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文檔簡介

基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要:在人類的生產(chǎn)和生活中,溫度是眾多常用的被測參數(shù)之一,它的變化對我們有著重大的影響。溫度檢測被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)反響器,加熱爐,以及日常生活中的使用,烘干箱,電熱水器,微波爐等對所有的控制和監(jiān)測溫度有非常高的要求。本主題旨在設(shè)計(jì)高精度溫度檢測和顯示系統(tǒng)。以單線溫度傳感器DS18B20和檢測到的數(shù)據(jù)送到AT89C51進(jìn)行分析,并由三端雙向可控硅,鍵盤,還有核心處理器共同實(shí)現(xiàn)運(yùn)行,并將最終溫度以四位一體的數(shù)字顯示。同時(shí)假定一個(gè)溫度上限與下限,如果溫度越過接線均報(bào)警。使用MCS-51系列單片機(jī)為控制中樞處理器,運(yùn)行輕易,靈活,而且可以大大提高溫度檢測標(biāo)準(zhǔn)性。關(guān)鍵詞:微控制器,溫度傳感器,溫度控制DesignoftemperaturedetectionsystemusingsinglechipmicrocomputerAbstract:Asthetemperatureparametersrequiredfortheproductionofhumanlifeandtheimpactonourincreasinglysignificant.Temperaturedetectionarewidelyusedinindustrialproductionreactors,furnaces,anddailylifeuse,dryingoven,electricwaterheaters,microwaveovensandothercontrolandmonitoringofallhaveaveryhightemperaturerequirements.Thistopicisintendedtodesignhigh-precisiontemperaturemeasurementanddisplaysystem.In-linetemperaturesensorDS18B20andthedetecteddatatobeprocessedAT89C51bytriac,thekeyboard,thecoreprocessortocoordinatethecompletionofthework,andthefinaltemperaturedisplayedinoneofthefournumbers.Andsetatemperaturelimitandthelowerlimit,analarmifthetemperatureofthelinecanbe.UseMCS-51seriesmicrocontrollercoreprocessorrunningconvenient,flexible,andcangreatlyimprovethetemperaturedetectionnormative.Keywords:microcontroller,transducer,temperaturedetection目錄緒論.......................................................................11.1溫度控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀..........................................................11.2論文的總體工作和內(nèi)容方案......................................................2第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案與器件選擇.................................................32.1主芯片的選擇..................................................................32.2度傳感器的選擇與測量..........................................................42.3DS18B20簡介及其工作原理......................................................52.4四位一體數(shù)碼管的簡介..........................................................8第三章系統(tǒng)硬件電力設(shè)計(jì)..........................................................113.1系統(tǒng)框圖.....................................................................113.