基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

1、摘 要當(dāng)今社會隨著計算機(jī)在社會領(lǐng)域的滲透, 單片機(jī)的應(yīng)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。在實(shí)時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。本文從硬件和軟件兩方面來講述水溫自動控制過程,在控制過程中主要應(yīng)用AT89C51、ADC0809、LED顯示器、LM324比較器，而主要是通過 DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機(jī)為核心控制部件，并通過四位數(shù)碼管顯示實(shí)時溫度的一種數(shù)字溫度計。軟件方面采用匯編語言來進(jìn)行程序設(shè)計，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間

2、。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。而系統(tǒng)的過程則是：首先,通過設(shè)置按鍵,設(shè)定恒溫運(yùn)行時的溫度值，并且用數(shù)碼管顯示這個溫度值.然后,在運(yùn)行過程中將采樣的溫度模擬量送入A/D轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，最后用單片機(jī)來控制加熱器,進(jìn)行加熱或停止加熱，直到能在規(guī)定的溫度下恒溫加熱。關(guān)鍵詞：單片機(jī)系統(tǒng)；傳感器；數(shù)據(jù)采集；模數(shù)轉(zhuǎn)換器；溫度第1章 前 言11.1課題的背景及其意義11.2課題研究的內(nèi)容及要求21.3課題的研究方案3第2章 設(shè)計理論基礎(chǔ)62.1單片機(jī)的發(fā)展概況62.2 AT89C5

3、1系列單片機(jī)介紹72.2.1 AT89C51系列基本組成及特性72.2.2 AT89C51系列引腳功能82.2.3 AT89C51系列單片機(jī)的功能單元112.3 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器142.4運(yùn)算放大器LM324162.5移位寄存器74LS164182.6數(shù)碼顯示管LED192.7數(shù)字溫度計DS18S2020第3章 硬件電路設(shè)計213.1單片機(jī)控制單元213.2溫度采樣部分213.3模數(shù)轉(zhuǎn)換部分23模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)23積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器243.4顯示部分243.5調(diào)節(jié)執(zhí)行單元25第4章 軟件設(shè)計284.1主程序流程圖284.2中斷子程序流程圖294.3按鍵流程圖304.4顯示流程圖31第5章 系

4、統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析325.1硬件調(diào)試32硬件電路故障及解決方法32硬件調(diào)試方法335.2軟件調(diào)試33軟件電路故障及解決方法33軟件調(diào)試方法345.3結(jié)論分析35第6章 總結(jié)36總結(jié)36參考文獻(xiàn)38第1章 緒 論1.1課題的背景及其意義二十一世紀(jì)是科技高速發(fā)展的信息時代，電子技術(shù)、微型單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛，伴隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，需要對各種參數(shù)進(jìn)行溫度測量。因此溫度一詞在生產(chǎn)生活之中出現(xiàn)的頻率日益增多，與之相對應(yīng)的，溫度控制和測量也成為了生活生產(chǎn)中頻繁使用的詞語，同時它們在各行各業(yè)中也發(fā)揮著重要的作用。如在日趨發(fā)達(dá)的工業(yè)之中，利用測量與控制溫度來保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。在農(nóng)業(yè)中，用于保

5、證蔬菜大棚的恒溫保產(chǎn)等。溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)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(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)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(chǎn)生活中的需要。在單片機(jī)溫度測量系統(tǒng)中的關(guān)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(shù)之一。因此，單片機(jī)溫度測量則是對溫度進(jìn)行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機(jī)械制造、冶金工業(yè)等重要工

6、業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負(fù)著重要的測量任務(wù)。在日常生活中，也可廣泛實(shí)用于地?zé)?、空調(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設(shè)備溫度測量場合。但溫度是一個模擬量，如果采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和元件，將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量雖不困難，但電路較復(fù)雜，成本較高。1.2課題研究的內(nèi)容及要求我本次的畢業(yè)設(shè)計的題目是單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)設(shè)計。它是多種技術(shù)知識的結(jié)合，不僅涉及到軟件的設(shè)計，而且還將應(yīng)用電子技術(shù)與單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使其具有精度高、測量誤差小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。電路板的設(shè)計技術(shù)和機(jī)械加工工藝的巧妙結(jié)合，使其具備了顯示直觀、體積做工精細(xì)等特點(diǎn)，能為它在其它領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。因?yàn)榻?jīng)過我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多應(yīng)用場合原

