、數(shù)字、彩色圖像及動(dòng)畫(huà)信息，可以播放電視、錄像、VCD、DVD等彩色視頻信號(hào)。4、LED顯示屏的單個(gè)元素反應(yīng)速度是LCD液晶屏的1000倍，在強(qiáng)光下也可以照看不誤，并且適應(yīng)零下40度的低溫。綜上所以用LED作為顯示器溫度傳感器的選擇（1）數(shù)字溫度傳感器典型的數(shù)字溫度傳感器如DS18B20，該傳感器主要特性如下：1.數(shù)據(jù)線供電是寄生電源方式下的供電方式，電壓適應(yīng)的范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V；2.DS18B20在和微處理器的連接僅僅需一條總線即就可以實(shí)現(xiàn)DS18B20和微處理器雙向的通信，它的單線接口方式十分特殊；3.DS18B20可以支持多個(gè)點(diǎn)的組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可并聯(lián)的在唯一的總線上，能夠?qū)崿F(xiàn)組網(wǎng)的多點(diǎn)測(cè)溫；4.轉(zhuǎn)換的電路及全部傳感器元件就像一只三極管集成在的集成電路內(nèi)，DS18B20在使用的時(shí)候不需要任何的外圍元件；5.在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃，測(cè)溫范圍－55℃～+125℃；6.可分辨溫度依次為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，相對(duì)應(yīng)的可以編程的分辨率是9～12位，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；7.12位分辨率時(shí)最多在750毫秒內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，在9位分辨率時(shí)最多在93.75毫秒內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快8.負(fù)壓特性：接反電源的極性時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作（2）熱電阻溫度傳感器熱電阻的測(cè)量精度高,性能穩(wěn)定,使用方便,測(cè)量范圍寬,在高精度、低溫測(cè)量中占有重要的地位。熱電阻傳感器主要用于中低溫度(-200℃～+650℃或850℃)范圍的溫度測(cè)量。常用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。鉑電阻傳感器是利用金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化的物理特性而制成的溫度傳感器。以鉑電阻作為測(cè)溫元件進(jìn)行溫度測(cè)量的關(guān)鍵是要能準(zhǔn)確地測(cè)量出鉑電阻傳感器的電阻值。鉑電阻具有適用范圍廣、測(cè)量范圍大、穩(wěn)定性高、重復(fù)性好、價(jià)格低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，成為目前工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中溫度測(cè)量應(yīng)用最廣泛普遍的傳感元件之一，工業(yè)中應(yīng)用較多的熱電阻傳感器如Pt100。（3）兩種方案的選擇對(duì)比上述兩種方案，雖然Pt100的測(cè)量溫度范圍比較大，但是由于其測(cè)溫原理是電阻值隨著溫度的改變而改變，需要設(shè)計(jì)非常優(yōu)良的溫度采集電路，其中應(yīng)包括測(cè)溫部分，線性化部分，放大部分，A/D轉(zhuǎn)換部分，這就會(huì)使外圍的電路更加復(fù)雜。DS18B20是數(shù)字式溫度傳感器，只需一根總線就可以與單片機(jī)通信，是外圍的電路大大簡(jiǎn)化，測(cè)量的精度更準(zhǔn)確。因此本控制器的設(shè)計(jì)中，溫度傳感器擬選擇DS18B20作為溫度采集傳感器單片機(jī)的選擇本次設(shè)計(jì)采用的是AT89C51型號(hào)單片機(jī)，AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，而且在其片種還有4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫(xiě)程序存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫(xiě)入/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年[2-3]。它與MCS-51系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒(méi)有的功能。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積,增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長(zhǎng)度小于4k,四個(gè)I/O口全部提供給用戶?？捎?V電壓編程，而且寫(xiě)入時(shí)間僅10毫秒,僅為8751/87C51的擦除時(shí)間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫(xiě)相比,不易損壞器件,沒(méi)有兩種電源的要求，改寫(xiě)時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。AT89C51芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段,能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。另外,AT89C51還具有MCS-51系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)[3]。128×8位內(nèi)部RAM,32位雙向輸入輸出線,兩個(gè)十六位定時(shí)器/計(jì)時(shí)器,5個(gè)中斷源,兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí),一個(gè)全雙工異步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等。