at89c51單片機溫度控制系統(tǒng)

1、-PAGE 2. z. . - . 可修編. 畢 業(yè) 設(shè) 計論 文論文題目：AT89C51單片機溫度控制系統(tǒng) 所屬系部： 電子工程系指導(dǎo)教師： 職 稱： 學(xué)生*： 班級、*: 專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù)2012 年 05 月 15 日畢業(yè)設(shè)計論文任務(wù)書題目： AT89C51單片機溫度控制系統(tǒng)任務(wù)與要求： 設(shè)計并制作一個能夠控制1KW電爐的溫度控制系統(tǒng)，控制溫 度恒定在37-38度之間。時間：年月日 至年月日 所屬系部： 電子工程系學(xué)生*： *： 專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù)指導(dǎo)單位或教研室： 測控技術(shù)教研室指導(dǎo)教師： 職 稱： 年 月 日-. z. . -摘要本設(shè)計是以一個1KW電爐為控制對象，以AT8

2、9C51為控制系統(tǒng)核心，通過單片機系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)對保電爐溫度的顯示和控制功能。本溫度控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)反應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由溫度傳感器DS18B20對保爐內(nèi)溫度進展檢測，經(jīng)過調(diào)理電路得到適宜的電壓信號。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)定溫度值相比擬得到偏差。通過對偏差信號的處理獲得控制信號，去調(diào)節(jié)加熱器的通斷，從而實現(xiàn)對保溫箱溫度的顯示和控制。本文主要介紹了電爐溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法，論文主要由三局部構(gòu)成。= 1 * GB3 系統(tǒng)整體方案設(shè)計。= 2 * GB3 硬件設(shè)計，主要包括溫度檢測電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、鍵盤設(shè)計和控制電路。= 3 * GB3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3、，軟件的設(shè)計采用模塊化設(shè)計，主要包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊等。關(guān)鍵詞：單片機 傳感器 溫度控制目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc24038 緒論 PAGEREF _Toc24038 1 HYPERLINK l _Toc27988 第一章 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計和思路 PAGEREF _Toc27988 2 HYPERLINK l _Toc2215 1.1溫度控制系統(tǒng)設(shè)計思路 PAGEREF _Toc2215 2 HYPERLINK l _Toc26952 1.2 系統(tǒng)框圖 PAGEREF _Toc26952 2 HYPERLINK l _Toc16715 第二章 A

4、T89C51單片機 PAGEREF _Toc16715 3 HYPERLINK l _Toc22143 2.1 AT89C51單片機的簡介 PAGEREF _Toc22143 3 HYPERLINK l _Toc24152 2.2 AT89C51單片機的主要特性 PAGEREF _Toc24152 3 HYPERLINK l _Toc21212 2.3 AT89C51單片機管腳說明 PAGEREF _Toc21212 4 HYPERLINK l _Toc27094 第三章 溫度控制的硬件設(shè)備 PAGEREF _Toc27094 6 HYPERLINK l _Toc22522 3.1溫度傳感器簡

5、介 PAGEREF _Toc22522 6 HYPERLINK l _Toc13527 3.2 DS18B20工作原理 PAGEREF _Toc13527 7 HYPERLINK l _Toc19503 3.3 DS18B20使用中考前須知 PAGEREF _Toc19503 8 HYPERLINK l _Toc18245 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc182459 HYPERLINK l _Toc18777 4.1溫度采集電路 PAGEREF _Toc18777 9 HYPERLINK l _Toc1290 4.2 數(shù)碼管溫度顯示電路 PAGEREF _Toc1290 9 H

6、YPERLINK l _Toc30815 4.2.1 數(shù)碼管的分類 PAGEREF _Toc30815 9 HYPERLINK l _Toc9878 4.2.2 數(shù)碼管的驅(qū)動方式 PAGEREF _Toc9878 10 HYPERLINK l _Toc20729 4.2.3 恒流驅(qū)動與非恒流驅(qū)動對數(shù)碼管的影響 PAGEREF _Toc20729 11 HYPERLINK l _Toc2469 4.3 單片機接口電路 PAGEREF _Toc2469 12 HYPERLINK l _Toc29522 4.3.1 P0口的上拉電阻原理 PAGEREF _Toc29522 12 HYPERLINK

