烘箱溫度的檢測(cè)與控制

1、摘 要I摘摘 要要 本設(shè)計(jì)是以 AT89C51 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(duì)烘箱溫度的檢測(cè)與控制功能。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(duì)烘箱溫度進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過調(diào)理電路得到合適的電壓信號(hào)。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(duì)偏差信號(hào)的處理獲得控制信號(hào)，去調(diào)節(jié)加熱器的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱溫度的現(xiàn)實(shí)和控制，本文主要介紹了烘箱溫度控制系統(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、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)；2、硬件設(shè)計(jì)，主要包括溫度檢測(cè)電路、A/D 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)

2、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)鍵詞關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；溫度檢測(cè)目 錄II目目 錄錄摘摘 要要.I目目 錄錄.II第一章第一章 緒論緒論.11.1 課題研究的背景.11.2 主要研究的內(nèi)容.1第二章第二章 系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì).32.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能.32.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案.32.2.1 芯片選擇.42.2.2 溫度檢測(cè).42.2.3 A/D 轉(zhuǎn)換電路.42.2.4 鍵盤輸入.52.2.5 LED 顯示.52.2.6 控制電路.52.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案.6第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).73.1 中央處理器.73.1.1

3、AT89C51 簡介.73.1.2 管腳說明.83.1.3 特殊功能存儲(chǔ)器.103.1.4 芯片擦除.103.1.5 復(fù)位電路的設(shè)計(jì).113.1.6 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì).113.2 溫度傳感器 AD590.123.3 信號(hào)調(diào)理電路.133.4 溫度標(biāo)定.143.5 A/D 轉(zhuǎn)換.153.6 LED 顯示.173.7 鍵盤接口.203.8 控制電路.21第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).234.1 程序初始化.234.2 主程序.244.3 A/D 轉(zhuǎn)換子程序.254.4 標(biāo)度轉(zhuǎn)換子程序.264.5 顯示子程序.274.6 控制子程序.284.7 鍵盤子程序.30目 錄III第五章第五章 總結(jié)與展

4、望總結(jié)與展望.33致致 謝謝.35參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).36 緒 論1第一章第一章 緒論緒論1.11.1 課題研究的背景課題研究的背景在現(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(dòng)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(duì)溫度參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、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(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)。采用單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活

5、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(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題1。本次設(shè)計(jì)采用 MCS-51 系列單片機(jī)與各種外圍電路構(gòu)成單片機(jī)溫度自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制。通過本次設(shè)計(jì)掌握溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法和軟件編寫方法。通過課題的研究進(jìn)一步鞏固所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)學(xué)習(xí)課程以外的相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。鍛煉動(dòng)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 主要研究的內(nèi)容主要研究的內(nèi)容本溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，它用溫度傳感器將檢測(cè)到的溫度信號(hào)經(jīng)放大，AD 轉(zhuǎn)換后送入單

6、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6。根據(jù)比較的結(jié)果得到控制信號(hào)用以控制繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的控制。通過這種控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)溫度的檢測(cè)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換、LED 顯示、繼電器控制等數(shù)據(jù)處理功能?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)3第二章第二章 系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能本次設(shè)計(jì)采用 MCS-51 單片機(jī)作為控制芯

7、片，采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD590 采集溫度信號(hào)。通過溫度傳感器將采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)過放大處理送入 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)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(duì)保溫箱溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)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,硬件部分主要完成傳感器信號(hào)的采集處理,信息的顯示等;軟件主要完成對(duì)采集的溫度信號(hào)進(jìn)行處理及顯示控制等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1 所示：烘烘箱箱AD590熱源交流電源調(diào)理電路單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)A/D控制單片機(jī)顯示設(shè)定繼電器直流電源 圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

8、2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案單片機(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、最優(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)、A/D 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：(1) 盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)常規(guī)用法。本設(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)?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文4(2) 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

9、，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(dòng)問題。(3) 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(hào)調(diào)理電路、AD 轉(zhuǎn)換器件、MCS-51 單片機(jī)、鍵盤輸入、LED 溫度顯示器、溫度控制電路。2.2.1 芯片選擇芯片選擇單片機(jī)就是在一塊硅片上集成了微處理器、存儲(chǔ)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)點(diǎn)就是體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求