AT89C51有間歇、掉電兩種工作模式。間歇模式是由軟件來(lái)設(shè)置的,當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時(shí),CPU可根據(jù)工作情況適時(shí)地進(jìn)入睡眠狀態(tài),內(nèi)部RAM和所有特殊的寄存器值將保持不變。這種狀態(tài)可被任何一個(gè)中斷所終止或通過(guò)硬件復(fù)位。掉電模式是VCC電壓低于電源下限,當(dāng)振蕩器停止振動(dòng)時(shí),CPU停止執(zhí)行指令。該芯片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器值保持不變,一直到掉電模式被終止。只有VCC電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過(guò)硬件復(fù)位、掉電模式可被終止。按鍵電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)檢測(cè)按鍵的原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)的I/O口即可以作為輸出也可以作為輸入使用當(dāng)該檢測(cè)按鍵使用的是它的輸入功能，我們把按鍵的其中一端接地，另一段與單片機(jī)的I/O口相連，開(kāi)始時(shí)先給I/O口賦一個(gè)高電平，然后讓單片機(jī)一直不斷循環(huán)檢測(cè)該I/O口是已經(jīng)否變?yōu)榱说碗娖?，若是按鍵閉合，就相當(dāng)于此I/O口通過(guò)按鍵接地了，變成低電平，程序如果檢測(cè)到I/O口變?yōu)榱说碗娖骄驼f(shuō)明該按鍵已被按下，然后就執(zhí)行相應(yīng)的指令和程序1.矩陣式鍵盤(pán)接口矩陣式鍵盤(pán)（也稱行列式鍵盤(pán)）適用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交點(diǎn)上。一個(gè)3×3的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)有9個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。同理，一個(gè)4×4的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)16鍵的鍵盤(pán)，很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣式鍵盤(pán)與獨(dú)立式鍵盤(pán)相比，要節(jié)省很多的I/O口線。按鍵設(shè)置在行列線交點(diǎn)上，行列線分別接到按鍵開(kāi)關(guān)兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上。平時(shí)無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由于此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低電平，則行線電平為低電平，列線電平如果為高電平，則行線電平為高電平。這是識(shí)別矩陣鍵盤(pán)按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤(pán)中行列線為多鍵公用，各按鍵均影響該鍵所在行列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行列信號(hào)配合起來(lái)比做適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置，本系統(tǒng)只用到四個(gè)按鍵不予選擇。2.獨(dú)立式按鍵接口獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵需要占用一個(gè)輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤(pán)適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。由于本系統(tǒng)只用到了四個(gè)按鍵所以選擇這種按鍵方式即可。綜上所述本次設(shè)計(jì)鍵盤(pán)共有4個(gè)鍵，采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)，當(dāng)某個(gè)鍵按下的時(shí)候低電平有效，四個(gè)鍵分別為K1～K4。K1復(fù)位鍵，K2功能轉(zhuǎn)換鍵，K3加一鍵，K4減一鍵。固態(tài)繼電器的選擇本設(shè)計(jì)中采用的是固態(tài)繼電器（SSR）是一種無(wú)觸點(diǎn)通斷功率型電子開(kāi)關(guān)，又稱固態(tài)開(kāi)關(guān)。固態(tài)繼電器的主要特點(diǎn)有：①輸入功率?。河捎谄漭斎攵耸遣捎玫墓怆婑詈掀鳎潋?qū)動(dòng)電流僅需幾毫安便能可靠地控制，所以直接用TTL、HTL、CMOS等集成驅(qū)動(dòng)電路控制。②高可靠性：由于其結(jié)構(gòu)上無(wú)可動(dòng)觸部件，且采用全塑料密閉式封裝，所以SSR開(kāi)關(guān)時(shí)無(wú)抖動(dòng)和回跳現(xiàn)象，無(wú)機(jī)械噪聲，同時(shí)能耐潮、耐振、耐腐蝕；由于無(wú)觸點(diǎn)火花，可用在有易燃易爆介質(zhì)的場(chǎng)合。③低電磁噪聲：交流型SSR在采用了過(guò)零觸發(fā)技術(shù)后，電路具有零電壓開(kāi)啟、零電流關(guān)斷的特性，可使對(duì)外界和本系統(tǒng)的射頻干擾減低到最低程度。④能承受的浪涌電流大：其數(shù)值可為SSR額定值的6～10倍。⑤對(duì)電源電壓適應(yīng)能力強(qiáng)：交流型SSR的負(fù)載電源可以在30～220V范圍內(nèi)任選。⑥抗干擾能力強(qiáng)：由于輸入與輸出之間采用了光電隔離，割斷了兩者的電氣聯(lián)系，避免了輸出功率負(fù)載電路對(duì)輸入電路的影響。另外又在輸出端附加了干擾抑制網(wǎng)絡(luò)，有效地抑制了線路中dV/di和di/dt的影響。綜合以上的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用交流-過(guò)零-常開(kāi)式固態(tài)繼電器。過(guò)零觸發(fā)型AC—SSR為四端器件，其內(nèi)部電路如圖2-2所示。