數(shù)字溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)正文.doc

畢 業(yè) 論 文 正 文 第54頁(yè)數(shù)字溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要隨著科技的不斷進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù)，而采用單片機(jī)來(lái)對(duì)這些被控參數(shù)進(jìn)行控制已成為當(dāng)今的主流。本文介紹了數(shù)字溫度測(cè)量及自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。闡述了以AT89C2051單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。主要組成部分：AT89C2051單片機(jī)、溫度傳感器、顯示電路、溫度控制電路。它可以實(shí)時(shí)的顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制。而且設(shè)有大功率驅(qū)動(dòng)電路。測(cè)試表明，本設(shè)計(jì)對(duì)溫度的控制有方便、簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，大幅提高了被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。溫度信號(hào)由溫度芯片DS18B20采集，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測(cè)與溫度控制電路。單片機(jī)通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制的目的。關(guān)鍵詞： 溫度自動(dòng)控制;AT89C2051;DS18B20哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院印制目 錄緒 論2第1章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)31.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求31.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求31.1.2重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容31.1.3實(shí)現(xiàn)途徑及方法41.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)4第2章系統(tǒng)硬件各功能模塊的設(shè)計(jì)62.1主控模塊的設(shè)計(jì)62.1.1單片機(jī)的選擇62.1.2 溫度傳感器的選擇82.1.3復(fù)位和時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)122.1.4 溫度采集電路132.2人機(jī)接口設(shè)計(jì)142.2.1鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)142.2.2顯示電路的設(shè)計(jì)14第3章軟件設(shè)計(jì)183.1主程序模塊183.2數(shù)據(jù)采集和顯示模塊203.3輸入模塊21第4章 調(diào)試與仿真234.1 調(diào)試234.1.1硬件調(diào)試234.1.2軟件調(diào)試244.1.3綜合性能調(diào)試244.2 仿真25結(jié) 論26參考文獻(xiàn)27致 謝29附錄1：源程序30附錄2：各部分模塊子程序41緒 論 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。在很多生產(chǎn)過(guò)程中，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，溫度的測(cè)量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。因此，溫度的測(cè)量與控制在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用給現(xiàn)代工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的技術(shù)革命，自動(dòng)化、智能化均離不開(kāi)單片機(jī)的應(yīng)用。將單片機(jī)控制方法運(yùn)用到溫度控制系統(tǒng)中，可以克服溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴(yán)重滯后現(xiàn)象，同時(shí)在提高采樣頻率的基礎(chǔ)上可以很大程度的提高控制效果和控制精度?，F(xiàn)代自動(dòng)控制越來(lái)越朝著智能化發(fā)展，在很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中都用到了工控機(jī)，小型機(jī)、甚至是巨型機(jī)處理機(jī)等，當(dāng)然這些處理機(jī)有一個(gè)很大的特點(diǎn)，那就是很高的運(yùn)行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但隨之而來(lái)的是巨額的成本。在很多的小型系統(tǒng)中，處理機(jī)的成本占了系統(tǒng)成本的比例高達(dá)20%，而對(duì)于這些小型的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，配置一個(gè)如此高速的處理機(jī)沒(méi)有任何必要，因?yàn)檫@些小系統(tǒng)追求經(jīng)濟(jì)效益，而不是最在乎系統(tǒng)的快速性，所以用成本低廉的單片機(jī)控制小型的，而又不是很復(fù)雜，不需要大量復(fù)雜運(yùn)算的系統(tǒng)中是非常適合的。 