7、來就有測溫控溫儀器，只是隨著對生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)需要的要求在不斷地提高，以往的那些測溫控溫的儀器根本不能滿足現(xiàn)在的要求。其中，有部分應(yīng)用場合對精度提高的幅度要求也不是特別高。因此，為了提高性價比，我所設(shè)計的系統(tǒng)提出在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些簡單的改良，以此為出發(fā)點(diǎn)，主要闡述的是水溫自動控制系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方法。1課題的主要研究的內(nèi)容 本文所要研究的課題是基于單片機(jī)控制的水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計，主要是介紹了對水箱溫度的顯示、控制及報警，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用DS18S20、AT89C51單片機(jī)及LED的硬件電路完成對水溫的實(shí)時檢測及顯示，利用DS18S20與單片機(jī)連接由軟件

8、與硬件電路配合來實(shí)現(xiàn)對加熱電阻絲的實(shí)時控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報警系統(tǒng)。而爐內(nèi)溫度控制部分，采用一套PID閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，由DS18S20檢測爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個值存入程序存取器內(nèi)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(jī)，用PID算法對檢測信號和設(shè)定值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸出控制信號給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)的溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機(jī)處理，而且每片DS18S20都有唯一的產(chǎn)品號，可以一并存入其ROM中，以便在構(gòu)成

9、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?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)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(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。而且利用本次的設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)溫度測試，溫度顯示，溫度門限設(shè)定，超過設(shè)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(jī)為主機(jī)，使溫度傳感器通過一根口線與單片機(jī)相連接，再加上溫度控制部分和人機(jī)對話部分來共同實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測與控制。2用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其具體控制功能如下：（1）能夠連續(xù)測量水的溫度值，用十

10、進(jìn)制數(shù)碼管來顯示水的實(shí)際溫度。（2）能夠設(shè)定水的溫度值，設(shè)定范圍是3090。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)水溫的自動控制，如果設(shè)定水溫為85，則能使水溫保持恒定在85的溫度下運(yùn)行。（4）用單片機(jī)AT89C51控制，通過按鍵來控制水溫的設(shè)定值，數(shù)值采用數(shù)碼管顯示。 1.3課題的研究方案溫度控制系統(tǒng)是比較常見和典型的過程控制系統(tǒng)。溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的被控參數(shù)之一，當(dāng)今計算機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，已使溫度控制系統(tǒng)達(dá)到自動化、智能化，比過去單純采用電子線路進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。溫度是一個非線性的對象，具有大慣性的特點(diǎn)，在低溫段慣性較大，在高溫段慣性較小。對于這種溫控對象

11、，一般認(rèn)為其具有以下的傳遞函數(shù)形式： （1-1）設(shè)計方案（見圖1-3）圖1-3 方案的圖此方案采用89C51單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。單片機(jī)系統(tǒng)可以用數(shù)碼管來顯示水溫的實(shí)際值，能用鍵盤輸入設(shè)定值。本方案選用了AT89C51芯片，不需要外擴(kuò)展存儲器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單。第2章 設(shè)計理論基礎(chǔ) 本設(shè)計系統(tǒng)的基本組成單元包括：主機(jī)、溫度采樣單元、單片機(jī)控制單元、調(diào)節(jié)執(zhí)行單元四部分，本章將逐一進(jìn)行介紹。2.1單片機(jī)的發(fā)展概況1970年微型計算機(jī)研制成功之后，隨之即出現(xiàn)了單片機(jī)（即單片微型計算機(jī)） 美國Intel公司1971年生產(chǎn)的4位單

12、片機(jī)4004和1972年生產(chǎn)的雛形8位單片機(jī)8008，這也算是單片機(jī)的第一次公眾亮相。1976年Intel公司首先推出能稱為單片機(jī)的MCS-48系列單片微型計算機(jī)。它以體積小、功能全、價格低等特點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用，同時一些與單片機(jī)有關(guān)公司都爭相推出各自的單片機(jī)。1978年下半年Motorola公司推出M6800系列單片機(jī)，Zilog公司相繼推出Z8單片機(jī)系列。1980年Intel公司在MCS-48系列基礎(chǔ)上又推出高性能的MCS-51系列單片機(jī)。這類單片機(jī)均帶有串行I/O口，定時器/計數(shù)器為16位，片內(nèi)存儲容量（RAM，ROM）都相應(yīng)增大，并有優(yōu)先級中斷處理功能，單片機(jī)的功能、尋址范圍都比早期

