單片機雞雛恒溫孵化器設(shè)計

遼寧工業(yè)大學(xué)單片機原理及接口技術(shù)課程設(shè)計（論文）題目：雞雛恒溫孵化器設(shè)計

課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：學(xué)號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計（論文）題目雞雛恒溫孵化器設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)該雞雛恒溫孵化器可實現(xiàn)雞雛孵化過程恒溫控制，溫度可通過鍵盤自行設(shè)定。并有溫度上下限報警功能，利用電熱絲加熱，溫度測量范圍0～50度。設(shè)計任務(wù)：1.CPU最小系統(tǒng)設(shè)計（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2.溫度傳感器選擇及接口電路設(shè)計3.驅(qū)動電路設(shè)計4.程序流程圖設(shè)計及程序清單編編寫技術(shù)參數(shù)：1．溫度測量范圍：0-50℃2．工作電源220V設(shè)計要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適的單片機、AD轉(zhuǎn)換器、輸出電路等；2、應(yīng)用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計說明書一份，其中程序開發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計說明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上。進度計劃第1天 查閱收集資料第2天 總體設(shè)計方案的確定第3-4天 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計溫度傳感器選擇及接口電路設(shè)計第6天 驅(qū)動電路設(shè)計第7天 程序流程圖設(shè)計第8天 軟件編寫與調(diào)試第9天設(shè)計說明書完成第10天 答辯指導(dǎo)教師評語及成績平時：論文質(zhì)量：答辯：總成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績：平時20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計算摘要溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域，如家電、汽車、材料、電力電子等，常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場合和所要求的性能指標(biāo)有所不同。開發(fā)出性能較好的溫度控制系統(tǒng)對于測控技術(shù)的發(fā)展具有很大的意義，隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的溫度控制器應(yīng)運而生。由于單片機功能強大，可大大加快系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試速度，并具有控制方便、簡單、靈活等特點，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。本設(shè)計所介紹的雞雛恒溫孵化器，硬件電路以AT89C51單片機為核心來實現(xiàn)溫度控制，具有實用性強、可靠性強等特點。采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡單，減少了溫度測量轉(zhuǎn)換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。其輸出溫度采用LED數(shù)碼管實現(xiàn)溫度數(shù)字顯示，保證了測量的靈敏度和準(zhǔn)確度。另外系統(tǒng)具有超限自動報警等功能，具有結(jié)構(gòu)新穎、電路簡單和控制方便等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：溫度控制；單片機；數(shù)字溫度傳感器；LED數(shù)碼管目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 11.1智能恒溫箱系統(tǒng)概況 11.2本文研究內(nèi)容 1第2章CPU最小系統(tǒng)設(shè)計 22.1智能恒溫系統(tǒng)總體設(shè)計方案 22.2CPU的選擇 22.3數(shù)據(jù)存儲器擴展 42.4復(fù)位電路設(shè)計 72.5時鐘電路設(shè)計 82.6CPU最小系統(tǒng)圖 8第3章系統(tǒng)硬件輸入輸出接口電路設(shè)計 103.1溫度傳感器的選擇 103.2報警與繼電控制電路設(shè)計 123.3鍵盤輸入接口電路設(shè)計 143.4顯示接口電路設(shè)計 17第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 184.1軟件實現(xiàn)功能綜述 184.2流程圖設(shè)計 194.2.1主程序流程圖設(shè)計 194.2.2模擬量檢測流程圖設(shè)計 204.2.3鍵盤管理程序流程圖設(shè)計 214.3程序清單 22第5章系統(tǒng)設(shè)計與仿真 315.1系統(tǒng)原理圖 315.2硬件仿真圖 32第6章課程設(shè)計總結(jié) 33參考文獻 34緒論智能恒溫箱系統(tǒng)概況智能恒溫箱主要是用來控制溫度，他為農(nóng)業(yè)研究、生物技術(shù)、測試提供所需的各種環(huán)境模擬條件，因此可廣泛適用于藥物、紡織、食品加工等無菌試驗、穩(wěn)定性檢查以及工業(yè)產(chǎn)品的原料性能、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品壽命等測試。