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).................................................................123.2.1微控制器.................................................................123.2.2溫度檢測模塊.............................................................133.2.3鍵盤模塊.................................................................143.2.4溫度顯示模塊.............................................................153.2.5報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)...........................................................16第四章系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)..........................................................174.1軟件程序設(shè)計(jì)流程圖...........................................................174.2使用PROTEUS進(jìn)行仿真..........................................................19結(jié)論.............................................................................21參考文獻(xiàn)〔References〕...........................................................22致謝.............................................................................23緒論1.1溫度檢測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀溫度檢測技術(shù)的開展生產(chǎn)管理的整合與數(shù)字化是如今產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化控制的趨向,到達(dá)這些成效需要有工業(yè)電腦、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和巨大的數(shù)據(jù)資料庫。采用先進(jìn)的技術(shù)來監(jiān)控各種控制參數(shù)〔例如溫度,流量和壓力等〕,在復(fù)雜的工業(yè)和社會(huì)環(huán)境中,可以明顯的加速生產(chǎn)和管理的自動(dòng)化能力。軌道的溫度測量〔也稱為上的溫度分布的測量技術(shù)〕,是一個(gè)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)通信的分析和處理的新技術(shù),是一個(gè)在生產(chǎn)過程當(dāng)中解釋溫度與熱加工工藝的相關(guān)程度的新手段,跟蹤被測量為一個(gè)圖表或者數(shù)字。在生產(chǎn)與管理中溫度是一個(gè)重要的檢測項(xiàng),溫度檢測器〔也被稱為跟蹤〕技術(shù)有相當(dāng)巨大的利用前景。1)國內(nèi)和國外溫度檢測技術(shù)的走向(1)擴(kuò)展檢測范圍目前常見的工業(yè)溫度測量領(lǐng)域?yàn)?200?3000℃,但對于超高溫未來的需求會(huì)越來越高,特別是低溫液化氣體檢測更加明顯,如低于10K的溫度檢測是目前探索的重中之重。(2)擴(kuò)大測溫對象溫度檢測技術(shù)將開展到如此地步,從點(diǎn)至線,再到面,甚至是三維測量。應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到工業(yè)方面,家電,汽車和航空實(shí)業(yè),工業(yè)環(huán)保。(3)開展新型產(chǎn)品使用原來的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)測試,以應(yīng)對不同的情況和原來不同條件需求,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)客戶的需求。再使用新的檢測技術(shù)優(yōu)勢,創(chuàng)造新的作品。