畢業(yè)設計（論文）基于單片機的可控加熱器設計

1、基于單片機的可控加熱器設計摘 要 溫度是工業(yè)中非常關鍵的一項物理量，在農業(yè)、工業(yè)、各種高新技術的開發(fā)和研究中也是一個非常普遍和常用的測量參數(shù)。目前，隨著信息技術的發(fā)展，傳感技術的廣泛應用，溫度測試技術已向自動化、智能化方向發(fā)展?；诖?，提出了溫度的數(shù)字化測量。 隨著人們生活水平的不斷提高，數(shù)字溫度計的要求也越來越高，為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好、更方便的設施就需要從新技術入手，一切向著數(shù)字化控制、智能化控制方向發(fā)展。本設計需要采用傳感器技術與電子技術相結合。設計的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，輸出溫度采用數(shù)字顯示，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確等重要特點。單片微型計算機是隨著超大規(guī)模

2、集成電路技術的發(fā)展而誕生的，由于它具有體積小、功能強、性價比高等特點，所以廣泛應用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機器人、工業(yè)控制等諸多領域，使產品小型化、智能化，既提高了產品的功能和質量，又降低了成本，簡化了設計關鍵詞：單片機；ds18b20；moc3061；pid控制 based on mcu controllable heater designabstractthe temperature is very key industrial a physical quantities, in agriculture, industry, all kinds of high and n

3、ew technology development and research is also a very common and common measuring parameters. now, along with the development of information technology, sensing technology application, temperature testing technology has to automation, intelligent direction. based on this, puts forward the digital me

4、asurement temperature.as people living standard rise ceaselessly, the digital thermometer and higher demand for modern job, scientific research, life and provide better and more convenient facilities will need all of new technology, digital control and intelligent control towards direction. this des

5、ign need to adopt the sensor technology and electronic technology combined. designed digital thermometer, compared with traditional thermometer uses digital output, according to temperature, temperature readings convenient with accurate temperature measuring range, such important characteristics.the

6、 single chip computer is with very large scale integrated circuit technology development and the birth of, because it has a small volume and powerful function, high performance-cost ratio, so widely used in electronic instrument, household appliances, energy-saving equipment, military equipment, rob

7、ots, industrial control and so on many domains, make the product miniaturization, intelligent, not only improves the function of products and quality and lower cost, simplified the design.key words: mcu；ds18b20；moc3061；pid control 目 錄引 言5第一章 緒 論61.1可控加熱器的背景與實際意義6第二章單片機及其外圍器件介紹72.1單片機72.1.1單片機的選型72.2

8、 溫度傳感器92.3 光電雙向可控硅122.4 pid算法14第三章 硬件電路的設計153.1單片機最小系統(tǒng)153.2顯示電路173.3溫度采集電路203.4按鍵電路213.5可控硅設計電路22第四章 軟件部分的設計234.1主函數(shù)軟件234.2定時器0中斷軟件254.3外部中斷0中斷軟件264.4外部中斷1中斷軟件264.5溫度值讀取軟件27結 論29致 謝30參考文獻31附 錄a 軟件程序32附 錄b 硬件電路39附 錄c 外文文獻及其翻譯40插入清單圖2- 1 at89s52單片機8圖2- 2 硬件電路系統(tǒng)的方框圖8圖2- 3 ds18b20引腳分布圖10圖2- 4 ds18b20與單片

9、機的連接11圖2- 5 moc3061的管腳排列12圖2- 6 proteus中moc3061的管腳排列13圖2- 7moc3061與可控硅的連接13圖3- 4 單片機最小系統(tǒng)17圖3- 5 lcd1602與單片機at89s52的連接18圖3- 6 led與單片機的連接19圖3- 7 溫度采集電路20圖3- 8 按鍵電路21圖3- 9 moc3061觸發(fā)雙向晶閘管電路22圖4- 1 主函數(shù)框圖23圖4- 2 定時器0中斷框圖25圖4- 3 外部中斷0中斷框圖26圖4- 4 外部中斷1中斷框圖26圖4- 5 ds18b20溫度讀取函數(shù)框圖27引 言電子技術和微型計算機的迅速發(fā)展，促進微型計算機測

