基于AT89C51的溫度控制器設(shè)計石禮君終稿

1、 . . . I / 222013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計本科生畢業(yè)設(shè)計 分類號：分類號：TP212.9TP212.9題題 目目: : 基于基于 AT89C51AT89C51 的溫度控制器設(shè)計的溫度控制器設(shè)計作作 者者 姓姓 名名：石禮君石禮君 學(xué)學(xué) 號號： 20090807082009080708學(xué)學(xué) 院院：機械與電子工程學(xué)院機械與電子工程學(xué)院 專專 業(yè)：業(yè)：自動化自動化 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師：明玉明玉 司志良司志良 指導(dǎo)教師職稱指導(dǎo)教師職稱：教授教授 工程師工程師20132013 年年 5 5 月月 1 1 日日 . . . II / 22摘摘 要要溫度的檢測與控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中比較典型的應(yīng)用之一

2、，隨著傳感器在生產(chǎn)和生活中的廣泛應(yīng)用，利用新型單總線式數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)對溫度的測試與控制得到更快的開發(fā)。隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普與到我們生活、工作、科研各個領(lǐng)域。數(shù)字式溫度計以數(shù)字溫度傳感器作感溫元件，它以單總線的連接方式，使電路大大的簡化。傳統(tǒng)的溫度檢測大多以熱敏電阻為傳感器，這類傳感器可靠性差，測量溫度準確率低且電路復(fù)雜。因此，本溫度計擺脫了傳統(tǒng)的溫度測量方法，利用單片機對傳感器進行控制，這樣易于智能化控制。本次設(shè)計采用 AT89C51單片機作為控制芯片，采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器 AD590 采集溫度信號來控制外圍電路。關(guān)鍵詞：溫度傳感器；AT89C51 單片機；AD590

3、 溫度傳感器 . . . III / 22ABSTRACTABSTRACT the temperature detection and control is the process of industrial production is one of the typical applications, with the sensor in the production and life of the more widely used, use of novel single bus digital temperature sensor to realize the temperature me

4、asurement and control get faster development, with the era of progress and development, single-chip technology has spread to our life, work, research, each field. A digital thermometer with digital temperature sensor as a temperature-sensing element, with single bus connection, so that the circuit i

5、s greatly simplified. The traditional temperature detection mostly by the thermistor as a sensor, the sensor reliability, accurate temperature measurement rate and low circuit complexity. Therefore, the thermometer out of traditional method of temperature measurement using MCU, sensor control. It is

6、 easy to intelligent control.KeyKey words:words: temperature sensor; AT89C51 microcontroller; AD590 temperature sensor . . . IV / 22目目 錄錄1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 12 系統(tǒng)硬件設(shè)計 12.1 中央處理器 12.1.1 AT89C51 簡介 12.1.2 特殊功能存儲器 22.1.3 芯片擦除 22.1.4 復(fù)位電路的設(shè)計 22.1.5 時鐘電路設(shè)計 32.2 溫度傳感器 AD59032.3 信號調(diào)理電路 42.4 A/D 轉(zhuǎn)換 52.5 LED 顯示 72.6

7、控制電路 93 系統(tǒng)軟件設(shè)計 10 . . . V / 223.1 程序初始化 123.2 主程序 123.3 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 133.4 標度轉(zhuǎn)換子程序 143.5 控制子程序 143.6 鍵盤子程序 14結(jié)論 15參考文獻 16致 17 . . . 1 / 221 系統(tǒng)總體方案設(shè)計本次設(shè)計采用 MCS-51 單片機作為控制芯片，采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器 AD590采集溫度信號。通過溫度傳感器將采集的溫度信號轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的電信號，經(jīng)過放大處理送入 A/D 轉(zhuǎn)換器進行 A/D 轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入到控制芯片進行數(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現(xiàn)對保溫箱

8、溫度的實時檢測和控制功能。本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成，硬件部分主要完成傳感器信號的采集處理，信息的顯示等。軟件主要完成對采集的溫度信號進行處理與顯示控制等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示：保溫箱AD590熱源交流電源調(diào)理電源路單片機最小系統(tǒng)A/D控制單片機顯示設(shè)定繼電器直流電源圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 中央處理器MCS-51 系列單片機是 8 位增強型，其主要的技術(shù)特征是為單片機配置了完善的外部并行總線和具有多級識別功能的串行通訊接口（UART） ，規(guī)了功能單元的 SFR 控制模式與適應(yīng)控制器特點的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)。屬于這類單片機的芯片有許多種，如 8051