(4)適應(yīng)特殊環(huán)境下的測溫在許多場合,有特別的需求,如抗硫,抗爆,磨損性能需求的溫度檢測器;還有快速運(yùn)動(dòng)的物體溫度,火焰等各種溫度檢測。(5)顯示數(shù)字化測溫儀器在向數(shù)字化方向?qū)崿F(xiàn)。它的益處是可以直接觀察、沒有示數(shù)錯(cuò)誤、分辨率很高、測量精確,所以將來會(huì)有巨大的銷售潛力。(6)標(biāo)定自動(dòng)化利用電腦技術(shù),迅速、精確、溫度探測器自主校準(zhǔn)。2〕國內(nèi)和國外溫度檢測的走向依據(jù)上面所說需求,行內(nèi)的測溫儀器廠家未來可以向著下面幾種檢測元件開展:(1)繼續(xù)制造更使用的傳統(tǒng)的溫度檢測元件,如:熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等。2〕加大對最新理論,新材料,新的制作技術(shù)的開展。像最近仍然在開展的薄膜類熱敏電阻,還有厚膜,薄膜鉑電阻類溫度檢測器,等。(3)向智能、數(shù)字、自動(dòng)化目標(biāo)開發(fā)。這些新產(chǎn)品不但有檢測作用,而且還有判別和命令作用,使用電腦智能化目標(biāo)開發(fā),同時(shí)為機(jī)電一體化目標(biāo)前進(jìn)。1.2論文的總體工作和內(nèi)容方案這篇論文是基于微控制器的溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),其主要內(nèi)容分為四個(gè)章節(jié)。第一章緒論,主要為今天的溫度測量系統(tǒng),溫度測量的開展,選擇溫度傳感器的測量方法進(jìn)行了介紹。裝置選擇的第二章中,該系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)被分成幾個(gè)模塊,分別用于所需的芯片的設(shè)計(jì)使用多個(gè)模塊,所述裝置進(jìn)行了介紹。第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)為假設(shè)干單獨(dú)的模塊的系統(tǒng),包括一個(gè)微控制器,一個(gè)溫度檢測模塊,接口設(shè)計(jì),溫度顯示,報(bào)警功能被實(shí)現(xiàn),詳細(xì)介紹。第四章會(huì)介紹系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì),這一章涵蓋了軟件設(shè)計(jì)流程圖,作品的PROTEUS仿真。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案與器件選擇選擇設(shè)備和使用該設(shè)備之前,一定要有更好的理解所涉及的產(chǎn)品與應(yīng)用方向的設(shè)計(jì)特性。本章重點(diǎn)介紹所使用的芯片和設(shè)備的硬件設(shè)計(jì),包括采用的主芯片AT89C51,溫度獲取模塊中選擇的芯片DS18B20,顯示模塊中選用四位一體數(shù)碼管,溫度控制模塊可控硅等。2.1主芯片的選擇AT89C51簡單介紹AT89單片機(jī)結(jié)構(gòu)根本上是相同的,唯一的各個(gè)模塊和功能的一些差異。在技術(shù)生產(chǎn)中,它選用了ATMEL,能夠和常用的工業(yè)準(zhǔn)那么MCS-51指令集合跟輸出管腳兼容[3]。ATMEL的AT89C51是一個(gè)很有效的微控制器,它在整個(gè)芯片微處理器中結(jié)合了靈巧的8位CPU和閃速存儲(chǔ)器,這種方法為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供廉價(jià)并且高彈性的方案。AT89C51的形狀和引腳分布情況如圖2-1:圖2-1AT89C51芯片構(gòu)造圖它含有所需的微處理器的根本功能,各功能通過單芯片總線連成一個(gè)整體,集成在一塊芯片上。AT89C51外接引腳有下面兩種:1〕XTAL1:當(dāng)內(nèi)部振蕩器運(yùn)行時(shí),它通過一個(gè)引腳外部晶振和可小調(diào)的電容。2〕XTAL2:反相放大器芯片振蕩器的輸出,并連接到一個(gè)外部石英晶體和微調(diào)電容器的另一端。當(dāng)外部振蕩器運(yùn)行,這個(gè)引腳懸空。第一條命令取指,譯碼并運(yùn)行指令,譯碼,運(yùn)行指令繼續(xù)。SCM自動(dòng)步說明,以完成各種功能來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的指令一步。在每個(gè)時(shí)間微指令操作有著嚴(yán)格的順序,時(shí)間順序,我們將調(diào)用此微操作時(shí)機(jī)。[4]我們所說的單芯片時(shí)鐘信號(hào)被用于各種微芯片的微控制器的操作提供了一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。2.2溫度傳感器的選擇與測量有很多類型的溫度測量方法,一般總結(jié)為兩類:碰觸式和非碰觸式測溫。