10、量和控制技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，單片機（單片微型計算機）的應用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的各個部門和領域，它起到了越來越重要的作用。單片微型計算機就是將中央處理單元、存儲器、定時/計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。因此一塊芯片就構成了一臺計算機。它已成為工業(yè)控制領域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機。單片機由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是指構成微機系統(tǒng)的實體與裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設備、輸出接口電路和輸出設備等組成。其中運算器和控制器一般做在一個集成芯片上，統(tǒng)稱中央處理單元（central processing unit）

11、，簡稱cpu，是微機的核心部件。cpu配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲器、輸入/輸出（input/output，簡稱i/o）接口電路以及外部設備即構成單片機的硬件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)是微機系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱，人們通過它對微機進行控制并與微機系統(tǒng)進行信息交換，使微機按照人的意圖完成預定的任務。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構成完整的單片微型計算機系統(tǒng)，兩者相輔相成，缺一不可。第一章 緒 論1.1 可控加熱器的背景與實際意義溫度是工業(yè)中非常關鍵的一項物理量，在農業(yè)、工業(yè)、各種高新技術的開發(fā)和研究中也是一個非常普遍和常用的測量參數(shù)。目前，隨著信息技術的發(fā)展，傳感技術的廣泛應用，溫度測試技術已向自動化、智能化方向發(fā)

12、展?；诖耍岢隽藴囟鹊臄?shù)字化測量。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用mcs-51單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量和數(shù)量。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產中經(jīng)常會遇到的問題。由ds18b20檢測水容器內溫度，并在led中顯示?？刂破魇怯?9s52單片機，用pid算法對檢測信號和設定

13、值的差值進行調節(jié)后輸出控制信號給執(zhí)行機構，去調節(jié)雙向可控硅的加熱系統(tǒng)，從而控制水中的溫度。第二章 單片機及其外圍器件介紹2.1 單片機2.1.1 單片機的選型單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i/o口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、a/d轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。自單片機出現(xiàn)至今，單片機技術已走過30年的發(fā)展路程。從30年來單片機的發(fā)展歷程可以看出，單片機技術的發(fā)展以微處理器(mpu)技術及超大規(guī)模集成電路技

14、術的發(fā)展為先導，以廣泛的應用領域拉動，表現(xiàn)出較微處理器更具個性的發(fā)展趨勢。單片機長壽命，這里所說的長壽命，一方面指用單片機開發(fā)的產品可以穩(wěn)定的工作十年、二十年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。長期以來，單片機的發(fā)展是以8位機為主。隨著移動通訊、網(wǎng)絡技術、多媒體技術等高科技產品進入家庭，32位單片機也得到了長足發(fā)展。 單片機主要應用領域之一為工業(yè)測控 ，用于此領域的單片機多為8位機，而以mcs-51系列和at89s5系列用得最多，本設計是設計智能繞線機控制電路，因此選用8位單片機。市場上應用較多的8位單片機有at89c52和at89s52。at89s52是一種低功耗、高性能cmos 8位微控

15、制器，具有8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲器。使用atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80c51 產品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52在眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)中得到廣泛應用。at89s52與at89c52都內含8kb的flash程序存儲器，兩者相比具有以下特點： 1）、前者支持在系統(tǒng)編程，后者不支持； 2）、 前者具有兩個數(shù)據(jù)指針dptr0和dptr1，而后者只有一個數(shù)據(jù)指針dptr； 3）、前者含有一個看門狗定時器，具有斷電標志pof，而后者沒有，

16、需要外接一個看門狗電路。如圖2-1。圖2- 1 at89s52單片機采用基于單片機at 89s52 的溫度測控系統(tǒng), 傳感器為數(shù)字溫度傳感器ds18b20, 顯示部分為led 顯示器, 輸出控制通道采用光電耦合雙向晶閘管單相調功電路，如圖2-2。單片機驅動電路顯示電路復位電路驅動器執(zhí)行機構水溫箱溫度傳感器晶振電路圖2- 2 硬件電路系統(tǒng)的方框圖2.2 溫度傳感器（一）溫度計系統(tǒng)的發(fā)展 最早的溫度計是在1593年由意大利科學家伽利略(15641642)發(fā)明的。后來又相繼出現(xiàn)華氏溫度計、列式溫度計、攝氏溫度計，均用水銀和酒精等制作，現(xiàn)在英、美國家多用華氏溫度計，德國多用列氏溫度計，而世界科技界和工