9、、8031、80C51 等等。由于單片機具有較高的性能比，國 MCS-51 系列單片機應(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，可以工作于各種惡劣的條件下，工作穩(wěn)定等特點。本設(shè)計本著實用性和適用性的要求，選擇 AT89C51 單片機作為中央處理器。2.1.1 AT89C51 簡介AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的具有低電壓，高性能CMOS 的 8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技 . . . 2 / 22術(shù)制造，與工業(yè)標準的 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

10、儲器組合在單個芯片中，ATMEL 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廉的方案。如圖 2 為 AT89C51 的部結(jié)構(gòu)框圖。圖 2 AT89C51 的部結(jié)構(gòu)框圖2.1.2 特殊功能存儲器在單片機高 128B RAM 中，由有 21 個特殊功能寄存器（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。2.1.3 芯片擦除整個 EPROM 陣列電擦除可通過正確的控制信號組合，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”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前

11、，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，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM的容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。2.1.4 復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位使單片機處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運行。AT89C51 的 RST 引腳為復(fù)位端，該引腳連續(xù)保持 2 個機器周期（24 個時鐘振動周期）以上高電平，則可使單片機復(fù)位。部復(fù)位電路在每一個機器周期的 S5P2 期間采樣斯密特觸發(fā)器的輸出端，該觸發(fā)器可抑制 RST 引腳的噪聲

12、干擾，并在復(fù)位期間不產(chǎn)生 ALE 信號，部 RAM 處于不斷電狀態(tài)。其中的數(shù)據(jù)信息不會丟失，也即復(fù)位后，只影響 SFR 中的容，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。由于單片機運行過程中， . . . 3 / 22其本身的干擾或外界干擾會導(dǎo)致出錯，此時我們可按復(fù)位鍵重新開始運行。為了便于本設(shè)計運行調(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 所示。圖 3 復(fù)位電路2.1.5 時鐘電路設(shè)計時鐘電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。MCS-51 單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的，其典型值為 12MHZ。AT89C51 部有一個反相振蕩放大器，XTAL1 和

13、 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振蕩器，石晶振蕩和瓷振蕩均可采用。本設(shè)計采用的晶振頻率為 12MHZ。其時鐘電路如圖 4 所示。51 系列單片機還可使用外部時鐘。在使用外部時鐘時，外部時鐘必須從 XTAL1 輸入，而 XTAL2 懸空。圖 4 時鐘電路2.2 溫度傳感器 AD590溫度傳感器的應(yīng)用圍很廣，它不僅用于日常生活中，而且也大量應(yīng)用于自動化和過程檢測控制系統(tǒng)。溫度傳感器的種類很多，根據(jù)現(xiàn)場使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測量的準確可靠，并且同時達到增加使用壽命和降低成本的目的。AD590 溫度傳感器不但實現(xiàn)了溫度轉(zhuǎn)化為線性電量測量，而且

14、精度高、互換性好。AD590 測量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點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、價格低、不需輔助 . . . 4 / 22電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補償。本設(shè)計采用 AD590 作為溫度傳感器，它只需要一個電源即可實現(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 5 為AD590 的封裝形式和基本應(yīng)用電路。圖 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)的輔助電路集成在同一塊芯片上，能直接給出正比

15、于絕對溫度的理想線形輸出，溫敏晶體管在管子的集電極電流恒定時，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)時采用激光微調(diào)來校正集成電路的薄膜電阻，使其在攝氏零度（對應(yīng)絕對溫度為 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，則其電流就以1uA/K 的速率增大或減小，從而將被測電流轉(zhuǎn)換為電壓，則可以用電壓來表示其溫度大小。為克服溫敏晶體管 vb 電壓產(chǎn)生時的離散性，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、引線電阻、電壓噪音的干擾，具有很好的線性特性。AD590 溫度傳感器作為一個恒流源，在本設(shè)

16、計的溫度檢測電路中在 AD590 的輸出端接一取樣電阻可將輸出電流信號變化轉(zhuǎn)換為電壓信號變化。由于 AD590 溫度傳感器溫度每變化 1其輸出電流變化 1mA。所以在接上 10K 的取樣電阻的情況下，溫度每變化 10，輸出電壓就將變化 0.1V。2.3 信號調(diào)理電路經(jīng)過溫度傳感器采集輸出的電壓信號一般來說是非常微弱的，因此，在送往單片機處理之前應(yīng)對該信號進行放大。本系統(tǒng)所采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器為 ADC0809，由于ADC0809 的輸入信號應(yīng)在 05V 之間，因此，經(jīng)過放大電路放大的信號進入 A/D 轉(zhuǎn)換器的電壓信號應(yīng)控制在 05V 之間，根據(jù)此原則可設(shè)計合適的放大倍數(shù)。 . . . 5 /