1〕接觸式測溫法由熱平衡原理,當(dāng)接觸兩個(gè)物體彼此相對夠長,經(jīng)驗(yàn)豐富的熱交換,將到達(dá)所謂的熱平衡,此時(shí)就意味著這兩個(gè)物體的溫度是一樣的。將要進(jìn)行熱交換的兩個(gè)目標(biāo)看成是溫度計(jì)的兩個(gè)對象,一個(gè)是被測量的對象,另一個(gè)是作為參考的對象,該對象可以利用溫度計(jì)讀數(shù)來測定[2]。這種方法,可靠,精度高,但該措施必須要求當(dāng)溫度計(jì)和被測量對象具有良好的熱接觸,并且它們之間有足夠的熱傳遞,因此它可能會(huì)導(dǎo)致溫度滯后,這一措施要測量的目標(biāo)和待測量可能發(fā)生某種反響,但一些待測目標(biāo)由耐火材料制成的,接觸溫度測量儀器是沒有方法來測量溫度。2〕非接觸式測溫法儀器和測量對象之間沒有必要進(jìn)行測量,檢測一個(gè)目標(biāo)的實(shí)際溫度是通過檢測伴隨溫度變化而變化的熱輻射溫度,非接觸式溫度測量通過檢測熱施加的根本規(guī)律的范圍輻射能量,測量范圍也不會(huì)被這種方式所制約,并且溫度測量會(huì)加快速度。非接觸式溫度測量也經(jīng)常應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)測量體溫,它不需要與每個(gè)其他目標(biāo)與測量儀器有所碰觸,亦不會(huì)改動(dòng)被測目標(biāo)的溫度的分布情況。2.3DS18B20簡介及其工作原理美國DALLAS公司的1-Wire設(shè)備,DS18B20的優(yōu)點(diǎn):低功耗,小尺寸,高性能,干擾,處理器配置容易,且該裝置的溫度可以被直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)送入處理器進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚韀5]。DS18B20器件具有以下幾個(gè)特點(diǎn):·它不需要任何輔助裝置可以測溫度;·電壓范圍;·1端口通訊;·最大轉(zhuǎn)換時(shí)間750ms;·溫度測量范圍-55~+125℃;·有溫度越線警告設(shè)置·負(fù)電壓特性;〔電源極性反轉(zhuǎn)事故,該裝置不會(huì)因過熱受損,但無法正常工作?!?-3所示DS18B20引腳分布情況,各引腳作用如表2-2所示。圖2-3DS18B20外觀及引腳排列表2-2DS18B20引腳說明引腳號(hào)符號(hào)說明123GNDDQVDD接地?cái)?shù)據(jù)輸入/輸出腳;開路單總線接口引腳;當(dāng)在寄生電源操作可以提供功率給設(shè)備??蛇x的VDD腳;如圖2-4所示,當(dāng)與單片機(jī)相連DS18B20,可以根據(jù)單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)〔附屬〕的操作,亦可依據(jù)多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)〔更多的附屬〕來進(jìn)行操作[5]。一般情況下,使用連接到端口,也可外接上拉電阻到4.7K。圖2-4DS1820供電指示圖圖2-4中:1〕64位ROM。2〕溫度傳感器。DS18B20用于溫度測量技術(shù)是一個(gè)片上溫度測量技術(shù),其運(yùn)行過程如下:由具有高溫度指數(shù)的振蕩器,以確認(rèn)是一個(gè)門循環(huán)中,在相應(yīng)期間的低門振蕩器的溫度系數(shù)將內(nèi)部計(jì)數(shù)器脈沖計(jì)數(shù),從而獲取溫度。計(jì)數(shù)器被設(shè)置為對應(yīng)于80℃的值。如果在周期停止之前的門計(jì)數(shù)器已經(jīng)位于零,同樣被預(yù)設(shè)為一值之前的80℃的溫度存放器里的數(shù)值相應(yīng)增加,這就是說所測量目標(biāo)的溫度大于80℃。再把被重置為某個(gè)原始值用感溫振蕩器拋物線特性來確定,斜坡式蓄能器電路來確定補(bǔ)償,那么計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)一直到零,這個(gè)過程反復(fù)進(jìn)行,直到在柵極周期。為了獲得高分辨率的溫度,振蕩器拋物線溫度特性傾斜累加器電路通過改變計(jì)數(shù)器的值的計(jì)數(shù)一次所需的溫度到達(dá)對每個(gè)補(bǔ)償[7]。因此,如果要獲得所希望的分辨率,那么它也必須知道的計(jì)數(shù)器和一個(gè)給定的溫度的每單位的計(jì)數(shù)值的值。分辨率DS18B20溫度結(jié)果可以加大概小的分辨率,在16位模式中的溫度值的大小和擴(kuò)展二進(jìn)制與符號(hào)位補(bǔ)充讀出。表2-3所說明的是送出的數(shù)據(jù)與溫度的聯(lián)系。DS18B20溫度范圍0℃?+90℃,使用的是單個(gè)接口將測量數(shù)據(jù)的串行數(shù)字輸出模式。