10、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 4、8、16、32 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。AT89C51 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 4K 的系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。2.2.2 溫溫度度檢檢測(cè)測(cè)本課題設(shè)計(jì)的溫度控制范圍為 25-800 攝氏度，溫度傳感器采用采用 AD

11、590半導(dǎo)體集成溫度傳感器。A/D590 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(cè)控。被測(cè)溫度信號(hào)為一路由 AD590 測(cè)得的代表溫度的電壓信號(hào)，經(jīng)溫度調(diào)理電路放大后使其在 0-5V 范圍內(nèi)，使其適合于A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍。系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)52.2.3 A/DA/D 轉(zhuǎn)換電路轉(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。逐次逼近型 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 轉(zhuǎn)換器。雙積分A/D 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)

12、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 A/D 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 作為 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。2.2.4 鍵盤輸入鍵盤輸入鍵盤可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤，鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件譯碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編號(hào)和鍵值的稱為編碼式鍵盤；靠軟件識(shí)別的為非編碼式鍵盤。在單片機(jī)組成的測(cè)控系統(tǒng)中，用得最多的是非編碼鍵盤。在這里

13、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。2.2.5 LEDLED 顯示顯示在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD） 。采用 LED 作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示器具有價(jià)格低、性能穩(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(dòng)態(tài)顯示和串口顯示。為了節(jié)省系統(tǒng)本身的硬件資源，在這里 LED 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(dòng) LED 靜態(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，使它有更多的時(shí)間處理其他事情。這種顯示方法用于顯示

14、位數(shù)少、顯示亮度大的地方能夠達(dá)到很好的顯示效果。2.2.6 控制電路控制電路 控制電路作為單片機(jī)系統(tǒng)的后向通道，他是將單片機(jī)處理后的數(shù)字控制信號(hào)用輸出口輸出，并將該數(shù)字信號(hào)用于對(duì)控制對(duì)象的控制。由于單片機(jī)的輸出信號(hào)電平很低，無法直接驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備進(jìn)行工作，因此在單片機(jī)的后向通道中淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文6需要外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、信號(hào)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(hào)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。2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，采用模塊化設(shè)計(jì)可以簡化系統(tǒng)軟件的編寫，使軟件編

15、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 A/D 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。運(yùn)算控制模塊涉及標(biāo)度轉(zhuǎn)換子程序等。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 中央處理器中央處理器MCS-51 系列單片機(jī)是 8 位增強(qiáng)型，其主要的技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完善的外部并行總線和具有多級(jí)識(shí)別功能的串行通訊接口（UART） ，規(guī)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，如8051、803

16、1、80C51 等等。由于單片機(jī)具有較高的性能比，國內(nèi) 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 AT89C51 單片機(jī)作為中央處理器。3.1.1 AT89C51 簡介AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)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(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 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL

17、 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。如圖 3.1 為 AT89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖 3.1AT89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖AT89C51 單片機(jī)與 MCS-51 系列單片機(jī)兼容, AT89C51 內(nèi)部有 4K 字節(jié)可編程閃爍存淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文8儲(chǔ)器, 128*8 位內(nèi)部 RAM,兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器, 5 個(gè)中斷源, 32 可編程 I/O 線及串行通道。閃爍存儲(chǔ)器是一種可編程又可擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPROM） ，給用戶設(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

18、時(shí)鐘電路 ,具有低功耗的閑置和掉電模式,在空閑方式下，CPU 停止工作，但允許內(nèi)部 RAM、定時(shí)器/計(jì)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，但振蕩器停止工作，并禁止所有其他部件工作。還具有三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定, 全靜態(tài)工作頻率0Hz-24Hz, 數(shù)據(jù)保留時(shí)間可長達(dá) 10 年。3.1.2 管腳說明如圖 3.2 為 AT89C51 引腳圖,各引腳功能說明如下7: VCC: 電源 GND: 地 P0 口：P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) 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)