1、2為輸入端，3、4為輸出端。R0為限流電阻，光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開(kāi)，V1構(gòu)成反相器，R4、R5、V2和晶閘管V3組成過(guò)零檢測(cè)電路，UR為雙向整流橋，由V3和UR用以獲得使雙向晶閘管V4開(kāi)啟的雙向觸發(fā)脈沖，R3、R7為分流電阻，分別用來(lái)保護(hù)V3和V4，R8和C組成浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)，以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對(duì)開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生沖擊或干擾。圖2-2SSR內(nèi)部機(jī)構(gòu)圖要指出的是所謂“過(guò)零”并非真的必須是電源電壓波形的零處，而一般是指在10～25V或-(10～25)V區(qū)域內(nèi)進(jìn)行觸發(fā)，如圖2-3所示。圖中交流電壓分三個(gè)區(qū)域，Ⅰ區(qū)為-10V～+10V范圍，稱為死區(qū)，在此區(qū)域中加入輸入信號(hào)時(shí)不能使SSR導(dǎo)通。Ⅱ區(qū)為10～25V和-(10～25)V范圍，稱為響應(yīng)區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)只要加入輸入信號(hào)，SSR立即導(dǎo)通。Ⅲ區(qū)為幅值大于25V的范圍，稱為抑制區(qū)在此區(qū)域內(nèi)加入輸入信號(hào)，SSR的導(dǎo)通被抑制。、圖2-3過(guò)零固態(tài)繼電器的波形當(dāng)輸入端未加電壓信號(hào)時(shí)，光耦合器的光敏晶體管因未接收光而截止，V1飽和，V3和V4因無(wú)觸發(fā)電壓而截止，此時(shí)SSR關(guān)閉。當(dāng)加入輸入信號(hào)時(shí)，光耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏晶體管飽和，使V1截止。此時(shí)若V3兩端電壓在-(10～25)V或10～25V范圍內(nèi)時(shí)，只要適當(dāng)選擇分壓電阻R4和R5，就可使V2截止，這樣使V3觸發(fā)導(dǎo)通，從而使V4的控制極上得到從R6→UR→V3→UR→R7或反方向的觸發(fā)脈沖，而使V4導(dǎo)通，使負(fù)載接通交流電源。而若交流電壓波形在圖2-3中的Ⅲ區(qū)內(nèi)時(shí)，則因V2飽和而抑制V3和V4的導(dǎo)通，而使SSR被抑制，從而實(shí)現(xiàn)了過(guò)零觸發(fā)控制。由于10～25V幅值與電源電壓幅值相比可近似看作“零”。因此，一般就將過(guò)零電壓粗略地定義為0～±25V，即認(rèn)為在此區(qū)域內(nèi)，只要加入輸入信號(hào)，過(guò)零觸發(fā)型AC—SSR都能導(dǎo)通。本系統(tǒng)當(dāng)固態(tài)繼電器有控制信號(hào)輸入時(shí)，過(guò)零觸發(fā)型固態(tài)繼電器總是在交流電源電壓為零附近使雙向可控硅導(dǎo)通。在設(shè)定的周期范圍內(nèi)，將雙向可控硅接通幾個(gè)周波，然后斷開(kāi)幾個(gè)周波，通過(guò)改變雙向可控硅在設(shè)定周期內(nèi)通斷時(shí)間的比例改變加熱功率，實(shí)現(xiàn)水溫的自動(dòng)控制2.4軟件方案選擇當(dāng)今的閉環(huán)自動(dòng)控制技術(shù)都是基于反饋的概念以減少不確定性。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。測(cè)量關(guān)鍵的是被控變量的實(shí)際值，與期望值相比較，用這個(gè)偏差來(lái)糾正系統(tǒng)的響應(yīng)，執(zhí)行調(diào)節(jié)控制。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID（比例（proportion）、積分（integral）、導(dǎo)數(shù)（derivative）控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有近百年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。所以本次設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的PID控制，比較實(shí)際溫度和水溫得到的偏差，通過(guò)對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)固態(tài)繼電器，通過(guò)繼電器的通斷實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱系統(tǒng)的控制，從而調(diào)節(jié)水溫度。第三章硬件電路設(shè)計(jì)3.1硬件系統(tǒng)框圖根據(jù)溫度控制系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：圖3.1硬件系統(tǒng)框圖3.2AT89C51功能簡(jiǎn)述AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次[4-1]。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)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。3.2.1主要特性1）.與MCS-51兼容2）.4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器3）.壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)4）.數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年5）.三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定6）.128×8位內(nèi)部RAM7）.32可編程I/O線8）.兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器9）.5個(gè)中斷源10).可編程串行通道11).低功耗的閑置和掉電模12).片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路13).全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz特性概述AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash

閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位[5].3.2.3芯片擦除整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式[4-2]。在閑置模式下，CPU停止工作。但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，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片工作，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。3.2.489C51管腳說(shuō)明AT89C51管腳圖如3-2所示：圖3-2AT89C51管腳圖1）.VCC：供電電壓。2）.GND：接地。3).P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。4).P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。5).P2口：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(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。6).P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。7).P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。8).RST：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。9).ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。10)./PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。11)./EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。12).XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。13).XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出[6]。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.3EPROM2764功能簡(jiǎn)述常見(jiàn)的EPROM芯片有Intel2761（2K*8）、2732（4K*8）、2764（8K*8）、27128（16K*8）、27256、27512。2764是8K*8字節(jié)的紫外線镲除、電可編程只讀存儲(chǔ)器，單一+5V供電，工作電流為75mA，維持電流為35mA，讀出時(shí)間最大為250nS，28腳雙列直插式封裝。各引腳的含義為：A0-A12為13根地址線，可尋址8K字節(jié)；O0-O7為數(shù)據(jù)輸出線；CE為片選線；OE為數(shù)據(jù)輸出選通線；PGM為編程脈沖輸入端；Vpp是編程電源；Vcc是主電源。正常工作（只讀）時(shí)，Vpp=Vcc=+5V,～PGM=+5V。編程時(shí)，Vpp＝+25V（高壓），～PGM端加入寬度為50ms的負(fù)脈沖。EPROM電路：EPROM2764的外部引線如圖3-3所示。這是一塊8K×8bit的EPROM芯片，它的引線與SRAM芯片6264是兼容的。這給使用者帶來(lái)很大方便。因?yàn)樵谲浖{(diào)試過(guò)程中，程序經(jīng)常需要修改，此時(shí)可將程序先放在6264中，讀寫(xiě)修改都很方便。調(diào)試成功后，將程序固化在2764中，由于它與6264的引腳兼容，所以可以把2764直接插在原6264的插座上。這樣，程序就不會(huì)由于斷電而丟失。l下面介紹2764各引腳的含義:①A0一A12：13根地址輸入線。用于尋址片內(nèi)的8K個(gè)存儲(chǔ)單元。②D0～D7：8根雙向數(shù)據(jù)線，正常工作時(shí)為數(shù)據(jù)輸出線。編程時(shí)為數(shù)據(jù)輸入線。③OE：輸出允許信號(hào)。低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為0時(shí)，芯片中的數(shù)據(jù)可由D0～D7端輸出。④CE：選片信號(hào)。低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為0時(shí)表示選中此芯片。．⑤PGM:編程脈沖輸入端。對(duì)EPROM編程時(shí)，在該端加上編程脈沖。讀操作時(shí)該信號(hào)為1。⑥VPP：編程電壓輸入端。編程時(shí)應(yīng)在該端加上編程高電壓，不同的芯片對(duì)VPP的值要求的不一樣，可以是+12.5V，+15V，+21V，+25V等。說(shuō)明：EPROM的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可以擦除重寫(xiě)，而且允許擦除的次數(shù)超過(guò)上萬(wàn)次。一片新的或擦除干凈EPROM芯片，其每一個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容都是FFH。要對(duì)一個(gè)使用過(guò)的EPROM進(jìn)行編程，則首先應(yīng)將其放到專門(mén)的擦除器上進(jìn)行擦除操作。擦除器利用紫外線光照射EPROM的窗口，一般經(jīng)過(guò)15—20min即可擦除干凈。擦除完畢后可讀一下EPROM的每個(gè)單元，若其內(nèi)容均為FFH，就認(rèn)為擦除干凈了。圖3-3芯片2764引腳圖3.4RAM6264功能簡(jiǎn)述（1）Intel6264的特性及引腳信號(hào)如圖3-4所示：Intel6264的容量為8KB，是28引腳雙列直插式芯片，采用CMOS工藝制造。A12～A0（addressinputs）：地址線，可尋址8KB的存儲(chǔ)空間。