17、 22信號調(diào)理電路主要由運算放大器 0P07 等組成。為了使溫度檢測電路的輸出電壓能夠適合于 A/D 轉(zhuǎn)換器的參考電壓，利用超低溫漂移高精度運算放大器 0P07 將溫度電壓信號進行放大到 05V 的圍之,便于 A/D 進行轉(zhuǎn)換,以提高溫度采集電路的可靠性。本設(shè)計中，信號調(diào)理電路部分由集成運放 OP07 分別構(gòu)成一個電壓跟隨器，電壓比較器和一個同相輸入放大器用于對 AD590 輸出的小電壓信號進行放大處理9。信號調(diào)理電路如圖 6 所示123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jun-2007Sheet of File:C:Docume

18、nts and SettingsAdministratorM y Documents件件件件件件件件件件件件件件.ddbDrawn By:2374618U1OP072374618U2OP072374618U3OP07R5100KR7100KR6100KR4100KR8100KR9100KR1020K+15+15R110K112233R3100K+-12J1AD590+15+15-15+15-15-15UoUo1UiUi1Ui2圖 6 溫度檢測電路在該放大電路中，電壓跟隨器起阻抗匹配的作用。反饋電阻為零時，放大倍數(shù)為 1，電壓跟隨器的輸入電壓等于輸出電壓oiVV11電壓比較器用于對輸出電壓小信號

19、電壓進行調(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120iiUUU器的輸出電壓調(diào)節(jié)電位計 R9 就改變電壓比較器的輸入電壓。使得當(dāng)溫度為溫2iU1 iU度測量下限時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*02.4 A/D 轉(zhuǎn)換ADC0809 是一種 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，其部有一個 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，也可以認為是并 . . . 6 / 22123456ABCD654321

20、DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-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-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9ST ART6ref(+)12CLOCK10U8ADC0809D0

21、3Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U674LS373EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD10U5AT89C51D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1

22、D2D3D4D5D6D7CLKDINCLK3D2SD4CD1Q5Q6U7A74LS74CLK11D12SD10CD13Q9Q8U7B74LS74VCCVCCVCC564U9B74LS02231U9A74LS028910U9C74LS02VCCGNDP1.2行 I/O 接口芯片。故 ADC0809 可以和微機直接接口，本設(shè)計就是用 AT8951 和ADC0809 直接相連的。 AT89C51 與 ADC0809 的連接方法如圖 7 所示，AT89C51 通過地址線 P2.7 和寫控制信號線用一個或非門聯(lián)合控制啟動轉(zhuǎn)換信號端(START)和地址鎖存信號端_WR(ALE)。地址線 P2.7 和讀控制

23、信號線用一個或非門聯(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 EOC 通過一個反相器接到 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)楦唠娖剑蕴崛?A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。圖 7 AT89C51 與 ADC0809 連接圖和 START 的邏輯關(guān)系分別為：_OEP2.7P2.7 +_OE

24、WR_WRSTART= P2.7= P2.7 +RD_RD . . . 7 / 22對 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，其對應(yīng)的地址為 ABC=000，即 P0.0、P0.1、P0.2=0 0 0;又 P2.7=0 時才能啟動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 圍的模擬電壓經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后可

25、由 AT89C51 通過程序從 P0 口輸入到它的部 RAM 單元。2.5 LED 顯示單片機應(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。前者價廉，配置靈活，與單片機接口方便；后者可進行圖形顯示，但接口復(fù)雜，成本較高。結(jié)合本設(shè)計的特點，在這里系統(tǒng)的顯示采用發(fā)光二極管作為顯示器件。單片機中使用 7 段 LED 構(gòu)成字形“8” ，另外，還與一個小數(shù)點發(fā)光二極管用以顯示數(shù)字、符號與小數(shù)點。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，如圖 8 所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中，7 個發(fā)光二

26、極管構(gòu)成字形“8”的各個筆劃（段）a-g,另一個小數(shù)點為 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，該段筆劃即點亮；不加電壓則該段二極管不亮。為了保護各段 LED 不被損壞，需要外加限流電阻。圖 8 數(shù)碼管如果要顯示某個字形，則應(yīng)使此字形的相應(yīng)段點亮，也即送一個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。如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為 1 表示對應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管， . . . 8 / 22數(shù)據(jù)為 0 表示對應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為 1 表示對應(yīng)字段亮。如要顯示“0” ，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B（即