表2-3溫度數(shù)據(jù)關(guān)系溫度℃數(shù)據(jù)輸出〔二進(jìn)制〕數(shù)據(jù)輸出〔十六進(jìn)制〕+125+85+25.0625+10.125+0.50-0.5-10.125-25.0625-55000001111101000000000101010100000000000110010001000000001010001000000000000010000000000000000000111111111111100011111111010111101111111001101111111111001001000007D0H0550H0191H00A2H0008H0000HFFF8HFF5EHFE6FHFC90H訪問DS18B20芯片的軟件解決方案,必須使用由單個(gè)總線協(xié)定仿真和時(shí)序來到達(dá)。由于DS18B20要靠I/O線來讀取和寫入數(shù)據(jù),故DS18B20讀寫數(shù)據(jù)位有很苛刻的時(shí)序要求。DS18B20通過其非??量痰膮f(xié)議,以確保每個(gè)數(shù)據(jù)輸送的準(zhǔn)確,該協(xié)議定義了三種類型的信號(hào)定時(shí)是:初始化定時(shí),寫定時(shí)和讀定時(shí)[8]。上述定時(shí)三個(gè)是主機(jī)作為主設(shè)備,單總線從設(shè)備,如果有單總線設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)回一定由主機(jī)每次輸送數(shù)據(jù)的要求,在完成寫指令后,主機(jī)將自動(dòng)讀取定時(shí),定時(shí)通過讀取所接收的數(shù)據(jù),以完成任務(wù)。無論是傳輸轉(zhuǎn)移至少顯著位在后的第一高數(shù)據(jù)或命令。DS18B20的初始化時(shí)序如圖2-6所示。圖2-6DS18B20的初始化時(shí)序如果DS18B20寫0,單總線將被拉低,以確保DS18B20也許會(huì)在寫定時(shí)的總線中準(zhǔn)確的采樣,寫1時(shí)序的同時(shí),單總線將被拉低,他們必須在15發(fā)出總線[8]。DS18B20的寫時(shí)序如圖2-7所示。圖2-7DS18B20的寫時(shí)序至于DS18B20讀定時(shí)可以將數(shù)據(jù)輸送至總線。DS18B2060us至少需要完成的處理的讀出定時(shí)。DS18B20的讀時(shí)序如圖。圖2-8DS18B20的讀時(shí)序2.4四位一體數(shù)碼管的介紹要顯示的發(fā)光二極管LED〔發(fā)光二極管〕的LED,當(dāng)由人工控制的二極管導(dǎo)通時(shí)間某些區(qū)段的發(fā)射,數(shù)碼管將顯示對應(yīng)的字符的幾個(gè)局部。LED燈管控制簡單,價(jià)格廉價(jià),因此非常普遍的微控制器。在LED燈的數(shù)字顯示時(shí),我們至少要流過5毫安的電流,但是電流也不能過多,不然二極管就會(huì)被銷毀,所用的共陽極方式與單片機(jī)的I/O上拉只訪問端口,也可能連接到電阻,假設(shè)所用的是共陰極的方式,但也有外部驅(qū)動(dòng)電路,以改善驅(qū)動(dòng)作用的MCU[1][6]。7段LED加一個(gè)小數(shù)點(diǎn),需要提供的字體代碼LED數(shù)碼管只是一共有八個(gè)字節(jié),不管共陽極或共陰極LED數(shù)碼管都有其相應(yīng)的字體代碼,如圖2-9。圖2-9字型碼對應(yīng)關(guān)系表2-4LED數(shù)碼管的字型碼表〔十六進(jìn)制〕顯示字符共陽極共陰極顯示字符共陽極共陰極01234567C0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H89ABCDEF80H90H88H83HC6HA1H86H8EH7FH6FH77H7CH39H5EH79H71HLED顯示的方法有:靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。如果數(shù)碼管有較多位的時(shí)候,以便電路更簡單通常將動(dòng)態(tài)顯示,此設(shè)計(jì)中使用動(dòng)態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示被點(diǎn)亮為輪流每個(gè)顯示,并且只有一個(gè)顯示器被點(diǎn)亮的同時(shí),但因?yàn)槿庋鄣囊曈X作用和余輝,LED的持久不亮?xí)r,將有更多的字符同時(shí)顯示的情形。為了實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示,并行控制線全部位用一個(gè)8位的字體I/控制O口,來操作每個(gè)LED數(shù)碼管,這是所有顯示器共陽極、共陰極,分別從各自對應(yīng)的I/O接口,以及一個(gè)四個(gè)數(shù)字操作,它是單獨(dú)的內(nèi)部共終端,并顯示字符的字體控制線一直連著,這時(shí)直接操作[6]。引腳連接和位四個(gè)數(shù)字控制線的一個(gè)由四位LED數(shù)碼管組成原理見下列圖2-10。