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文檔簡介
1、. . . . I / 30遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)單片機(jī)原理與接口技術(shù)單片機(jī)原理與接口技術(shù) 課程設(shè)計(論文)課程設(shè)計(論文)題目:題目: 雞雛恒溫孵化器設(shè)計雞雛恒溫孵化器設(shè)計 院(系):院(系): 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級:專業(yè)班級:學(xué)學(xué) 號:號:學(xué)生:學(xué)生:指導(dǎo)教師:指導(dǎo)教師:(簽字)起止時間:起止時間:2011.07.04-2011.07.152011.07.04-2011.07.15. . . . I / 30課程設(shè)計(論文)任務(wù)與評語課程設(shè)計(論文)任務(wù)與評語院(系):電氣工程學(xué)院 教研室: 注:成績:平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制學(xué) 號學(xué)生專業(yè)
2、班級電氣085課程設(shè)計(論文)題目雞雛恒溫孵化器設(shè)計課程設(shè)計(論文)任務(wù)該雞雛恒溫孵化器可實(shí)現(xiàn)雞雛孵化過程恒溫控制,溫度可通過鍵盤自行設(shè)定。并有溫度上下限報警功能。利用電熱絲加熱。溫度測量圍 050 度。主要設(shè)計容:主要設(shè)計容:硬件電路設(shè)計:1. CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(包括 CPU 選擇,晶振電路,復(fù)位電路)2. 溫度傳感器選擇與接口電路設(shè)計3. 驅(qū)動電路設(shè)計軟件設(shè)計:1.編程程序流程圖 2.程序清單編編寫進(jìn)度計劃第 1 天 查閱收集資料第 2 天 總體設(shè)計方案的確定第 3 天 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計第 4 天 溫度傳感器選擇與接口電路設(shè)計第 5 天驅(qū)動電路設(shè)計第 6 天 程序流程圖設(shè)計第 7
3、天 軟件編寫與調(diào)試第 8 天 設(shè)計說明書完成第 9 天 答辯指導(dǎo)教師評語與成績平時: 論文質(zhì)量: 答辯:總成績: 指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日. . . . II / 30摘 要隨著電究所子技術(shù)的發(fā)展,微處理器、集成電路不斷更新、發(fā)展,溫度是工業(yè)生產(chǎn)和自動控制中最常見的工藝參數(shù)之一,任何物理變化和化學(xué)變化的過程都與溫度密切相關(guān),因此,在生產(chǎn)過程中常需對溫度進(jìn)行檢測和監(jiān)控。采用單片機(jī)進(jìn)行溫度檢測、數(shù)值顯示和數(shù)據(jù)的存儲,效率高,性能穩(wěn)定,還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制等技術(shù)要求,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛,在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用圍
4、的日益廣泛和多樣,各種適用于不同場合的溫度控制器應(yīng)運(yùn)而生。隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一,它所給人帶來的方便也是不可否定的,其中雞雛恒溫孵化器就是一個典型的例子,本設(shè)計所介紹的雞雛恒溫孵化器,具有讀數(shù)方便,測溫圍廣,測溫準(zhǔn)確,其輸出溫度采用數(shù)字顯示,主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所,或科研實(shí)驗(yàn)室使用,該設(shè)計控制器使用單片機(jī) AT89C51,測溫傳感器使用 DS18B20,用液晶 LCD1602 實(shí)現(xiàn)溫度顯示。關(guān)鍵詞:單片機(jī);溫度傳感器;LCD 液晶屏;恒溫 . . . . III / 30目 錄第 1 章 緒論 11.1 恒溫控制系統(tǒng)概況 11.2 本文研究容 1第
5、 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計 22.1 恒溫系統(tǒng)總體設(shè)計方案 22.2 CPU 的選擇 22.3 89C51 單片機(jī) 32.3.1 AT89C51 主要特性 32.3.2 89C51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 32.3.3 89C51 單片機(jī)引腳功能 32.4 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展 42.5 復(fù)位電路設(shè)計 62.6 時鐘電路設(shè)計 72.7 CPU 最小系統(tǒng)圖 7第 3 章 CPU 輸入輸出接口電路設(shè)計 93.1 溫度傳感器的選擇 93.2 溫度檢測接口電路 A/D 轉(zhuǎn)換器選擇 103.3 人機(jī)對話接口電路設(shè)計 113.3.1 顯示接口電路設(shè)計 113.3.2 簡易式鍵盤接口電路設(shè)計 123.4 報警與控制
6、電路 14第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 154.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計 154.2 溫度控制部分程序設(shè)計 164.3 鍵盤部分程序設(shè)計 164.4 溫度顯示子程序設(shè)計 174.5 數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計 18第 5 章 單片機(jī)程序 19第 6 章 課程設(shè)計總結(jié) 24. . . . IV / 30參考文獻(xiàn) 25. . . . 1 / 30第 1 章 緒論1.1 恒溫控制系統(tǒng)概況本設(shè)計的容是恒溫控制系統(tǒng),控制對象是溫度。溫度控制在日常生活與工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛,比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場所的溫度控制。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視,其實(shí)在很多場所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。隨著電究所子技術(shù)
