基于單片機的溫控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文

1、 西北師范大學知行學院計算機與電子信息工程系課程：綜合電子系統(tǒng)設計與實踐 題目：基于單片機的水溫控制系統(tǒng) 班級：13級電本班 姓名：李利平 學號：201392170110 指導教師：劉瑋摘 要近年來隨著計算機在社會領域的滲透, 單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。本文從硬件和軟件兩方面來講述對烘干箱溫度的自動控制過程,在控制過程中主要應用AT89C51、ADC0809、LED顯示器、LM324比較器，而主要是通過 DS18B20數字溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機為核心控制部件，并通過四位數碼管顯示實時溫度的一種數字溫度計。軟件方面采用匯編語言來進行程序設計，使指

2、令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴展和更改，軟件的設計采用模塊化結構，使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調運作。關鍵詞：單片機系統(tǒng)；傳感器；數據采集；模數轉換器；溫度AbstractIn recent years along with computer penetration in the social sphere, SCM applications are constantly deepening, led the traditional control test at the same time ever updated.In this paper, from

3、 two aspects of hardware and software about automatic temperature control process, the control process is mainly used AT89C51, ADC0809, LED display, LM324 comparator, but mainly through the DS18B20 digital temperature sensor to collect the environmental temperature, the single-chip microcomputer as

4、the core control component, and through four digital tube display real-time temperature of a digital thermometer. Software using assembly language to program design, so that the instruction execution speed, save the memory space. In order to facilitate the expansion and the change, the software desi

5、gn uses the modular structure, make the logic relation of designing program more concise, making hardware tocoordinatetheoperation under the software control.Keywords: SCM system; sensor; data acquisition; a / D converter temperature;目 錄1 緒 論21.1課題的背景及其意義21.2課題研究的內容及要求312.1 課題的主要研究的內容32 AT89C51系列單片機

6、介紹及硬件設計52.1 AT89C51系列單片機介紹52.1.1 AT89C51系列基本組成及特性52.1.2 AT89C51系列引腳功能62.1.3 AT89C51系列單片機的功能單元822 硬件設計112.2.1 溫度采樣部分112.22 控制溫度132.2.3 模數轉換部分142.2.4 模數轉換技術142.2.5 積分型模數轉換器142.2.6 顯示部分153 軟件設計173.1主程序流程圖173.2 讀溫度子程序173.3 計算溫度子程序183.4按鍵流程圖193.5 顯示流程圖20結 論22參考文獻23謝 辭241 緒 論1.1課題的背景及其意義現代工業(yè)設計，工程建設及日常生活中溫

7、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間生產中，能起到實時采集溫度數據，提高生產效率，產品質量之用。隨著人們生活質量的提高，現代社會中的溫度控制不僅應用在工廠生產方面也應用于酒店，廠房以及家庭生活中，在有些應用中，如高精度的生產廠房，對溫度的要求極其嚴格，溫度的變化極有可能對生產的產品造成極大的影響。因此，這就需要一種能夠及時檢測溫度變化以及溫度變化的設備，提供溫度數據值，使人們對溫度的變化做及時的調整，多點溫度控制可根據人們不同的應用環(huán)境自行設置該環(huán)境的溫度值，及時反映生產，生活中溫度變化使人們能及時看到溫度變化的第一手資料，提示人們溫度變化情況，協(xié)助人們能及時的調整，起到溫度

8、報警作用，使溫度控制更好的服務于社會生產，生活。電子技術的飛速發(fā)展，給人類的生活帶來了根本的的變革，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產生而出現了微型計算機，更是將人類社會帶入了一個新的時代。利用微機的強大功能。人們可以完成各種各樣的控制。然而，微機造價高，對于大多數的工業(yè)控制來說，也并不需要微機那樣強大的功能，于是單片機就運用而生了。單片機其實就是一個簡化的微機，將微機的CPU，存儲器，I/O接口。定時器/計數器等集成在一片芯片上就是單片機了，它主要用來完成各種控制功能。相對微機來說，單片機價格低，非常適合于應用在簡單 的控制場合以降低成本。另外，單片機是按照工業(yè)控制要求設計的，其可靠性很高，可在工

9、業(yè)現場復雜的環(huán)境下運行。單片機依靠其高的可靠性和極高的性價比，在工業(yè)控制，數據采集，智能化儀表，家用電器等方面得到極為廣泛的應用。溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農業(yè)生產過程中一個很重要而普遍的參數。溫度的測量及控制對保證產品質量、提高生產效率、節(jié)約能源、生產安全、促進國民經濟的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學技術和生產的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來滿足生產生活中的需要。在單片機溫度測量系統(tǒng)中的關鍵是測量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參數之一。因此，單片機溫度測量則是對溫度