隨著電子技術(shù)以及應(yīng)用需求的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了迅速的發(fā)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(jìn)展?，F(xiàn)在完全可以運(yùn)用單片機(jī)和電子溫度傳感器對(duì)某處進(jìn)行溫度檢測(cè)，而且可以很容易地做到多點(diǎn)的溫度檢測(cè)，如果對(duì)此原理圖稍加改進(jìn)，還可以進(jìn)行不同地點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)和控制。第1章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求該溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)采用AT89C2051單片機(jī)為主控芯片，傳感器采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)和控制。主要技術(shù)指標(biāo)：可調(diào)節(jié)的范圍為099。該溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)由溫度信號(hào)采樣電路，鍵盤(pán)及顯示電路，溫度控制電路，電源電路，時(shí)鐘信號(hào)電路等構(gòu)成，并運(yùn)用程序算法進(jìn)行溫度控制和調(diào)整。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，詳細(xì)分析溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，并進(jìn)行軟硬件的總體設(shè)計(jì)。由鍵盤(pán)電路輸入設(shè)定溫度信號(hào)給單片機(jī)，溫度信號(hào)采集電路采集現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入與反饋信號(hào)的偏差進(jìn)行計(jì)算，輸出反饋量給溫度控制電路，實(shí)現(xiàn)升溫。顯示電路實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。設(shè)計(jì)人員需完成全部硬件和軟件的設(shè)計(jì)，做出成品并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。1.1.2 重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要包括溫度信號(hào)采樣電路，鍵盤(pán)及顯示電路，溫度控制電路，電源電路，時(shí)鐘信號(hào)電路等，其中硬件設(shè)計(jì)重點(diǎn)是鍵盤(pán)及顯示電路和溫度控制電路。軟件設(shè)計(jì)主要完成系統(tǒng)初始化、鍵盤(pán)處理子程序、DS18B20和數(shù)碼管的子程序設(shè)計(jì)、溫度控制計(jì)算子程序等工作。1.1.3 實(shí)現(xiàn)途徑及方法本系統(tǒng)主要通過(guò)資料查找、系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，軟硬件總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)的軟件與硬件設(shè)計(jì)、調(diào)試、資料整理等步驟來(lái)完成。本系統(tǒng)利用ProtelDXP軟件完成硬件電路版設(shè)計(jì)工作，利用Keil51軟件完成系統(tǒng)控制軟件的編譯調(diào)試工作，通過(guò)制作成型來(lái)用現(xiàn)實(shí)生活進(jìn)行對(duì)設(shè)計(jì)的真實(shí)考驗(yàn)。1.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 在這個(gè)系統(tǒng)中我們從性能及設(shè)計(jì)成本考慮,我們選擇AT89C2051芯片。AT89C2051的廣泛使用，使單片機(jī)的價(jià)格大大下降。目前，AT89C2051的市場(chǎng)零售價(jià)已經(jīng)低于8255、8279、8253、8250等專(zhuān)用接口芯片中的任何一種；而AT89C2051的功能實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以上芯片。因此，如把AT89C2051作為接口芯片使用，在經(jīng)濟(jì)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(cè)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(cè)溫元件，且此元件線形較好。在01000C時(shí)，最大線形偏差小于10C。該芯片直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。本制作的最大特點(diǎn)之一就是直接采用溫度芯片對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡(jiǎn)單化。采用溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度，體現(xiàn)了作品芯片化的這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。