7、的發(fā)展,微處理器、集成電路不斷更新、發(fā)展,溫度是工業(yè)生產(chǎn)和自動控制中最常見的工藝參數(shù)之一,任何物理變化和化學(xué)變化的過程都與溫度密切相關(guān),因此,在生產(chǎn)過程中常需對溫度進(jìn)行檢測和監(jiān)控。采用單片機(jī)進(jìn)行溫度檢測、數(shù)值顯示和數(shù)據(jù)的存儲,效率高,性能穩(wěn)定,還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制等技術(shù)要求,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛。1.2 本文研究容本設(shè)計是對溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與控制,設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能:當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時,系統(tǒng)自動啟動加熱繼電器加溫,使溫度上升。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時,停止加溫;當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時,系統(tǒng)自動啟動風(fēng)扇降溫,使溫度下降。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時,停止降溫。
8、溫度在上下限溫度之間時,執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。LCD 液晶顯示器即時顯示溫度。本設(shè)計主要設(shè)計容:硬件電路設(shè)計:1. CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(包括 CPU 選擇,晶振電路,復(fù)位電路)2. 溫度傳感器選擇與接口電路設(shè)計3. 驅(qū)動電路設(shè)計軟件設(shè)計:1.編程程序流程圖2.程序清單編編寫. . . . 2 / 30第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計2.1 恒溫系統(tǒng)總體設(shè)計方案本設(shè)計題目為基于單片機(jī)的雞雛恒溫孵化器的設(shè)計,溫度控制設(shè)定圍為 0-50C,上、下限溫度在程序中設(shè)置,實(shí)現(xiàn)控制可以升溫也可以降溫,實(shí)時顯示當(dāng)前溫度值,另外還有蜂鳴器報警功能。本文使用熱電偶溫度自動控制系統(tǒng)。 (采用 A/D 轉(zhuǎn)換器)采用單片機(jī)
9、控制,液晶顯示模塊 LCD 顯示。系統(tǒng)框圖如圖 2.1:鍵盤電路溫度顯示報警電路單片機(jī)繼電器控制A/D 轉(zhuǎn)換電路加熱裝置信號放大溫度傳感器圖 2.1 溫度控制系統(tǒng)原理圖2.2 CPU 的選擇由于單片機(jī)具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性好和價格便宜等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),已成為傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造和新產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想機(jī)種,具有廣泛的發(fā)展前景。單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,使得許多領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化程度大大提高,可以說,當(dāng)今世界正面臨著一場以單片機(jī)(微電腦)技術(shù)為標(biāo)志的新技術(shù)革命本設(shè)計決定用單片機(jī)作為中心控制器。現(xiàn)流行的單片機(jī)有很多種,其中 MCS-51 系列以較高的性價比博得很多用戶的青睞。所以,本系統(tǒng)采用美國 Intel
10、公司生產(chǎn)的 89C-51 型單片機(jī),由于其具有集成度高、處理功能強(qiáng)、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)并具有 4K 字節(jié)的程序存儲器,使得它應(yīng)用起來更加方便。. . . . 3 / 302.3 89C51 單片機(jī)2.3.1 AT89C51 主要特性(1) 面向控制的 8 位 CPU;(2) 片 4KB Flash ROM 程序存儲器;(3) 128B 的片數(shù)據(jù)存儲器;(4) 可尋址 64KB 的片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器控制電路;(5) 2 個 16 位定時/計數(shù)器;(6) 4 個并行 I/O 口,共 32 條可單獨(dú)編程的 I/O;(7) 5 個中斷源,2 個中斷優(yōu)先級;(8) 低功耗
11、的閑置和掉電保護(hù)模式;2.3.2 89C51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)89C51 由 8 個部件組成,即中央處理器(CPU) ,片數(shù)據(jù)存儲器(RAM) ,片程序存儲器,輸出/輸入接口(I/O,分為 P0 口、P1 口、P2 口、P3 口) ,可編程串行口,定時/計數(shù)器,中斷系統(tǒng)與特殊功能寄存器。2.3.3 89C51 單片機(jī)引腳功能(1)XTAL1:接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在 89C51 片,它是振蕩電路反向放大器的輸入端與部時鐘發(fā)生器的輸入端,振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。當(dāng)采用外部振蕩器是次引腳輸入外部時鐘脈沖。(2)XTAL2:解外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在 89C51 片,它是振蕩電
