基于單片機(jī)的溫室大棚控制系統(tǒng)3

1、淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）畢 業(yè) 論 文學(xué)生姓名夏瑞學(xué) 號(hào)171009031學(xué)院 物理與電子電氣工程專 業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器題 目基于單片機(jī)的溫室大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師戴金橋 講師 （姓 名） （專業(yè)技術(shù)職稱/學(xué)位） （姓 名） （專業(yè)技術(shù)職稱/學(xué)位）2014年5月摘要：溫室大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)由主控制器AT89C51單片機(jī)、并行口擴(kuò)展芯片8255、74LS373、A/D轉(zhuǎn)換器0809、溫度傳感器DS18B20、LED顯示器和報(bào)警電路等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚溫度的檢測(cè)與控制，從而有效提高土地資源的利用率和蔬菜的產(chǎn)量。文中提出了具體設(shè)計(jì)方案，討論了溫室大棚溫度的巡回檢測(cè)與控制的基本原理，進(jìn)行了

2、可行性論證。給出了電路圖和程序流程圖并附有源程序。由于利用了單片機(jī)及數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)的各方面性能得到了顯著的提高。關(guān)鍵詞：溫室大棚；溫濕度傳感器DS18B20；A/D轉(zhuǎn)換器；LED顯示器；報(bào)警電路；Abstract:Automatic controlsystem of greenhousetemperatureby the main controller AT89C51 microcontroller,parallelport expansion chip8255,74LS3730809,A/D converter,temperature sensor DS18B20,LED disp

3、layand alarm circuit structure,detection andcontrolof the greenhousetemperature,so as to effectivelyimprove therate and yield of vegetablesand use of land resources.This paperdiscussed the concrete design,discusses the basic principle ofinspection tour andcontrolgreenhousetemperature,demonstrates th

4、e feasibility of.Gives the circuit diagram andprogram flow chartandwith the sourceprogram.Because of using theMCU and the advantagesof digital control system,theperformance of the system hasimproved significantly.Key words: Greenhouse;temperature and humidity sensor DS18B20;A/D converter;LED display

5、;the alarm circuit;.目 錄1 前言62 溫度控制系統(tǒng)概述73 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)83.1 信號(hào)采集模塊83.2 顯示模塊83.3 鍵盤模塊93.4 設(shè)置功能轉(zhuǎn)換模塊94 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)94.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖94.2 系統(tǒng)原理圖94.3 系統(tǒng)框圖104.3.1 系統(tǒng)的工作原理114.4 系統(tǒng)主控制器部分設(shè)計(jì)114.4.1 AT89C51的工作原理114.4.2 AT89C51的復(fù)位電路134.4.3 AT89C51的引腳功能134.5 LED顯示器154.6 A/D轉(zhuǎn)換接口164.6.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理及器件簡(jiǎn)介164.6.2 ADC0809與AT89C51單片機(jī)的接口

6、設(shè)計(jì)195 單總線數(shù)字溫度傳感器DS1820205.1DS1820 的主要特性205.2DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu)205.3 DS1820的工作原理215.4 DS1820使用中注意事項(xiàng)225.5 報(bào)警電路226 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)236.1 設(shè)計(jì)方法23結(jié) 論25參 考 文 獻(xiàn)26致 謝271 前言土地是一種稀缺資源，但沒有引起人們足夠的重視，由于人們的濫用，不僅使土地資源短缺，農(nóng)用地難以擴(kuò)大，而且導(dǎo)致環(huán)境惡化、經(jīng)濟(jì)的不可持續(xù)發(fā)展以及社會(huì)不公平問題加劇。我國(guó)有9億農(nóng)民，農(nóng)用地占已利用土地的95%。為國(guó)民生存和發(fā)展提供著食物、衣料及其他原料。因此，科技推進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展勢(shì)在必行,而溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的重