19、存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也被作為低 8 位地址/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)， 圖 3.2 AT89C51 引腳圖P0 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)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) 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，P1.0 和 P1.2 分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/

20、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 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) 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，將輸出電流（IIL） 。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)9在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)，P2 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 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flas

21、h 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(hào)。 P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，對(duì) P3 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） 。P3 口亦作為 AT89C51 特殊功能（第二功能）使用，如表 3-1 所示。表表 3-13-1 AT89C51AT89C51 引腳號(hào)第二功能引腳號(hào)第二功能P3.0 RXD（串行輸入）P3.1 TXD（串行輸出）P3.2 INT0（外部中斷 0）P3.3 INT0（外部中斷 0）P3.4 T0（定時(shí)器 0 外部輸

22、入）P3.5 T1（定時(shí)器 1 外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST: 復(fù)位輸入，晶振工作時(shí)，RST 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，RST 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。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)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 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用

23、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(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過將地址為 8EH的 SFR 的第 0 位置“1” ，ALE 操作將無效。這一位置“1” ，ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89C51 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN 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(chǔ)器時(shí)，PSEN 將不被激活。 EA/

24、VPP:訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文10讀取指令，EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA 應(yīng)該接 VCC。在 flash 編程期間，EA 也接收 12 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。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.3 特殊功能存儲(chǔ)器在單片機(jī)內(nèi)高128B RAM中，由有21個(gè)特殊功能寄存器（AFR），它們離散的分布在80H-FFH的RAM空間中，訪問特殊功能寄存器只允許使用直接尋址方式。表3-2為AT89C51單片機(jī)特殊功能寄存器及其相應(yīng)地

25、址。表表 3-23-2 專用寄存器名稱，功能及對(duì)應(yīng)的專用寄存器名稱，功能及對(duì)應(yīng)的 RAMRAM 地址地址名稱簡單描述地址ACC累加器（專門用于存儲(chǔ)算術(shù)和邏輯運(yùn)算的結(jié)果）0E0HBB 寄存器（專門用于乘/除法運(yùn)算）0F0HPSW程序狀態(tài)寄存器0D0HSP推棧指針寄存器81HDPTR16 位數(shù)據(jù)指針寄存器。CPU 訪問外部 RAM 時(shí)地址指針，由兩個(gè) 8 位寄存器 DPH（83H） 、DPL（82H）組成且可單獨(dú)訪問。P0端口 0 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH）80HP1端口 1 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH）90HP2端口 2 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH）0A0HP3端口 3 狀態(tài)寄存器

26、（初始值為 0FFH）0B0HIP中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器0B8HIE中斷允許控制寄存器0A8HTMOD定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器89HTCON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器88HTH0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 高字節(jié)8CHTL0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 低字節(jié)8AHTH1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 高字節(jié)8DHTLI定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 低字節(jié)8BHSCON串行控制寄存器98HSBUF串行數(shù)據(jù)緩沖器99HPCON電源控制寄存器87H3.1.4 芯片擦除整個(gè) EPROM 陣列電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重系統(tǒng)硬件

27、設(shè)計(jì)11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。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，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。3.1.5 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(dòng)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

28、抑制 RST 引腳的噪聲干擾，并在復(fù)位期間不產(chǎn)生 ALE 信號(hào)，內(nèi)部 RAM 處于不斷電狀態(tài)。其中的數(shù)據(jù)信息不會(huì)丟失，也即復(fù)位后，只影響 SFR 中的內(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，其本身的干擾或外界干擾會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)，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) 圖 3.3 復(fù)位電路計(jì)運(yùn)行調(diào)試，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。按鍵復(fù)位電路如圖 3.3 所示。 3.1.6 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51 單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的，其典型值為12MHZ。AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)反相振蕩放大

29、器，XTAL1 和 XTAL2 分別是該反向振蕩放大器的輸入端和輸出端。該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 12MHZ。其時(shí)鐘電路如圖 3.4 所示。51 系列單片機(jī)還可使用外部時(shí)鐘?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文12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 溫度傳感器 AD590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(dòng)化和過程檢測(cè)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，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測(cè)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