13、的擴(kuò)大了，它們是當(dāng)時單片機(jī)應(yīng)用的主流產(chǎn)品。1982年Mostek公司和Intel公司先后又推出了性能更高的16位單片機(jī)MK68200和MCS-96系列，NS公司和NEC公司也分別在原有8位單片機(jī)的基礎(chǔ)上推出了16位單片機(jī)HPC16040和PD783××系列。1987年Intel公司又宣布了性能比8096高兩倍的CMOS型80C196，1988年推出帶EPROM的87C196單片機(jī)。由于16位單片機(jī)推出的時間較遲、價格昂貴、開發(fā)設(shè)備有限等多種原因，至今還未得到廣泛應(yīng)用。而8位單片機(jī)已能滿足大部分應(yīng)用的需要，因此，在推出16位單片機(jī)的同時，高性能的新型8位單片機(jī)也不斷問世?？v觀

14、這短短的20年，經(jīng)歷了4次更新?lián)Q代，單片機(jī)正朝著集成化、多功能、多選擇、高速度、低功耗、擴(kuò)大存儲容量和加強(qiáng)I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容的方向發(fā)展。新一代的80C51系列單片機(jī)除了上述的結(jié)構(gòu)特性外，其最主要的技特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)微控制器（microcontroller）完善的控制功能為己任。這一系列單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置打下了良好的基礎(chǔ)。由于80C51系列單片機(jī)所具有的一系列優(yōu)越的特點(diǎn)，獲得廣泛使用指日可待。下面我們就來重點(diǎn)介紹一下本畢業(yè)論文討論的系統(tǒng)所用的AT89C51系列單片機(jī)。2.2 AT89C51系列單片機(jī)介紹2.2.1 AT89C51系列基本組成

15、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 Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。而在眾多的51系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更實(shí)用，也是一種高效微控制器，因?yàn)樗坏?051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)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(dá)到瞬間擦除、改寫。而這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)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

16、理器，而且在其片種還有4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲器，能重復(fù)寫入/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與MCS-51系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒有的功能。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)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

17、合許多嵌入式控制領(lǐng)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 還具有MCS-51系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。128×8 位內(nèi)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(shè)置的, 當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時, CPU可根據(jù)工作情況適時地進(jìn)入睡眠狀態(tài), 內(nèi)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(fù)位。掉電模式是

18、VCC電壓低于電源下限, 當(dāng)振蕩器停止振動時, CPU 停止執(zhí)行指令。該芯片內(nèi)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(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過硬件復(fù)位、掉電模式可被終止。2.2.2 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(jié)構(gòu)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(yùn)行和程序校驗(yàn)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(nèi)部時鐘發(fā)生器（當(dāng)使用外部振蕩器時，XTAL1接地，XTA

19、L2接收振蕩器信號）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)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(dāng)用作外部數(shù)據(jù)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

20、I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM、RAM）時，作地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用。在程序校驗(yàn)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(qū)動8個LSTTL負(fù)載。P1口8位、準(zhǔn)雙向I/O口。在編程/校驗(yàn)期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。對于80C51，P1.0T2，是定時器的計數(shù)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(yīng)由程序置1。P2口8位、準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM及RAM）時，輸出高8位地址。在編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。P3口8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部

21、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(yīng)由程序置1。P3口可以輸入/輸出4個LSTTL負(fù)載。3串行口P3.0RXD（串行輸入口），輸入。P3.1TXD（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(shù)器P3.4T0定時器/計數(shù)器0的外部輸入，輸入。P3.5T1定時器/計數(shù)器1的外部輸入，輸入。6數(shù)據(jù)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(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。EA/V

22、pp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(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。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(qū)動8個LSTTL負(fù)載。當(dāng)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

23、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(dāng)用作外部數(shù)據(jù)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。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(jī)器周期中，當(dāng)PSEN有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。2.2.3 AT89C51系列單片機(jī)的功能單元1并行I/O接口：單片機(jī)芯片內(nèi)有一項主要功能

24、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(qū)動器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴(kuò)展存儲器時，低八位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時傳送，高八位地址由P2口傳送。2定時器/計數(shù)器定時器/計數(shù)器（timer/counter）是單片機(jī)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(fù)擔(dān)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(shù)器分別稱為定時器/計數(shù)器T0和定時器/計數(shù)器T1；在C51部分產(chǎn)品中，還包含有一個用做看門狗的8位定時器。定時器