7、l _Toc2474 4.3.2 上拉電阻的選擇 PAGEREF _Toc2474 14 HYPERLINK l _Toc24890 4.4 單片機電源及下載線電路 PAGEREF _Toc24890 14 HYPERLINK l _Toc3251 4.5 溫度控制電路 PAGEREF _Toc3251 15 HYPERLINK l _Toc11774 第五章 溫度控制的軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc11774 17 HYPERLINK l _Toc28780 5.1 數(shù)碼管動態(tài)顯示 PAGEREF _Toc28780 17 HYPERLINK l _Toc16868 5.2 DS18B2

8、0初始化 PAGEREF _Toc16868 17 HYPERLINK l _Toc8227 5.3 系統(tǒng)流程圖 PAGEREF _Toc8227 19 HYPERLINK l _Toc30365 謝辭 PAGEREF _Toc30365 20 HYPERLINK l _Toc9212 參考文獻 PAGEREF _Toc9212 21 HYPERLINK l _Toc15401 附錄 PAGEREF _Toc15401 22-. z. . - . 可修編. 緒論溫度控制，在工業(yè)自動化控制中占有非常重要的地位。單片機系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命，自動化、智能化均離不開單

9、片機的應(yīng)用。將單片機控制方法運用到溫度控制系統(tǒng)中，可以克制溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴重滯后現(xiàn)象，同時在提高采樣頻率的根底上可以很大程度的提高控制效果和控制精度?，F(xiàn)代自動控制越來越朝著智能化開展，在很多自動控制系統(tǒng)中都用到了工控機，小型機、甚至是巨型機處理機等，當然這些處理機有一個很大的特點，那就是很高的運行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)存儲器。但隨之而來的是巨額的本錢。在很多的小型系統(tǒng)中，處理機的本錢占系統(tǒng)本錢的比例高達20%，而對于這些小型的系統(tǒng)來說，配置一個如此高速的處理機沒有任何必要，因為這些小系統(tǒng)追求經(jīng)濟效益，而不是最在乎系統(tǒng)的快速性，所以用本錢低廉的單片機控制小型的，而又不是很復(fù)雜，不需要

10、大量復(fù)雜運算的系統(tǒng)中是非常適合的。 溫度控制，在工業(yè)自動化控制中占有非常重要的地位，如在鋼鐵冶煉過程中要對出爐的鋼鐵進展熱處理，才能到達性能指標，塑料的定型過程中也要保持一定的溫度。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛開展，各個領(lǐng)域?qū)ψ詣涌刂葡到y(tǒng)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與自適應(yīng)能力的要求越來越高，被控對象或過程的非線性、時變性、多參數(shù)點的強烈耦合、較大的隨機擾動、各種不確定性以及現(xiàn)場測試手段不完善等，使難以按數(shù)學(xué)方法建立被控對象的準確模型的情況。 隨著電子技術(shù)以及應(yīng)用需求的開展，單片機技術(shù)得到了迅速的開展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的進展。伴隨著科學(xué)技術(shù)的開展，電子技術(shù)有了更高的飛

11、躍，我們現(xiàn)在完全可以運用單片機和電子溫度傳感器對*處進展溫度檢測，而且我們可以很容易地做到多點的溫度檢測，如果對此原理圖稍加改良，我們還可以進展不同地點的實時溫度檢測和控制。第一章 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計和思路1.1溫度控制系統(tǒng)設(shè)計思路在這個系統(tǒng)中我們從性能及設(shè)計本錢考慮,我們選擇AT89C51芯片。AT89C51的廣泛使用，使單片機的價格大大下降。目前，89C51的市場零售價已經(jīng)低廉因此，如把89C51作為接口芯片使用，在經(jīng)濟上是合算的。在溫度傳感器的選擇上我們采用溫度芯片DS18B20測量溫度。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，且此元件線形較好。在0100攝氏度時，最大線形偏差小于