10、進行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產中得到了廣泛的應用，尤其在電力工程、化工生產、機械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領域中，擔負著重要的測量任務。在日常生活中，也可廣泛實用于地熱、空調器、電加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設備溫度測量場合。但溫度是一個模擬量，如果采用適當的技術和元件，將模擬的溫度量轉化為數字量雖不困難，但電路較復雜，成本較高。1.2課題研究的內容及要求12.1 課題的主要研究的內容 本文所要研究的課題是基于單片機控制的水溫控制系統(tǒng)的設計，主要是介紹了對水箱溫度的顯示、控制及報警，實現了溫度的實時顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用DS18S20、AT89C51單片機及LED的硬件電路

11、完成對水溫的實時檢測及顯示，利用DS18S20與單片機連接由軟件與硬件電路配合來實現對加熱電阻絲的實時控制及超出設定的上下限溫度的報警系統(tǒng)。而爐內溫度控制部分，采用一套PID閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)，由DS18S20檢測爐內溫度，用中值濾波的方法取一個值存入程序存取器內部一個單元作為最后檢測信號，并在LED中顯示?？刂破魇怯?9C51單片機，用PID算法對檢測信號和設定值的差值進行調節(jié)后輸出控制信號給執(zhí)行機構，去調節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構成多點的溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉化成串行數字信號供微機處理，而且每片D

12、S18S20都有唯一的產品號，可以一并存入其ROM中，以便在構成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個DS18S20芯片。從DS18S20讀出或寫入DS18S20信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫度變換功率來源于數據總線，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DS18S20能提供九位溫度讀數，它無需任何外圍硬件即可方便地構成溫度檢測系統(tǒng)。而且利用本次的設計主要實現溫度測試，溫度顯示，溫度門限設定，超過設定的門限值時自動啟動加熱裝置等功能。而且還要以單片機為主機，使溫度傳感器通過一根口線與單片機相連接，再加上溫度控制部分和人機對話部分來共同實現溫度的監(jiān)測與控制。1.

13、2.2 用單片機實現其具體控制功能如下：（1）能夠連續(xù)測量水的溫度值，用十進制數碼管來顯示水的實際溫度。（2）能夠設定水的溫度值，設定范圍是3090。（3）能夠實現水溫的自動控制，如果設定水溫為85，則能使水溫保持恒定在85的溫度下運行。（4）用單片機AT89C51控制，通過按鍵來控制水溫的設定值，數值采用數碼管顯示。2 AT89C51系列單片機介紹及硬件設計2.1 AT89C51系列單片機介紹2.1.1 AT89C51系列基本組成及特性AT89C51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Me

14、mory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。而在眾多的51系列單片機中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更實用，也是一種高效微控制器，因為它不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器，用戶可以用電的方式達到瞬間擦除、改寫。而這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。AT89C51基本功能描述如下：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)的在線可重復編程快擦快寫程序存儲器，能重復寫入/擦除1000次，數據保存時間為十年。它與MCS-51系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼

15、容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產品沒有的功能。AT89C51可構成真正的單片機最小應用系統(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。只要程序長度小于4k, 四個I/O口全部提供給用戶?？捎?V電壓編程，而且寫入時間僅10毫秒, 僅為8751/87C51 的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比, 不易損壞器件, 沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領域。AT89C51 芯片提供三級程序存儲器鎖定加密， 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

16、有MCS-51系列單片機的所有優(yōu)點。128×8 位內部RAM, 32 位雙向輸入輸出線, 兩個十六位定時器/計時器, 5個中斷源, 兩級中斷優(yōu)先級, 一個全雙工異步串行口及時鐘發(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設置的, 當外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時, CPU可根據工作情況適時地進入睡眠狀態(tài), 內部RAM和所有特殊的寄存器值將保持不變。這種狀態(tài)可被任何一個中斷所終止或通過硬件復位。掉電模式是VCC電壓低于電源下限, 當振蕩器停止振動時, CPU 停止執(zhí)行指令。該芯片內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電壓恢復到正常工作