25、/計數(shù)器的核心是一個加1計數(shù)引腳上施加器，其基本功能是加1功能。在單片機(jī)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(shù)器增1，即為計數(shù)功能；在單片機(jī)內(nèi)部對機(jī)器周期或其分頻進(jìn)行計數(shù)，從而得到定時，這就是定時功能。在單片機(jī)中，定時功能和計數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過軟件來進(jìn)行的。定時器/計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(dāng)定時器/計數(shù)器設(shè)置為定時工作方式時，計數(shù)器對內(nèi)部機(jī)器周期計數(shù)，每過一個機(jī)器周期，計數(shù)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(guān)，因?yàn)镃51系列單片機(jī)的一個機(jī)器周期由12個振蕩脈沖組

26、成，所以，計數(shù)頻率fc=fosc/12。如果單片機(jī)系統(tǒng)采用12MHz晶振，則計數(shù)周期為: (2-1) 這是最短的定時周期，適當(dāng)選擇定時器的初值可獲取各種定時時間。當(dāng)定時器/計數(shù)器設(shè)置為計數(shù)工作方式時，計數(shù)器對來自輸入引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）的外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。在每個機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平，若前一個機(jī)器周期采樣值為1，后一個機(jī)器周期采樣值為0，則計數(shù)器加1。新的計數(shù)值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生1到0的負(fù)跳變后，于下一個機(jī)器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器中的，可見，檢測一個由1到0的負(fù)跳變需要兩個機(jī)器周期，所以最高檢測頻率為振蕩頻率的1/24。計

27、數(shù)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(jī)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出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)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(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。當(dāng)輸入至內(nèi)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(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行

28、。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，直到下一個硬件復(fù)位為止。5中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)是單片機(jī)的重要組成部分。實(shí)時控制、故障自動處理、單片機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)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(guān)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

29、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個中斷源分別對應(yīng)5個固定的中斷入口地址。中斷的特點(diǎn)是分時操作，實(shí)時處理和故障處理。 簡單介紹一下本次設(shè)計所需的單片機(jī)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(fù)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(shè)

30、定來選取。AT89C51在每個機(jī)器周期的S5P2時對INT0、線上中斷請求信號進(jìn)行一次檢測,檢測方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若AT89C51設(shè)定為電平觸發(fā)方式(IT0=0或IT1=0),則CPU檢測到INT0、INT1上低電平時就可認(rèn)定其上中斷請求有效;若設(shè)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(nèi)部定時器分的中斷源產(chǎn)生,故它們屬于內(nèi)部中斷。AT89C51內(nèi)部有兩個16位定時器/計數(shù)器,受內(nèi)部定時脈沖(

31、主脈沖經(jīng)12分頻后)或T0/T1引腳上輸入的外部定時脈沖計數(shù)。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(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生,也是一種內(nèi)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(jìn)行發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時,每當(dāng)串行口發(fā)送/接收完一組串行數(shù)據(jù)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(biāo)志位置位，并自動向CPU發(fā)出串行口中斷請求,CPU響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。因此,只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對S

32、CON中RI和TI中斷標(biāo)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(biāo)志AT89C51在S5P2時檢測(或接收)外部(內(nèi)部)中斷源發(fā)來的中斷請求信號后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位,然后便在下個機(jī)器周期檢測這些中斷標(biāo)志位狀態(tài),以決定是否響應(yīng)該中斷。2.3 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809是位A/D轉(zhuǎn)換芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的。ADC0809由單+5V電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可對8路05V的輸入模擬電壓分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需100µS；片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼器和鎖存器、高阻抗斬波器、穩(wěn)定的比較器，

33、256電阻T型網(wǎng)絡(luò)和樹狀電子開關(guān)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2-2）：1D7D0：8位數(shù)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(fù)端。7START：A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。11OE： 輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)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(jìn)行轉(zhuǎn)換。表2-

34、1 A、B、C的輸入與被選通道的通道關(guān)系被選中的通道CBAIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7000011110011001101010101圖2-2 ADC0809的管腳圖2.4運(yùn)算放大器LM324本次設(shè)計所用的運(yùn)算放大器是LM324，而LM324的系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。它的性能特點(diǎn)是短跑保護(hù)輸出、真差動輸入級、底偏置電流為最