12、1攝氏度。該芯片直接向單片機傳輸數(shù)字信號，便于單片機處理及控制。本制作的最大特點之一就是直接采用溫度芯片對溫度進展測量，使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡單化。采用溫度芯片DS18B20測量溫度，表達了作品芯片化這個趨勢。局部功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地防止外界的干擾，提高測量電路的準確度。所以芯片的使用將成為電路開展的一種趨勢。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢。對于溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，我們才用的只是簡單的升溫和降溫方法，當溫度低于我們設(shè)定的最低溫度值時，則單片機系統(tǒng)則會通過一個高電平的脈沖電流直接送給繼電器，使連接在繼電器上的電阻絲通電產(chǎn)生熱量來

13、提高溫度。如果當溫度高于我們設(shè)定的最高溫度值時，則單片時機通過另一個口發(fā)出一個高電平的脈沖電流送個繼電器，使連在繼電器上的一個風(fēng)扇啟動，來降低溫度。在次過程中，我們通過單片機將傳感器所測量出來的溫度通過數(shù)碼管顯示出來。這樣就能只管的觀察到即時的溫度情況，以便更好的驗證系統(tǒng)的性能。1.2 系統(tǒng)框圖 單片機溫度控制系統(tǒng)采用的裝置有單片機、溫度傳感器和顯示器組成起構(gòu)造如圖1.1硬件構(gòu)造圖所示。數(shù)據(jù)顯示溫度傳感器AT89C51單片機溫度控制鍵盤圖1.1溫度控制系統(tǒng)硬件構(gòu)造圖第二章 AT89C51單片機2.1 AT89C51單片機的簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器FPEROM

14、Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(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和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機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。2.2 AT89C51單片機的

15、主要特性與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保存時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式 圖2.1 AT89C51引腳圖片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2.3 AT89C51單片機管腳說明 如圖2.1為AT89C51引腳圖,各引腳功能說明如下:VCC: 電源GND: 地P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也

16、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，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1 端口寫“1時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，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分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入P1.0/T2和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入P1.1/T2E*P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2

17、輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流IIL。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器例如執(zhí)行MOV* DPTR時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址如MOV* RI訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，對P3 端口寫“1時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以

18、作為輸入口使用。作為輸入使用時，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2-1所示。P3.0 R*D串行輸入P3.1 T*D串行輸出P3.2 INT0外部中斷0P3.3 INT0外部中斷0P3.4 T0定時器0外部輸入P3.5 T1定時器1外部輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7 RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通表2-1 AT89C51引腳號第二功能RST: 復(fù)位輸入，晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊存放器AU*R(地址8EH)上的DISRTO

19、位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號ALE是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，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，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。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MOV* 或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標志位地址為8EH的SFR的第0位的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式

20、下無效。PSEN:外部程序存儲器選通信號PSEN是外部程序存儲器選通信號。當AT89C51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，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。*TAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。*TAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。第三章 溫度控制的硬件設(shè)備3.1溫度傳感器簡介DS18B20原理與特性本系統(tǒng)采用了DS18B20

21、單總線可編程溫度傳感器,來實現(xiàn)對溫度的采集和轉(zhuǎn)換，大大簡化了電路的復(fù)雜度，以及算法的要求。首先先來介紹一下DS18B20這塊傳感器的特性及其功能: DSl8B20的管腳及特點 DS18B20可程溫度傳感器有3個管腳內(nèi)部構(gòu)造主要由四局部組成：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、配置存放器。DS18B20的外形及管腳排列如下列圖所示，GND為接地線，DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口，通過一個較弱的上拉電阻與單片機相連。VDD為電源接口，既可由數(shù)據(jù)線提供電源，又可由外部提供電源，*圍3O55 V。本文使用外部電源供電。圖3.1 DS18B20的外形及管腳主要特點有： 1. 用戶可自

22、設(shè)定報警上下限溫度值。 2. 不需要外部組件，能測量55+125 *圍內(nèi)的溫度。 3. 10 +85 *圍內(nèi)的測溫準確度為05 。 4. 通過編程可實現(xiàn)9l2位的數(shù)字讀數(shù)方式，可在至多750 ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12 位的數(shù)字，測溫分辨率可達00625 。 5. 獨特的單總線接口方式，與微處理器連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)與微處理器雙向通訊。6. 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，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。7.負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。8.DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，