D7～D0（databus）：數(shù)據(jù)線，雙向，三態(tài)。（outputenable）：讀出允許信號(hào)，輸入，低電平有效。（writeenable）：寫(xiě)允許信號(hào)，輸入，低電平有效。（chipenable）：片選信號(hào)1，輸入，在讀/寫(xiě)方式時(shí)為低電平。CE2（chipenable）：片選信號(hào)2，輸入，在讀/寫(xiě)方式時(shí)為高電平。VCC：+5V工作電壓。GND：信號(hào)地。（2）Intel6264的操作方式Intel6264的操作方式由,CE2的共同作用決定。①寫(xiě)入：當(dāng)和為低電平，且和CE2為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開(kāi)，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7～D0寫(xiě)入被選中的存儲(chǔ)單元。②讀出：當(dāng)和為低電平，且和CE2為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出緩沖器選通，被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線D7～D0上。③保持：當(dāng)為高電平，CE2為任意時(shí)，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。圖3-46264引腳圖3.574LS373功能簡(jiǎn)述74LS373是一款常用的地址鎖存器芯片，由八個(gè)并行的、帶三態(tài)緩沖輸出的D觸發(fā)器構(gòu)成，具體如圖3-5所示。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。(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));

(2).當(dāng)1腳是低電平時(shí),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).

（3）.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(mén)使能信號(hào)OE為低電平時(shí)，三態(tài)門(mén)導(dǎo)通，允許Q0~Q7輸出，OE為高電平時(shí)，輸出懸空。圖3-574L373引腳圖3.6溫度傳感器DS18B20的工作原理DS18B20的概述DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化，低功耗，高性能，抗干擾能力強(qiáng)，易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)處理器處理[7]。測(cè)量的溫度范圍是—55~125℃，測(cè)溫誤差0.5℃。可編程分辨率9~12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃。相較熱電偶傳感器而言可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。對(duì)熱電偶溫度傳感器來(lái)說(shuō)該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的過(guò)程為：靠光敏電阻檢測(cè)光照的大小，光的改變最終改變電阻的大小，給電阻外加一個(gè)電壓，就改變了電壓的大小，再用PCF8951AD轉(zhuǎn)換器件檢測(cè)電壓的變化并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再傳到單片機(jī)上作一定的處理后去控制相應(yīng)的數(shù)碼管顯示出當(dāng)時(shí)的溫度。而對(duì)DS18B20來(lái)說(shuō)過(guò)程則簡(jiǎn)單的多了，熱電偶電阻傳感器一直到單片機(jī)之前的部分都可以用一個(gè)DS18B20來(lái)代替了，真正的實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。單片機(jī)后面的部分則兩者是一樣的！DS18B20與熱電阻溫度傳感器相比價(jià)格上，來(lái)說(shuō)要貴出很多！所以在溫度的測(cè)量精度要求不是很高的話可以選擇熱電阻溫度傳感器，實(shí)驗(yàn)者應(yīng)則情而定。DS18B20的主要特性1).適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電2).獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊3).DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫4).DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)5）.溫范圍－55℃～+125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃6).可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫7).在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快8).測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力9).負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20的工作過(guò)程DS18B20控制方法（DS18B20有六條控制命令）[8]：溫度轉(zhuǎn)換44H啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器BEH讀暫存器9位二進(jìn)制數(shù)字寫(xiě)暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器的TH、TL字節(jié)復(fù)制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到E2RAM中重新調(diào)E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU1.初始化（1）先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。