對(duì)于溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，我們采用的只是簡(jiǎn)單的升溫方法，當(dāng)溫度低于我們?cè)O(shè)定的最低溫度值時(shí)，則單片機(jī)系統(tǒng)控制加熱裝置產(chǎn)生熱量來(lái)提高溫度。在這個(gè)過(guò)程中，我們通過(guò)單片機(jī)將傳感器所測(cè)量出來(lái)的溫度通過(guò)兩位數(shù)碼管可以顯示出來(lái)。這樣就能實(shí)時(shí)顯示溫度情況。本設(shè)計(jì)采用了程序控制。在工程實(shí)際中，程序算法控制以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型，控制理論的其他技術(shù)也難以采用，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定時(shí)，應(yīng)用程序算法控制技術(shù)最為方便。溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖如圖1-1所示：鍵盤(pán)數(shù)碼管功率驅(qū)動(dòng)加熱裝置DS18B20AT89C2051圖1.1 溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖第2章 系統(tǒng)硬件各功能模塊的設(shè)計(jì)2.1 主控模塊的設(shè)計(jì)2.1.1單片機(jī)的選擇 由于本設(shè)計(jì)所要完成的功能并不是特別強(qiáng)大，而且對(duì)硬件的控制IO口數(shù)量要求也不是很多，同時(shí)要求有較低的成本控制。因此本設(shè)計(jì)打算使用比較常用的一款單片機(jī)那就是AT89C2051。因?yàn)樗軡M足以上的要求，同時(shí)它的開(kāi)發(fā)環(huán)境也比較成熟。以下是這款單片機(jī)的介紹： AT89C2051是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有2K 在系可編程Flash 存儲(chǔ)器。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使AT89C2051為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 AT89C2051具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2k字節(jié)Flash，128字節(jié)RAM，15位I/O 口線，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片外晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C2051 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 AT89C2051的廣泛使用使得市面價(jià)格較8155、8255、8279要低，所以說(shuō)用它是比較經(jīng)濟(jì)的。該芯片具有如下功能：有15個(gè)通用用的IO接口；有1個(gè)全雙工異步串行通信接口；有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。這樣，1個(gè)AT89C52，承擔(dān)了2個(gè)專(zhuān)用接口芯片的工作；不僅使成本大大下降，而且優(yōu)化了硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，給用戶(hù)帶來(lái)許多方便。AT89C2051有20個(gè)引腳，有15個(gè)輸入端口（I/O），有2個(gè)讀寫(xiě)口線，可以反復(fù)插除。所以可以降低成本1。其主要工作特性為：l 內(nèi)含2KB的Flash存儲(chǔ)器，擦寫(xiě)次數(shù)達(dá)1000次；l 內(nèi)含128字節(jié)的RAM；l 具有16根可編程I/O線；l 具有2個(gè)16位可編程定時(shí)器；l 具有6個(gè)中斷源、5個(gè)中斷矢量、2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；l 具有1個(gè)全雙工的可編程串行通信接口；l 具有1個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR；l 兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式；l 具有可編程的3級(jí)程序鎖定位；l 工作電源電壓為51.3V，典型值為5V；l 最高工作頻率為24MHz。l 引腳排列如圖2-1所示。圖2-1 AT89C2051引腳排列（PDIP）2.1.2 溫度傳感器的選擇 本設(shè)計(jì)的溫度傳感器采用的是DALLAS公司的DS18B20傳感器元件原因有它比常用的熱電偶傳感器有以下好處：它與熱電偶相比少去了一個(gè)A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片）從而使電路有了很大的簡(jiǎn)化。同時(shí)本電路的溫度測(cè)量范圍比較小此器件可以滿足，同時(shí)此器件的測(cè)量精度比較高基本能滿足本設(shè)計(jì)的要求。DS18B20的簡(jiǎn)介如下：DS18B20原理與特性：本系統(tǒng)采用了DS18B20單總線可編程溫度傳感器,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和轉(zhuǎn)換，大大簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜度，以及算法的要求。首先來(lái)介紹一下DS18B20這塊傳感器的特性及其功能: DSl8B20的管腳及特點(diǎn) DS18B20可編程溫度傳感器有3個(gè)管腳。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如圖2.2所示。