30、 溫度傳感器不但實(shí)現(xiàn)了溫度轉(zhuǎn)化為線性電量測(cè)量，而且精度高、互換性好。AD590 測(cè)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 AD590 精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，常用于測(cè)溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。本設(shè)計(jì)采用 AD590 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 AD590 的封裝形式和基本應(yīng)用電路。圖 3-5 AD590 封裝形式和應(yīng)用電路AD590 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

31、集成在同一塊芯片上，能直接給出正比于絕對(duì)溫度的理想線形輸出，一般用于-55+150之間的測(cè)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，使其在攝氏零度（對(duì)應(yīng)絕對(duì)溫度為 273.2K） ，輸出電流微 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(cè)電流轉(zhuǎn)換為電壓，則可以用電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)13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，它不容易受接觸電阻

32、、引線電阻、電壓噪音的干擾，具有很好的線性特性。3.3 信號(hào)調(diào)理電路經(jīng)過溫度傳感器采集輸出的電壓信號(hào)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(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大。本系統(tǒng)所采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器為 ADC0809，由于 ADC0809的輸入信號(hào)應(yīng)在 05V 之間，因此，經(jīng)過放大電路放大的信號(hào)進(jìn)入 A/D 轉(zhuǎn)換器的電壓信號(hào)應(yīng)控制在 05V 之間，根據(jù)此原則可設(shè)計(jì)合適的放大倍數(shù)。信號(hào)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(cè)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 0P07 將溫度電壓信號(hào)進(jìn)行放大到 05V 的范圍之內(nèi),便于 A/D 進(jìn)

33、行轉(zhuǎn)換,以提高溫度采集電路的可靠性。本設(shè)計(jì)中，信號(hào)調(diào)理電路部分由集成運(yùn)放 OP07 分別構(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(duì) AD590 輸出的小電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理。信號(hào)調(diào)理電路如圖 3.6 所示圖 3.6 溫度檢測(cè)電路在該放大電路中，電壓跟隨器起阻抗匹配的作用。反饋電阻為零時(shí)，放大倍數(shù)為1，電壓跟隨器的輸入電壓等于輸出電壓oiVV11淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文14電壓比較器用于對(duì)輸出電壓小信號(hào)電壓進(jìn)行調(diào)零，在上述電路圖中的電壓比較器部分由于 R2=R4 R3=R5 可得電壓比較器的輸出電壓 根據(jù)電壓跟隨器的輸120iiUUU出電壓調(diào)節(jié)電位計(jì) R9 就改變電壓比較器

34、的輸入電壓。使得當(dāng)溫度為溫度測(cè)量下限2iU1 iU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)： 因此放大器的761RRA輸出電壓iUAU*03.4 溫度標(biāo)定本設(shè)計(jì)的溫度標(biāo)定是在室溫環(huán)境條件下標(biāo)定的。由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(cè)得的電壓和溫度數(shù)據(jù)，在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

35、元線性回歸。由于變量測(cè)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(cè)量結(jié)果可得，在一定溫度 x 下的電壓輸出值 y，得到如下表所示。表表 3-33-3x/22304050607080圖3-7 溫度電壓散點(diǎn)圖30, 0.4240, 1.0650, 1.6760, 2.2670, 2.8580, 3.4600.511.522.533.5420 30 40 50 60 70 80 90溫度電壓V溫度-電壓曲線圖系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)15y/V00.421.061.682.262.863.45根據(jù)表 3-3

36、所得的數(shù)據(jù)，我們可以知道電壓輸出范圍在 0-5V 之間，適合 A/D 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。從散點(diǎn)圖可以看出，輸出電壓 y 與溫度 x 大致成線性關(guān)系。因此，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。3.5 A/D 轉(zhuǎn)換ADC0809 是一種 8 位逐次逼近式 A/D 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 A/D 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 I/O 接口芯片。故 AD