智能恒溫箱的溫度是醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)和食品加工等領(lǐng)域的關(guān)鍵，因此對溫度的測量及控制始終占據(jù)著重要的地位。市場上常見的溫度傳感器以電壓輸出為主要形式，不同的的傳感器其非線性曲線也各不相同，缺乏一個產(chǎn)品應(yīng)具備的通用性和互換性。溫度傳感器應(yīng)用范圍很廣、使用數(shù)量很大，但是在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中由于溫度受其它因素影響較大，而且難以校準(zhǔn)，因此，溫度也是最難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。常規(guī)方法測量溫度誤差大、準(zhǔn)確度低、測量滯后的時間長。今年來，國內(nèi)傳感器正向著集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和單片機的方向發(fā)展，為開發(fā)新一代溫度測量系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。在智能恒溫箱控制系統(tǒng)的設(shè)計中，用數(shù)字傳感器將溫度信號以數(shù)字信號的方式傳送給單片機，經(jīng)單片機處理后的溫度數(shù)值，一方面送LED數(shù)碼管顯示；另一方面與給定值經(jīng)行比較，判斷溫度高低，從而采取相應(yīng)的措施：加熱或者制冷。使溫度達(dá)到設(shè)定值。隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機對被控制對象控制日益廣泛，具有體積小、功能強、性價比高等特點，把單片機應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)中可以起到更好的控溫作用，智能恒溫箱是使用單片機進行溫度控制的典型應(yīng)用，采用單片機做主控單元可完成對溫度的采集和控制等的要求。本文研究內(nèi)容本課題采用單片機為主控制器，通過數(shù)字傳感器測得箱內(nèi)溫度，再將溫度信號送入主控制器，來完成恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)的硬件。使用時可以通過鍵盤自行調(diào)節(jié)預(yù)期的恒溫溫度，調(diào)節(jié)范圍為0~50℃。調(diào)節(jié)好后系統(tǒng)會將采集來的實時溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度進行比較，如果實時溫度比設(shè)定溫度高就開啟制冷設(shè)備，如果實時溫度比預(yù)期溫度低就開啟加熱設(shè)備。LCD液晶顯示器即時顯示溫度。

CPU最小系統(tǒng)設(shè)計智能恒溫系統(tǒng)總體設(shè)計方案本設(shè)計目的為基于單片機的雞雛恒溫孵化器，系統(tǒng)中借用單片機采用模塊化設(shè)計的智能恒溫箱，包括溫度設(shè)定，溫度采集，溫度調(diào)節(jié)，實時溫度顯示和報警信號等模塊。溫度控制設(shè)定范圍為0~50°C，上、下限溫度在程序中設(shè)置，實現(xiàn)控制可以升溫也可以降溫，實時顯示當(dāng)前溫度值，以及蜂鳴器報警功能。實際設(shè)計中使用熱電偶溫度自動控制系統(tǒng)。（采用A/D轉(zhuǎn)換器）單片機控制，液晶顯示模塊LCD顯示。系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如圖2.1所示：溫度設(shè)定溫度設(shè)定電路溫度顯示報警電路89C51單片機繼電器控制A/D轉(zhuǎn)換電路加熱設(shè)備信號放大溫度傳感器制冷設(shè)備圖2.1溫度控制系統(tǒng)原理圖單片機是整個恒溫箱的核心，內(nèi)部電路設(shè)計用匯編語言編寫。它完成了溫度參數(shù)設(shè)定，溫度采集計算，溫度顯示，溫度比較，溫度調(diào)節(jié)等功能。所以采用AT89C51作為電路系統(tǒng)的控制核心。恒溫箱控制器的總體布局如圖2.1所示。通過鍵盤按鍵將設(shè)置好的溫度值傳給單片機，通過溫度顯示模塊顯示出來。初始溫度設(shè)置好后，單片機開啟輸出控制模塊，使電熱器開始加熱，同時將從數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量到的溫度值實時的顯示出來，當(dāng)加熱到設(shè)定溫度值上限時，單片機控制聲光報警模塊，發(fā)出聲光報警，加熱設(shè)備停止并開啟制冷設(shè)備，冷卻到上限值以下時制冷設(shè)備也停止。