7、要組成部分之一。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類的生活水平不斷提高，人們更關(guān)注自身的健康，綠色環(huán)保食品越來越受到重視，溫室大棚種植也充分滿足了人們這方面的需求。對(duì)于大棚種植而言，良好的物種、本地適合種植的物種及土地酸堿度都是可以通過農(nóng)民長(zhǎng)期的勞動(dòng)實(shí)踐獲得的，但是對(duì)于和農(nóng)作物生長(zhǎng)密切相關(guān)的溫度是農(nóng)民不能輕易解決的問題，而且溫度的變化幅度大，人工控制尤為不易，對(duì)于農(nóng)民來說時(shí)刻關(guān)注作物的生長(zhǎng)溫度是個(gè)龐大的工作量。而溫室使植物生長(zhǎng)避免外界惡劣氣候的最佳生長(zhǎng)場(chǎng)所。應(yīng)用于大棚種植的溫度控制系統(tǒng)解決了長(zhǎng)期以來困擾農(nóng)民的問題，它的制作成本低廉，應(yīng)用廣泛，對(duì)農(nóng)民自身的素質(zhì)要求不高，便于農(nóng)民操作。更重要的是，它不僅幫助農(nóng)

8、民節(jié)約了大量時(shí)間，還在無形之中提高了作物的產(chǎn)量，增加了農(nóng)民的收入，滿足了人們對(duì)大棚蔬菜的需求。對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)國(guó)外研究較早，始于20世紀(jì)70年代。他們先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。到了80年代末，便出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。而目前科學(xué)家們正在開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國(guó)的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。2 溫度控制系統(tǒng)概述種植高產(chǎn)量、高質(zhì)量的農(nóng)作物并非是一件簡(jiǎn)單的事，它不僅涉及遺傳學(xué)，還與各地的氣候、土壤、水分、溫度、CO2含量等有密切的關(guān)系。對(duì)于大棚種植而言，良好的物種、

9、本地適合種植的物種及土地酸堿度都是可以通過農(nóng)民長(zhǎng)期的種植經(jīng)驗(yàn)獲得的。但是溫度是農(nóng)民不能輕易解決的問題，而且溫度的變化幅度大，不易人工控制，對(duì)于農(nóng)民來說時(shí)刻關(guān)注作物的生長(zhǎng)溫度是個(gè)龐大的工作量?！鞍滋焯?yáng)很好，陽(yáng)光充足，外面的溫度零下5度如果大棚的薄膜沒有破，里面照樣產(chǎn)生有25度以上的溫度，從而地溫也可以得到提升至15度左右。漆黑大風(fēng)的夜晚棚內(nèi)的溫度會(huì)大幅度降低，能降低到零下5度以下，停止刮風(fēng)可以恢復(fù)到較地溫少低點(diǎn)為止。”這些專業(yè)知識(shí)對(duì)于常年種植的農(nóng)民也未必了解。產(chǎn)量提高不了，收入狀況不佳會(huì)牽制農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)，減弱農(nóng)民投身于農(nóng)業(yè)的積極性，對(duì)地區(qū)乃至國(guó)家來說都是不容小覷的事實(shí)。要使全民步入小康的行列，重

10、要的是提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)水平，只有每戶農(nóng)民家庭的生活都有了保障，才能進(jìn)行各方面上層建筑的建設(shè)?；趩纹瑱C(jī)的大棚溫度控制系統(tǒng)是個(gè)小型的軟硬件結(jié)合的產(chǎn)品，它針對(duì)個(gè)體農(nóng)民的需要設(shè)計(jì)，適于中小面積的大棚種植。我設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)采用80C51單片機(jī)為核心，大棚溫度經(jīng)溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號(hào)，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號(hào)后送放大器，信號(hào)放大后送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的溫度得出結(jié)果，通過仿真示波器來顯示結(jié)果，蜂鳴器報(bào)警提醒農(nóng)民作出適當(dāng)?shù)臏囟日{(diào)節(jié)。該系統(tǒng)成本低，操作方便，設(shè)計(jì)人性化，具有良好的推廣價(jià)值。以80C51單片機(jī)為主的溫度控制系統(tǒng)可對(duì)大棚內(nèi)部的溫度和蔬菜所需的正常溫度進(jìn)行