37、C0809 可以和微機(jī)直接接口，本設(shè)計(jì)就是用 AT8951 和 ADC0809直接相連的。ADC0809 采用雙列直插式封裝，圖 3.8 為 ADC0809 引腳圖，共有 28 條引腳，主要引腳功能為： IN0IN7: 為八路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。 ALE: 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。 ADD-A、ADD-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 轉(zhuǎn)換。ADDA、ADDB 和 ADDC 對(duì) IN0IN7 的選擇如表 3-4 所列： START: 為“啟動(dòng)脈沖”輸入線,上升沿清零 SAR，下降沿啟動(dòng) ADC08

38、09 工作。 EOC：為轉(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。 OE：為“輸出允許”線，高電平時(shí)能使 22引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 18123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:21-Jun-2007Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministratorMy Documents件件件件件件件件件件件件件件.ddbDrawn By:IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42

39、EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10U?ADC0809淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文16圖 3.8 ADC0809 引腳圖表表 3-43-4 8 8 位模擬開關(guān)功能表位模擬開關(guān)功能表被 選 模 擬 電 壓ADDCADDBADDAIN0000IN1001IN2010IN3011IN4100IN5101IN6110IN7111AT89C51 與 ADC0809 的連接方法在附錄 A 系統(tǒng)硬件原理圖有參考，AT89C51 通過地址線 P2.7 和寫控制信號(hào)線用一個(gè)或非門聯(lián)合

40、控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)端(START)和地址鎖存信_(tái)WR號(hào)端(ALE)。地址線 P2.7 和讀控制信號(hào)線用一個(gè)或非門聯(lián)合控制輸出允許控制端(EOC)。_RD低三位地址線加到 ADC0809 的 ADDA、ADDB、ADDC 端，所以選中 ADC0809 的 IN0 通道的地址為 7FF8H。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) EOC 通過一個(gè)反相器接到 INT1。AT89C51 和 ADC0809 連接通常可以采用查詢和中斷兩種方式。本系統(tǒng)采用中斷方式傳送數(shù)據(jù)，EOC 線作為 CPU 的中斷請(qǐng)求輸入線。CPU 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?A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。其中和 START 的邏輯

41、關(guān)系分別為：_OEP2.7P2.7 +_OEWR_WRSTART= P2.7= P2.7 +RD_RD對(duì) ADC0809 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(duì)應(yīng)的地址為 ABC=000，即 P0.0、P0.1、P0.2=0 0 0;又 P2.7=0 時(shí)才能啟動(dòng) ADC0809 工作和使 AT89C51 從 ADC0809 接收 A/D 轉(zhuǎn)換電壓的數(shù)字量。故確定 ADC0809 其中一個(gè)地址為: 0111 1111 1111 1000B=7FF8H ,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 0V5V 范圍的模擬

42、電壓經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換后可由 AT89C51 通過程序從 P0 口輸入到它的內(nèi)部 RAM 單元。ADC0809 所需時(shí)鐘信號(hào)可以由 AT89C51 的 ALE 信號(hào)提供。AT89C51 的 ALE 信號(hào)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 主頻是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)17ALE地址穩(wěn)定模擬入START 啟動(dòng)EOCtEoc10us12MHZ，ALE 信號(hào)頻率為 2MHZ，使 AT89C51 的 ALE 上信號(hào)經(jīng)過 4 分頻后接到 ADC0809 的CLOCK 輸入端，就可獲得 500KHZ 的 A/D 轉(zhuǎn)換脈沖，當(dāng)然，ALE 上脈沖會(huì)在 MOVX 指令的每個(gè)

43、機(jī)器周期少出現(xiàn)一次，但通常情況下影響不大。ADC0809 時(shí)序圖如圖 3.10圖 3.10 ADC0809 時(shí)序圖從時(shí)序圖可以看出，在啟動(dòng) ADC0809 后，EOC 約在 10us 后才變?yōu)榈碗娖剑珽OC 線經(jīng)過反相器和 AT89C51 線相連，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 OE 線分配一個(gè)地址，把 AT89C51RD 和 P2.7 經(jīng)或門和 OE 相連。平時(shí)，使 OE 處于低電平封鎖狀態(tài)，在響應(yīng)中斷后，AT89C51 執(zhí)行中斷服務(wù)程序中如下兩條指令就可以使 OE 變?yōu)楦唠娖?，從而打開三態(tài)輸出鎖存器，讓 CPU 提取 A/D