23、實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。3.2 DS18B20工作原理DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820一樣，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同DS18B20 為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，而DS1820為9位A/D轉(zhuǎn)換,雖然我們采用了高精度的芯片,但在實際情況上由于技術(shù)問題比擬難實現(xiàn),而實際精度此時溫度存放器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。測溫原理圖不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。則高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為

24、計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值時。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進展減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度存放器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開場對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進展計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停頓溫度存放器值。3.3 DS18B20使用中考前須知DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 1) 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進展補償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18B20進展讀寫編程時，

25、必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進展系統(tǒng)程序設(shè)計時，對DS18B20操作局部最好采用匯編語言實現(xiàn)。 2) 在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應(yīng)用中并非如此。當單總線上所掛DS18B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進展多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 3) 連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每

26、米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS18B20進展長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 4) 在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序要等待DS18B20的返回信號，一旦*個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進展DS1820硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。 測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計

27、4.1溫度采集電路數(shù)據(jù)采集電路如圖4.1所示,由溫度傳感器DS18B20采集被控對象的實時溫度,提供應(yīng)AT89S52的P3.1口作為數(shù)據(jù)輸入。在本次設(shè)計中我們所控的對象為所處室溫。當然作為改良我們可以把傳感器與電路板別離，由數(shù)據(jù)線相連進展通訊,便于觀察。4.2 數(shù)碼管溫度顯示電路4.2.1 數(shù)碼管的分類數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其根本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元多一個小數(shù)點顯示；按能顯示多少個“8可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極

28、接到一起形成公共陽極()的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極接到+5V，當*一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當*一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極()的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極接到地線GND上，當*一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當*一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。圖4.1單片機89C51與溫度傳感器DS18B20的連接圖4.2.2 數(shù)碼管的驅(qū)動方式 靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進展驅(qū)動，或者使用如BCD碼二

29、-十進制譯碼器譯碼進展驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進展驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到一樣的字形碼，但終究是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片

30、機對位選通端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制翻開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。4.2.3 恒流驅(qū)動與非恒流驅(qū)動對數(shù)碼管的影響1、顯示效果：由于發(fā)光二極管根本上屬于電流敏感器件，其正向壓降的分散性很大， 并且還與溫

31、度有關(guān)，為了保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。另外，當溫度變化時驅(qū)動芯片還要能夠自動調(diào)節(jié)輸出電流 的大小以實現(xiàn)色差平衡溫度補償。2、平安性：即使是短時間的電流過載也可能對發(fā)光管造成永久性的損壞，采用恒流驅(qū)動電路后可防止 由于電流故障所引起的數(shù)碼管的大面積損壞。另外，我們所采用的超大規(guī)模集成電路還具有級聯(lián)延時開關(guān)特性，可防止反向尖峰電壓對發(fā)光二極管的損害。超大規(guī)模集成電路還具有熱保護功能，當任何一片的溫度超過一定值時可自動關(guān)斷，并且可在控制室內(nèi)看到故障顯示。圖4.2 數(shù)碼管顯示電路4.3 單片機接口電路4.3.1 P0口的上拉電阻原理1、

32、當TTL電路驅(qū)動S電路時，如果TTL電路輸出的高電平低于S電路的最低高電平一般為3.5v這時就需要在TTL的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。2、OC門電路必須加上拉電阻，才能使用。3、為加大輸出引腳的驅(qū)動能力，有的單片機管腳上也常使用上拉電阻。4、在S芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。5、芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號的噪聲容限增強抗干擾能力。6、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比擬容易承受外界的電磁干擾。7、長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。

33、 上拉電阻阻值的選擇原則包括:1、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當足夠大；電阻大，電流小。2、從確保足夠的驅(qū)動電流考慮應(yīng)當足夠??；電阻小，電流大。3、對于高速電路，過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮以上三點,通常在1k到10k之間選取。對下拉電阻也有類似道理 對上拉電阻和下拉電阻的選擇應(yīng)結(jié)合開關(guān)管特性和下級電路的輸入特性進展設(shè)定 主要需要考慮以下幾個因素：1、驅(qū)動能力與功耗的平衡。以上拉電阻為例，一般地說，上拉電阻越小，驅(qū)動能力越強，但功耗越大，設(shè)計是應(yīng)注意兩者之間的均衡。2、下級電路的驅(qū)動需求。同樣以上拉電阻為例，當輸出高電平時，開關(guān)管斷開，上拉電阻應(yīng)適中選擇以能夠向下級電路提供足夠