11、比較，以人性化的方式向大棚管理人員提供溫度調(diào)節(jié)的信息，幫助農(nóng)民提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，減少農(nóng)民的工作量。3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)3.1 信號(hào)采集模塊信號(hào)發(fā)生采集模塊是直接從電源上得到可變動(dòng)的電壓，這個(gè)“可變”主要體現(xiàn)在滑動(dòng)變阻器上，滑動(dòng)變阻器一端高電平，另一端接接地?；瑒?dòng)滑桿來輸出不斷變化的電壓，以作為模擬電壓信號(hào)。然后A/D轉(zhuǎn)換器再將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)，完成信號(hào)采集單元。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采用DS18B20，它是8位串行A/D轉(zhuǎn)換芯片?？膳c通用微處理器、控制器通過CLK、CS、DATA OUT三條口線進(jìn)行串行接口。具有4MHz片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)17s，TLC549允

12、許最高轉(zhuǎn)換速率為40000次/s?？偸д{(diào)誤差最大為0.5LSB，典型功耗值為6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，VREF-接地，VREF+VREF-1V，可用于較小信號(hào)的采樣。3.2 顯示模塊將DS18B20接到排阻上，然后接到74LS374上，最后連接到數(shù)碼管顯示器上。（1）RESPACK8一般接在80C51單片機(jī)的P0口，因?yàn)镻0口內(nèi)部沒有上拉電阻，不能輸出高電平，所以要接上拉電阻。排阻就是好多電阻連載一起，他們有一個(gè)公共端。（2）74LS374具有三態(tài)輸出的邊沿觸發(fā)器，374輸出端O0O7可直接與總線相連，當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平，O0O7為正常邏輯狀

13、態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載總線。OE為高電平，O0O7高阻態(tài)，不驅(qū)動(dòng)總線負(fù)載。當(dāng)時(shí)鐘端脈沖上升沒作用下，O隨數(shù)據(jù)D而變。本次試驗(yàn)，采用兩個(gè)74LS374芯片，一個(gè)用作段選U3，控制八位數(shù)碼管的各段顯示管，另一個(gè)用作片選U4。（3）數(shù)碼管顯示電路。3.3 鍵盤模塊將鍵盤與DS18B20按照硬件連接圖連接方式連接到一起。鍵盤輸入設(shè)定的溫度值，在后面的模塊中與檢測(cè)到的溫度值作比較。3.4 設(shè)置功能轉(zhuǎn)換模塊當(dāng)SW 接于高電平時(shí)，選擇數(shù)碼顯示模塊，當(dāng)SW接于低電平時(shí)，選擇鍵盤設(shè)定值模塊。硬件實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，在DS18B20的P1.7口引出一條線，讓它控制選擇個(gè)模塊。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)為一個(gè)

14、全自動(dòng)的蔬菜大棚溫濕度巡回檢測(cè)與控制系統(tǒng)，由以下幾部分組成：AT89C51單片機(jī)，溫濕度傳感器，8255并行口電路A/D轉(zhuǎn)換器變送器，驅(qū)動(dòng)電路報(bào)警和顯示電路組成，其接口部分包括單片機(jī)外擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264一片和地址鎖存器74LS373，系統(tǒng)的組成如圖1-1所示：P1口DS18B20A/D轉(zhuǎn)換器模擬信號(hào)發(fā)生裝置報(bào)警電路顯示模塊鍵盤模塊圖1-1 硬件組成框圖4.2 系統(tǒng)原理圖圖2-1 系統(tǒng)原理圖(運(yùn)行前)圖2-2 系統(tǒng)原理圖(運(yùn)行后)4.3 系統(tǒng)框圖控制器執(zhí)行器輸入信號(hào)反饋環(huán)節(jié)顯示器圖3 系統(tǒng)原理框圖4.3.1 系統(tǒng)的工作原理在應(yīng)用程序的作用下，首先對(duì)8255進(jìn)行初始化，設(shè)定工作方式0。PA、