27、C0H） ；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：00111111B（3FH） 。74LS164 是 8 位串入并出移位寄存器。它的引腳如圖 9 所示。A、B 為串行輸入端，QAQH 為串行輸出端，CLK 為串行時鐘輸入端，為串行輸出清零端，VCC 為+5V 電源輸入端，GND 為接地RM端。具體輸入輸出關(guān)系如表 3-6 所示。X 代表任意狀態(tài)；QA0、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 代表在最近的時鐘上升沿轉(zhuǎn)換之后 QA、QBQH 的輸出狀態(tài)。表 1 74LS

28、164 輸入輸出關(guān)系如所示輸入輸出清除 時鐘 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 9 74LS164 引腳如圖串行顯示電路屬于靜態(tài)顯示，比動態(tài)顯示亮度更大一些。由于 74LS164 在低電平輸出時，允許通過的電流達 8mA，故不必添加驅(qū)動電路，亮度也比較理想。與動態(tài)掃描相比較，無需 CPU 不停的掃描，頻繁地為顯示服務(wù)，節(jié)省了 CPU 時間，軟件設(shè)計也比較簡單。由于本設(shè)計采用的是共陽極數(shù)碼管，所以相應(yīng)的亮段必須送 0，相應(yīng)的暗段必須送 1。原理圖如圖 10 所示

29、： . . . 9 / 22123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-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:A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U174LS164RXDTXDA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U274LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CL

30、K8MR9U374LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U474LS164VCCTXDTXDTXDabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp99DS1DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp99DS2DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp99DS3DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp99DS4DPY_7-SEG_DPR110KR210KR310KR410K圖 10 LED 串行靜態(tài)顯示2.6 控制電

31、路在本設(shè)計中，被測溫度信號經(jīng)采樣處理后，還需要通過單片機系統(tǒng)的 P1.2 口輸出用以控制保溫箱的溫度，通過這種方式達到控制的目的。控制的方式主要有模擬量控制和開關(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)的時間來達到控制的目的。由于輸出設(shè)備往往需要大電壓來控制，而單片機系統(tǒng)輸出的為 TTL 電平，這種電平不能直接驅(qū)動外部設(shè)備的開啟和關(guān)閉。另一方面，許多外部設(shè)備在開關(guān)過程中會產(chǎn)生很強的電磁干擾信號，如果不隔離會使系統(tǒng)進行錯誤的處理。因此在開關(guān)量的輸出控制過程中要考慮到兩個問題，一要隔離；二要放大。本設(shè)計采用繼電器作為控制電路的主要器件，繼電器具有一定的

32、隔離作用，在繼電器前面加一個三極管用以放大輸出信號就可以驅(qū)動繼電器的閉合和斷開，從而實現(xiàn)弱電控制強電的效果。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路） ，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流控制較大電流的一種開關(guān)。故在電路中起自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中,繼電器經(jīng)常被用來控制執(zhí)行機構(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 系列單片機組成的控制系統(tǒng), 具有抗干擾性強、編程簡單、系統(tǒng)兼容性好等特點,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，由于磁場

33、作用，使開 . . . 10 / 22關(guān)觸電閉合。當(dāng)不通電時，則開關(guān)觸點斷開。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，采用有足夠帶載能力的低電平驅(qū)動，并盡可能使“0”電平低于 0.8 V。如在噪聲很強的環(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)這樣不會因噪聲干擾而造成控制失靈 。本設(shè)計就是采用直流驅(qū)動電壓為+5V 的繼

34、電器。觸電輸出部分可以直接與市電連接。繼電器控制電路如圖 11 所示：圖 11 繼電器控制電路3 系統(tǒng)軟件設(shè)計本次單片機溫控系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。系統(tǒng)軟件的功能又可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件，它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件，它是用來完成各種實質(zhì)性的功能如測量、顯示等功能。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。本文將各執(zhí)行模塊一一列出，各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。本系統(tǒng)程序設(shè)計包括溫度采集子程序、顯示子程序、標度轉(zhuǎn)換資程序、鍵盤子程序、控制子程序11。程序流程圖如圖 12

35、所示。 . . . 11 / 22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 小于等于-2 大于等于 2 . . . 12 / 22圖 12 系統(tǒng)流程圖3.1 程序初始化程序初始化部分根據(jù)系統(tǒng)硬件原理圖與設(shè)計要求對單片機系統(tǒng)進行系統(tǒng)資源分配、參數(shù)的設(shè)置以與定義。系統(tǒng)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段碼存儲起始地址（TEMP）： 40H設(shè)定溫值存儲地址（SETTEMP）： 50h測量溫度存儲