34、的電流。3、上下電平的設(shè)定。不同電路的上下電平的門檻電平會有不同，電阻應(yīng)適當設(shè)定以確保能輸出正確的電平。以上拉電阻為例，當輸出低電平時，開關(guān)管導(dǎo)通，上拉電阻和開關(guān)管導(dǎo)通電阻分壓值應(yīng)確保在零電平門檻之下。4、頻率特性。以上拉電阻為例，上拉電阻和開關(guān)管漏源級之間的電容和下級電路之間的輸入電容會形成RC延遲，電阻越大，延遲越大。上拉電阻的設(shè)定應(yīng)考慮電路在這方面的需求。下拉電阻的設(shè)定的原則和上拉電阻是一樣的。OC門輸出高電平時是一個高阻態(tài)，其上拉電流要由上拉電阻來提供，設(shè)輸入端每端口不大于100uA,設(shè)輸出口驅(qū)動電流約500uA，標準工作電壓是5V，輸入口的上下電平門限為0.8V(低于此值為低電平)；

35、2V(高電平門限值)。選上拉電阻時：500uA * 8.4K= 4.2即選大于8.4K時輸出端能下拉至0.8V以下，此為最小阻值，再小就拉不下來了。如果輸出口驅(qū)動電流較大，則阻值可減小，保證下拉時能低于0.8V即可。當輸出高電平時，忽略管子的漏電流，兩輸入口需200uA，200uA *15K=3V即上拉電阻壓降為3V，輸出口可到達2V，此阻值為最大阻值，再大就拉不到2V了。選10K可用。S門的可參考74HC系列設(shè)計時管子的漏電流不可忽略，IO口實際電流在不同電平下也是不同的，上述僅僅是原理，一句話概括為：輸出高電平時要喂飽后面的輸入口，輸出低電平不要把輸出口喂撐了否則多余的電流喂給了級聯(lián)的輸入

36、口，高于低電平門限值就不可靠了。4.3.2 上拉電阻的選擇我們在此設(shè)計中原則的是用P0口來驅(qū)動數(shù)碼管的顯示,所以我們所通過上述原理。如果是驅(qū)動led，則用1K左右的就行了。如果希望亮度大一些，電阻可減小，最小不要小于200歐姆，否則電流太大；如果希望亮度小一些，電阻可增大，增加到多少，主要看亮度情況，以亮度適宜為準，一般來說超過3K以上時，亮度就很弱了，但是對于超高亮度的LED，有時候電阻為10K時覺得亮度還能夠用。通常就用1k的。其具體的連接電路圖如圖4.3所示：圖4.3單片機上拉電阻示意圖4.4 單片機電源及下載線電路7805是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，他的使用方便，用很簡單的電路即可以輸

37、入一個直流穩(wěn)壓電源,他的輸出電壓恰好為5v，剛好是51系列單片機運行所需的電壓，介紹一下他的3個引腳以及用它來構(gòu)成的穩(wěn)壓電路的資料。其中1接整流器輸出的+電壓，2為公共地(也就是負極)，3就是我們需要的正5V輸出電壓了。 圖4.4 7085引腳圖圖4.5 7085電源原理圖本次用的下載線電路是以一塊74LS373芯片為主的電路。原理圖如圖4.6。該電路在原理圖上只有一個下載口的表達，只要把下載線接到下載口就可以把程序下載到單片機中了。圖4.6下載線電路原理圖4.5 溫度控制電路溫度控制分為高、低溫控制。設(shè)計所要到達的效果就是，我們給單片機設(shè)置一個固定的溫度*圍，當溫度傳感器測量的溫度高于我們設(shè)