15、PB、PC、均為輸出口，PA、PB為顯示輸出，PC為報(bào)警和相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。由于工藝決定，進(jìn)大棚之前已經(jīng)將濕度控制在安全限以內(nèi)，測(cè)量過程是先溫度后濕度的順序，首先對(duì)溫度進(jìn)行采樣，每一個(gè)溫度點(diǎn)采樣5次，計(jì)算平均值作為采樣值送入顯示和存儲(chǔ)的相應(yīng)單元進(jìn)行存儲(chǔ)和傳感器的編號(hào)和溫度的顯示，然后判斷溫度是否超過設(shè)定溫度，如果溫度超標(biāo)則報(bào)警并根據(jù)傳感器的位置判斷啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備還是加熱設(shè)備，如果不超標(biāo)就繼續(xù)檢測(cè)下一個(gè)點(diǎn)的溫度，直到整個(gè)大棚的多個(gè)點(diǎn)溫度全部測(cè)試完成，然后計(jì)算和顯示大棚的平均溫度，然后對(duì)8個(gè)點(diǎn)的濕度進(jìn)行測(cè)量并且顯示，也是按照每個(gè)點(diǎn)測(cè)量5次然后取平均值的方法計(jì)算，以減少干擾因素帶來的誤差。8個(gè)點(diǎn)的濕度測(cè)量

16、完成后計(jì)算并顯示大棚的平均濕度。同樣與設(shè)定的濕度值比較如果超標(biāo)就報(bào)警，并啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)處理。最后系統(tǒng)返回再進(jìn)行溫度和濕度的巡回測(cè)量和顯示。4.4 系統(tǒng)主控制器部分設(shè)計(jì)4.4.1 AT89C51的工作原理 1 CPU的結(jié)構(gòu) CPU是單片機(jī)內(nèi)部的核心部分，是單片機(jī)的指揮和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。從功能上看，CPU包括兩個(gè)基本部分：運(yùn)算器和控制器。以下主要說明控制器和運(yùn)算器的功能。 1）運(yùn)算器 運(yùn)算器包括算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACC、寄存器B、暫存寄存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)寄存器PSW、BCD碼運(yùn)算調(diào)整電路等。 2）時(shí)鐘電路AT89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大

17、器，用于構(gòu)成振蕩器。反向放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2。在TXAL1和XTAL2兩端跨接由石英晶體及兩個(gè)電容構(gòu)成的自激振蕩器，如圖2-1所示。電容器C1和C2通常都取30pF左右，選用不同的電容量對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。但石英晶體本身的標(biāo)定頻率才是單片機(jī)振蕩頻率的決定因素。其振蕩頻率范圍是112MHz。圖4-1 時(shí)鐘電路本設(shè)計(jì)考慮系統(tǒng)的獨(dú)立完整性，選用內(nèi)部時(shí)鐘方式，石英震蕩頻率選用12MHZ，ALE信號(hào)頻率為2MHZ。2 I/O口結(jié)構(gòu)：AT89C51單片機(jī)有4個(gè)8位并行I/O接口，分別記作P0、P1、P2和P3，每個(gè)端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占32根引腳。每一條I/O線都能獨(dú)立地用

18、作輸入或輸出。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器（即特殊功能寄存器P0P3），一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器，作輸出時(shí)數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時(shí)數(shù)據(jù)可以緩沖，但是這四個(gè)通道的功能完全不同。3 程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1）程序存儲(chǔ)器對(duì)AT89C51芯片來說，片內(nèi)有4K字節(jié)ROM/EPROM，片外可擴(kuò)展60K字節(jié)EPROM，片內(nèi)和片外程序存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。在程序存儲(chǔ)器中，有6個(gè)地址單元被保留用于某些特定的地址，如下表2-1所示。表2-1 AT89C51的復(fù)位、中斷入口地址 入口地址 說明 0000H復(fù)位后，PC=0000H 0003H外部中斷EX0 入口 000BH定時(shí)器T0溢出中斷入口 0013H外部中斷EX1 入口

19、 001BH 定時(shí)器T1溢出中斷口 0023H串行口中斷入口2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT89C51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分為內(nèi)片和外片兩大部分，即片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。如何區(qū)別片內(nèi)、片外RAM空間呢？片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大可以尋址256個(gè)單元，片外最大可擴(kuò)展64K字節(jié)RAM，并且片內(nèi)使用的是MOV指令，片外64K ROM空間專門為MOVX指令所用。4 定時(shí)器AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部有兩個(gè)16位可變成定時(shí)器0（T0）和定時(shí)器1（T1），它們都有定時(shí)或是事件計(jì)數(shù)的功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對(duì)外部事件計(jì)數(shù)和檢測(cè)等場(chǎng)合。它們具有計(jì)數(shù)和定時(shí)兩種工作方式以及四種工作模式。定時(shí)器T0具有方式0、方式1、