17、農業(yè)生產中，以及我國、法國等大多數(shù)國家則多用攝氏溫度計。隨著科學技術的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術的需要，測溫技術也在不斷地改進和提高。由于測溫范圍變得越來越廣，根據(jù)不同的要求，又制造出不同需要的測溫儀器：氣體溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計、高溫溫度計等。而我需要研究的是數(shù)字溫度計，它是通過一定的電路和溫度傳感器進行測控，將溫度用數(shù)字準確的顯示出來。數(shù)據(jù)顯示比較直觀而且測量精度也比較高，范圍也比較大。（二）數(shù)字溫度計的設計現(xiàn)狀 數(shù)字溫度計的設計一般采用溫度傳感器與核心處理芯片相結合，將溫度信號轉換為電信號，經(jīng)過a/d轉換變成數(shù)字信號，用數(shù)字顯示。根據(jù)溫度傳感器的不同，數(shù)字溫度計可采用熱電偶、熱電阻、

18、熱敏電阻、pn結型溫度傳感器、集成溫度傳感器等。智能溫度傳感器 亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術 ate)的結晶。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、a/d轉換器、信號處理器、存儲器 或寄存器)和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器cpu)、隨機存取存儲器 ram)和只讀存儲器 rom)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控制器 mcu);并且它是在硬件的基礎上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。由dallas半導體公司生

19、產的ds18b20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器,可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等特點。1、ds18b20性能特點 ds18b20的性能特點：采用單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其它i/o口線與微機接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進制數(shù)，含符號位），測溫范圍為-55-+125，測量分辨率為0.0625,內含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器rom，適配各種單片機或系統(tǒng)機，用戶可分別設定各路溫度的上、下限，內含寄生電源。 2、ds18b20內部結構 ds18b

20、20內部結構主要由四部分組成：64位光刻rom,溫度傳感器,非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器th和tl,高速暫存器。ds18b20的管腳排列如圖2-3所示。 64位光刻rom是出廠前被光刻好的，它可以看作是該ds18b20的地址序列號。不同的器件地址序列號不同。圖2- 3 ds18b20引腳分布圖ds18b20高速暫存器共9個存儲單元，如表2-1所示： 序號 寄存器名稱 作 用 序號 寄存器名稱 作 用 0 溫度低字節(jié) 以16位補碼形式存放 4、5 保留字節(jié)1、2 1 溫度高字節(jié) 6 計數(shù)器余值 2 th/用戶字節(jié)1 存放溫度上限 7 計數(shù)器/ 3 hl/用戶字節(jié)2 存放溫度下限 8 crc 表2-1

21、ds18b20存儲單元 以12位轉化為例說明溫度高低字節(jié)存放形式及計算：12位轉化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18b20的兩個高低兩個8位的ram中，二進制中的前面5位是符號位。如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625才能得到實際溫度。 高8位 s s s s s 26 25 24 低8位 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 在硬件上，ds18b20與單片機的連接有兩種方法，一種是vcc接外部電源，gnd接地，i/o與單片機的i/o線相連；另一種是用寄生電源供電，此

22、時udd、gnd接地，i/o接單片機i/o。無論是內部寄生電源還是外部供電，i/o口線要接10k左右的上拉電阻，如圖2-4。圖2- 4 ds18b20與單片機的連接ds18b20有六條控制命令，如表2-2所示： 指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉換 44h 啟動ds18b20進行溫度轉換 讀暫存器 beh 讀暫存器9個字節(jié)內容 寫暫存器 4eh 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的th、tl字節(jié) 復制暫存器 48h 把暫存器的th、tl字節(jié)寫到e2ram中 重新調e2ram b8h 把e2ram中的th、tl字節(jié)寫到暫存器th、tl字節(jié) 讀電源供電方式 b4h 啟動ds18b20發(fā)送電源供電方式的信號給主