圖2.2 DS18B20的外形及管腳圖GND為接地線，DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口，通過(guò)一個(gè)較弱的上拉電阻與單片機(jī)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，范圍3O5.5 V。本文使用外部電源供電。主要特點(diǎn)有： 1. 用戶(hù)可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度值。 2. 不需要外部組件，能測(cè)量55+125 范圍內(nèi)的溫度。3. 10 +85 范圍內(nèi)的測(cè)溫準(zhǔn)確度為05 。4. 通過(guò)編程可實(shí)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(cè)溫分辨率可達(dá)00625 。 5. 獨(dú)特的單總線接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器雙向通訊。6. 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總線串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。7. 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。8. DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)的功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫2。DS18B20內(nèi)部功能模塊如圖2.3所示，圖2.3 DS18B20內(nèi)部功能模塊DS18B20的工作原理:DS18B20的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，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(shí)際情況上由于技術(shù)問(wèn)題比較難實(shí)現(xiàn),而實(shí)際精度此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖4.3所示。圖2.4 DS18B20的測(cè)溫原理框圖圖中低溫度系數(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(hào)送給計(jì)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(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的。一個(gè)基數(shù)值時(shí)。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生脈沖信號(hào)，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值。DS18B20使用中注意事項(xiàng) DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： 1) 較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS18B20操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)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(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 3) 連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。 在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)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(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。測(cè)溫電纜線采用屏蔽4芯雙絞線，其中有一對(duì)接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線。2.1.3復(fù)位和時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中采用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位鍵復(fù)位相結(jié)合的方式。系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)采用內(nèi)部方式。AT89C2051內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。本系統(tǒng)電路采用的晶體振蕩器頻率為110592MHz。采用這種頻率的晶體振蕩器的原因是可以方便的獲得標(biāo)準(zhǔn)的波特率，為以后的升級(jí)留下空間。復(fù)位電路和時(shí)鐘電路如圖2-5所示。復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕手動(dòng)復(fù)位兩種。上電復(fù)位是利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，上電瞬間RST/VPD端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RST/VPD的電位逐漸下降，圖2.5中的10K的電阻是施密特觸發(fā)器輸入端的一個(gè)下拉電阻，時(shí)間常數(shù)為10*10-6*10*103s=100ms,只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，振蕩器建立時(shí)間不超過(guò)10ms,這個(gè)時(shí)間常數(shù)足以保證完成復(fù)位操作6。