35、大100mA、每封裝含四個運(yùn)算放大器、具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?、共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列、輸入端具有靜電保護(hù)功能。運(yùn)算放大器LM324的引腳圖如圖2-3：圖2-3運(yùn)算放大器LM324的引腳圖由于本次設(shè)計中采集電路所采集到的信號值與我們所預(yù)期的結(jié)果有時會有很大的差距，因此信號值要被真實(shí)地反映出來，須采用放大電路進(jìn)一步處理。按比例將信號放大的電路，稱為比例運(yùn)算放大電路，簡稱比例電路。對于比例電路，在實(shí)際應(yīng)用中可分為以下幾種，下面也做一些簡單的介紹。1反相比例放大器如圖2-4所示，集成運(yùn)放的同相輸入端通過電阻R接地，電阻與信號源串聯(lián)，另一端接到運(yùn)放的反相輸入端，運(yùn)放的輸出端與反相輸入端之間

36、接有電阻，為保證集成運(yùn)放輸入級兩邊對稱， （2-2）比例電路輸出電壓與輸入電壓之間的函數(shù)關(guān)系為： （2-3） （2-4）圖2-4 反向比例電路 注意：反相比例電路的特點(diǎn)是深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。因此，集成運(yùn)放的反相輸入端為“虛地”點(diǎn)，它的共模輸入電壓可視為零，對運(yùn)放的共模抑制要求低；比例電路的輸入電阻小，可視為，因此對輸入電流有一定要求；輸出電阻視為零，在適應(yīng)不同大小負(fù)載的能力較強(qiáng)。2同相比例放大器如圖2-5所示，為同相比例電路，為保證電路輸入對稱仍要求： （2-5）輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系為： （2-6） （2-7）圖2-5 同相比例電路注意：同相比例電路的特點(diǎn)是深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。

37、電路的輸入電阻很大，可達(dá)100M以上；輸出電阻很小可視為零，因此有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。由于，集成運(yùn)放的共模抑制比要求較高，這是缺點(diǎn)。2.5移位寄存器74LS164移位寄存器74LS164的引腳如圖2-6所示：圖2-6移位寄存器74LS164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(shí)現(xiàn)多位LED靜態(tài)顯示。每擴(kuò)展一片164就可增加一位顯示。MR接+5V，不清除。2.6數(shù)碼顯示管LED圖2-7數(shù)碼顯示管LED引腳圖LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常見的

38、輸出器件，而在單片機(jī)的應(yīng)用上也是被廣泛運(yùn)用的。如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡單易行。 LED數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，它是由若干個發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點(diǎn)或一個筆畫發(fā)亮，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，常用的LED數(shù)碼管有7段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此共陰極接地。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(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極接在

39、一起，通常此共陽極接正電壓，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。本次設(shè)計所用的LED數(shù)碼管顯示器為共陽極。LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)材料不同正向壓降一般為1.52V，額定電流為10MA，最大電流為40MA。靜態(tài)顯示時取10MA為宜，動態(tài)掃描顯示可加大脈沖電流，但一般不超過40MA。2.7數(shù)字溫度計DS18S20在傳統(tǒng)的模擬信號遠(yuǎn)距離的溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)。另外考慮到一般的測量現(xiàn)場的電磁環(huán)境非常的惡劣，各種干擾信號較強(qiáng)，模擬信號很容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。因此

40、，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力較強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效的方案。在實(shí)際的溫度測量過程中被廣泛應(yīng)用，同時也取得了良好的測量效果。DS18S20數(shù)字溫度計的主要特性：1DS18S20的適應(yīng)電壓范圍更寬，其范圍為：3.0-5.5V，而且它能夠直接由數(shù)據(jù)線獲取電源(寄生電源)，無需外部工作電源。2DS18S20提供了9位攝氏溫度測量，具有非易失性、上下觸發(fā)門限用戶可編程的報警功能。3DS18S20通過1-Wire®總線與中央微處理器通信，僅需要單根數(shù)據(jù)線(或地線)。同時，在使用過程中，它不需要任何的外圍的元件，全部的傳感元件和轉(zhuǎn)換電路集成在形狀如一只三極管的集成電路內(nèi)

41、。4DS18S20具有-55°C至+125°C的工作溫度范圍，在-10°C至+85°C溫度范圍內(nèi)精度為±0.5°C。5每片DS18S20具有唯一的64位序列碼，這些碼允許多片DS18S20在同一條1-Wire總線上工作，因而，可方便地使用單個微處理器控制分布在大范圍內(nèi)的多片DS18S20器件。6DS18S20的測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時還可以傳送給CRC校驗(yàn)碼，它具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯的能力。7DS18S20具有負(fù)載特性，當(dāng)電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但是不能正常的工作。根據(jù)以上這些特性