12、路反向放大器的輸出端。在采用外部振蕩器時此引腳應(yīng)懸浮。通過示波器查看XTAL2 端是否有脈沖信號輸出,可以確認(rèn) 89C51 的振蕩電路是否正常工作。(3)RST:復(fù)位信號輸入端,高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時,在此引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期一上的高電平,就可以使單片機(jī)復(fù)位。(4)ALE/ :地址鎖存允許信號。ALE 鎖存 P0 口傳送的低 8 位地址信號,實(shí)現(xiàn)低 8 位地址與數(shù)據(jù)的分離。(5) :外部程序存儲器的讀選通信號。當(dāng) 89C51 由外部程序存儲器取指令(或常數(shù))時,每個機(jī)器周期 兩次有效輸出。(6) /VPP:,外 ROM 選擇端。當(dāng) 端接高電平時,CPU 訪問并執(zhí)行部 ROM 的指令;但當(dāng)
13、 PC 值超過 4KB 時,將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部 ROM 中的程序。但 端接低電平時,CPU 只訪問外部 ROM 中的指令。. . . . 4 / 30(7)P0 口:雙向 8 位三態(tài) I/O 口,在訪問外部存儲器時,可分時用做低 8位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線。無上拉電阻,能驅(qū)動 8 個 LSTTL 門電路。 P1 口:8 位雙向 I/O 口,用做普通 I/O 口。有上拉電阻,能驅(qū)動 4 個 LSTTL門電路。 P2 口:8 位雙向 I/O 口,做高 8 位地址線。有上拉電阻,能驅(qū)動 4 個 LSTTL門電路。 P3 口:8 位雙向 I/O 口,具有第二功能。有上拉電阻,能驅(qū)動 4 個 LSTTL
14、門電路。89C51 單片機(jī)的引腳圖(40 腳雙列直插封裝)如下圖 2.2 89C51 單片機(jī)的引腳圖2.4 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展89C-51 型單片機(jī)片有 128B 的 RAM,在實(shí)際應(yīng)用中僅靠這 256B 的數(shù)據(jù)存儲器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這種情況下可利用 MCS-51 單片機(jī)所具有的擴(kuò)展功能擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器。MCS-51 系列單片機(jī)最大可擴(kuò)展 64KB。6264 是 8K8 位靜態(tài)隨機(jī)存儲器,采用 CMOS 工藝制造,單一+5V 電源供電,額定功率 200mW,典型存取時間200ns,為 28 線雙列直插式封裝。123456789101112131415161718192021222324252627
15、2829303132333435363738394089C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.0P1.0P1.0P1.0RESETRXD、P3.0TXD、P3.1INT0、P3.2INT1、P3.3T0、P3.4T1、P3.5WR、P3.6RD、P3.7XTAL2XTAL1VSSP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7PSENALE/PROGEA/VPPVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7. . . . 5 / 30NetLabel7NetLabel8NetLabel11NetLabel12A010A19A28A37A46A55A
16、64A73A825A924A1021A1123A122CS120CS226WE27OE22D011D112D213D315D416D517D618D7196264圖 2.3 6264 引腳圖6264 的特性與引腳信號 6264 的容量為 8KB,是 28 引腳雙列直插式芯片,采用 CMOS 工藝制造A12A0:地址線,可尋址 8KB 的存儲空間 。D7D0:數(shù)據(jù)線,雙向,三態(tài)。 :讀出允許信號,輸入,低電平有效。 OE:寫允許信號,輸入,低電平有效。WECE1:片選信號 1,輸入,在讀 /寫方式時為低電平。 CE2:片選信號 2,輸入,在讀 /寫方式時為高電平。 VCC:+5V 工作電壓。GN
17、D:信號地。 6264 的操作方式 6264 的操作方式由 CE1、CE2 的共同作用決定寫入:當(dāng)和為低電平,且和 CE2 為高電平時,數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開,數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線 D7D0 寫入被選中的存儲單元。 讀出:當(dāng)和為低電平,且和 CE2 為高電平時,數(shù)據(jù)輸出緩沖器選通,被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線 D7D0 上。 保持:當(dāng)為高電平, CE2 為任意時,芯片未被選中,處于保持狀態(tài),數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。 89C51 單片機(jī)與 6264 的接口,如下圖:. . . . 6 / 30Q719Q616Q515Q412Q39Q26Q15Q02OE1D718D617D514D413D38D27D14D03G1
18、1U?74LS373RD17WR16P2.728P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021P0.732P0.534P0.633P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039AL E30EA89C51OE22WE27CE 120A122A1123A1021A924A825VCC28CE 226GN D14A73A64A55A46A37A28A19A010I/O 718I/O 617I/O 516I/O 415I/O 314I/O 213I/O 112I/O 0116264R?RE S2+5VVCC+5VNetLabel14NetLabel15NetLabel16N