圖2-10四位一體共陽極數(shù)碼管系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本節(jié)介紹了系統(tǒng)和完善的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過引入第二章的整體框架中,我們可以選擇使用有一定的了解的重要的硬件電路芯片和設(shè)備,在該技術(shù)的每個(gè)局部已經(jīng)硬件連接和細(xì)節(jié)。3.1系統(tǒng)框圖任務(wù)的設(shè)計(jì)和基于微控制器,模擬設(shè)計(jì)烘箱的溫度檢測和顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫度檢測系統(tǒng)。由溫度傳感器進(jìn)行溫度測量,數(shù)據(jù)收集到中樞處理器,鍵盤等來控制溫度,并通過數(shù)字顯示的溫度。設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由一個(gè)微控制器,一個(gè)溫度檢測模塊,鍵盤模塊,溫度顯示模塊,報(bào)警部件,單片機(jī)選擇簡易和靈敏的AT89C51,可以大大提高溫度檢測標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示:溫度傳感器溫度傳感器1 溫度傳感器2溫度傳感器4溫度傳感器3A/D轉(zhuǎn)換器AT89C51單片機(jī)按鍵LCD顯示蜂鳴器報(bào)警圖3-1系統(tǒng)框圖1、AT89C51單片機(jī)AT89C51單芯片是系統(tǒng),它具有4千字節(jié)的FLASH存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)的重心,而且還行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集常用且其輸出引腳兼容。AT89C51是一個(gè)很有效的微控制器,每個(gè)芯片里都結(jié)合了通用的8位CPU、閃速存儲(chǔ)器,這種方法為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供廉價(jià)并且高彈性的方案。2、溫度檢測模塊本設(shè)計(jì)使用DS18B20當(dāng)做溫度傳感器,DALLAS廠家所研發(fā),他可以只是一根端口線即可以和多芯片DS18B20和溝通,這樣的設(shè)計(jì)可以保存最動(dòng)態(tài)邏輯電路之間的接口線路。DS18B20小尺寸組裝,高溫度分辨率,溫度可以直接轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,除此之外他還低消耗,性能高,抗干擾性強(qiáng),易與處理器。3、溫度顯示模塊當(dāng)LED數(shù)字位更多的時(shí)間,以便簡化電路通常顯示動(dòng)態(tài)顯示,動(dòng)態(tài)顯示是一個(gè)一匝每個(gè)顯示被點(diǎn)亮,并且僅僅一個(gè)顯示器被點(diǎn)亮的同時(shí),更多的字符將在相同的現(xiàn)象被照亮。本設(shè)計(jì)采用四位一體共陽極LED顯示器,這款顯示器顯示初始設(shè)置特定的溫度或電流還有實(shí)時(shí)溫度。。4、報(bào)警模塊蜂鳴器被普遍運(yùn)用在計(jì)算機(jī),警報(bào),打印機(jī)等數(shù)字產(chǎn)品作為新一代聲音設(shè)備的整體組件。通過蜂鳴器報(bào)警功能的設(shè)計(jì)是由一個(gè)溫度傳感器DS18B20取得獲取的溫度數(shù)據(jù),微控制器用于分析所收集的數(shù)據(jù),如果偶然使之比設(shè)定溫度高的溫度時(shí),蜂鳴器鳴響警報(bào)。5、鍵盤模塊為了使系統(tǒng)輕易緊湊,設(shè)計(jì)中使用一個(gè)獨(dú)立的鍵盤,按鍵直接連到I/O端,鍵盤只設(shè)置了五個(gè)功能按鍵,啟動(dòng)按鈕,“百〞,“十〞和“有點(diǎn)〞按鈕??梢栽诿堪俨?,10的設(shè)定溫度用數(shù)字鍵和一個(gè)位被置位,當(dāng)任一個(gè)鍵被按下時(shí),會(huì)導(dǎo)致輸入端口為低,假設(shè)沒有任何鍵被動(dòng)作,為高電平。只要軟件設(shè)計(jì)不斷地檢查情況端口出現(xiàn)低,這確定哪個(gè)鍵被按下。3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.2.1微控制器我們選擇AT89C51是CMOS8位微處理器,閃存4千字節(jié),MCS-51指令集,它會(huì)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的正常使用引腳彼此相容[11][12]。ATMELAT89C51是一種非常有效的微處理器,微處理器等大量被采用于工業(yè)設(shè)計(jì),這種設(shè)計(jì)給整個(gè)系統(tǒng)提供了必要廉價(jià)和靈活性。