17、范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過硬件復位、掉電模式可被終止。2.1.2 AT89C51系列引腳功能AT89C51有40引腳雙列直插（DIP）形式。其與80C51引腳結構基本相同，其邏輯引腳圖如圖2-1。 圖2-1 AT89C51邏輯引腳圖各引腳功能敘述如下：1電源和晶振VCC運行和程序校驗時加+5VGND接地XTAL1輸入到振蕩器的反向放大器XTAL2反向放大器的輸出，輸入到內部時鐘發(fā)生器（當使用外部振蕩器時，XTAL1接地，XTAL2接收振蕩器信號）RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖

18、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，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， 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。2I/O（4個口，32根）P0口8位、漏極開路的雙向I/O口。當使用片外存儲器（ROM、RAM）時，作地址和數據分時復用。在程序校驗期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。P0口（作為總線時）能驅動8個LSTTL負載

19、。P1口8位、準雙向I/O口。在編程/校驗期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅動4個LSTTL負載。對于80C51，P1.0T2，是定時器的計數端且位輸入；P1.1T2EX，是定時器的外部輸入端。這時，讀兩個特殊輸入引腳的輸出鎖存器應由程序置1。P2口8位、準雙向I/O口。當使用片外存儲器（ROM及RAM）時，輸出高8位地址。在編程/校驗期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅動4個LSTTL負載。P3口8位、準雙向I/O口，具有內部上拉電路。P3口提供各種替代功能。在提供這些功能時，其輸出鎖存器應由程序置1。P3口可以輸入/輸出4個LSTTL負載。3串行口P3.0RXD（串行輸入口），輸入。P

20、3.1TXD（串行輸出口），輸出。4中斷P3.2INT0外部中斷0，輸入。P3.3INT1外部中斷1，輸入。5定時器/計數器P3.4T0定時器/計數器0的外部輸入，輸入。P3.5T1定時器/計數器1的外部輸入，輸入。6數據存儲器選通P3.6WR低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通。P3.7RD低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。7控制線(共4根)輸入：RST復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。EA/Vpp片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上施加21V的編程電壓。注意：在加密方式1時，EA將內部鎖定為RESET；當EA端保持高電平時，此間內部程序

21、存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。輸入、輸出：ALE/PROG地址鎖存允許信號，輸出。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對外輸出的時鐘或用于定時。在EPROM編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（PROG）。ALE可以驅動8個LSTTL負載。當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。注意：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR

22、8EH地址上置0。此時， 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，置位無效。輸出：PSEN片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取址期間，在每個機器周期中，當PSEN有效時，程序存儲器的內容被送上P0口（數據總線）。PSEN可以驅動8個LSTTL負載。2.1.3 AT89C51系列單片機的功能單元1并行I/O接口：單片機芯片內有一項主要功能就是并行I/O口。51系列共有4個8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3每個口都包含一個鎖存器，一個輸出驅動器和輸入緩沖器。實際上，它們已被歸入專用寄存

23、器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴展存儲器時，低八位地址和數據由P0口分時傳送，高八位地址由P2口傳送。2定時器/計數器定時器/計數器（timer/counter）是單片機中的重要部件，其工作方式靈活、編程簡單，使用它對減輕CPU的負擔和簡化外圍電路都大有好處。C51系列包含有兩個16位的可編程定時器/計數器分別稱為定時器/計數器T0和定時器/計數器T1；在C51部分產品中，還包含有一個用做看門狗的8位定時器。定時器/計數器的核心是一個加1計數引腳上施加器，其基本功能是加1功能。在單片機的定時器T0或T1中，有一個定時器發(fā)生由0到1的跳變時，計數器增1，即為計數功能；在單片機內

24、部對機器周期或其分頻進行計數，從而得到定時，這就是定時功能。在單片機中，定時功能和計數功能的設定和控制都是通過軟件來進行的。定時器/計數器內部結構及其原理：由定時器0、定時器1、定時器方式寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON組成。當定時器/計數器設置為定時工作方式時，計數器對內部機器周期計數，每過一個機器周期，計數器加1，直至計滿溢出。定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關，因為C51系列單片機的一個機器周期由12個振蕩脈沖組成，所以，計數頻率fc=fosc/12。如果單片機系統(tǒng)采用12MHz晶振，則計數周期為: (2-1) 這是最短的定時周期，適當選擇定時器的初值可獲取各種定時時間。當