19、etLabel17圖 2.4 89C51 單片機(jī)擴(kuò)展74LS373 是一種帶三態(tài)門的 8D 鎖存器,其管腳示意圖如下圖所示:圖 2.5 74LS373 引腳圖其中 D0D7 為 8 個輸入端;,Q0Q7 為 8 個輸入端;LE 為數(shù)據(jù)打入端:當(dāng) LE 為“1”時,鎖存器輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài):當(dāng)LE“0”時,數(shù)據(jù)打入端鎖存器;為輸出允許端:當(dāng)=0 時,三態(tài)門打開;=1 時,三態(tài)門關(guān)閉,輸OEOEOE出高阻。2.5 復(fù)位電路設(shè)計單片機(jī)復(fù)位電路圖 2.6 為單片機(jī)復(fù)位電路。單片機(jī)在開機(jī)時都需要復(fù)位,以便中央處理 CPU 以與其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)開. . . . 7 / 3
20、0始工作。單片機(jī)的復(fù)位后是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的,在時鐘電路工作后,只要在單片機(jī)的 RST 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘振蕩脈沖(2 個機(jī)器周期)以上的高電平,單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。MCS-51 單片機(jī)的 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端。例如:若 MCS-51 單片機(jī)時鐘頻率為 12MHz,則復(fù)位脈沖寬度至少應(yīng)該為 2s。圖 2.6 復(fù)位電路原理圖2.6 時鐘電路設(shè)計片電路與片外器件就構(gòu)成一個時鐘產(chǎn)生電路,CPU 的所有操作均在時鐘脈沖同步下進(jìn)行。片振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率,一般多在 1.2MHz24MHz之間選取。C1、C2 是反饋電容,其值在 20pF100pF 之間選取,典型值為3
21、0pF。本電路選用的電容為 30pF,晶振頻率為 12MHz。振蕩周期; 機(jī)器周期; 指令周期s121sSm1s41圖 2.7 時鐘電路原理圖2.7 CPU 最小系統(tǒng)圖本設(shè)計中的 89C51 的最小系統(tǒng)包括 89C51 單片機(jī),6264 可編程 I/O 接口,晶振電路,按鍵復(fù)位電路.1.復(fù)位電路的極性電容 C1 的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時間,一般采用S1SW -PBC5R410KC310uFD3VCCRSTNetLabel46NetLabel47NetLabel48NetLabel49C1300PFC2300PFY112MH zXT AL 1XT AL 2NetLabel42NetLabel
22、43NetLabel44NetLabel45. . . . 8 / 301030uF,容值越大需要的復(fù)位時間越短。2.晶振 Y1 也可以采用 6MHz 或者 11.0592MHz,在正常工作的情況下可以采用更高頻率的的晶振,晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度,頻率越大單片機(jī)處理速度越快。本設(shè)計采用 110592MHz,圖中用約等于 12MHz。3.起振電容C2、C3 一般采用 1533uF,并且電容離晶振越近越好,晶振離單片機(jī)越近越好。本設(shè)計中 C2、C3 采用 33uF。CPU 最小系統(tǒng)圖如圖 2.8圖 2.8 CPU 最小系統(tǒng)圖OE22WE27CE 120A122A1123A1021A
23、924A825VCC28CE 226GN D14A73A64A55A46A37A28A19A010I/O 718I/O 617I/O 516I/O 415I/O 314I/O 213I/O 112I/O 0116264S1SW-PBC5R410KC310uFD3VCCC1300PFC2300PFY112MHzNetLabel48NetLabel49RD17WR16P2.728P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021P0.732P0.534P0.633P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039AL E30EA31GN D20XT AL 119XT AL 21
24、8RST989C51VCCQ719Q616Q515Q412Q39Q26Q15Q02OE1D718D617D514D413D38D27D14D03G1174373NetLabel50NetLabel51. . . . 9 / 30第 3 章 CPU 輸入輸出接口電路設(shè)計3.1 溫度傳感器的選擇本設(shè)計采用智能溫度傳感器 DS18B20,它的最高分辨率為 12 位,可識別0.0625 的溫度。它具有直接輸出信號和數(shù)據(jù)處理功能,并且它和單片機(jī)的接C口只需要一位 I/O 口,因此有塔構(gòu)成系統(tǒng)簡單實(shí)用。DS18B20 按照工業(yè)設(shè)計要求,抗干擾性能強(qiáng),溫度測量圍為。67125CCDS18B20 是采用“1-
25、wire” ,即一線總線傳輸數(shù)據(jù)的集成溫度傳感器,信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出,因此從中央處理器到 DS18B20 僅需要連接一條線??刹捎猛獠侩娫垂╇姡部刹捎每偩€供電方式,此時,把 VDD 連在一起作為數(shù)字電源。因?yàn)槊恳粋€ DS18B20 有唯一的系列號(silicon serial number) ,因此多個DS18B20 可以存在同一條單線總線上,這允許在許多地方放置溫度靈敏器件。此特性的應(yīng)用圍包括 HVAC 環(huán)境控制,建筑物,設(shè)備或機(jī)械的溫度檢測,以與過程檢測和控制中的溫度檢測。DS18B20 部結(jié)構(gòu)如圖 3.1,DS18B20 引腳說明如表 3.