36、地址（CURTEMP）：51H溫度設(shè)定上限（HIGHLIMIT）： 80溫度設(shè)定下限（LOWLIMIT）： 25溫度測量上限（HIGHTEMP） 107溫度測量下限（LOETEMP） 21初始化程序代碼如下：ADPORT EQU 7FF8H ；A/D 端口地址 LEDBUF EQU 30H ；顯示緩沖TEMP EQU 40H ；段碼存儲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 50

37、H ；設(shè)定溫值CURTEMP EQU 51H ；測量溫度 . . . 13 / 22DIN BIT 0B0H ；P3.0CLK BIT 0B1H ；P3.1 ORG 0000HLJMP START3.2 主程序主程序的編寫是為了實現(xiàn)程序在各個模塊間的跳轉(zhuǎn)。這樣使程序編寫思路更加明了，簡化了程序的編寫難度，有利于程序的調(diào)試。本軟件系統(tǒng)包括 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，標度轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，控制模塊等。主程序代碼如下：START：MOV SETTEMP, #20 ；初始恒溫值為 20MLOOP：CALL TESTKEY ；測試有無鍵入JNZ KEYPRESSED ；更改設(shè)定值CALL DISPL

38、AYRESULT ；數(shù)制轉(zhuǎn)換CALL DISPLAYLED ；顯示CALL READTEMP ；讀入溫度CONTROL： ；控制子程序KEYPRESSED： ；鍵盤子程序END3.3 A/D 轉(zhuǎn)換子程序根據(jù)系統(tǒng)硬件連接圖可知，在系統(tǒng)中將 ADC0809 作為一個外部擴展并行 I/O 口，采用線選尋址。由 P2.7 和聯(lián)合控制啟動轉(zhuǎn)換信號端（ATART）和 ALE 端，低三位RW地址線架到 ADC0809 和 ADDA，ADDB，ADDC 端，所以選中ADC0809 的 IN0 通道的地址為 7FF8H。啟動 DAC0809 的工作過程是：先送通道號地址到 ADDA，ADDB，ADDC，由 AL

39、E 信號鎖存通道號地址，后讓 ATART 有效，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，即執(zhí)行一道“MOVX DPTR ,A”指令產(chǎn)生信號，使 ALE，START 有效，鎖存通道號并啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，A/D 轉(zhuǎn)RW換完畢后，EOC 端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。 圖 4.2 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖在中斷服務(wù)程序中， “MOV A , DPTR”指令產(chǎn)生信號，使 OE 端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)DR門，8 位數(shù)據(jù)便讀入到 CPU 中。A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖 4.2 所示。開始初始化啟動 A/D轉(zhuǎn)換A/D 轉(zhuǎn)換完 成？數(shù)據(jù)輸出延時結(jié)束 . . . 14 / 22A/D 轉(zhuǎn)換子程序代碼如下：READAD: MOV DP

40、TR, #ADPORTCLR AMOVX DPTR, A ；START A/DJNB P3.3, $MOVX A, DPTR ；讀入結(jié)果RET3.4 標度轉(zhuǎn)換子程序系統(tǒng)溫度測量圍的計算原理：根據(jù)溫度標定結(jié)果選取兩個溫度狀態(tài) T1 T2，模擬輸出電壓 V1 V2；根據(jù) 0809 的輸入圍在 0 到 5 伏，即可計算出溫度極限。計算公式如下：0 伏時對應(yīng)的溫度 TL：T1-（V1-0） （T2-T1）/（V2-V1）5 伏時對應(yīng)的溫度 TH：T1-（V1-5） （T2-T1）/（V2-V1）根據(jù)所得結(jié)果采用在溫度為 50和 60下所測量的電壓輸出 1.6V 和 2.2V 為計算溫度測量圍的參數(shù)，根

41、據(jù)上式可得：TL=50-(1.68-0)(50-40)/(2.26-1.68)=21TH=50-(1.68-5)(50-40)/(2.26-1.68)=107所以 A/D 轉(zhuǎn)化的極限圍為 21-107之間，而根據(jù)系統(tǒng)要求溫度的控制圍為25-80之間，符合系統(tǒng)要求。程序中溫度的計算原理：首先用溫度圍除以 0 到 256（即每個十六進制數(shù)的溫度增長率） ，然后乘以模擬轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，即得到升高的溫度，再和最低溫度相加，就可以得到實際的溫度值。其公式為：TL+AX（TH-TL）/256。TL：顯示的最低溫度TH：顯示的最高溫度AX：模擬電壓所轉(zhuǎn)換的數(shù)字量3.5 控制子程序本設(shè)計采用 P1.2 作為輸出控制口。當(dāng)設(shè)定溫度比當(dāng)前溫度高 2以上時，P1.2置 1，使其輸出高電平，用以