（2）延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很?chē)?yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)）（3）數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。（4）延時(shí)750微秒（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480到960微秒）。（5）數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。（6）延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60微妙時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來(lái)確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無(wú)限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。（7）若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時(shí)間算起）最少要480微秒。（8）將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。2.寫(xiě)操作（1）數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。（2）延時(shí)確定的時(shí)間為15微秒。（3）按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。（4）延時(shí)時(shí)間為45微秒。（5)將數(shù)據(jù)線拉到高電平。（6）重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。（7）最后將數(shù)據(jù)線拉高。3.讀操作（1）延時(shí)2微秒。（2）將數(shù)據(jù)線拉低“0”。（3）延時(shí)3微秒。（4）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。（5）延時(shí)5微秒。（6）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（7）延時(shí)60微秒DS18B20的測(cè)溫原理DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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，如圖3-6所示。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）[9]。圖3-6DS18B20的引腳圖DS18B20輸出的溫度數(shù)據(jù)是以攝氏度為單位進(jìn)行校準(zhǔn)的[10]；對(duì)于以華式為單位的應(yīng)用，必須查表或進(jìn)行轉(zhuǎn)換。溫度數(shù)據(jù)是以16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存儲(chǔ)在溫度寄存器中。信號(hào)位表示溫度為正或?yàn)樨?fù)；為正S=0而為負(fù)S=1。如果DS18B20設(shè)置為12位分辨率，則溫度寄存器中所有位都含有有效數(shù)據(jù)。對(duì)于11位分辨率，位0無(wú)定義。對(duì)于10位分辨率，位0和1無(wú)定義，對(duì)于9位分辨率，位2、1和0無(wú)定義。表3-1給出了數(shù)字輸出數(shù)據(jù)的例子以及相應(yīng)的對(duì)于12位分辨率的溫度讀取。表3-1溫度與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系溫度數(shù)字輸出(二進(jìn)制)數(shù)字輸出(十進(jìn)制)+125°C000001111101000007D0H+85°C00000101010100000550H+25.0625°C00000001100100010191H+10.125°C000000001010001000A2H0.5°C00000000000010000008H0°C00000000000000000000H-0.5°C1111111111111000FFF8H-10.125°C1111111101011110FF5EH-25.0625°C1111111001101111FE6FH-55°C1111110010010000FC90H

溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)主要基于AT89C51單片機(jī)和DS18B20數(shù)字溫度傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)（接口圖如3-7所示）。該系統(tǒng)利用AT89C51單片機(jī)采集爐溫，實(shí)現(xiàn)溫度顯示、報(bào)警等功能。它以AT89C51單片機(jī)為主控制芯片，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)，其測(cè)量最大加熱溫度為100℃，精度可以達(dá)到±1℃，采用LED液晶顯示模塊，它作為顯示器形象直觀的顯示測(cè)出的溫度值，或者采用數(shù)碼管顯示結(jié)果。簡(jiǎn)易溫度檢測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)DS18B20檢測(cè)溫度，然后通過(guò)溫度傳感器通信模塊，將檢測(cè)到的實(shí)際溫度（環(huán)境溫度）傳送到開(kāi)發(fā)板上，從而在數(shù)碼管上顯示檢測(cè)到的溫度。從中設(shè)置了報(bào)警設(shè)備，使檢測(cè)的溫度低于或高于一定值，報(bào)警設(shè)備就會(huì)起作用。圖3-7DS18B20與89C51的接口電路圖3.7時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路就是一個(gè)振蕩器，給單片機(jī)提供一個(gè)節(jié)拍，單片機(jī)執(zhí)行各種操作必須在這個(gè)節(jié)拍下才能進(jìn)行[11]。因此單片機(jī)沒(méi)有時(shí)鐘電路是不會(huì)正常工作的。