23、cpu 表2-2 ds18b20控制命令cpu對ds18b20的訪問流程是：先對ds18b20初始化，再進行rom操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。ds18b20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制ds18b20完成溫度轉換這一過程，根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對ds18b20進行復位，復位成功后發(fā)送一條rom指令，最后發(fā)送ram指令，這樣才能對ds18b20進行預定的操作。2.3 光電雙向可控硅耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器

24、件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發(fā)光二極管（led），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大提高計算機工作的可靠性。雙向可控硅是在普通可控硅的基礎上發(fā)展而成的，它不僅

25、能代替兩只反極性并聯(lián)的可控硅，而且僅需一個觸發(fā)電路，是比較理想的交流開關器件。其英文名稱triac即三端雙向交流開關之意。晶閘管的觸發(fā)方式有移相觸發(fā)和過零觸發(fā)兩種。常用的觸發(fā)電路與主回路之間由于有電的聯(lián)系，易受電網(wǎng)電壓的波動和電源波形畸變的影響，為解決同步問題，往往又使電路較為復雜。motorola公司生產的moc3021-3081器件可以很好解決這些問題。該器件用于觸發(fā)晶閘管，具有價格低廉、觸發(fā)電路簡單可靠的特點。下面以moc3061為例介紹其工作原理和應用。moc3061的內部結構及管腳排列見圖2.4，它采用雙列直插6腳封裝。主要性能參數(shù)：可靠觸發(fā)電流ift5-15ma；保持ih 100a

26、；超阻斷電壓600v；重復沖擊電流峰值1a；關斷狀態(tài)額定電壓上升率dv/dt 100v/s。 moc3061的管腳排列如下：1、2腳為輸入端；4、6為輸出端；3、5腳懸空，輸出級為具有過零檢測功能的光控雙向可控硅。當紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光時，光控雙向可控硅觸發(fā)導通。詳見圖2-5。圖2- 5 moc3061的管腳排列在proteus中moc3061的管腳排列如圖2-6圖2- 6 proteus中moc3061的管腳排列光耦合器的主要優(yōu)點是單向傳輸信號，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強，使用壽命長，傳輸效率高。moc3061和雙向可控硅組成交流通路，實現(xiàn)主回路的通斷。由單片機的pw

27、m波輸出端口控制moc3061的通斷時間，實現(xiàn)主回路的通斷控制。通過改變pwm波的占空比控制雙向可控硅的通斷時間，從而實現(xiàn)主回路電流的無極可調。在單片機pb1引腳輸出高電平時，過零通斷型光電耦合器moc3061初級得到約15ma的正向工作電流，使內部硅化鎵紅外線發(fā)射二極管發(fā)射紅外光，將過零檢測器中光敏雙向開關在市電過零時導通，接通主回路。在單片機p1引腳輸出低電平時，雙向開關關斷，主回路關閉。moc3061和可控硅的連接如圖2-7。圖2- 7moc3061與可控硅的連接2.4 pid算法在過程控制中，按偏差的比例（p）、積分（i）和微分（d）進行控制的pid控制器（亦稱pid調節(jié)器）是應用最為

28、廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象“一階滯后純滯后”與“二階滯后純滯后”的控制對象，pid控制器是一種最優(yōu)控制。pid調節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結構改變靈活（pi、pd、）。在工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱pid控制，又稱pid調節(jié)。pid控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，

29、控制理論的 其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用pid控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用pid控制技術。pid控制，實際中也有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、微分計算出控制量進行控制的。 比例（p）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（steady-state error）。 積分（i）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如

30、果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)（system with steady-state error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積 分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(pi)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn) 態(tài)誤差。 微分（d）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大

31、慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(pd)控制器能改善系統(tǒng)在 調節(jié)過程中的動態(tài)特性。第三章 硬件電路的設計3.1 單片機最小系統(tǒng)所謂單片機的最小系統(tǒng)，就是只有時