25、定時器/計數器設置為計數工作方式時，計數器對來自輸入引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）的外部信號計數，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數。在每個機器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平，若前一個機器周期采樣值為1，后一個機器周期采樣值為0，則計數器加1。新的計數值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生1到0的負跳變后，于下一個機器周期的S3P1期間裝入計數器中的，可見，檢測一個由1到0的負跳變需要兩個機器周期，所以最高檢測頻率為振蕩頻率的1/24。計數器對外部輸入信號的占空比沒有特別的限制，但必須保證輸入信號的高電平與低電平的持續(xù)時間在一個機器周期以上。3振蕩器 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸

26、出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。當輸入至內部時鐘信號時要通過一個二分頻觸發(fā)器，而對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4芯片擦除 整個PEROM陣列和三個鎖定位的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)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。AT89C51設有穩(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、計數器、串口和中斷系統(tǒng)仍

27、在工作。在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。5中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)是單片機的重要組成部分。實時控制、故障自動處理、單片機與外圍設備間的數據傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。C51系統(tǒng)有關中斷的寄存器有4個，分別為中斷源寄存器TCON和SCON、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級控制寄存器IP；中斷源有5個，分別為外部中斷0請求INT0、外部中斷1請求INT1、定時器0溢出中斷請求TF0、定時器1溢出中斷請求TF1和串行中斷請求R1或T1。5個中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級控制寄存器IP和順序查詢邏輯電路共同決定，5個中斷源分別

28、對應5個固定的中斷入口地址。中斷的特點是分時操作，實時處理和故障處理。 簡單介紹一下本次設計所需的單片機芯片AT89C51的中斷系統(tǒng)中要用到的中斷類型。（1） 外部中斷源AT89C51有INT0和INT1兩條外部中斷請求輸入線,用于輸入兩個外部中斷源的中斷請求信號,并允許外部中斷源以低電平或負邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來輸入中斷請求信號。AT89C51究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式,可由用戶對定時器控制寄存器TCON中IT0和IT1位狀態(tài)的設定來選取。AT89C51在每個機器周期的S5P2時對INT0、線上中斷請求信號進行一次檢測,檢測方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關。若AT89C51設定為電平觸發(fā)方式(I

29、T0=0或IT1=0),則CPU檢測到INT0、INT1上低電平時就可認定其上中斷請求有效;若設定為邊沿觸發(fā)方式(IT0=1或IT1=1),則CPU需要兩次檢測INT0、INT1線上電平方能確定其上中斷請求是否有效,即前一次檢測為高電平和后一次檢測為低電平時中斷請求才有效。（2） 定時器溢出中斷源定時器溢出中斷由AT89C51內部定時器分的中斷源產生,故它們屬于內部中斷。AT89C51內部有兩個16位定時器/計數器,受內部定時脈沖(主脈沖經12分頻后)或T0/T1引腳上輸入的外部定時脈沖計數。定時器T0/T1在定時脈沖作用下從全“1”變成全“0”時可以自動向CPU提出溢出中斷請求,以表明定時器

30、T0或T1的定時時間已到。 （3） 串行口中斷源串行口中斷由AT89C51內部串行口的中斷源產生,也是一種內部中斷。串行口中斷分為串行口發(fā)送中斷和串行口接收中斷兩種。在串行口進行發(fā)送/接收數據時,每當串行口發(fā)送/接收完一組串行數據時串行口電路自動使串行口控制寄存器SCON中的RI或TI中斷標志位置位，并自動向CPU發(fā)出串行口中斷請求,CPU響應串行口中斷后便立即轉入串行口中斷服務程序執(zhí)行。因此,只要在串行口中斷服務程序中安排一段對SCON中RI和TI中斷標志位狀態(tài)的判斷程序,便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請求還是發(fā)送中斷請求。（4） 中斷標志AT89C51在S5P2時檢測(或接收)外部(內部)中

31、斷源發(fā)來的中斷請求信號后先使相應中斷標志位置位,然后便在下個機器周期檢測這些中斷標志位狀態(tài),以決定是否響應該中斷。22 硬件設計本設計采用按鍵作為輸入控制，通過溫度多采樣單元采集溫度信息，經過LM324放大器放大及ADC0809數模轉換器將其轉換，由主機AT89C51進行處理并將實際溫度值和設定溫度值分別顯示在共陽極數碼顯示管LED上。2.2.1 溫度采樣部分溫度采樣單元用于采集被控制對象的溫度采集參數，它由溫度電壓轉換，小信號放大及A/D轉換三部分組成，其中將溫度轉化為電量的溫度電壓轉換由溫度傳感器熱敏電阻實現，A/D轉換選擇模數轉換器ADC0809將采集的溫度模擬信號轉換為8255能處理的