42、而從中受益的應(yīng)用包括：HVAC環(huán)境控制、室內(nèi)，設(shè)備或者機(jī)器內(nèi)部的溫度監(jiān)測系統(tǒng)、過程監(jiān)控和控制系統(tǒng)。第3章電路設(shè)計本設(shè)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(jīng)過LM324放大器放大及ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換，由主機(jī)AT89C51進(jìn)行處理并將實(shí)際溫度值和設(shè)定溫度值分別顯示在共陽極數(shù)碼顯示管LED上。3.1單片機(jī)控制單元單片機(jī)控制單元，如圖3-1所示，包括按鍵控制電路，其中按鍵控制電路這一模塊設(shè)置了：“設(shè)置”、“加1”、“右移”、“確定”四個按鍵，來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。人為地設(shè)定溫度門限值，使電路在人為設(shè)定的某一溫度值相對穩(wěn)定的工作。圖3-1 按鍵控制電路3.2溫度采樣部分溫度采

43、樣單元，如3-2所示，用于采集被控對象的溫度參數(shù)，它由溫度電壓轉(zhuǎn)換、小信號放大及A/D轉(zhuǎn)換三部分組成。其中，將溫度轉(zhuǎn)化為電量的溫度電壓轉(zhuǎn)換由溫度傳感器-熱敏電阻實(shí)現(xiàn)，小信號放大由橋式放大電路實(shí)現(xiàn)，A/D轉(zhuǎn)換選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，將采集到的溫度模擬信號轉(zhuǎn)換為AT89C51能夠處理的二進(jìn)制數(shù)字信號。圖3-2 溫度采樣單元溫度傳感器：廣義來講，一切隨溫度變化而物體性質(zhì)亦發(fā)生變化的物質(zhì)均可作為溫度傳感器。例如，我們平常使用的各種材料、元件，其性質(zhì)或多或少地都會隨其所處的環(huán)境溫度變化而變化，因而它們幾乎都能作為溫度傳感器使用。但是，一般真正能作為實(shí)際中可使用的溫度傳感器的物體一般需要具備下述條件

44、：1物體的特性隨溫度的變化有較大的變化，且該變化量易于測量。2對溫度的變化有較好的一一對應(yīng)關(guān)系，即對除溫度外其他物理量的變化不敏感。3性能誤差及老化小、重復(fù)性好，尺寸小。4有較強(qiáng)的耐機(jī)械、化學(xué)及熱作用等的特點(diǎn)。5與被檢測的溫度范圍和精度相適應(yīng)。6價格適宜，適合于批量生產(chǎn)。符合上述條件的常用溫度傳感器有熱電偶、熱電阻、光輻射溫度計、玻璃溫度計、半導(dǎo)體集成溫度傳感器等。3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換部分模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為N位二進(jìn)制數(shù)字輸出信號的技術(shù)。采用數(shù)字信號處理能夠方便地實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的自適應(yīng)算法，完成模擬電路無法實(shí)現(xiàn)的功能，因此，越來越多的模擬信號處理正在被數(shù)字技術(shù)所取代。與之相應(yīng)的是，作為模擬系

45、統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)之間橋梁的模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)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(jìn)的新產(chǎn)品、新技術(shù)，令人目不暇接。模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)本次設(shè)計還涉及到數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)，而模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)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(zhuǎn)換成時間上離散的采樣信號x(n)。根據(jù)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(fù)原始信號x(t)。實(shí)際上，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件的非線性失真、量化噪聲及接收機(jī)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

46、采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。2要把一個采樣輸出信號數(shù)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(zhuǎn)換成離散時間、離散幅度的數(shù)字信號，量化的主要問題就是量化誤差。假設(shè)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(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。4編碼是將量化后的信號編碼成二進(jìn)制代碼輸出。這些過程有些是合并進(jìn)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(zhuǎn)換過程中同時實(shí)現(xiàn)的，且所用時間又是保持時間的一部分。積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器稱雙斜率或多斜率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，是應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換器類型。雙斜率轉(zhuǎn)換器包括兩個主要部分：