26、1,主要由 4 部分組成:61 為 ROM,溫度窗前,非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL,配置寄存器。圖 3.1 DS18B20 部結(jié)構(gòu)圖表 3.1 DS18B20 的引腳說明引腳符號說明1GND地2DQ單線運(yùn)輸?shù)臄?shù)據(jù)輸入/輸出引腳3VCC可選 VDD 引腳兩種供電方式器件從單線的通信線去得其電源,在信號線為高電平的時間周期,把能量貯存在部的電容器中,在單信號線為低電平的時間期斷開此電源,直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娫礊橹?。作為另一種可供選擇的方法,DS18B20 也可用外. . . . 10 / 30部 5V 電源供電。DS18B20 與 89C51 接線方式如圖 3.2。圖 3.
27、2 DS18B20 與 89C51 接線方式3.2 溫度檢測接口電路 A/D 轉(zhuǎn)換器選擇A/D 轉(zhuǎn)換接口是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集前向通道的一個重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集是在模擬信號源中采集信號,并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入計算機(jī)的過程。AD574 由兩部分組成,一部分是模擬芯片,另一部分?jǐn)?shù)字芯片,其中模擬部分由高性能的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換器 AD565 和參考電壓組成。數(shù)字部分由控制邏輯電路,逐次逼近型寄存器的三態(tài)緩沖器組成。AD574 的引腳如圖 3.2 所示。功能特性分辨率:12 位;非線性誤差:小于0.5LSB 或1LSB;轉(zhuǎn)換速率:25s;模擬電壓輸入圍:0-10V,0-20V;電源電壓:15V 和 5
28、V;數(shù)據(jù)輸出格式:12 位/8 位芯片工作模式:全速工作模式和單一工作模式。圖 3.2 AD574 的引腳圖VL1VCC7VE E11DC15AC9RE FIN10RE FO UT8BIPOFF121O VIN1320VIN14CS3A04R/C5DB1127DB1026DB925DB824DB723DB622DB521DB420DB319DB218DB117DB016CE6ST S2812/82AD 574NetLabel1NetLabel2NetLabel3NetLabel4. . . . 11 / 303.3 人機(jī)對話接口電路設(shè)計3.3.1 顯示接口電路設(shè)計顯示電路如圖 3.3 所示。L
29、ED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。這種顯示塊有共陰極和共陽極兩種。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管共地。NetLabel1NetLabel2NetLabel3NetLabel4P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2223P2122P2324P2425P2526P2627P2728RXD10TXD11ALE P30PSEN2989C51NetLabel1NetLabel2NetLabel3NetLabel4P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2223P2122P2324P
30、2425P2526P2627P2728RXD10TXD11ALE P30PSEN2989C51圖 3.3 顯示電路原理圖當(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;本設(shè)計選用的顯示塊是共陰極的 LED(共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極接地,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) 。將單片機(jī) I/O 口的 8 位線與顯示塊的發(fā)光二極管的引出端(adp)相連,共陰極低電平有效,選通有效后 8 位并行輸出口輸出不同的數(shù)據(jù)就點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管,獲得不同的數(shù)字或字符。. . . . 12 / 303.3.2 簡易式鍵盤接口電路設(shè)計8255 可編程并行 I/O 接口設(shè)計MCS-5