它包含必要的微型計(jì)算機(jī),通過總線片連成一個(gè)整體的功能組件,所有這些都集成在一塊芯片上的功能結(jié)構(gòu)的根本特征。無論什么微控制器的類型,總是涉及微控制器復(fù)位電路設(shè)計(jì),微控制器啟動(dòng)需要復(fù)位,從而使CPU和系統(tǒng)中建立的初始狀態(tài)下的各種組件,并開始從初始狀態(tài)的工作[14]。本設(shè)計(jì)使用了手動(dòng)重置鍵,重置鍵被按下時(shí),適用于低RST將結(jié)束,又RST為低電平才會(huì)被觸發(fā)有效,因此通過手動(dòng)按下按鍵重置。如圖3-2所示復(fù)位電路。圖3-2復(fù)位電路1〕復(fù)位操作允許設(shè)備初始化。初始化結(jié)束之后,系統(tǒng)將最先執(zhí)行從地址0000H單元的命令。2〕復(fù)位后的特別功能存放器的狀態(tài)確定,相應(yīng)的含義:SP=07H,說明〔被推即第一內(nèi)容被寫入到08H單元〕堆棧指針的片上RAM中07H單元。顯著位IP,IE和PCON是零,即每個(gè)中斷源是一個(gè)低優(yōu)先級(jí),所有中斷被關(guān)閉時(shí),串行通信波特率不會(huì)加倍[15]。3.2.2溫度檢測模塊采用通過產(chǎn)生DS1820溫度傳感器美國DALLAS半導(dǎo)體單總線設(shè)備,這在過去傳統(tǒng)的熱敏電阻不同,DS18B20可直接測量溫度為串行信號(hào)輸出,供應(yīng)微控制器進(jìn)行處理。信息到由它自己的單線接口到芯片或發(fā)送的芯片進(jìn)行檢查,僅需要一個(gè)單一的信號(hào)線和接地,這種設(shè)計(jì)從微控制器到芯片,越是溫度分辨率高節(jié)省了大量的邏輯和繁瑣的布線的。表3-1,[5][8]。表2-3溫度數(shù)據(jù)關(guān)系溫度℃數(shù)據(jù)輸出〔二進(jìn)制〕數(shù)據(jù)輸出〔十六進(jìn)制〕+125+85+25.0625+10.125+0.50-0.5-10.125-25.0625-55000001111101000000000101010100000000000110010001000000001010001000000000000010000000000000000000111111111111100011111111010111101111111001101111111111001001000007D0H0550H0191H00A2H0008H0000HFFF8HFF5EHFE6FHFC90H從上拉電阻和4.7KDS18B20組合物,即直接與微控制器P3.7測溫電路/RD端口相連。其引腳功能如下表中3-2所示。表3-2DS18B20引腳說明引腳號(hào)符號(hào)說明123GNDDQVDD接地?cái)?shù)據(jù)輸入/輸出腳;漏極開路,在正常高。3.2.4鍵盤模塊為了使輕易和緊湊的鍵盤,故只安裝五個(gè)功能鍵,它們是啟動(dòng)按鈕,“百〞,“十〞和“有點(diǎn)〞按鈕、切換按鈕,AT89C51芯片中的P1口低4位作為控制來調(diào)節(jié)鍵盤接口系統(tǒng)??梢栽陬A(yù)設(shè)的溫度用數(shù)字鍵,分別為100,10,和一個(gè)位被置位,并且在LED顯示當(dāng)前的設(shè)置。如圖3-4所示:圖3-4溫度設(shè)定模塊電路連接圖3.2.5溫度顯示模塊如圖3-5MCU和四個(gè)共陽極的一個(gè)LED動(dòng)態(tài)顯示接口電路。選擇線段經(jīng)由連接到的放大器電路直接連接到P0口位線選擇。圖3-5溫度顯示模塊電路連接圖因?yàn)樾枰嗟墓躄ED數(shù)字位,為了簡化電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)使用了動(dòng)態(tài)的顯示模式,四個(gè)共陽極LED顯示器之一的選擇,這顯示器顯示初始設(shè)定具體溫度或電流實(shí)際溫度??刂苿?dòng)態(tài)顯示的方法是在送轉(zhuǎn)的四個(gè)數(shù)字字體代碼和相應(yīng)的位選信號(hào),四位數(shù)碼管首次點(diǎn)亮,同時(shí)控制每個(gè)數(shù)碼管的時(shí)候亮起時(shí),從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示[16]。3.2.6報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)蜂鳴器是一種電子裝置的集成式結(jié)構(gòu),大量被使用于計(jì)算機(jī),報(bào)警,復(fù)印機(jī)等電子產(chǎn)品作為聲音產(chǎn)生裝置,蜂鳴器重點(diǎn)劃分電壓蜂鳴器和磁性蜂鳴器[10]。蜂鳴聲的原理:讓電流流過電磁線圈,線圈會(huì)產(chǎn)生磁場,該磁場會(huì)啟動(dòng)振動(dòng)板,但必須有一個(gè)恒定電流以啟動(dòng)它,通過微控制器的I/O引腳的電流微弱。