20、方式2和方式3四種工作方式。T1具有方式0、方式1和方式2三種工作方式。5 中斷系統(tǒng)AT89C51單片機(jī)有五個(gè)中斷請(qǐng)求源。其中，兩個(gè)外部中斷源；兩個(gè)片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T0、T1）的溢出中斷源TF0和TF1；一個(gè)片內(nèi)串行口接受或發(fā)送中斷源RI或TI。這些中斷請(qǐng)求分別由單片機(jī)的特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向CPU請(qǐng)求中斷，要求CPU提供服務(wù)的時(shí)候，就存在CPU優(yōu)先響應(yīng)哪一個(gè)中斷請(qǐng)求的問題，因此一些微處理器和單片機(jī)規(guī)定了每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)別。4.4.2 AT89C51的復(fù)位電路AT89C51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)手動(dòng)復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位電路，

21、所謂上電復(fù)位，是指單片機(jī)只要一上電，便自動(dòng)地進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。在通電瞬間，電容C通過電阻R充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。4.4.3 AT89C51的引腳功能AT89C51的40條引腳中，有2條專用于主電源的引腳，4條控制和其他電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出引腳。如圖2-3所示，下面介紹主要引腳的名稱和功能：1）主電源引腳Vcc和VssVcc：接+5V電源。Vss：接電源地。2）時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)上，此引腳必須接地；對(duì)AT89C51單片機(jī)，此引

22、腳作為驅(qū)動(dòng)端。XTAL2：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩器的頻率是晶體振蕩頻率。若采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)上，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對(duì)AT89C51單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸空。圖4-2 復(fù)位電路圖4-3 AT89C51主要引腳圖3）控制信號(hào)引腳RST/、ALE/、和/RST/：復(fù)位/備用電源輸入端。單片機(jī)上電后，只要在該引腳上輸入24個(gè)振蕩周期（2個(gè)機(jī)器周期）寬度以上的高電平就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位；若在RST與Vcc之間接一個(gè)10F的電容，而在RST與Vss之間接一個(gè)8.2k的下拉電阻，則可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)上電自動(dòng)復(fù)位。4）輸入/輸出（I/O）引腳P0

23、、P1、P2和P3P0.0P0.7：P0口是一個(gè)8位雙向I/O端口。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)提供低8位地址和作8位雙向數(shù)據(jù)總線。在EPROM編程時(shí)，從P0口輸入指令字節(jié)；在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)（驗(yàn)證時(shí)，要接上拉電阻）。P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。P1.0P1.7：P1是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它輸入低8位地址。P1口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P2.0P2.7：P2是8位準(zhǔn)雙向I/O端口。在CPU訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址，在對(duì)EPROM編程和程序檢驗(yàn)時(shí)，它輸入高8位地址。P2口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3.0P3.7：P3是8位

24、準(zhǔn)雙向I/O端口。它是一個(gè)復(fù)用功能口，作為第一功能使用時(shí)，為普通I/O口，其功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如下表。P3口的每一條條引腳均可以獨(dú)立的定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。P3口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。表2-2 功能表 口線 第二功能 P3.0RXD（串行口輸入） P3.1TXD（串行口輸出） P3.2（外部中斷0輸入） P3.3（外部中斷1輸入） P3.4T0（定時(shí)器0的外部輸入） P3.5T1（定時(shí)器1的外部輸入） P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫”信號(hào)輸出） P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫”信號(hào)輸出）4.5 LED顯示器 LED顯示器的結(jié)構(gòu) LED顯示