32、二進制數字信號。ADC0809是位A/D轉換芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D轉換的。ADC0809由單+5V電源供電；片內帶有鎖存功能的8路模擬多路開關，可對8路05V的輸入模擬電壓分時進行轉換，完成一次轉換約需100µS；片內具有多路開關的地址譯碼器和鎖存器、高阻抗斬波器、穩(wěn)定的比較器，256電阻T型網絡和樹狀電子開關以及逐次逼近寄存器。ADC0809是引腳雙列直插式封裝，引腳及其功能（圖2.1）：1D7D0：8位數字量輸出引腳。2IN0IN7：8路模擬量輸入引腳。3VCC：+5V工作電壓。4GND：接地。5REF（+）：參考電壓正端。6REF（-）：參考電壓負端。7STAR

33、T：A/D轉換啟動信號輸入端。8A、B、C：地址輸入端。9ALE：地址鎖存允許信號輸入端。10EOC：轉換結束信號輸出引腳，開始轉換時為低電平，當轉換結束時為高電平。11OE： 輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數據輸出鎖存器。12CLK：時鐘信號輸入端，譯碼后可選通IN0IN7八個通道中的一個進行轉換。圖2-1.1 ADC0809的管腳圖溫度采樣單元，如2.2所示，用于采集被控對象的溫度參數，它由溫度電壓轉換、小信號放大及A/D轉換三部分組成。其中，將溫度轉化為電量的溫度電壓轉換由溫度傳感器-熱敏電阻實現，小信號放大由橋式放大電路實現，A/D轉換選擇模數轉換器ADC0809，將采集到的溫度模擬信號

34、轉換為AT89C51能夠處理的二進制數字信號。圖2-2 溫度采樣單元該系統(tǒng)的下位機8255單片機作為控制核心，負責采集現場溫度值。溫度傳感器將溫度轉換為電壓信號，經模數轉換器ADC0809轉換成8位數字量，并經8255的P1口進入單片機保存。上位PC機通過串行口與下位機聯(lián)絡，向下位機發(fā)送控制命令和接收下位機上傳的數據以及進行人機交互。上位機采用VB 60進行人機交互界面設計，并利用其MSComm控件實現與下位機簡單而高效的串行通信。充分發(fā)揮了單片機在實時數據采集和PC機對圖形處理、顯示以及數據庫管理上的優(yōu)點。使得單片機的應用已不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的自動監(jiān)測或控制，而是形成了以網絡為核心的分布

35、式多點系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。2.22 控制溫度 單片機是集成了中央處理部件，存儲器、定時器和各種輸入輸出設備等接口部件。具有集成度高，功能強、速度快、體積小、功耗小、使用方便、價格便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產中，電流、電壓、溫度、壓力流量和開關量都是常用的被控參數。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生產的很多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐中的溫度進行檢測和控制。采用單片機對溫度進行控制方便、簡單、靈活。而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大的提高產品的質量和數量。2.2.3 模數轉換部分模數轉換是將模擬輸入信號轉換為N位二進制數字輸出信號的技術。采用數字信號處理能夠方便地實現

36、各種先進的自適應算法，完成模擬電路無法實現的功能，因此，越來越多的模擬信號處理正在被數字技術所取代。與之相應的是，作為模擬系統(tǒng)和數字系統(tǒng)之間橋梁的模數轉換的應用日趨廣泛。為了滿足市場的需求，各芯片制造公司不斷推出性能更加先進的新產品、新技術，令人目不暇接。2.2.4 模數轉換技術本次設計還涉及到數模轉換技術，而模數轉換技術包括采樣、保持、量化和編碼四個過程。1采樣就是將一個連續(xù)變化的模擬信號x(t)轉換成時間上離散的采樣信號x(n)。根據奈奎斯特采樣定理，對于采樣信號x(t)，如果采樣頻率fs大于或等于2fmax(fmax為x(t)最高頻率成分)，則可以無失真地重建恢復原始信號x(t)。實際上

37、，由于模數轉換器器件的非線性失真、量化噪聲及接收機噪聲等因素的影響采樣速率一般取fs=2.5fmax。通常采樣脈沖的寬度tw是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。2要把一個采樣輸出信號數字化，需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間，這就是保持過程。3量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號轉換成離散時間、離散幅度的數字信號，量化的主要問題就是量化誤差。假設噪聲信號在量化電平中是均勻分布的，則量化噪聲均方值與量化間隔和模數轉換器的輸入阻抗值有關。4編碼是將量化后的信號編碼成二進制代碼輸出。這些過程有些是合并進行的，例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉換過程中同時實現的，且所用時間又是