當(dāng)自然冷卻到設(shè)定溫度下限時，單片機再次啟動加熱器，如此循環(huán)反復(fù)，以達(dá)到恒溫控制的目的。CPU的選擇本設(shè)計使用單片機作為中心控制器。系統(tǒng)采用美國Intel公司生產(chǎn)的89C-51型單片機，由于其具有集成度高、處理功能強、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等優(yōu)點并具有4K字節(jié)的程序存儲器，使得它應(yīng)用起來更加方便。89C51單片機引腳功能：（1）XTAL1：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在89C51片內(nèi)，它是振蕩電路反向放大器的輸入端及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。當(dāng)采用外部振蕩器是次引腳輸入外部時鐘脈沖。（2）XTAL2：解外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在89C51片內(nèi)，它是振蕩電路反向放大器的輸出端。在采用外部振蕩器時此引腳應(yīng)懸浮。通過示波器查看XTAL2端是否有脈沖信號輸出，可以確認(rèn)89C51的振蕩電路是否正常工作。（3）RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期一上的高電平，就可以使單片機復(fù)位。（4）ALE/：地址鎖存允許信號。ALE鎖存P0口傳送的低8位地址信號，實現(xiàn)低8位地址與數(shù)據(jù)的分離。（5）：外部程序存儲器的讀選通信號。當(dāng)89C51由外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）時，每個機器周期內(nèi)兩次有效輸出。（6）/VPP：內(nèi)，外ROM選擇端。當(dāng)端接高電平時，CPU訪問并執(zhí)行內(nèi)部ROM的指令；但當(dāng)PC值超過4KB時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部ROM中的程序。接低電平時，CPU只訪問外部ROM中的指令。圖2.289C51單片機的引腳圖（7）P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，在訪問外部存儲器時，可分時用做低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線。無上拉電阻，能驅(qū)動8個LSTTL門電路。P1口：8位雙向I/O口，用做普通I/O口。有上拉電阻，能驅(qū)動4個LSTTL門電路。P2口：8位雙向I/O口，做高8位地址線。有上拉電阻，能驅(qū)動4個LSTTL門電路。P3口：8位雙向I/O口，具有第二功能。有上拉電阻，能驅(qū)動4個LSTTL門電路。數(shù)據(jù)存儲器擴展89C-51型單片機片內(nèi)有128B的RAM，在實際應(yīng)用中僅靠這256B的數(shù)據(jù)存儲器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這種情況下可利用MCS-51單片機所具有的擴展功能擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。MCS-51系列單片機最大可擴展64KB。6264是8K×8位靜態(tài)隨機存儲器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功率200mW，典型存取時間200ns，為28線雙列直插式封裝。圖2.36264引腳圖6264的特性及引腳信號：6264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：地址線，可尋址8KB的存儲空間。D7～D0：數(shù)據(jù)線，雙向，三態(tài)。：讀出允許信號，輸入，低電平有效。：寫允許信號，輸入，低電平有效。CE1：片選信號1，輸入，在讀/寫方式時為低電平。CE2：片選信號2，輸入，在讀/寫方式時為高電平。VCC：+5V工作電壓。GND：信號地。6264的操作方式：6264的操作方式由CE1、CE2的共同作用決定寫入：當(dāng)和為低電平，且和CE2為高電平時，數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7～D0寫入被選中的存儲單元。讀出：當(dāng)和為低電平，且和CE2為高電平時，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。保持：當(dāng)為高電平，CE2為任意時，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)。74LS373是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，其管腳示意圖如下圖所示：圖2.474LS373引腳圖其中D0～D7為8個輸入端；，Q0～Q7為8個輸入端；LE為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)LE為“1”時，鎖存器輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)：當(dāng)LE“0”時，數(shù)據(jù)打入端鎖存器；為輸出允許端：當(dāng)=0時，三態(tài)門打開；=1時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。