25、器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。其外形結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，由圖可見它由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合來顯示出09、A、B、C、D、E、F以及小數(shù)點(diǎn)“.”等字符。 圖4-5 LED顯示器的結(jié)構(gòu)表2-4列出七段LED顯示器（共陰極）顯示的數(shù)字、字符和對(duì)應(yīng)的段碼關(guān)系。共陽(yáng)極顯示器的段碼與共陰極顯示器的段碼是邏輯非的關(guān)系，所以對(duì)表2-4中的共陰極顯示器的段碼求反，即可得到共陽(yáng)極顯示器的段碼。LED顯示器的顯示方法本設(shè)計(jì)顯示需要使用2855和7位共陽(yáng)極顯示器的接口電路。8255的A作為位掃描口，經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)器75452接顯示器公共陰極；B口作為段數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器

26、7407接顯示器的各個(gè)陽(yáng)極。表2-4 數(shù)字對(duì)應(yīng)的段碼表示字符 DP g f e d c b a段碼（H）0123456789AbcdEFP.空格0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 10 1 0 0 1 1 1 10 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 0 1 1 10 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 1 1 10 1 1 1 0 1 1 10 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 0 0 10 1 0 1 1 1 1 00 1 1 1 1 0 0 10

27、1 1 1 0 0 0 10 1 1 1 0 0 1 11 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 3F065B 4F666D7D077F6F777C395E7971738000對(duì)于6位顯示器，在AT89C51RAM存儲(chǔ)器中設(shè)置7個(gè)顯示緩沖單元70H76H，分別存放7位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。8255的 A 口掃描輸出總是只有1位高電平，即7位顯示器中僅有1位公共陽(yáng)極為高電平，其他位為低電平8255的B口輸出相應(yīng)位然后對(duì)其他6位巡回顯示，如果小數(shù)點(diǎn)位固定可以通過對(duì)指定位進(jìn)行置位或者清零來實(shí)現(xiàn)。4.6 A/D轉(zhuǎn)換接口4.6.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理及器件簡(jiǎn)介A/D轉(zhuǎn)換器的種類繁

28、多、特性各異。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)和智能儀器儀表時(shí)，應(yīng)選擇性能合適、性能價(jià)格比高的A/D轉(zhuǎn)換器芯片。本設(shè)計(jì)選擇的A/D轉(zhuǎn)換器芯片為ADC0809。ADC0809是8路8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換CMOS器件，在過程控制和機(jī)床控制等應(yīng)用中，能對(duì)多路模擬信號(hào)進(jìn)行分時(shí)采集和A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號(hào)通過三態(tài)緩沖器，可直接與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連接。ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-8所示，芯片的主要組成部分是一個(gè)8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器。為了實(shí)現(xiàn)8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)設(shè)置了帶有鎖存功能的8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存和圖4-6 ADC0809原理圖譯碼電路，可對(duì)8路05V的輸

29、出模擬電壓進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。ADC0809的主要特性如下：（1） 分辨率為8位。（2） 最大不可調(diào)誤差小于。（3） 可鎖存三態(tài)輸出，能與8位為處理器接口。（4） 輸出與TTL兼容。（5） 不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整。（6） 單電源供電，供電電壓為5V。（7） 轉(zhuǎn)換速率取決于芯片的時(shí)鐘頻率，時(shí)鐘頻率范圍是：101280kHz。當(dāng)時(shí)鐘頻率選為500 kHz時(shí)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為128s。ADC0809芯片的引腳如圖2-9所示，引腳功能說明如下；：8路模擬信號(hào)輸入端。：8位數(shù)字量輸出端。START：?jiǎn)?dòng)控制輸入端，高電平有效，用于啟動(dòng)ADC0809內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換過程。AL

30、E：地址鎖存控制輸入端。ALE端可與START端接在一起，通過軟件輸入一個(gè)正脈沖，可立即啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。ADDA（ADDB、ADDC）：8路模擬選通開關(guān)的3位地址選通輸入端；其地址碼與輸入通路的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2-5所示。圖4-7 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：供電電源輸入端。（+）：參考電壓正端。（）：參考電壓負(fù)端。表2-5 地址和通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系地址碼ADDC ADDB ADDA對(duì)應(yīng)的輸入通道 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 1 1 1 IN74.6.2 ADC0809