上電復(fù)位所需最短時(shí)間是震蕩周期建立時(shí)間加上2個(gè)機(jī)器周期時(shí)間。按鈕復(fù)位采用電平復(fù)位方式，按下復(fù)位電鈕時(shí)，電源對(duì)外接電容充電，使RST/VPD端為高電平，復(fù)位按鈕松開(kāi)后，電容通過(guò)內(nèi)部下拉電阻放電，逐漸使RST/VPD端恢復(fù)低電平。圖2.5 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路2.1.4 溫度采集電路數(shù)據(jù)采集電路如圖2.6所示,1腳接地，2腳即為單總線數(shù)據(jù)口，3腳接電源。溫度傳感器DS18B20采集被控對(duì)象的實(shí)時(shí)溫度,提供給AT89C2051的P3.5口作為數(shù)據(jù)輸入。 圖2.6 數(shù)據(jù)采集電路2.2 人機(jī)接口設(shè)計(jì)2.2.1 鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中采用了矩陣式，鍵盤(pán)分布如圖2.7所示。各鍵設(shè)在行列線的交差點(diǎn)上，有鍵合上時(shí)行列線接通，否則不連通。行線P10P13（即A1A4）通過(guò)上拉電阻接+5V，處于輸入狀態(tài)，列線P14P17（即B1B4）為輸出狀態(tài)7。圖2.7 鍵盤(pán)電路2.2.2 顯示電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的顯示采用兩位0.5寸共陽(yáng)數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)顯示方式，因?yàn)榇朔N方式的顯示比液晶顯示要更直觀同時(shí)更節(jié)約成本。數(shù)碼管的引腳圖如圖2.8所示。 圖2.8 數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管采用紅色管，其接口為: 第1腳：為數(shù)碼管的e端控制腳，來(lái)控制數(shù)碼管的d點(diǎn)的亮滅。第2腳：為數(shù)碼管的d端控制腳，來(lái)控制數(shù)碼管的d點(diǎn)的亮滅。第3腳：為數(shù)碼管的公共極，通過(guò)接入一個(gè)三極管來(lái)控制此數(shù)碼管的亮滅，同時(shí)起到一個(gè)動(dòng)態(tài)顯示的作用。第4腳：為數(shù)碼管的c端控制腳，來(lái)控制數(shù)碼管的c點(diǎn)的亮滅。第5腳：為數(shù)碼管的dp端控制腳，來(lái)控制數(shù)碼管的點(diǎn)的亮滅。第6腳：為數(shù)碼管的b端控制腳，來(lái)控制數(shù)碼管的b點(diǎn)的亮滅。第7腳：為數(shù)碼管的a端控制腳，來(lái)控制數(shù)碼管的a點(diǎn)的亮滅。第8腳：為數(shù)碼管的公共極與3腳內(nèi)部相連其作用相同這里不做介紹。第9腳：為數(shù)碼管的f端控制腳，來(lái)控制數(shù)碼管的f點(diǎn)的亮滅。第10腳：為數(shù)碼管的g端控制腳，來(lái)控制數(shù)碼管的g點(diǎn)的亮滅。在本設(shè)計(jì)中數(shù)碼管與單片機(jī)的連接如圖2.9所示。單片機(jī)的P0口為數(shù)據(jù)輸出口，接到兩個(gè)的數(shù)碼管的相同接口，P3.0P3.1為控制端，分別選擇在某一個(gè)瞬間是哪個(gè)數(shù)碼管工作。圖2.9 顯示電路圖2.3 功率驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的加熱電阻絲的驅(qū)動(dòng)電路采用的是繼電器驅(qū)動(dòng)形式，因?yàn)槔^電器驅(qū)動(dòng)與晶閘管形式驅(qū)動(dòng)相比有可靠性高，成本低，不易損壞，電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)采用繼電器驅(qū)動(dòng)形式。本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如圖2.10所示。圖2.10 繼電器驅(qū)動(dòng)電路第3章 軟件設(shè)計(jì)由于整個(gè)系統(tǒng)軟件比較復(fù)雜，為了便于編寫(xiě)、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)程序的編制適合采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)，故要求整個(gè)控制系統(tǒng)軟件由許多獨(dú)立的小模塊組成，它們之間通過(guò)軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原則，將各功能模塊組織成模塊化的軟件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的軟件主要由主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制算法模塊等組成。主模塊的功能是為其余幾個(gè)模塊構(gòu)建整體框架及初始化工作；數(shù)據(jù)采集模塊的作用是將數(shù)字量采集并儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器中；數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理，其中最重要的是將采集回的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度的程序：控制算法模塊完成控制系統(tǒng)的運(yùn)算并且輸出控制量。