時(shí)鐘電路本身是不會(huì)控制什么東西，而是你通過(guò)程序讓單片機(jī)根據(jù)時(shí)鐘來(lái)做相應(yīng)的工作。在51單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2,由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式。根據(jù)硬件的不同，單片機(jī)的時(shí)鐘連接方式可分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，如圖3-8所示。圖3-8時(shí)鐘電路選用了12MHz的晶振作為89C51的時(shí)鐘電路，電容C1=C2=30pF±10pF。3.8復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。圖3-9所示的RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。圖3-9RC復(fù)位電路89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位、上電復(fù)位1、手動(dòng)按鈕復(fù)位手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如圖3-10所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。圖3-10手動(dòng)復(fù)位2、上電復(fù)位AT89C51的上電復(fù)位電路如圖3-11所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1μF。上電復(fù)位的工作過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為10ms。在下圖的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器PC將得不到一個(gè)合適的初值，因此，CPU可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開(kāi)始執(zhí)行程序。圖3-11上電復(fù)位電路本文采用的是上電和手動(dòng)按鈕復(fù)位方式綜合電路圖如圖3-12所示：圖3-12復(fù)位電路在復(fù)位結(jié)束時(shí)，I/O引腳都復(fù)位為“1”，在振蕩器工作時(shí)，保持RST連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期為高電平就實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。單片機(jī)檢測(cè)到復(fù)位信號(hào)后在第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行一系列片內(nèi)復(fù)位操作，并且在RST變低前的每一個(gè)周期內(nèi)重復(fù)執(zhí)行。上面是89C51單片機(jī)的外圍復(fù)位電路，兩個(gè)電阻值R1R2均為10KΩ,電容C容量為22μF3.9顯示電路本部分電路主要使用七段數(shù)碼管和移位寄存器芯片74LS164.單片機(jī)通過(guò)I2CC總線將要顯示的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到移位寄存器芯片74LS164寄存，再由移位寄存器控制數(shù)碼管的顯示，從而實(shí)現(xiàn)移位寄存點(diǎn)亮數(shù)碼管顯示。由于單片機(jī)的時(shí)鐘頻率達(dá)到12M，移位寄存器的移位速度相當(dāng)快，所以我們根本看不到數(shù)據(jù)是一位一位傳輸?shù)摹娜祟愐曈X(jué)的角度看，就仿佛是全部數(shù)碼管同步顯示的一樣。移位寄存器芯片74LS164移位寄存器74LS164的引腳如圖3-13所示：圖3-13移位寄存器74LS164引腳圖74LS164為串行輸入、并行輸出移位寄存器，其引腳功能如下：A、B——串行輸入端；Q0～Q7——并行輸出端；MR——清除端，低電平有效；CLK——時(shí)鐘脈沖輸入端，上升沿有效。多片74LS164串聯(lián)，能實(shí)現(xiàn)多位LED靜態(tài)顯示。每擴(kuò)展一片164就可增加一位顯示。MR接+5V，不清除。在本系統(tǒng)中使用的移位寄存器74LS164時(shí)，是用芯片的貼片封裝。貼片封裝直接焊接在數(shù)碼管電路的背面，這樣既能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能又合理利用電路的空間，而且整個(gè)顯示電路小巧玲瓏，在總安裝時(shí)方便。采用移位寄存器控制數(shù)碼管顯示出本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，也是本系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。3.9.2七段LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的[12]。右圖是共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽(yáng)極連在一起即為共陽(yáng)式。以共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的陽(yáng)極接上正電源，該段即會(huì)發(fā)光。當(dāng)然，LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。假如我們將"b"和"c"段接上正電源，其它端接地或懸空，那么"b"和"c"段發(fā)光，此時(shí)，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“1”。而將"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正電源，其它引腳懸空，此時(shí)數(shù)碼管將顯示“2”分析即可。其它字符的顯示原理類同。在系統(tǒng)中利用鍵盤(pán)/顯示系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和分析通過(guò)鍵盤(pán)輸入的命令和數(shù)據(jù)，以及顯示溫度控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，及時(shí)顯示水的溫度。