31、1 系列單片機(jī)共有 4 個 8 位并行 I/O 口,這些 I/O 口一般是不能完全提供給用戶使用的,在外部擴(kuò)展存儲器時,提給用戶使用的 I/O 口只有 P1 和 P3 口的部分口線。因此在大部分的 MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中都免不了要進(jìn)行 I/O 口的擴(kuò)展。8255 芯片引腳圖如圖 3.4 所示。圖 3.4 8255 引腳圖圖 3.5 I/O 口擴(kuò)展電路D034D133D232D331D430D529D628D727PA 04PA 13PA 22PA 31PA 440PA 539PA 638PA 737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC01
32、4PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RE SE T35CS68255TextTextTextTextRD17WR16P2.728P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021P0.732P0.534P0.633P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039AL E30EA31P2.526P2.62789C51Q719Q616Q515Q412Q39Q26Q15Q02OE1D718D617D514D413D38D27D14D03G1174373D034D133D232D331D430D529D628D727P
33、A 04PA 13PA 22PA 31PA 440PA 539PA 638PA 737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RE SE T35CS68255AD 10AD 11AD 12AD 13AD 14AD 15AD 16AD 17AD 10AD 11AD 12AD 13AD 14AD 15AD 16AD 17AD 10AD 11AD 12AD 13AD 14AD 15AD 16AD 17AL ERDWENetLabel69NetLabel70
34、NetLabel71NetLabel72. . . . 13 / 30單片機(jī)也 8255 的接口比較簡單,如圖 3.5 所示,8255 的片選信號與口地CS址選擇線 AO、A1 分別由單片機(jī)的 P0.7 和 P0.0、P0.1 經(jīng)地址鎖存器提供.8255 的 A、B、C 口與控制口地址分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255 的 D0D7 分別與 P0.0 到 P0.7 相連。鍵盤功能說明:1 號鍵:上升。2 號鍵:下降。3 號鍵:下限溫度值確定。4號鍵:上限值確定。5 號鍵:查詢上下限值。使用 1 號鍵和 2 號鍵,設(shè)定需要的溫度控制系統(tǒng)的上限值,然后按下 4 號鍵,將
35、這個上限值確定,也就是將上限值保存到專用的寄存器里。在完成設(shè)定上限值的工作后,使用 1 號鍵和 2 號鍵設(shè)定需要的溫度控制系統(tǒng)的下限值,然后按下 3 號鍵,將這個下限值確定,也就是將這個下限值保存到專用的寄存器里,然后系統(tǒng)進(jìn)去實(shí)時的溫度測量和控制工作中。鍵盤接口電路如圖3.6 所示:圖 3.6 鍵盤接口電路圖D034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC
36、710RD5WR36A09A18RESET35CS68255R1R2R3R4R5S1S2S3S4S5VCCNetLabel5NetLabel6NetLabel7NetLabel8. . . . 14 / 303.4 報警與控制電路該部分是單片機(jī)和外部報警與控制的接口部分,主要起報警、執(zhí)行和電氣隔離作用,其電路圖如圖 3.7 所示。繼電器采用 SRD-D6VDC-SL-C 型,240AC 通斷 TA 的電流。其直流線圈電阻 95歐,三極管 Q1 采用 KTC9012,輸出電流 IC 為 150mA,放大系數(shù) 為 60 至 1000圍,若取 為 200 則 Ic 在 5V 下為 50mA 左右,則
37、基極電流為 0.25mA。只有 P0口在高點(diǎn)位輸出時才能達(dá)到這樣大的電流值。因此把這兩個口分別用 P0 和 P01代替。由于 P0 口屬于三態(tài)輸出輸入口,因此,必須接上拉電阻,其阻值大小可計算為:(50.7)170.25VKmA我們?nèi)?10 千歐的電阻讓 Q1 在高電平時飽和導(dǎo)通,此時,基極電流為。二極管 D1 主要起保護(hù)作用,在 Q1 關(guān)斷時續(xù)流,以免電感(50.6)0.4410VmAK線圈斷路時產(chǎn)生過壓損壞三極管。圖 3.8 繼電器、報警與執(zhí)行電路由于 DS18B20 自帶了存儲器,能夠?qū)⒃O(shè)定的溫度報警值自動存入 DS18B20 的 EEROM 中,永久保存,因此每次開機(jī)時系統(tǒng)都會自動從