32、鐘電路復位電路。l 晶振電路單片機系統(tǒng)里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全稱叫晶體振蕩器，它結合單片機內部電路產生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度越快，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率上。常用的時鐘電路設計有兩種方式，一種是內部時鐘方式，另一種方式為外部時鐘方式，本設計采用內部時鐘方式。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路。at89s52單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振

33、蕩器。外接晶體諧振器以及電容c1和c2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12mhz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為2233pf。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。c1c2xtal1xtal2晶振at89s52圖3- 1 內部時鐘方式的電路gndat89c52內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳xtal1，輸出

34、端為引腳xtal2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調電容，就構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，圖3-1是at89s52內部時鐘方式的振蕩器電路。 本設計電路中的電容c1和c2的值選擇33pf，晶振的振蕩頻率為12mhz。l 復位電路復位是單片機的初始化操作，除進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，可以按復位鍵以重新啟動，也可以通過監(jiān)視定時器來強迫復位。只需給單片機的復位引腳rst加上大于2個機器周期的高電平就可使單片機復位，復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。vccr110krste122ufc0.1ufsmgnd圖3- 2

35、rc復位電路vccr110krste122ufc0.1ufsmgndd14148圖3- 3 增加放電回路的rc復位電路復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。圖3-2 所示的rc復位電路可以實現(xiàn)上述基本功能，但解決不了電源毛刺（a點）和電源緩慢下降（電池電壓不足）等問題而且調整rc常數(shù)改變延時會令驅動能力變差。圖3-2 所示的rc復位電路為低電平有效，sm 為手動復位開關，電容c可避免高頻諧波對電路的干擾。 由于rc復位電路存在上述缺陷，可在復位

36、電路增加二極管，在電源電壓瞬間下降時使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復位。圖3-3為增加放電回路的rc 復位電路，不但可以解決電源毛刺造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且電源緩慢下降也能可靠復位。圖3-3中各器件的作用如下：電阻r1、電解電容e1：組成rc積分電路，決定復位時間的大小。電阻r2、電容c1：組成rc吸收回路，增加抗干擾能力。二極管d1：放電二極管，保證電源掉電后，mcu能夠快速復位。由上述比較可知，增加了放電回路的rc復位電路有明顯的優(yōu)勢，故本次設計采用增加放電回路的rc復位電路。最小系統(tǒng)電路圖如圖3-4：圖3- 4 單片機最小系統(tǒng)3.2 顯示電路顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系

37、統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及生產工藝，單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管led顯示器、液晶lcd顯示器、crt顯示器等。led顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一。led顯示器的顯示控制方式按驅動方式可分成靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種。對于多位led顯示器，通常都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，其硬件連接方式如系統(tǒng)原理圖。在動態(tài)方式中，逐個地循環(huán)地點亮各位顯示器。這樣雖然在任一時刻只有一位顯示器被點亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應，看起來與全部顯示器持續(xù)點亮效果完全一樣。l lcd與單片機的連接如圖3-5所示，為lcd1602與單片機at89s52的連接，p0口對應其數(shù)據(jù)端口，lcd顯

38、示效果叫l(wèi)ed好。 1602采用標準的16腳接口，其中： 第1腳：vss為電源地 第2腳：vdd接5v電源正極 第3腳：v0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調整對比度）。 第4腳：rs為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。 第5腳：rw為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。 第6腳：e(或en)端為使能(enable)端。 第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。圖3- 5 lcd1

39、602與單片機at89s52的連接l led與單片機的連接 如圖3-6所示，為led與單片機at89s52的連接，p0口對應其數(shù)據(jù)端口，并用鎖存器74hc573，利用74ls138譯碼器對p2端口進行位選，從而對對數(shù)碼管動態(tài)的掃描，動態(tài)led顯示效果如圖3-6，led較lcd1602便宜許多，且較容易控制，故本設計采用數(shù)碼管顯示的電路。 圖3- 6 led與單片機的連接 3.3 溫度采集電路 ds18b20是單線溫度傳感器，廣泛用于多點溫度檢測，因為它是數(shù)字信號，所以可以避免長距離誤差，其中一種封裝形如同普通三極管，2個電源信號，一個信號接口，硬件連接只需要一個10k電阻，主要是程序部分，用于