47、一部分電路采樣并量化輸人電壓，產(chǎn)生一個時域間隔或脈沖序列，再由一個計數(shù)器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出。雙斜率轉(zhuǎn)換器由1個帶有輸人切換開關(guān)的模擬積分器、1個比較器和1個計數(shù)單元構(gòu)成。積分器對輸入電壓在固定的時間間隔內(nèi)積分，該時間間隔通常對應(yīng)于內(nèi)部計數(shù)單元的最大計數(shù)。時間到達(dá)后將計數(shù)器復(fù)位并將積分器輸入連接到反極性(負(fù))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(shù)器終止，積分器復(fù)位。 積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度和帶寬都非常低，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(zhuǎn)換速率的應(yīng)用非常有

48、效。3.4顯示部分通過74LS164芯片將主機(jī)處理的溫度信息顯示在LED數(shù)碼管上。圖3-3則為溫度控制系統(tǒng)的單片機(jī)顯示部分。而顯示部分在整個的設(shè)計過程中的作用也是很大的。圖3-3 溫度顯示電路3.5 調(diào)節(jié)執(zhí)行單元 調(diào)節(jié)執(zhí)行單元，如圖3-4所示，采用實(shí)時控制的方法，在主機(jī)AT89C51的P1.4口輸出溫度控制信號，由光電耦合器MOC3041（光電耦合器）和可控硅SCR組成。其中光電耦合器MOC3041的作用是將單片機(jī)系統(tǒng)與可控硅SCR電路隔開，避免在高壓過程中的干擾信號影響單片機(jī)的運(yùn)行；可控硅SCR的作用是相當(dāng)于一個固態(tài)的觸點(diǎn)，使之有能力開啟或關(guān)斷電爐，從而控制電爐通斷，以實(shí)現(xiàn)對水溫的實(shí)時控制。

49、圖3-4 調(diào)節(jié)執(zhí)行單元 第4章 軟件設(shè)計4.1主程序流程圖 系統(tǒng)的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(dāng)有信號輸入時，主程序啟動，根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的條件逐步運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計目的。NY初 始 化處理按鍵、顯示設(shè)定值啟動A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值處理顯示實(shí)際溫度比較設(shè)定溫度值和實(shí)際溫度值是否大于？加 熱開 始停 止圖4-1主程序流程圖4.2中斷子程序流程圖 圖4-2為中斷子程序的流程圖，這個主要是為了保障整個軟件程序在運(yùn)行時可以達(dá)到中斷，從而使系統(tǒng)進(jìn)一步達(dá)到完善。NYYNYNYN關(guān)中斷保護(hù)現(xiàn)象A右移一位讀P1口送至AC=1? C=1? C=1?

50、C=1? 右移一位右移一位右移一位中斷返回開中斷恢復(fù)現(xiàn)場MOV 35H,#1MOV 35H,#2MOV 35H,#3MOV 35H,#4開始圖4-2 中斷子程序4.3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(diào)節(jié)系統(tǒng)的溫度，從而實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn) IR1轉(zhuǎn) IR4轉(zhuǎn) IR2轉(zhuǎn) IR3返 回NYNYY圖4-3 按鍵流程圖4.4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(jìn)行顯示后，給操作者提供提示。已達(dá)到為本系統(tǒng)提供對溫度的顯示和監(jiān)控的目的。開 始結(jié) 束串行口初

51、始化往緩沖區(qū)送數(shù)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(jī)溫度系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分的主要的流程圖，這也是系統(tǒng)程序設(shè)計的基本設(shè)計思路，通過依照四部分的流程圖進(jìn)行設(shè)計，已達(dá)到對系統(tǒng)完整的運(yùn)行，對溫度的顯示、監(jiān)控和控制。第5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論分析單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)樣機(jī)組裝好以后，便可進(jìn)入系統(tǒng)的在線（聯(lián)仿真器）調(diào)試，其主要任務(wù)是排除樣機(jī)硬件故障，并完善其硬件結(jié)構(gòu)，試運(yùn)行所設(shè)計的程序，排除程序錯誤，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)達(dá)到期望的功能，進(jìn)而固化軟件，使其產(chǎn)品化。5.1硬件調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試是交叉進(jìn)行的，但通常是先排除樣機(jī)中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全地和仿真器相連，進(jìn)行