89C51單片機與6264的接口，如下圖：圖2.589C51單片機擴展復(fù)位電路設(shè)計單片機的第9腳RST為硬件復(fù)位電路，只要在該端加上持續(xù)2個機器周期以上的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機的各個狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖2.6所示。圖2.6中由按鍵以及電容C1、電阻R1、R2構(gòu)成上電復(fù)位及手動電路。由于單片機是高電平復(fù)位，所以上電復(fù)位時，接通電源即可，當(dāng)上電后，由于電容C1開始緩緩充電，則圖中電路由5V電源到電容到電阻R1和地之間形成一個通路，由于在R1上產(chǎn)生電壓降，則單片機的RST腳上為高電平，經(jīng)過一段時間后電容的電充滿，此時C1處可視為斷路，單片機RST腳處電壓逐漸降為0V，即處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時單片機完成上電復(fù)位，程序從0000H開始執(zhí)行。手動復(fù)位時，按一下圖中的按鈕即可，當(dāng)按鍵按下的時候，單片機的9腳RST管腳處于高電平，此時單片機處于復(fù)位狀態(tài)。值得注意的是，在設(shè)計當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位電路和軟件復(fù)位兩種功能，由上面所述的硬件復(fù)位之后的各狀態(tài)可知，寄存器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計時時間的記憶功能，該功能實現(xiàn)的前提條件就是不能對單片機進行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟件復(fù)位功能。軟件復(fù)位實際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。圖2.6復(fù)位電路原理圖時鐘電路設(shè)計單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作，在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定周期的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元，決定單片的工作頻率，時鐘電路如圖2.7所示：圖2.7時鐘電路原理圖此電路大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要有石英晶體的頻率確定。單片機工作時，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期，其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，時鐘信號頻率常用fosc表示。CPU的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz～24MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。其值在20pF～100pF之間選取，本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為12MHz。則振蕩周期＝；機器周期；指令周期＝。CPU最小系統(tǒng)圖本設(shè)計中的89C51的最小系統(tǒng)包括89C51單片機，6264可編程I/O接口，晶振電路，按鍵復(fù)位電路.1.復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用10~30uF，容值越大需要的復(fù)位時間越短。2.晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的的晶振，晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大單片機處理速度越快。本設(shè)計采用110592MHz，圖中用約等于12MHz。3.起振電容 C2、C3一般采用15~33uF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好。本設(shè)計中C2、C3采用33uF。CPU最小系統(tǒng)圖如圖2.8所示：圖2.8CPU最小系統(tǒng)圖系統(tǒng)硬件輸入輸出接口電路設(shè)計溫度傳感器的選擇溫度傳感器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，本次設(shè)計選用的是美國溫度監(jiān)控的實現(xiàn)Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DSl8B20，它支持系統(tǒng)工作時先由使用者設(shè)定預(yù)期達(dá)到的兩位溫度值。DS18B20數(shù)字溫度計是1－Wire器件，即單總線器件。