3.1主程序模塊主程序模塊要做的主要工作是上電后對(duì)系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件框架，其中初始化包括對(duì)單片機(jī)的初始化、數(shù)碼管的初始化等。然后等待溫度設(shè)定，判斷是否溫度設(shè)定完成，若溫度設(shè)定已完成則系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行，則依次調(diào)用各個(gè)相關(guān)模塊，循環(huán)控制直到系統(tǒng)停止運(yùn)行。主程序模塊的程序流程圖如圖3-1所示。YNYNNY NY圖3-1 主程序流程圖開(kāi)始讀溫度設(shè)定值等待數(shù)據(jù)采集溫度顯示比較運(yùn)算控制輸出系統(tǒng)初始化溫度是否被設(shè)溫度設(shè)定完成溫度是否達(dá)到設(shè)定值更改注：詳細(xì)部分子程序詳見(jiàn)附錄2的/* 主程序 */函數(shù)；/*系統(tǒng)初始化程序*/;3.2數(shù)據(jù)采集和顯示模塊數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)是負(fù)責(zé)溫度信號(hào)的采集以及將采集到的數(shù)字量提供給單片機(jī)。AT89C2051通過(guò)控制DS18B20讀取實(shí)時(shí)溫度，然后，通過(guò)P0口送到兩位數(shù)碼管進(jìn)行顯示。數(shù)據(jù)采集模塊的程序流程圖如圖3.2所示，顯示程序設(shè)計(jì)框圖如圖3.3所示。開(kāi)始結(jié)果保存返回圖3-2 數(shù)據(jù)采集模塊程序流程圖兩位數(shù)碼管初始化開(kāi)始清除顯示 N送顯示位置 送顯示數(shù)據(jù) N 判斷是否達(dá)到顯示次數(shù) 返回 Y圖3.3 顯示程序設(shè)計(jì)框圖注：DS18B20和數(shù)碼管顯示的子程序設(shè)計(jì)詳見(jiàn)附錄2的/*DS18B20程序：*/*數(shù)碼管顯示程序：*/3.3輸入模塊鍵盤(pán)選擇程序掃描方式工作，利用CPU在完成其它工作的空閑時(shí)間中，調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序，來(lái)處理鍵的輸入要求。在執(zhí)行鍵功能處理程序時(shí)，CPU不再響應(yīng)其它鍵輸入要求9。鍵盤(pán)處理子程序流程圖如圖3.4所示：延時(shí)去抖動(dòng)開(kāi) 始有鍵閉合找到閉合鍵延時(shí)去鍵抖動(dòng)掃描鍵盤(pán)鍵值計(jì)算閉合鍵釋放結(jié) 束建立有效標(biāo)志建立無(wú)效標(biāo)志NYNYNY圖3.4 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)框圖注：鍵盤(pán)模塊部分子程序詳見(jiàn)附錄2的/* void anjianjianche() */第4章 調(diào)試與仿真 4.1 調(diào)試本設(shè)計(jì)的調(diào)試主要分為硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和綜合調(diào)試三部分，以下對(duì)其做具體的講解。4.1.1硬件調(diào)試由于本設(shè)計(jì)采用的是由工廠代工制作的成品PCB板為焊接平臺(tái)，所以在本設(shè)計(jì)的硬件調(diào)試上并沒(méi)有花費(fèi)太多的時(shí)間，當(dāng)電路板焊接完成后，首先對(duì)電路板進(jìn)行了一次目檢，看看是否有焊盤(pán)漏焊和虛焊。當(dāng)檢查完成時(shí)發(fā)現(xiàn)一處虛焊后進(jìn)行二次焊接進(jìn)行補(bǔ)救。目檢完成后又對(duì)電路進(jìn)行了一次上電監(jiān)測(cè)，對(duì)各引腳的電壓都進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常?；緳z查完成后對(duì)電路板進(jìn)行了一次實(shí)際程序?qū)嵟鼙O(jiān)測(cè)，像那些大公司一樣在硬件焊接完成后要進(jìn)行一次硬件檢測(cè)程序的校驗(yàn)已發(fā)現(xiàn)有哪些硬件不能正常工作。因此本設(shè)計(jì)也寫(xiě)了一個(gè)單獨(dú)對(duì)硬件各部分檢測(cè)的程序，當(dāng)程序燒寫(xiě)完成后，對(duì)電路板進(jìn)行了一次綜合性的檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電路板一切正常。硬件調(diào)試結(jié)束。4.1.2軟件調(diào)試本設(shè)計(jì)的軟件調(diào)試采用的是模塊化方式，分別把程序中的每一個(gè)子函數(shù)做相應(yīng)的改動(dòng)后單獨(dú)燒入芯片后，觀察其相應(yīng)的表現(xiàn)，以此來(lái)判斷此子函數(shù)是否能正常工作。當(dāng)每一個(gè)子程序檢測(cè)完成后。要將程序中體的寫(xiě)在一起來(lái)檢查一下是否存在個(gè)別子程序不兼容的情況，如果發(fā)現(xiàn)就予以改正。至此本設(shè)計(jì)的軟件調(diào)試也將告一段落。 4.1.3綜合性能調(diào)試綜合調(diào)試的目的是檢測(cè)程序中的某些參數(shù)是否合理，如不合理將予以改正，還有為各個(gè)電路模塊安裝到現(xiàn)成的盒子內(nèi)的適當(dāng)位置。例如在本設(shè)計(jì)中由于顯示函數(shù)中的一個(gè)參數(shù)寫(xiě)的不合理，導(dǎo)致了當(dāng)改變預(yù)定溫度數(shù)值時(shí)，數(shù)碼管不能及時(shí)的顯示出預(yù)設(shè)的溫度，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題后予以改正，問(wèn)題解決。