本設(shè)計(jì)報(bào)警功能由蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)。溫度傳感器DS18B20的采集溫度數(shù)據(jù),微控制器AT89C51用于分析收集到的數(shù)據(jù),因?yàn)槿绻墒鹿蕦?dǎo)致比設(shè)定溫度高的溫度下,P0.6口發(fā)送一個(gè)高驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。圖3-7所示的報(bào)警電路連接:圖3-7報(bào)警電路連接圖系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)4.1軟件程序設(shè)計(jì)流程圖本節(jié)描述了硬件電路設(shè)計(jì)為一個(gè)軟件程序,每個(gè)模塊的程序設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容,包括主要的過程以及常規(guī)流程。4.1.1主程序流程系統(tǒng)必須首先進(jìn)行初始化,呼叫溫度檢測器通過調(diào)用溫度顯示檢測初始化子程序的當(dāng)前溫度,并且在子程序顯示當(dāng)前的溫度,然后將溫度調(diào)節(jié)用的子程序調(diào)用,使用按鍵進(jìn)行溫度設(shè)置。4.1.2溫度檢測子程序流程圖在主程序中,系統(tǒng)必須先進(jìn)行初始化,溫度檢測器通過調(diào)用初始化的溫度顯示初始化子程序的當(dāng)前溫度,并且在子程序顯示當(dāng)前的溫度,然后將溫度調(diào)節(jié)用的子程序調(diào)用,使用按鍵對上限和下限的溫度進(jìn)行設(shè)定。系統(tǒng)將檢測的實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定的溫度比擬,如果實(shí)時(shí)溫度高于或低于最先設(shè)置的溫度時(shí),蜂鳴器都會(huì)報(bào)警。如圖4-1開始開始系統(tǒng)初始化取溫度點(diǎn)F1\F2溫度顯示是否有按鍵比擬設(shè)置溫度與當(dāng)前溫度大小按鍵控制按鍵處理YESSNO圖4-1溫度檢測程序流程圖4.1.3溫度上下限調(diào)整子程序流程圖溫度調(diào)節(jié)子啟動(dòng)程序后,需要進(jìn)行檢查,如果該鍵關(guān)閉,如果沒有關(guān)閉按鈕,返回到主直道。如果一個(gè)鍵被關(guān)閉時(shí),有必要檢測哪些鍵被關(guān)閉。如果P0.0為低,然后關(guān)閉的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果P0.1為低,那么關(guān)閉十個(gè)鍵。如果P0.2為低,那么關(guān)閉按鈕百戶重點(diǎn),如果P0.3低,關(guān)機(jī)鍵啟動(dòng)按鈕。當(dāng)按下其他三個(gè)按鈕,分別是位密鑰,數(shù)字鍵,百戶重點(diǎn),溫度的對應(yīng)位,十,百,個(gè),直到進(jìn)行到9遞增,再繼續(xù)操作按鍵返回0,三個(gè)主要按鈕單獨(dú)調(diào)節(jié)每個(gè)數(shù)字溫度,十,百,各位之間互不影響。4.2使用PROTEUS進(jìn)行仿真所使用的仿真和設(shè)計(jì)軟件為Proteus,把溫度調(diào)節(jié)和顯示,溫度的獲取和顯示仿真程序分成兩個(gè)局部。Proteus,作為最好的仿真工具之一,在單片機(jī)愛好者,學(xué)者中廣為流行,是我們現(xiàn)在唯一的電路仿真,PCB設(shè)計(jì)和仿真三重虛擬模型的設(shè)計(jì)軟件。4.2.1溫度采集與顯示采集和處理溫度的顯示:當(dāng)DS18B20采集溫度數(shù)據(jù),通過微控制器AT89C51,讀出值與實(shí)測值的處理DS18B20,溫度采樣時(shí)間是1秒/次。當(dāng)讀取數(shù)據(jù)的CRC檢查溫度,并且將測量值BCD碼轉(zhuǎn)換,正或負(fù)的判斷溫度,最后顯示輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真模塊中,使用者能夠自己設(shè)置DS18B20采集溫度值,微控制器AT89C51讀出DS18B20的測量值然后分析數(shù)據(jù),把分析完的數(shù)據(jù)輸入數(shù)碼管進(jìn)行顯示。圖4-2為溫度采集:圖4-2仿真圖中采集溫度4.2.1設(shè)定溫度調(diào)整與顯示設(shè)定溫度調(diào)整模塊中,系統(tǒng)設(shè)有:啟動(dòng)鍵、個(gè)位鍵、十位鍵、百位鍵、切換鍵。可以操作切換鍵來顯示實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定溫度。并通過個(gè)位鍵、十位鍵、百位鍵來調(diào)整設(shè)定溫度。如

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