與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同，DS18B20可直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，以供單片機處理，具有連線簡單、微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、精度高等特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有電路簡單，在一根通信線上可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。目前已被眾多行業(yè)進行廣泛的運用（鍋爐、溫控表糧庫、冷庫、工業(yè)現(xiàn)場溫度監(jiān)控、儀器儀表溫度監(jiān)控、農(nóng)業(yè)大棚溫度監(jiān)控等）。DS18B20是智能溫度傳感器，它的輸入/輸出采用數(shù)字量，以單總線技術(shù)接收主機發(fā)送的命令，根據(jù)DS18B20內(nèi)部的協(xié)議進行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)送給主機。主機按照通信協(xié)議用一個I/O口模擬DS18B20的時序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）給DS18B20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進行相應(yīng)的數(shù)值處理，用圖形液晶模塊顯示各點的溫度。DS18B20的特性介紹：（1）獨特的單線接口方式，與單片機通信只需一個引腳，DS18B20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）在使用中不需要任何外圍元件。

（3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0～+5.5V。

（4）測溫范圍為-55～+125℃。在-10～+85℃范圍內(nèi)誤差為0.5℃。

（5）通過編程可實現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式。

（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。

（7）支持多點組網(wǎng)功能，通過識別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號從而實現(xiàn)單線多掛接，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的線上，簡化了分布式溫度檢測的應(yīng)用，實現(xiàn)多點測溫。

（8）負(fù)壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。（9）告警尋找命令可以識別和尋址那些溫度超出預(yù)設(shè)告警界限的器件。DS18B20的外形見圖3.1，其引腳功能描述見表1，實測溫度和數(shù)字輸出的對應(yīng)關(guān)系見表2。圖3.1DS18B20外形序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。表1DS18B20詳細(xì)引腳功能描述溫度數(shù)字輸出（二進制）數(shù)字輸出（十六進制）+125℃000001111101000007D0H+85℃00000101010100000550H+25.0625℃00000001100100010191H+10.125℃000000001010001000A2h+0.5℃00000000000010000008H0℃0000000000000000000H-0.5℃1111111111110000FFF8H-10.125℃1111111101011110FF5EH-25.0625℃1111111001101111FF6FH-55℃1111110010010000FC90H表2溫度值分辨率配置表器件從單線的通信線去得其電源，在信號線為高電平的時間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中，在單信號線為低電平的時間期內(nèi)斷開此電源，直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娫礊橹?。作為另一種可供選擇的方法，DS18B20也可用外部5V電源供電。DS18B20接線方式如圖3.2：圖3.2DS18B20測溫電路報警與繼電控制電路設(shè)計報警控制電路用于當(dāng)系統(tǒng)斷電等特殊情況下提醒用戶。在這里報警電路中未采用蜂鳴器，因為當(dāng)未達(dá)到設(shè)定溫度時，將會產(chǎn)生連續(xù)報警，影響工作環(huán)境。因此，這里采用紅綠燈進行指示孵化箱中的環(huán)境狀態(tài)。當(dāng)溫度偏差較大時，可以人工使系統(tǒng)脫離危險狀態(tài)，以維護生產(chǎn)的安全可靠。這里當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，綠燈亮，當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度上限時，紅燈亮。