38、置的最高數(shù)值時，這時單片機指令控制P3.2口產(chǎn)生一個高電平信號送給固態(tài)繼電器，是繼電器的產(chǎn)開開關(guān)閉合，使開關(guān)翻開通電。控制一個降溫裝置的開啟本設(shè)計中考慮到本錢和技術(shù)問題，采用電風(fēng)扇進展降溫控制。相反，當溫度傳感器測量的溫度低于設(shè)置的最低數(shù)值的時候，這時單片機又控制P3.3口產(chǎn)生一個高電平送給繼電器，使開關(guān)翻開從而控制升問裝置進展加熱本系統(tǒng)采用電熱絲進展加熱。通過一個升溫和一個降溫裝置，就能實現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。只要通過程序，將我們所要到達的溫度控制在一個恒溫狀態(tài)下?？刂齐娐返脑韴D如5.7所示,繼電器的正極接電源電壓,負極接三極管的集電極,之所以采用三極管,就是繼電器一般是需要驅(qū)動電壓的。而單片機的

39、管腳不能提供最后高的電壓，這樣就會導(dǎo)致即使單片機送出了高電平也無法將繼電器開關(guān)翻開。當接上三極管后就能將輸入信號的發(fā)送到繼電器當中，驅(qū)動開關(guān)使溫度調(diào)節(jié)器改變溫度。圖4.7溫度控制電路繼電器的選擇上，我們選擇科通繼電器總廠生產(chǎn)的G*-10F繼電器為例，列出輸入、輸出參數(shù)，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，最好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、斷電壓值相差大的產(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 。我們在

40、這選擇12V的繼電器作為我們使用的器件。使用的具體元件參數(shù)如下表。第五章 溫度控制的軟件設(shè)計5.1 數(shù)碼管動態(tài)顯示單片機AT89C51輸出8個上下電平信號每個數(shù)碼管的8個段分別連接P0.0-P0.7口上當*個數(shù)碼管的公共端為“0時，則這個數(shù)碼管被選中，這時此數(shù)碼管的哪段為1“則哪段就被點亮初學(xué)者可以利用本實驗板自帶的仿真器功能來單步執(zhí)行，來觀察數(shù)碼管的工作原理，由于I/O資源有限，一個51單片機只有32個I/O所以只能將8個數(shù)碼管以動態(tài)掃描的方式來顯示，何為動態(tài)掃描呢？動態(tài)掃描的連接方式是將8個數(shù)碼管的8個段用一樣的I/O來控制，即第一個數(shù)碼管的a“段由P0.0控制第二個數(shù)碼管的a“段也是由P

41、0.0來控制的而8個數(shù)碼管的公共端則是由不同的I/O來控制，即第一個數(shù)碼管的公共端由P2.4控制而第二個數(shù)碼管的公共端有P2.5控制動態(tài)掃描的控制原理是：將第一個數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容顯示出來，然后立刻將第二個數(shù)碼管的內(nèi)容顯示出來，一次把第8個數(shù)碼管的內(nèi)容顯示出來由于單片機的工作速度非?？?，所以當顯示第8個數(shù)碼管的時候第一個數(shù)碼管的內(nèi)容還沒有完全消失，這時立刻重復(fù)上面的過程，就實現(xiàn)了數(shù)碼管的。數(shù)碼關(guān)分共陽極數(shù)碼管，還有就是共陰極數(shù)碼管，我們就采用共陰來使用。單片機各個口的電壓輸出的都為高電平。共陰就通過控制陽極，即可控制LED顯示。5.2 DS18B20初始化DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初

42、始化ROM操作指令存儲器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。故主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進展復(fù)位，復(fù)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進展預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。DS18B20的單線協(xié)議和命令 DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)的傳輸?shù)恼_性和完整性主機操作單線器件DS18B20必須遵循下面的順序.1.初始化單線總線上的所有操作均從初始化開場。初始化過程如下：主機通過拉低單線480us以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線，進入R*接收模式主機釋放總線時，會產(chǎn)生一個上升沿。單線期間DS18B20檢測到改上升沿后，延時15-60us，通過拉低總線60-240us來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機棘手到從機的應(yīng)答脈沖后，說明有單線器件在線。2.ROM操作命令一旦總線主機檢測到應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起ROM操作命令。工有5位ROM操作命令。3.內(nèi)存操作命令在成功執(zhí)行了ROM操作命