在本設(shè)計(jì)中采用，顯示部分選用共陽(yáng)極八段數(shù)碼管顯示溫度，八段中每個(gè)都是一個(gè)發(fā)光二極管LED，LED管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。最后鍵盤(pán)顯示電路圖如3-14所示：圖3-14鍵盤(pán)顯示電路圖3.10加熱主電路系統(tǒng)采用SSR-H380D75固態(tài)繼電器其應(yīng)用電路如圖3-15所示 三極管發(fā)射極圖3-15固態(tài)繼電器SSR-H380D75的接口電路圖中的R=150Ω，C=0.1F組成了阻容吸收支路，用以SSR的濾波和過(guò)壓保護(hù)其中R為加熱電阻其中SSR-H380D75的控制電壓范圍為90～280V。3.11系統(tǒng)電源控制系統(tǒng)中的89C51單片機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路、鍵盤(pán)顯示電路都需要有穩(wěn)定的直流電源供電才能正常工作[13]。系統(tǒng)中需要+5V電源，直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)包括整流器、濾波器、直流穩(wěn)壓器和高頻濾波器等幾部分。一般直流穩(wěn)壓電源用的整流器多位單項(xiàng)橋式整流，直流側(cè)常用電容濾波。圖3-16中C10為平滑濾波電容，常選用幾百～幾千μF的瓷片電容，用以減輕整流橋輸出電壓的脈動(dòng)。C6為高頻濾波電容，常選用0.01～0.1μF的瓷片電容，用于抑制浪涌的尖峰。作為直流穩(wěn)壓器件，現(xiàn)在常選用的就是三端穩(wěn)壓器78××和79××系列芯片，這類穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，負(fù)載穩(wěn)定度為15mV，具有過(guò)電流和輸出短路保護(hù)，可用于一般微機(jī)系統(tǒng)。三端穩(wěn)壓電源的輸出端常接個(gè)電容C7，C7主要起負(fù)載匹配作用，為抗高頻干擾電容，常選用0.01～0.5μF的瓷片電容。圖3-16簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電源3.12報(bào)警電路在微型機(jī)控制系統(tǒng)中，常規(guī)的報(bào)警可通過(guò)指示燈或數(shù)碼管顯示給予指示。隨時(shí)提供信息。供操作人員參考[14]。但對(duì)于一些緊急情況，則需以特殊的方式，提醒現(xiàn)場(chǎng)操作人員注意，或采取緊急措施。在控制系統(tǒng)中通?？刹捎寐?，光及語(yǔ)言進(jìn)行報(bào)警。為了控制加熱的溫度，系統(tǒng)進(jìn)行溫度采集并進(jìn)行標(biāo)度變換，當(dāng)溫度超過(guò)規(guī)定的溫度時(shí)，我們就要采用報(bào)警電路，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止工作，并采取一些必要手段進(jìn)而使溫度降下。系統(tǒng)中采用了一個(gè)紅色發(fā)光二極管及一個(gè)蜂鳴器直接連入單片機(jī)構(gòu)成了聲光報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值上限時(shí)，接P1.5口的紅色發(fā)光二極管導(dǎo)通，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度的下限時(shí)，接P1.5口的紅色發(fā)光二極管導(dǎo)通。無(wú)論是那種報(bào)警，蜂鳴器都發(fā)出聲音共同報(bào)警。其中蜂鳴音報(bào)警的發(fā)音器件常采用壓電式蜂鳴器。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。P1.5接晶體管基極輸入端。當(dāng)P1.5輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P15輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音，如圖3-17所示。圖3-17報(bào)警電路圖第四章PID控制算法控制算法是指為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的控制能力和控制規(guī)律由微型機(jī)所實(shí)現(xiàn)的控制計(jì)算方法[15]?？刂扑惴ㄍǔＪ蔷幊上鄳?yīng)的程序存儲(chǔ)起來(lái)，一旦微型機(jī)投入運(yùn)行就需要執(zhí)行這些程序?？刂扑惴ǔ绦蚴俏⑿蜋C(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的核心。在數(shù)字控制系統(tǒng)出現(xiàn)之前，大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)中的控制系統(tǒng)都是模擬控制系統(tǒng)，或稱連續(xù)控制系統(tǒng)，其控制規(guī)律大多采用PID控制方式，PID控制是按比例(P)、積分(I)、微分(D)進(jìn)行的控制，是多年來(lái)在工業(yè)中應(yīng)用廣泛的一種控制規(guī)律，它具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)和不需精確知道對(duì)象數(shù)學(xué)模型等優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)相當(dāng)多的工業(yè)對(duì)象的控制要求。在用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制時(shí)，不僅僅是簡(jiǎn)單地把PID控制規(guī)律數(shù)字化，而是與計(jì)算機(jī)的變成靈活性以及邏輯判斷功能結(jié)合起來(lái)，使PID控制得到改進(jìn)和完善，更加有效方便、靈活多樣。PID控制是單片機(jī)控制系統(tǒng)中一種最常用的控制算法。4.1控制算法PID的原理和特點(diǎn)在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)[15]。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的[1