52、綜合調(diào)試。硬件電路故障及解決方法1錯線、開路、短路：由于設(shè)計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的錯線、開路、短路等故障。解決方法：在畫原理圖時仔細(xì)檢查、校正即可解決。2元器件損壞：由于對元器件使用要求的不熟悉及制作調(diào)試過程中操作不當(dāng)致使器件損壞。解決方法：在設(shè)計過程中要明確各元器件的工作條件，嚴(yán)格按照制作要求進(jìn)行操作，損壞的元器件要及時更換，以免損壞其他元件或影響電路功能的實(shí)現(xiàn)。3電源故障：設(shè)計中存在電源故障，即上電后將造成元器件損壞、無法正常供電，電路不能正常工作。電源的故障包括：電壓值不符和設(shè)計要求，電源引出線和插座不對應(yīng)，各檔電源之間的短路，變壓器功率不足，內(nèi)阻大，負(fù)載能力差等。解決方法

53、：電源必須單獨(dú)調(diào)試好以后才能加到系統(tǒng)的各個部件中。本設(shè)計中就出現(xiàn)電源故障經(jīng)過一個穩(wěn)壓電路才使其正常工作。硬件調(diào)試方法本設(shè)計調(diào)試過程中所用的調(diào)試方法有：靜態(tài)測試、聯(lián)仿真器在線調(diào)試等。1靜態(tài)測試在樣機(jī)加電之前，首先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求。應(yīng)特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯誤，并重點(diǎn)檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互間的短路或與其它信號線的短路。第二步是加電后檢查各個插件上引腳的電位，仔細(xì)測量各點(diǎn)電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機(jī)插座上的各點(diǎn)電位，若有高壓，聯(lián)機(jī)時將會損壞仿真器

54、。第三步是在不加電情況下，除單片機(jī)以外，插上所有的元器件，最后用仿真適配器將樣機(jī)的單片機(jī)插座和仿真器的仿真接口相連，為聯(lián)機(jī)調(diào)試做準(zhǔn)備。 2聯(lián)仿真器在線調(diào)試測試RAM存儲器：用仿真器寫命令將一批數(shù)據(jù)寫入樣機(jī)中擴(kuò)展的RAM，然后用讀命令讀出其內(nèi)容，若對任意單元讀出和寫入內(nèi)容一致，則擴(kuò)展RAM和單片機(jī)的連接沒有邏輯錯誤。若讀出寫入內(nèi)存不一致，則可能是地址數(shù)據(jù)線短路，試寫入不同的數(shù)據(jù)觀察讀出結(jié)果，或縮小對RAM的讀寫范圍，檢查對RAM中其它區(qū)域的影響，這樣可初步對地址數(shù)據(jù)線短路錯誤定位，再用萬用表、示波器等進(jìn)一步確診。5.2軟件調(diào)試軟件電路故障及解決方法設(shè)計軟件部分出現(xiàn)這種錯誤的現(xiàn)象：1當(dāng)以斷點(diǎn)或連續(xù)

55、方式運(yùn)行時，目標(biāo)系統(tǒng)沒有按規(guī)定的功能進(jìn)行操作或什么結(jié)果也沒有，這是由于程序轉(zhuǎn)移到意外之處或在某處死循環(huán)所造成的。 解決方法：這類錯誤的原因是程序中轉(zhuǎn)移地址計算錯誤、堆棧溢出、工作寄存器沖突等。在采用實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)時，錯誤可能在操作系統(tǒng)中，沒有完成正確的任務(wù)調(diào)度操作，也可能在高優(yōu)先級任務(wù)程序中，該任務(wù)不釋放處理器，使CPU在該任務(wù)中死循環(huán)。通過對錯誤程序的修改使其實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。2不響應(yīng)中斷CPU不響應(yīng)中斷或不響應(yīng)某一個中斷這種錯誤的現(xiàn)象是連續(xù)運(yùn)行時不執(zhí)行中斷任務(wù)程序的規(guī)定操作，當(dāng)斷點(diǎn)設(shè)在中斷入口或中斷服務(wù)程序中時碰不到斷點(diǎn)。錯誤的原因有：中斷控制寄存器（IE，IP）的初值設(shè)置不正確，使CPU沒有開放中斷或不許某個中斷源請求；或者對片內(nèi)的定時器、串行口等特殊功能寄存器和擴(kuò)展的I/O口編程有錯誤，造成中斷沒有被激活；或者某一中斷服務(wù)程序不是以RETI指令作為返回主程序的指令，CPU雖已返回到主程序但內(nèi)部中斷狀態(tài)寄存器沒有被清除，從而不響應(yīng)中斷；或由于外部中斷源的硬件故障使外部中斷請求無效。解決方法：修改中斷控制寄存器（IE，IP）的初值設(shè)置