圖3.3報警指示電路繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。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。它實際上是用較小的電流.較低的電壓去控制較大電流.較高的電壓的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。單片機的Pl.2接DS18820的2號引腳．P1口送數(shù)P0口掃描，P2.4、P2.5控制加熱設(shè)備和制冷設(shè)備的繼電器。繼電器的工作原理：當(dāng)輸入量(如電壓、電流、溫度等)達(dá)到規(guī)定值時，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器?？煞譃殡姎饬?如電流、電壓、頻率、功率等)繼電器及非電量(如溫度、壓力、速度等)繼電器兩大類。具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。繼電器采用SRD-D6VDC-SL-C型，240AC通斷TA的電流。其直流線圈電阻95歐，三極管Q1采用KTC9012，輸出電流IC為150mA，放大系數(shù)β為60至1000范圍內(nèi)，若取β為200則Ic在5V下為50mA左右，則基極電流為0.25mA。只有P0口在高點位輸出時才能達(dá)到這樣大的電流值。因此把這兩個口分別用P0和P01代替。由于P0口屬于三態(tài)輸出輸入口，因此，必須接上拉電阻，其阻值大小可計算為： 取10千歐的電阻讓Q1在高電平時飽和導(dǎo)通，此時，基極電流為。二極管D1主要起保護作用，在Q1關(guān)斷時續(xù)流，以免電感線圈斷路時產(chǎn)生過壓損壞三極管。圖3.4繼電器控制電路由于DS18B20自帶了存儲器，能夠?qū)⒃O(shè)定的溫度報警值自動存入DS18B20的EEROM中，永久保存，因此每次開機時系統(tǒng)都會自動從DS18B20的EEROM讀出溫度報警值。兩個繼電器中，K1接的是降溫裝置，K2接的是加熱裝置，當(dāng)實際溫度大于TH的設(shè)定值時，指示燈亮起報警，表示超溫，此時繼電器K1吸合，接通降溫裝置進行降溫；當(dāng)實際溫度處于TL與TH的設(shè)定值之間時，繼電器常閉。鍵盤輸入接口電路設(shè)計8255可編程并行I/O接口設(shè)計MCS-51系列單片機共有4個8位并行I/O口，這些I/O口一般是不能完全提供給用戶使用的，在外部擴展存儲器時，提給用戶使用的I/O口只有P1和P3口的部分口線。因此在大部分的MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)中都免不了要進行I/O口的擴展。8255芯片引腳圖如圖3.5所示：圖3.58255芯片引腳圖鍵盤功能說明：1號鍵：上升。2號鍵：下降。3號鍵：下限溫度值確定。4號鍵：上限值確定。5號鍵：查詢上下限值。使用1號鍵和2號鍵，設(shè)定需要的溫度控制系統(tǒng)的上限值，然后按下4號鍵，將這個上限值確定，也就是將上限值保存到專用的寄存器里。在完成設(shè)定上限值的工作后，使用1號鍵和2號鍵設(shè)定需要的溫度控制系統(tǒng)的下限值，然后按下3號鍵，將這個下限值確定，也就是將這個下限值保存到專用的寄存器里，然后系統(tǒng)進去實時的溫度測量和控制工作中。鍵盤接口電路如圖3.6所示：圖3.6鍵盤接口電路單片機與8255的接口比較簡單，如圖3.7所示，8255的片選信號及口地址選擇線AO、A1分別由單片機的P0.7和P0.0、P0.1經(jīng)地址鎖存器提供。8255的A、B、C口及控制口地址分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255的D0～D7分別與P0.0到P0.7相連。圖3.7I/O口擴展電路顯示接口電路設(shè)計顯示功能與硬件關(guān)系極大，在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)掃描。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動態(tài)掃描的特點是顯示穩(wěn)定程度沒有靜態(tài)顯示好，程序編寫復(fù)雜，但是相對靜態(tài)顯示而言最大的優(yōu)點是占用端口資源少。由于本設(shè)計需要較多的端口用于其它的功能因此采用占用端口少的動態(tài)掃描顯示的辦法。LED數(shù)碼管按內(nèi)部連接方式又分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。若內(nèi)部8個發(fā)光二極管的陽極連在一起接電源正極，就成為共陽極數(shù)碼管；若8個發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，測稱為共陰極數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示碼是表述二進制數(shù)與數(shù)碼管所顯示字符的對應(yīng)關(guān)系的。本設(shè)計選用的顯示塊是共陰極的LED（共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極接地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮）。