44、轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。AT89C51 執(zhí)行如下程序可以啟動(dòng) ADC0809 工作。MOV DPTR , # 7FF8H MOVX A , DPTR; OE 變?yōu)楦唠娖?，?shù)字量送 A3.6 LED 顯示單片機(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，簡稱 LED；液晶顯示器，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 7 段 LED 構(gòu)成字形“8” ，另外，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(hào)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)光二極管淮

45、安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文18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“8”的各個(gè)筆劃（段）a-g,另一個(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11。圖 3.11 數(shù)碼管如果要顯示某個(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 LED 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)與 LED 段碼的關(guān)系如表 3-4 所示。表表 3-43-4 數(shù)碼管各段與輸出口

46、各位的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)碼管各段與輸出口各位的對(duì)應(yīng)關(guān)系輸出口各位D7D6D5D4D3D2D1D0數(shù)碼管各段dpgfedcba如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對(duì)應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段亮。如要顯示“0” ，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B（即 C0H） ；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：00111111B（3FH） 。依次類推，可求得數(shù)碼管字型編碼如表 3-5 所示。表表 3-53-5 數(shù)碼管字型編碼表數(shù)碼管字型編碼表共陽極共陰極字型dpgfedcba字型碼dpgfedcba字型碼011000000C0H

47、001111113FH111111001F9H0000011006H210100100A4H010110115BH系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)19310110000B0H010011114FH續(xù)表續(xù)表 3-53-541001100199H0110011066H51001001092H011011016DH61000001082H011111017DH711111000F8H0000011107H81000000080H011111117FH91001000090H011011116FHA1000100088H0111011177HB1000001183H011111007CHC11000110C6H00111

48、00139HD10100001A1H010111105EHE1000011086H0111100179HF100011108EH0111000171H滅11111111FFH0000000000H本設(shè)計(jì)顯示采用 LED 串行靜態(tài)顯示。MCS-51 系列單片機(jī)的串行口 RXD，TXD 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（P3.0）端串行輸入或輸出；而同步移位時(shí)鐘由 TXD（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 74LS164 就可以構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)并行輸入/輸出口，用于顯示

49、器 LED 驅(qū)動(dòng)。波特率（每秒傳輸?shù)奈粩?shù)）固定在 fosc/12,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(dòng)發(fā)送。待 8 位數(shù)據(jù)輸完后，硬件將狀態(tài)寄存器的 TI 位置 1，TI 必須由軟件清零。單片機(jī)與 4 片串入并出移位寄存器 74LS164 相連。其中，RXD 作為 164 的數(shù)據(jù)輸入，TXD 作為 4 片 164 的同步時(shí)鐘。程序運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)將 4 個(gè)數(shù)碼管的段碼（4 個(gè)字節(jié)）連續(xù)發(fā)送出來，通過串行口送給 164。4 位字型碼送完后，TXD 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位的段碼給數(shù)

50、碼管，令數(shù)碼管穩(wěn)定地顯示所需的字符。74LS164 是 8 位串入并出移位寄存器。它的引腳如圖 3.12 所示。A、B 為串行輸入端，QAQH 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+5VRM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)；淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文20QA0、QB0 QH0 代表在穩(wěn)態(tài)輸入條件建立之前 QA、QBQH 的輸出狀態(tài)；QAn、QBn QHn 代表在最近的時(shí)鐘上升沿轉(zhuǎn)換之前 QA、QBQH 的輸出狀態(tài)；H/L、QAn QBn代表在最近的時(shí)鐘上升沿轉(zhuǎn)換之后 QA、QBQH 的輸出狀態(tài)。表表 3-6