38、DS18B20 的 EEROM 讀出溫度報警值.兩個繼電器中,K1 接的是降溫裝置,K2 接的是加熱裝置,當(dāng)實(shí)際溫度大于 TH 的設(shè)定值時,蜂鳴器響,表示超溫,此時繼電器 K1 吸合,接通降溫裝置進(jìn)行降溫;當(dāng)實(shí)際溫度處于 TL 與 TH 的設(shè)定值之間時,繼電器常閉。. . . . 15 / 30第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計主程序流程圖如圖 4.1 所示主程序完成的功能是:啟動傳感器測量溫度,將測量溫度與給定值比較進(jìn)行 PID 運(yùn)算,若,則進(jìn)入加熱階段,置 P13 為高LXTT開始初始化按鍵設(shè)定溫度上下限送顯示送 counter=3調(diào)溫度子程序轉(zhuǎn)換送顯示PID 運(yùn)算HXTTNN
39、顯示正常溫度高溫報警并停止加熱低溫報警并加熱YY鍵盤處理有鍵按下?counter-1=0?counter-1=0?等待下一個采樣HXTTYYNN圖 4.1 系統(tǒng)主程序流程圖. . . . 16 / 30電平。在過程中繼續(xù)對溫度進(jìn)行監(jiān)測,當(dāng)時,置 P13 為低電平斷開可控HXTT硅,關(guān)閉加熱器,等待下一次的啟動命令。4.2 溫度控制部分程序設(shè)計這部分程序的功能是將采集到的溫度值 TX與 TL比較,如果 TXTL則報警,并置 P3.1 口為低電平,通過光耦合器打開可控硅,使加熱器加熱,并調(diào)顯示,顯示 88.8。否則將 TX與 TH比較,如果 TXTH則報警,并置 P13 口為高電平,通過光耦合器關(guān)
40、閉可控硅,停止加熱器加熱,并調(diào)顯示,顯示 88.8。否則,也就是當(dāng)溫度在正常圍,調(diào)顯示,顯示采集到的溫度值LTXTHT。加熱程序流程圖如圖 4.14 所示。 XT開始HXTT 地址和計數(shù)器換碼送顯存顯示燈亮、蜂鳴器響置 P1.3 口為 1,打開加熱器LED 顯示返回計數(shù)器換碼送顯存 YN開始有鍵按下?延時 20ms判別鍵號執(zhí)行鍵處理子程序返回NY圖 4.2 溫度控制程序流程圖圖 4.3 鍵盤處理子程序流程圖4.3 鍵盤部分程序設(shè)計本部分主要是實(shí)現(xiàn)輸入設(shè)定溫度和查詢設(shè)定溫度的功能。該部分的子程序流程圖如圖 4.3 所示。. . . . 17 / 30在鍵盤的控制方面,由于采用了 5 個單鍵,因此
41、使得鍵值識別的問題也比較簡單。在執(zhí)行程序的時候只需要逐位判斷 PA0,PA1,PA2,PA3,PA4 口是高電平還是低電平,若為高電平,則表示沒有按鍵按下,若為低電平,則表示已經(jīng)有鍵按下,于是執(zhí)行鍵的處理子程序。在程序的設(shè)計當(dāng)中,考慮了鍵的去抖動問題。在發(fā)現(xiàn)有鍵閉和時,不是立即讀入該鍵值,而是延時一段時間以后,再進(jìn)行鍵閉和與否的判斷,確認(rèn)此時真的有鍵按下,有則進(jìn)行該按鍵的處理,沒有則不進(jìn)行處理。4.4 溫度顯示子程序設(shè)計此模塊采用的是動態(tài)掃描的方法,依次改變 P0 口輸出高電平的位和 P2 口輸出對應(yīng)的數(shù)據(jù)段,就可以輪流點(diǎn)亮顯示器的各位數(shù)碼管。動態(tài)顯示是把十六進(jìn)制數(shù)(或 BCD 碼)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)
42、字形碼,故它通常需要在 RAM 區(qū)建立一個顯示緩沖區(qū)。顯示部分流程圖如圖 4.4 所示。開始顯示緩沖區(qū)指針置初值 30H 送 R0掃描模式置初值 FEH 送 R1R1 送 P2 口取顯示數(shù)據(jù)查表轉(zhuǎn)換為段數(shù)據(jù)送 P0 口延時 1ms顯示緩沖器指針 R0+1R1=0?R1 左移一位返回YN圖4.4 顯示子程序流程圖. . . . 18 / 304.5 數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計數(shù)據(jù)采集的主要任務(wù)是巡回檢測三點(diǎn)的溫度參數(shù)并把它們存在外部 RAM 指定單元,采樣程序如圖 4.17 所示。采樣程序初始化各通道都采集一次?輸出通道號啟動 A/D 轉(zhuǎn)換讀 A/D 數(shù)據(jù)修改通道與通道號重裝定時器 0 常數(shù)啟動oT返
43、回NY圖 4.5 溫度采樣程序流程. . . . 19 / 30第 5 章 單片機(jī)程序單片機(jī)程序如下:ORG 0000H SJMP MAINORG 0003H LJMP INTORG 0025HMAIN: MOV SP,#60H MOV 20H,#00H MOV 21H,#08H MOV 29H,#0FEH LCALL ZIJIAN LCALL READTHTL LCALL TESTRANGE LCALL DISP SETB INT0 SETB EX0 SETB EALOOP: LCALL DELAY LCALL GET_TEMP LCALL TURN LCALL DISPLAY CLR C