在電路模塊的安裝期間也遇到了問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)有些位置不能很可靠的安裝到盒子內(nèi)，后對(duì)盒子進(jìn)行了改造，電路模塊順利的安裝完成。到此調(diào)試結(jié)。4.2 仿真 本設(shè)計(jì)的仿真是通過(guò)對(duì)人為的假的工作環(huán)境進(jìn)行模仿來(lái)驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。具體仿真如下：將設(shè)備接入220伏50赫茲的交流電，然后對(duì)設(shè)備進(jìn)行具體的溫度設(shè)定，大約將溫度定在室溫以上體溫以下。這時(shí)由于室溫沒(méi)有達(dá)到預(yù)定溫度設(shè)定值，因此此時(shí)單片機(jī)控制的加熱器具的驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)始工作，繼電器被吸合，加熱指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)用手摸住溫度傳感器后，由于體溫高于溫度設(shè)定值，所以單片機(jī)控制用于加熱控制的繼電器釋放，加熱器停止加熱，同時(shí)停止加熱的指示燈被點(diǎn)亮。當(dāng)手一開(kāi)后加熱器又開(kāi)始處于加熱狀態(tài)。說(shuō)明本設(shè)計(jì)可以滿足我們正常的基本要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。到此仿真結(jié)束。 結(jié) 論本設(shè)計(jì)使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該智能溫度控制器只是DS18B20在溫度控制領(lǐng)域的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，還有許多需要完善的地方，例如可以將測(cè)得的溫度通過(guò)單片機(jī)與通訊模塊相連接，以手機(jī)短消息的方式發(fā)送給用戶(hù)，使用戶(hù)能夠隨時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)也讓我深刻的體會(huì)到從一個(gè)想法到制作成型的艱辛歷程。使我對(duì)未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)和看法。此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如建筑，倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場(chǎng)合，像的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶(hù)可靈活選擇本設(shè)計(jì)的用途，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1 馬忠梅.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998 2 李曉荃.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2000年8月3 何立民 AVR單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，20024 楊邦文 新型繼電器實(shí)用手冊(cè)M.北京:北京人民郵電出版社.20045 何立民 單片機(jī)的語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，19976模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第三版高等教育出版社 童詩(shī)白華成英主編7數(shù)字電子技術(shù)清華大學(xué)出版社龐學(xué)民主編8單片機(jī)原理及接口技術(shù)北京航空航天大學(xué)出版社李朝青編著9單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù)高等教育出版社李剛民、曹巧媛、曹琳琳、陳忠平編著10王幸之，鐘愛(ài)琴，王雷,王閃AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)M北京：北京 航空航天大學(xué)出版社2004,511張迎新單片微型計(jì)算機(jī)原理 應(yīng)用及接口技術(shù)M北京：國(guó)防工業(yè)出版社2004,112孫傳友，孫曉斌，漢澤西，張欣測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社2002,913汪道輝單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐M北京：電子工業(yè)出版社2006,514謝宜仁，謝煒，謝東辰單片機(jī)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答M北京：人民郵電出版社2003,215楊拴科模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社2003,1致 謝本論文在黃冬梅老師的細(xì)心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下已完成，從課題選擇到具體構(gòu)思和內(nèi)容，無(wú)不凝聚著老師的心血和汗水，特別是老師嚴(yán)格的教學(xué)要求和一絲不茍的工作精神，讓我非常敬佩。在三年的大學(xué)學(xué)習(xí)和生活期間，我也始終感受著導(dǎo)師的精心培養(yǎng)和無(wú)私的關(guān)懷，我受益匪淺。