將單片機I/O口的8位線與顯示塊的發(fā)光二極管的引出端（a～dp）相連，共陰極低電平有效，選通有效后8位并行輸出口輸出不同的數(shù)據(jù)就點亮相應(yīng)的發(fā)光二極管，獲得不同的數(shù)字或字符。數(shù)碼管顯示電路如圖3.8所示：圖3.82位LED顯示電路系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件實現(xiàn)功能綜述一個應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到設(shè)計合理的軟件的支持，尤其是微機應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，這里采用51系列單片機進行程序設(shè)計并進行軟件編程。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量，計算，顯示，打印，輸出控制和通信等；另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，使在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。在軟件設(shè)計時，必須先弄清恒溫控制系統(tǒng)的操作過程和工作過程。加熱器開始時處于停止?fàn)顟B(tài)，首先設(shè)定溫度，顯示器顯示溫度，溫度設(shè)定后則可以啟動加熱。溫度檢測系統(tǒng)不斷檢測并顯示系統(tǒng)中的實時溫度，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值后停止加熱，當(dāng)溫度下降到下限(小于設(shè)定值3℃)時再自動啟動加熱，這樣不斷的循環(huán)，使溫度保持在設(shè)定范圍之內(nèi)。啟動加熱以后就不能再設(shè)定溫度，因為溫度的設(shè)定可以根據(jù)實驗要求改變。若要改變設(shè)定的溫度，可以先按復(fù)位／停止鍵再重復(fù)上述過程。根據(jù)以上對操作和工作過程的分析，程序應(yīng)分為兩個階段：一是通電或復(fù)位后到啟動加熱，程序主要是按鍵設(shè)定、顯示器顯示設(shè)定溫度；二是檢測并顯示系統(tǒng)的實時溫度，并根據(jù)檢測的結(jié)果控制電熱器，這時系統(tǒng)不接收鍵盤的輸入。因此，程序可以分為以下幾個功能模塊：溫度設(shè)定和啟動；顯示；溫度檢測；溫度控制以及報警。流程圖設(shè)計主程序流程圖設(shè)計主控程序系統(tǒng)上電后，AT89S52對內(nèi)部RAM及接口電路初始化，然后便一直在循環(huán)查詢鍵盤入口是否有鍵按下，若有則轉(zhuǎn)向各功能子程序，相應(yīng)的任務(wù)完成后，再返回主控程序。同時單片機系統(tǒng)還將完成鍵盤掃描、按鍵溫度設(shè)定、超溫報警等程序的處理，將處理的溫度信號與系統(tǒng)設(shè)定溫度值比較，形成可以控制加熱，散熱兩種工作狀態(tài)。該孵化箱溫度控制系統(tǒng)的工作流程是：開機實時顯示當(dāng)前環(huán)境溫度，并在數(shù)碼管上進行顯示，同時可根據(jù)需求進行溫度上下限控制。然后通過實時溫度與設(shè)定溫度進行比較，如果當(dāng)前溫度低于設(shè)定溫度的話，進行加熱，；如果當(dāng)前溫度高于設(shè)定溫度時，發(fā)出報警信號，風(fēng)扇啟動用以降溫。接下來通過DS18B20采集到實際溫度和設(shè)定的溫度進行比較，當(dāng)實際溫度小于設(shè)定的溫度的時候，進行加熱，直至溫度達(dá)到設(shè)定值。加熱裝置和降溫裝置都停止運行是否否是開始初始化DS18B20設(shè)定溫度上下限顯示當(dāng)前溫度高于溫度上限報警啟動降溫裝置加熱裝置和降溫裝置都停止運行是否否是開始初始化DS18B20設(shè)定溫度上下限顯示當(dāng)前溫度高于溫度上限報警啟動降溫裝置啟動加熱器低于溫度下限否是否圖4.1程序主流程圖模擬量檢測流程圖設(shè)計采樣程序初始化輸出通道號啟動A/D轉(zhuǎn)換讀A/D數(shù)據(jù)修改通道及通道號采樣程序初始化輸出通道號啟動A/D轉(zhuǎn)換讀A/D數(shù)據(jù)修改通道及通道號重裝定時器0常數(shù)啟動返回NY圖4.2溫度采樣程序流程鍵盤管理程序流程圖設(shè)計鍵盤設(shè)定：用于溫度設(shè)定。共三個按鍵。KEY1（P1.1）:狀態(tài)切換；溫度設(shè)置確認(rèn)；溫度重新設(shè)置。KEY2（P1.2）:設(shè)置溫度“+”。KEY3（P1.3）:設(shè)置溫度“-”。系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管全部顯示為零，根據(jù)按KEY1次數(shù)，決定顯示的狀態(tài)，根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)，利用KEY2、KEY3進行加減，當(dāng)溫度設(shè)定好之后，再按KEY1確定，系統(tǒng)開始測溫，開啟加熱器。鍵盤管理子程序流程如圖4.3所示：圖4.3鍵盤處理程序流程當(dāng)通電或復(fù)位以后，系統(tǒng)進入鍵盤管理狀態(tài)，單片機只接收設(shè)定溫度和啟動。