31、與AT89C51單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)ADC0809與單片機(jī)AT89C51的硬件接口方式有：查詢方式、中斷方式和等待延時(shí)方式。采用中斷方式不浪費(fèi)CPU的等待時(shí)間，但是如果A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，也可以用程序查詢方式和等待查詢延時(shí)方式。下面介紹兩種最常用的方式：查詢方式和中斷方式。1） 查詢方式ADC0809與單片機(jī)AT89C51的硬件接口如圖4-8所示：圖4-8 ADC0809與單片機(jī)AT89C51的硬件接口電路由于ADC0809具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，其8位數(shù)據(jù)輸出端可以與數(shù)據(jù)總線相連。地址選通端ADDA、ADDB、ADDC分別與AT89C51地址總線的低三位、相連，用于選通中的某一個(gè)通道。由于ALE

32、和START連在一起，ALE=START=，ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)。OE=產(chǎn)生的正脈沖信號(hào)用于打開三態(tài)輸出鎖存器。ADC0809的EOC信號(hào)與AT89C51的P1.0相連，作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)信號(hào)供T89C51查詢。采用查詢方式分別對(duì)8路模擬信號(hào)順序采樣，并依次把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，其采樣轉(zhuǎn)換程序如下：MOV TEMPL0 ，#08H ；設(shè)置通道個(gè)數(shù)MOV R1 ，2AH ；置數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOV DPTR ，#5000H ；指向通道0START： MOVX DPTR ， A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 MOV R3 ， #32 ；設(shè)置

33、延時(shí)時(shí)間LOOP100：DJNZ R3 ，LOOP100 ；延時(shí)完成？TEST： NB P3.3 ，TEST ；標(biāo)志位為1？不為等待 MOVX A ，DPTR ；取出A/D轉(zhuǎn)換值 MOV R1 ， A ；送入數(shù)據(jù)區(qū) INC R1 ；指針加1 CJNE R1 ，#2FH， START；判斷數(shù)據(jù)區(qū)滿？2） 中斷方式ADC0809作為AT89C51單片機(jī)的一個(gè)外部擴(kuò)展并行口I/O口，口地址取決于所連接的中斷口，選通通道取決于地址地位，中斷方式的主要特點(diǎn)是將轉(zhuǎn)換完成信號(hào)接在單片機(jī)的中斷口上，轉(zhuǎn)換完成A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出信號(hào)單片機(jī)把它當(dāng)作一個(gè)中斷來處理。所以本設(shè)計(jì)中A/D轉(zhuǎn)換器連接成查詢方式。5 單總線數(shù)字

34、溫度傳感器DS18205.1DS1820 的主要特性 DS1820 有下列主要特性 : 1）只需一根 I/ O 線就能完成通信 ; 2）多個(gè)分散的 DS1820 可以共用一線進(jìn)行通信;3）不需外部元器件 ;4）可以通過數(shù)據(jù)線供電 ;5）檢測(cè)溫度范圍為 - 55 + 125C ,精度在0. 5度 ;6）用 9bit 數(shù)字量來表示溫度 ;7）每次將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需 200ms ;8）可定義一個(gè)不變化的溫度設(shè)置為報(bào)警溫度;9）有 PR35 T 和 SSOP 兩種封裝型式。5.2DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 5-1 所示。圖5-1 DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由圖4-1 可知

35、,DS1820 由以下幾部分組成: 1）64 位激光只讀存貯器。在這里存放著每個(gè) DS1820 的唯一的序號(hào) ,開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)(DS1820 為 10H） ,接著是每個(gè)器件的唯一的序號(hào) ,共有 48 位 ,最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼這也是多個(gè) DS1820 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。 2）溫度傳感器。它是將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的關(guān)鍵部分。 3）DS1820 的存貯器。它由高速存貯器RAM和EERAM(高溫TH和低溫TL報(bào)警觸發(fā)器）組成,數(shù)據(jù)首先寫入高速存貯器 RAM 中 ,然后通過復(fù)制命令將數(shù)據(jù)寫入 EERAM 中。高速存貯器 RAM 由8 個(gè)字節(jié)組成 ,頭兩個(gè)字