44、MOV A,24H CJNE A,2EH,LOOP1 SJMP HOTTINGLOOP1: JC HOTTING MOV A,24H CLR C CJNE A,2DH,LOOP2 SJMP STOPHOTLOOP2: JNC STOPHOT SJMP KEEPHOTTING: CLR P3.1 CLR P1.5 SETB P1.6KEEP: SJMP LOOPSTOPHOT: SETB P3.1 SETB P1.5 CLR P1.6 SJMP LOOPZIJIAN: MOV 30H,#08H MOV 31H,#08H MOV 32H,#13H MOV 33H,#08H MOV 34H,#13H
45、 CLR P1.4 CLR P1.5 CLR P1.6 CLR P1.7 MOV R3,#0FFHWAIT0: ACALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT0 SETB P1.5 SETB P1.6 SETB P1.7 RETTURNTH: MOV 2DH,27H MOV 2EH,28H MOV 24H,27H. . . . 20 / 30 ACALL TURN MOV 2AH,30H MOV 2BH,31H MOV 2CH,32HMOV A,2CH CLR C SUBB A,#0BH MOV 2CH,A MOV 33H,#00H MOV 34H,#15H RETTESTRANGE:
46、MOV A,2AH CJNE A,#01H,NOMAX MOV 22H,#08H SJMP EXITTESTNOMAX: MOV A,2BH CJNE A,#00H,MIDD MOV 22H,#02H SJMP EXITTESTMIDD: MOV 22H,#04HEXITTEST: RETDISPLAY: MOV R0,#03HDIS: MOV DPTR,#TAB MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#7FFFH MOVX DPTR,A INV R0 MOV DPTR,#0BFFFH MOV A,29H MOVX DPTR,AHERE: DJNZ R4,HERESE
47、TB C RLC A MOV 29H,A ACC.5,DIS MOV 29H,#OFEH RETTAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H,OBFH DB 86H,0DBH,0CFH,0E6H,0EDH,0FDH,87H,0FFH,0EFH,79HGET_TEMP: CLR EA ACALL INI MOV A,#0CCH ACALL WRITE MOV A,#44H ACALL WRITE ACALL INI MOV A,0CCH ACALL WRITE ACALL READ MOV 24H,A SETB EA RETSETTHTL
48、: CLR EA ACALL INI MOV A,#0CCH ACALL WRITE MOV A,#4EH ACALL WRITE MOV A,2DH ACALL WRITE MOV A,2EH ACALL WRITE ACALL INI MOV A,#0CCH ACALL WRITE. . . . 21 / 30 MOV A,#48H ACALL WRITE ACALL READTHTL MOV A,27H CJNE A,2KH,SETTHTL MOV A,28H CJNE A,2EH,SETTHTL SETB EA RETREADTHTL: CLR EA ACALL INI MOV A,0
49、CCH ACALL WRITE MOV A,#0B8H ACALL WRITE ACALL INI MOV A,#0CCH ACALL WRITE MOC A,#0BEH ACALL WRITE ACALL READ ACALL READ ACALL READ MOV 27H,A ACALL READ MOV 28H,A SETB EA RETINI: CLR P3.0 MOV R2,#10011: CLR P3.0 DJNZ R2,I1 SETB P3.0 MOV R2,#15I2: DJNZ R2,I2 CLR C ORL C,P3.0 JC INI MOV R6,#40HI3: ORL C,P3.O JC I4 DJNZ R6,I3 SJMP INII4: MOV R2,#120I5: DJNZ R2,I5 RETTEAD: MOV R6,#8WR1: SETB P3.0 MOV R4,#4 RRC A CLR P3.0WR2: DJNZ R4,WR2 MOV P3.0,C MOV R4,$40WR3: DJNZ R4,WR3 DJNZ R3,WR1 SETB P3.0 RETREAD: MOV R6,#8RE1: CLR P3.0 MOV R4,#2 SETB P3.ORE2: DJNZ R4,RE2 MOV C,P3.0
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