51、3-6 74LS16474LS164 輸入輸出關(guān)系如所示輸入輸出關(guān)系如所示輸入輸出清除 時(shí)鐘 A BQA QB QHL X X XH L X XH H HH L XH X LL L LQA0 QB0 QH0H QAn QGnL QAn QGnL QAn QGn 圖 3.12 74LS164 引腳如圖串行顯示電路屬于靜態(tài)顯示，比動(dòng)態(tài)顯示亮度更大一些。由于 74LS164 在低電平輸出時(shí)，允許通過的電流達(dá) 8mA，故不必添加驅(qū)動(dòng)電路，亮度也比較理想。與動(dòng)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

52、必須送 0，相應(yīng)的暗段必須送1。3.7 鍵盤接口鍵盤在單片機(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(shí)別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤自動(dòng)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(duì)于主機(jī)任務(wù)繁重之情況，采用 8279 可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤系統(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，其他操作如鍵的識(shí)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

53、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)立連接式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)21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(dòng)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 CPU 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） 、中斷掃描方式。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

54、 I/O 口線，每根 I/O 口線的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他 I/O 口線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測(cè)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(cè)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(duì)鍵盤接口 P1.0 和 P1.1 的查詢判斷是否有鍵按下。本次設(shè)計(jì)

55、采用了軟件去抖動(dòng)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(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如果不妥善處理，將會(huì)使按鍵命令的錯(cuò)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(dòng)階段，這一延時(shí)過程一般大于 5ms。3.8 控制電路在本設(shè)計(jì)中，被測(cè)溫度信號(hào)經(jīng)采樣處理后，還需要通過單片機(jī)系統(tǒng)的 P1.2 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。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 TTL 電平，這種電平不能直接驅(qū)動(dòng)外

56、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(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)，如果不隔離會(huì)使系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤的處理。因此在開關(guān)量的輸出控制過淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文22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(hào)就可以驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。在工業(yè)自動(dòng)化

57、控制系統(tǒng)中,繼電器經(jīng)常被用來控制執(zhí)行機(jī)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 MCS-51 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，+9V，+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 CMOS 等邏輯電平控制時(shí)，采用有足夠帶載能力的低電平驅(qū)動(dòng)，并盡可能使

58、“0”電平低于 0.8 V。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 8 V 或 12 V 的產(chǎn)品)這樣不會(huì)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(dòng)電壓為+5V 的繼電器。觸電輸出部分可以直接市電連接。繼電器控制電路如圖 3.14 所示： 3.14 繼電器控制電路系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)23第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖 4.1 系統(tǒng)流程圖4.1 程序初始化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)定溫度送顯示緩沖設(shè)定溫度-當(dāng)前溫度繼電器閉合繼電器斷開維持狀態(tài)讀鍵盤鍵值？向上鍵向下鍵設(shè)定溫度減 1設(shè)定溫度加 1無鍵按下

59、淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文24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(duì)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）： 7FF8H顯示緩沖起始地址：（LEDBUF）： 30H段碼存儲(chǔ)起始地址（TEMP）： 40H設(shè)定溫值存儲(chǔ)地址（SETTEMP）： 50h測(cè)量溫度存儲(chǔ)地址（CURTEMP）：51H溫度設(shè)定上限（HIGHLIMIT）： 80溫度設(shè)定下限（LOWLIMIT）： 25溫度測(cè)量上限（HIGHTEMP） 107溫度測(cè)量下限（LOETEMP） 21初始化程序代碼如下：ADPORT EQU 7FF8H ；A/D 端口

60、地址 LEDBUF EQU 30H ；顯示緩沖TEMP EQU 40H ；段碼存儲(chǔ)UP EQU 1 ；增溫DOWN EQU 2 ；減溫LOWLIMIT EQU 25 ；設(shè)定值下限HIGHLIMIT EQU 80 ；設(shè)定值上限LOWTEMP EQU 21 ；A/D 0HIGHTEMP EQU 107 ；A/D 255SETTEMP EQU 50H ；設(shè)定溫值CURTEMP EQU 51H ；測(cè)量溫度DIN BIT 0B0H ；P3.0CLK BIT 0B1H ；P3.1 ORG 0000HLJMP START4.2 主程序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系統(tǒng)軟件設(shè)