36、節(jié)存放檢測(cè)溫度的值,0號(hào) (LSB） 為存放溫度的值,1 號(hào) (MSB） 存放溫度值的符號(hào) ,如果溫度為負(fù) ,則1號(hào)存貯器全為1 ,否則全為0，這也是可用 9bit 來表示溫度的原因。最低位先讀出。若LSB最低位為1 ,則表示為0.5度 ,求值的方法根據(jù)MSB中的值將LSB中的二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)除以 2 即得被測(cè)溫度的值。表 2是溫度和數(shù)字量的關(guān)系。第二和第三字節(jié)是從TH和TL中復(fù)制的值,當(dāng)上電被更新;接下來兩個(gè)字節(jié)沒用 ,若讀它應(yīng)全為1 ;第六和第七字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器;最后一個(gè)字節(jié)為 CRC 校驗(yàn)。5.3 DS1820的工作原理 DS1820的引腳排列如圖4-2所示。I/O位數(shù)據(jù)輸入

37、/輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。是可供選用的外部+5V電源端，不用時(shí)需接地。GND為地，NC為空腳。圖5-2 DS1820的引腳圖DS1820測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)，其測(cè)量溫度框圖如圖5-3所示。內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當(dāng)達(dá)到某一設(shè)置高溫時(shí)，振蕩器的脈沖無法通過門電路。圖5-3 DS1820測(cè)溫原理框圖5.4 DS1820使用中注意事項(xiàng)DS1820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題： 1）較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟

38、件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。 2）當(dāng)單總線上所掛DS1820超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，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）在DS1820測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒有信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)5.5 報(bào)警電路蜂鳴報(bào)警電路是的優(yōu)點(diǎn)是能通過不斷的發(fā)出聲音，斷定線路的通斷，發(fā)音元件主要就是蜂鳴器，只要將報(bào)警電路接到3-5V直流電源上就能產(chǎn)生3H

39、z左右的震蕩聲響，其電路如圖5-5所示圖5-5 報(bào)警電路6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6.1 設(shè)計(jì)方法此溫度控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，遵循的是穩(wěn)定化、高效化、簡(jiǎn)單化、小型化的原則，最大限度提高系統(tǒng)的性價(jià)比。應(yīng)用軟件采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，這種條理清晰的設(shè)計(jì)方法免去一部分軟件的重復(fù)編程，最后組合成符合要求的應(yīng)用程序，因此本應(yīng)用軟件分為兩大部分：主程序和子程序設(shè)計(jì)。6.2 系統(tǒng)程序流程圖開始系統(tǒng)初始化鍵盤設(shè)定溫度值顯示設(shè)定值是否功能轉(zhuǎn)換采集模擬溫度A/D轉(zhuǎn)換采樣值?設(shè)定值報(bào)警PWM控制加熱YNYN結(jié) 論從論文的課題選定到現(xiàn)在的論文的初步完成，真的是一眨眼的功夫。從最初的茫然、無從下手，到一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)入狀態(tài)，再到現(xiàn)在的思路的一步步清晰，這里面的各種感覺不言而喻。不容置否，此次的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)讓我感受頗深，受益匪淺?；貞洿舜芜^程，我是羞愧而又激動(dòng)的。剛拿到論文題目的時(shí)候，我不以為意，不就是溫控么？！題目起得這么高端大氣，還不就是單片機(jī)、傳感器用用！當(dāng)我著手準(zhǔn)備時(shí)，看著放在我面前的元器件，我慌了，不知從何入手雖然我學(xué)過單片機(jī)，有過課程設(shè)計(jì)，但是當(dāng)你面前除了實(shí)物，其他一樣都沒有的時(shí)候，就傻了。于是，我開始查閱資料，搜索相關(guān)知識(shí)的運(yùn)用?；ヂ?lián)網(wǎng)上的信息畢竟是有限的，我又求助于圖書館的浩瀚海洋。這個(gè)過程無疑是枯燥繁瑣的，需要我們的耐心和毅力，同時(shí)必須做一些相關(guān)的筆記。萬丈高樓平地起，也得建立在夯實(shí)的基礎(chǔ)上!在深入了