40、是單線采集，精度較高是采集時間比較長，接近1s，所以重復采集的頻率不能太高，不然會造成數(shù)據(jù)紊亂。 ds18b20與單片機的連接如圖所示3-7，需要在單總線的端口dq處接上上拉電阻，一般為10k,由于是單總線，硬件上簡單，軟件上就麻煩一些，對其時序要求比較的高，要嚴格滿足其是需要求才可以得到正確的采集溫度值。使用p1.3與dq端口連接，p1口的其他口也是可以用的，只不過在軟件中修改一個全局變量。由于at89s52硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對ds18b20芯片的訪問。ds18b20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾

41、種信號的時序：初始化時序，讀時序，寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從器件。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。圖3- 7 溫度采集電路3.4 按鍵電路圖3- 8 按鍵電路 按鍵k1與k2是用于調整可控硅的占空比，控制邏輯如下：a) k1按下時，會在數(shù)碼管上顯示其占空比，再按下k2鍵用于調節(jié)占空比，范圍在00-90之間，每按一下，調動的幅值為10。b) 設置號占空比后，在按k1鍵返回顯示當前的溫度值。c) 在k1未按下時，按k2鍵無效。3.5 可控硅設計電路m

42、oc3061觸發(fā)雙向晶閘管電路如圖3-9所示。圖中r4為限流電阻，使輸入的led電流分別為：15ma(moc3061)10ma(moc3062)5ma(moc3063)r1可按右式計算：r1 = （vcc vf）/ ift式中：vf：為紅外發(fā)光二極管的正向電壓，可取1.21.4v； ift：為紅外發(fā)光管觸發(fā)電流。r5：是雙向可控硅的門極電阻，當可控硅靈敏度較高時，門極電阻也很高，并上r2可提高抗干擾能力。r6：是觸發(fā)功率雙向可控硅的限流電阻，其值由交流電網(wǎng)電壓峰值及觸發(fā)器輸出端允許重復沖擊電流峰值決定，可按右式選?。簉2 = vp / itsm。式中：vp為交流電路中的峰值電壓，itsm為峰值

43、重復浪涌電流（一般可取1a）。另外39電阻和0.01uf電容組成浪涌吸收電路，防止浪涌電壓損壞雙向可控硅。 圖3- 9 moc3061觸發(fā)雙向晶閘管電路第四章 軟件部分的設計4.1 主函數(shù)軟件開始定時器0及外部中斷0,1初始化開總中斷ea=1變量初始化溫度值處理標志位flag_get=1讀溫度值并判斷正負整數(shù)及小數(shù)處理標志位flag_get=0圖4- 1 主函數(shù)框圖 主函數(shù)為main函數(shù)，在此函數(shù)中，開始時完成定時器0，外部中斷0，外部中斷1的初始化，然后開總中斷，再就是一些在定時器中斷中用到的全局變量的初始化，完成這些操作，定時器開始工作，外部中斷也開始工作，等待中斷的發(fā)生。而flag_ge

44、t是讀取溫度的標志位，此標志位在定時器中斷發(fā)生100次的時候置1，即每0.4s讀取溫度一次。然后是判斷溫度的正負，再將溫度值分解，最后flag_get=0，等待下次溫度的讀取。而顯示是通過定時器來完成的，利用動態(tài)掃描。 以下為主函數(shù)：void main(void)unsigned char temph,templ; /溫度變量，高位與低位ex0_init(); /外部中斷0初始化ex1_init(); /外部中斷1初始化timer0_init(); /定時器0初始化ea = 1; /開啟總中斷sel = 0; /0:顯示溫度值；1：顯示占空比count = 0; /count初始化p10 =

45、1; /1:光耦不導通；0:光耦導通 p2=0x00; /位選第一個數(shù)碼管while(1)str5=0x39; /顯示c符號str1=tabtemph/100; /十位溫度str2=tab(temph%100)/10; /十位溫度str3=tab(temph%100)%10|0x80; /個位溫度,帶小數(shù)點str4=tabtempl; /小數(shù)位if(flag_get=1) /定時讀取當前溫度temp=readtemperature();/讀取溫度值if(temp&0x8000)/判斷溫度正負str0=0x40; /負號標志temp=temp; /取反加1temp +=1;elsestr0=0;