38、保持時間的一部分。2.2.5 積分型模數轉換器積分型模數轉換器稱雙斜率或多斜率數據轉換器，是應用最為廣泛的轉換器類型。雙斜率轉換器包括兩個主要部分：一部分電路采樣并量化輸人電壓，產生一個時域間隔或脈沖序列，再由一個計數器將其轉換為數字量輸出。雙斜率轉換器由1個帶有輸人切換開關的模擬積分器、1個比較器和1個計數單元構成。積分器對輸入電壓在固定的時間間隔內積分，該時間間隔通常對應于內部計數單元的最大計數。時間到達后將計數器復位并將積分器輸入連接到反極性(負)參考電壓。在這個反極性信號作用下，積分器被“反向積分”直到輸出回到零，并使計數器終止，積分器復位。 積分型模數轉換器的采樣速度和帶寬都非常低，

39、但它們的精度可以做得很高，并且抑制高頻噪聲和固定的低頻干擾(如50 Hz或60 Hz)的能力，使其對于嘈雜的工業(yè)環(huán)境以及不要求高轉換速率的應用非常有效。2.2.6 顯示部分本部分電路主要使用七段數碼管和移位寄存器芯片74LS164.單片機通過I2CC總線將要顯示的數據信號傳送到移位寄存器芯片74LS164寄存，再由移位寄存器控制數碼管的顯示，從而實現移位寄存點亮數碼管顯示。由于單片機的時鐘頻率達到12M，移位寄存器的移位速度相當快，所以我們根本看不到數據是一位一位傳輸的。從人類視覺的角度看，就仿佛是全部數碼管同步顯示的一樣。移位寄存器74LS164的引腳如圖2-6所示：圖2-12移位寄存器74

40、LS164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；Q0Q7 并行輸出端； 清除端，低電平有效；CLK 時鐘脈沖輸入端，上升沿有效。多片74LS164串聯(lián)，能實現多位LED靜態(tài)顯示。每擴展一片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，是用芯片的貼片封裝。貼片封裝直接焊接在數碼管電路的背面，這樣既能實現強大的功能又合理利用電路的空間，而且整個顯示電路小巧玲瓏，在總安裝時方便。采用移位寄存器控制數碼管顯示出本系統(tǒng)的數據，也是本系統(tǒng)的一個優(yōu)點。圖213 LED 顯示電路3 軟件設計3.1主程序流程圖 系統(tǒng)的

41、軟件部分由主程序流程圖、中斷子程序流程圖、按鍵流程圖和顯示流程圖四部分組成。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4-1，當有信號輸入時，主程序啟動，根據內部設定的條件逐步運行，達到設計目的。NY初 始 化處理按鍵、顯示設定值啟動A/D轉換數值處理顯示實際溫度比較設定溫度值和實際溫度值是否大于？加 熱開 始停 止圖4-1主程序流程圖3.2 讀溫度子程序本文選用AD590傳感器，讀出溫度子程序的主要功能包括初始化，判斷AD590是否存在?；虼嬖趧t進行一系列的讀操作，若不存在則返回。其程序流程圖如圖43所示。初始化存儲操作命令ROM操作命令開始AD590存在？結束讀取溫度值否是圖43讀溫度流程圖3.3 計算溫度子

42、程序計算溫度子程序將RAM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖44所示。開始溫度值取補碼置“”標志計算小數位溫度BCD值溫度零下計算整數位溫度BCD值置“+”標志結束44計算溫度子程序3.4按鍵流程圖圖4-3為系統(tǒng)的按鍵流程圖。主要是通過人為的對外部按鍵的控制來調節(jié)系統(tǒng)的溫度，從而實現系統(tǒng)對溫度的手動和自動控制。NYN中 斷P1.4=0?P1.5=0?P1.7=0?P1.6=0?轉 IR1轉 IR4轉 IR2轉 IR3返 回NYNYY圖4-3 按鍵流程圖3.5 顯示流程圖 圖4-4為系統(tǒng)的顯示流程圖。主要是通過對傳輸過來的信號進行顯示后，給操作者提供提示。已達到為本系統(tǒng)提供對溫度的顯示和監(jiān)控的目的。開 始結 束串行口初始化往緩沖區(qū)送數查段碼送顯示 圖4-4 顯示流程圖 本章節(jié)主要講的是單片機溫度系統(tǒng)的軟件設計部