當(dāng)檢測到有鍵閉合時先去除抖動，這里采用軟件延時的方法，延時一段時間后，再確定是否有鍵閉合，然后將設(shè)定好的值送入預(yù)置溫度數(shù)據(jù)區(qū)，并調(diào)用溫度合法檢測報警程序，當(dāng)設(shè)定溫度超過最大值如50℃時就會報警，最后當(dāng)啟動鍵閉合時啟動加熱。程序清單單片機程序如下：ORG0000HSJMPMAINORG0003HLJMPINTORG0025HMAIN：MOVSP，#60HMOV20H，#00HMOV21H，#08HMOV29H，#0FEHLCALLZIJIANLCALLREADTHTLLCALLTESTRANGELCALLDISPSETBINT0SETBEX0SETBEALOOP:LCALLDELAYLCALLGET_TEMPLCALLTURNLCALLDISPLAYCLRCMOVA，24HCJNEA，2EH，LOOP1SJMPHOTTINGLOOP1:JCHOTTINGMOVA，24HCLRCCJNEA，2DH，LOOP2SJMPSTOPHOTLOOP2:JNCSTOPHOTSJMPKEEPHOTTING:CLRP3.1CLRP1.5SETBP1.6KEEP:SJMPLOOPSTOPHOT:SETBP3.1SETBP1.5CLRP1.6SJMPLOOPZIJIAN:MOV30H，#08HMOV31H，#08HMOV32H，#13HMOV33H，#08HMOV34H，#13HCLRP1.4CLRP1.5CLRP1.6CLRP1.7MOVR3，#0FFHWAIT0:ACALLDISPLAYDJNZR3，WAIT0SETBP1.5SETBP1.6SETBP1.7RETTURNTH:MOV2DH，27HMOV2EH，28HMOV24H，27HACALLTURNMOV2AH，30HMOV2BH，31HMOV2CH，32HMOVA，2CHCLRCSUBBA，#0BHMOV2CH，AMOV33H，#00HMOV34H，#15HRETTESTRANGE:MOVA，2AHCJNEA，#01H，NOMAXMOV22H，#08HSJMPEXITTESTNOMAX:MOVA，2BHCJNEA，#00H，MIDDMOV22H，#02HSJMPEXITTESTMIDD:MOV22H，#04HEXITTEST:RETDISPLAY:MOVR0，#03HDIS:MOVDPTR，#TABMOVA，@R0MOVCA，@A+DPTRMOVDPTR，#7FFFHMOVX@DPTR，AINVR0MOVDPTR，#0BFFFHMOVA，29HMOVX@DPTR，AHERE:DJNZR4，HERESETBCRLCAMOV29H，AJBACC.5，DISMOV29H，#OFEHRETTAB:DB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH，00H，OBFHDB86H，0DBH，0CFH，0E6H，0EDH，0FDH，87H，0FFH，0EFH，79HGET_TEMP:CLREAACALLINIMOVA，#0CCHACALLWRITEMOVA，#44HACALLWRITEACALLINIMOVA，@0CCHACALLWRITEACALLREADMOV24H，ASETBEARETSETTHTL:CLREAACALLINIMOVA，#0CCHACALLWRITEMOVA，#4EHACALLWRITEMOVA，2DHACALLWRITEMOVA，2EHACALLWRITEACALLINIMOVA，#0CCHACALLWRITEMOVA，#48HACALLWRITEACALLREADTHTLMOVA，27HCJNEA，2KH，SETTHTLMOVA，28HCJNEA，2EH，SETTHTLSETBEARETREADTHTL:CLREAACALLINIMOVA，@0CCHACALLWRITEMOVA，#0B8HACALLWRITEACALLINIMOVA，#0CCHACALLWRITEMOCA，#0BEHACALLWRITEACALLREADACALLREADACALLREADMOV27H，AACALLREADMOV28H，ASETBEARETINI:CLRP3.0MOVR2，#10011:CLRP3.0DJNZR2，I1SETBP3.0MOVR2，#15I2:DJNZR2，I2CLRCORLC，P3.0JCINIMOVR6，#40HI3:ORLC，P3.OJCI4DJNZR6，I3SJMPINII4:MOVR2，#120I5:DJNZR2，I5RETTEAD:MOVR6，#8WR1:SETBP3.0MOVR4，#4RRCACLRP3.0WR2:DJNZR4，WR2MOVP3.0，CMOVR4，$40WR3:DJNZR4，WR3DJNZR3，WR1SETBP3.0RETREAD:MOVR6，#8RE1:CLRP3.0MOVR4，#2SETBP3.ORE2:DJNZR4，RE2MOVC，P3.0RRCAMOVR5，#15RE3:DJNZR5，RE3DJNZR6，RE1RE5:SETBP3.0RETTURN:CLRCMOVA，24HRRCAMOV25H，AJNCTURN0MOV33H，#05HAJMPTURN1TURN0:MOV33H，#00HTURN1:MOVA，25HACALLBTODRETBTOD:MOVB，#100DIVABMOVT0，#30HMOV@R0，HINCR0MOVA，#10XCHA，BDIVABMOV@R0，AINCR0MOVA，BADDA，#0BHMOV@R0，ARETDIS:LCALLDIRJNBP3.0，LCJNBP3.4，LC0JNBP3.2，LC1JNBP3.5，LC2AJMPDISLC:LCALLDELJBP3.0，DISMOVA，30HCJNEA，#0FFH，XIAMOVA，#5ADDA，