46、 /溫度為正，不顯示temph=temp4;/去除小數(shù)位templ=temp&0x0f; /讀取小數(shù)位templ=templ*6/10; /小數(shù)近似處理flag_get=0; /消除標志位4.2 定時器0中斷軟件定時器0中斷開始重新裝載定時初值占空比控制定時100次flag_get=1sel=0sel=1顯示溫度值顯示占空比中斷返回圖4- 2 定時器0中斷框圖 定時器主要完成顯示溫度與占空比的切換，由于led顯示器的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時亮的假象，達到同時顯示的效果。 占空比還要利用外部中斷0和1來改變，通過定時器改變周期的高低電平達到導通時間的變

47、化。占空比控制：if(+pwm = (10*thr)/占空比(%)： thr 00 10 20 30 40 50 60 7080 90p10 = 0; /p10等于0時間(s)：0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 0.24 0.28 0.32 0.36elsep10 = 1; /關光耦if(pwm = 1000) /等于1000時pwm = 0; /重新開始 每4ms點亮一個數(shù)碼管，動態(tài)掃描，是通過每次中斷改變count全局變量來實現(xiàn)的。4.3 外部中斷0中斷軟件外部中斷0開始改變selsel=0sel=1關外部中斷0，即ex1=0開外部中斷0，即ex1=1中斷返回圖4- 3

48、外部中斷0中斷框圖 外部中斷0中斷時，改變sel的值，用于顯示溫度值和占空比的調節(jié)。用于顯示占空比時，就要利用外部中斷1來改變占空比的比值，從而改變輸出功率的改變。4.4 外部中斷1中斷軟件外部中斷1開始占空比thr加10thr=100時，thr=0中斷返回圖4- 4 外部中斷1中斷框圖 外部中斷1用于改變占空比的比值，中斷函數(shù)如下：void isr_key1(void) interrupt 2 using 2thr += 10;/修改占空比if(thr = 100)/等于100時thr = 0; /重新開始 4.5 溫度值讀取軟件讀溫度值ds18b20初始化跳過讀序號列號的操作啟動溫度轉換延

49、 時ds18b20初始化跳過讀序號列號的操作讀取溫度寄存器讀取溫度低位與高位溫度值返回圖4- 5 ds18b20溫度讀取函數(shù)框圖 ds18b20的溫度讀取要嚴格滿足其時序要求，其函數(shù)如下：unsigned int readtemperature(void)unsigned char a=0;unsigned int b=0;unsigned int t=0;init_ds18b20();/初始化writeonechar(0xcc); / 跳過讀序號列號的操作writeonechar(0x44); / 啟動溫度轉換delay(200);init_ds18b20();/初始化writeonecha

50、r(0xcc); /跳過讀序號列號的操作 writeonechar(0xbe); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度a=readonechar(); /低位b=readonechar(); /高位b=8;/高位左移t=a+b;/高位與低位相加return(t);/返回溫度值結 論單片機的設計至今為止已經(jīng)進入了令人鼓舞的階段，在進行了長達兩個多月的時間的摸索與實驗，使我不僅僅是對于單片機入門軟件與硬件的常用設計與功能，還使我對于一項設計研究的制作過程所需要的詳細步驟和具體的實現(xiàn)方法的力度的掌握?；诖俗髌纷鳛楫厴I(yè)設計的創(chuàng)作成果，在當其中機器的功能等方面并非處于一個成熟的階段。 當然在這次寶貴的畢業(yè)設計活動中，經(jīng)驗才是對于我們最大的收獲，而且還增強了自身對未知問題以及對知識的深化認識的能力，用受益匪淺這個詞語來概括這次難忘的活動我覺得再合適不過了。但是，光是完成了作品還是不可以自我滿足的，在從一開始的時候就懷著將作品制作得更加人性化，更加令人滿意，