在此向各位老師表示深深的感謝和崇高的敬意。這次做論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做論文是要的的確確用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過(guò)程和研究的過(guò)程，沒(méi)有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒(méi)有自己的研究，就不會(huì)有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向系的全體老師表示由衷的感謝，感謝你們3年來(lái)的辛勤栽培。在此，我還要特別感謝我的同學(xué)們，由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，你們對(duì)本課題做了不少工作，直至本文的順利完成，給予我不少的幫助，謝謝你們！附錄1：源程序#include#includeintrins.h sbit eq=P30;/定義p3.7為18B20數(shù)據(jù)端 sbit q=P31; sbit LED=P32; sbit Q1=P34; sbit Q2=P33; sbit key2=P37; sbit key1=P35; unsigned char T=0x00,TH,TL;/聲明溫度變量 unsigned char dingwd=20,t1=0,t2=0,td1,td2; unsigned char num=0x08,0x6e,0x14,0x24,0x62,0x21,0x01,0x6c,0x00,0x20; unsigned int bz=0; void xianshi(); void xianshi1(); void anjianjianche(); void shujuzhuanhuan(); void delay50_us(unsigned char t)/50us延時(shí)函數(shù) unsigned char j,k; for(j=0;jt;j+) for(k=0;k19;k+); void csh_18b20()/初始化函數(shù) bit i; eq=1; eq=0; delay50_us(16);/拉低800微秒 eq=1; /變高電平 delay50_us(3);/等待150微秒 i=eq; /讀取初始化返回信號(hào) eq=1; delay50_us(2);/延時(shí)400us unsigned char read(void)/讀數(shù)據(jù)函數(shù) unsigned char h,i,dat=0x00; for(i=0;i=1; eq=1; delay50_us(2); return dat; void write(unsigned char cmd)/寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù) unsigned char i; for(i=0;i=1; eq=1; _nop_(); void duquwendu()/讀取溫度總函數(shù) unsigned int g; csh_18b20();/初始化18B20 write(0xcc);/跳過(guò)ROM write(0x44);/溫度轉(zhuǎn)換命令 for(g=0;g2;/溫度低字節(jié)右移2位 t2=T%10;/個(gè)位 t1=T/10;/十位 void anjianjianche() if(key1=0) delay50_us(40); if(key1=0) while(key1=0) xianshi1(); if(bz=0) bz=5000; else dingwd+; bz=5000; if(dingwd=100) dingwd=0; if(key2=0) delay50_us(40); if(key2=0) while(key2=0) xianshi1(); if(bz=0) bz=5000; else if(dingwd=0) dingwd=100; dingwd-; bz=5000; void shujuzhuanhuan()/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 td2=dingwd%10;/個(gè)位 td1=dingwd/10;/十位 void xianshi1() bz-; P1=numtd1;/十位 _nop_(); _nop_(); Q1=0; delay50_us(1); Q1=1; _nop_(); P1=numtd2;/個(gè)位 _nop_(); _nop_(); Q2=0; delay50_us(1); Q2=1; _nop_(); void xianshi()/溫度顯示 P1=numt1;/十位 _nop_(); _nop_(); Q1=0; delay50_us(1); Q1=1; _nop_(); P1=numt2;/個(gè)位 _nop_(); _nop_(); Q2=0; delay50_us(1); Q2=1; _nop_(); void shujubijiao() if(T(dingwd+1) q=1; LED=0; if(T(dingwd-1) q=0; LED=1; void main()while(1) anjianjianche(); shujuzhuanhuan(); duquwendu(); wdhs(); shujubijiao(); 附錄2：各部分模塊子程序/* 主程序 */void main()while(1) anjianjianche(); shujuzhuanhuan(); duquwendu(); wdhs(); shujubijiao(); 系統(tǒng)初始化程序：#include#includeintrins.h sbit eq=P30;/定義p3.7為18B20數(shù)據(jù)端 sbit q=P31; sbit LED=P32; sbit Q1=P34; sbit Q2=P33; sbit key2=P37; sbit key1=P35; unsigned char T=0x00,TH,TL;/聲