基于單片機的溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)論文2

1、 1 / 109（20122012 屆）屆）?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文）資料?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文）資料題題 目目 名名 稱：稱： 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)基于單片機的溫度控制系統(tǒng) 學學 院（部）院（部）： 電氣與信息工程學院電氣與信息工程學院 專專 業(yè)：業(yè)： 應用電子技術(shù)應用電子技術(shù) 學學 生生 姓姓 名：名：班班 級：級：學號學號指導教師：指導教師：職稱職稱 講師講師 最終評定成績：最終評定成績：工業(yè)大學教務(wù)處工業(yè)大學教務(wù)處 2 / 10920122012 屆屆專科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文）資料第一部分第一部分 畢業(yè)論文畢業(yè)論文 3 / 109（20122012 屆）屆）專科畢業(yè)設(shè)計（論

2、文）專科畢業(yè)設(shè)計（論文）學學 院（部）：院（部）： 電氣與信息工程學院電氣與信息工程學院專專 業(yè)：業(yè)： 應用電子技術(shù)應用電子技術(shù) 學學 生生 姓姓 名：名：班班 級：級：學號學號 指導教師：指導教師：職稱職稱最終評定成績最終評定成績 4 / 1092012 年 5 月 I / 109摘 要溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制，有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是具有不一般的價值與意義。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工

3、等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用MCS-51單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。將這個問題地解決，能很好地提升生產(chǎn)效率，節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。本文從硬件和軟件兩方面介紹了MCS-51單片機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，對硬件原理圖和程序框圖作了簡捷的描述該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，控制算法新穎，控制精度高，有較強的通用性。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：單片機 溫度控制 數(shù)字 PID 控制ABSTRACTIn

4、 the modern industrial production, the current, voltage, temperature, pressure, and flow, velocity, and switch quantity is accused of main parameters.For example,n metallurgical industry, chemical industry, electric power engineering, paper industry, machinery and food processing and so on many doma

5、ins, people need to all kinds of heating furnace, heat treatment furnace, reactors and boiler temperature detection and control.Using MCS - 51 SCM to control temperature, has not only convenient control, simple and flexible configuration advantages, and can greatly improve the technical indexes are

6、controlled temperature, which can greatly improve the products quality and quantity.Therefore, the problem of temperature control chip is a industrial production we often encounter II / 109problems. Based on it, for example, hope to receive other cases and the effect.From the two aspects of hardware

7、 and software are introduced MCS - 51 SCM temperature control system design, hardware diagram and the procedures for the description of the simple diagram.KeyKey words:words: Microcontroller Temperature control system Digital PID control目 錄摘 要I第 1 章 緒 論11.1 概述 .11.2 溫度控制技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 .11.2.1 定值開關(guān)溫控法 .21.

8、2.2 PID 線性溫控法.21.2.3 智能溫度控制法.3 III / 1091.3 MCS51 介紹.31.4 溫度控制的主要方法 .51.5 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 .61.5.1 系統(tǒng)性能要求.61.5.2 系統(tǒng)硬件方案分析.6第 2 章 硬件設(shè)計82.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu) .82.2 硬件電路設(shè)計設(shè)計 .82.2.1 主機電路的設(shè)計.92.2.2 I/O 通道的硬件電路的設(shè)計.92.2.3 鍵盤顯示與設(shè)計 .102.2.4 溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計.11第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計293.1 軟件設(shè)計思想 .293.2 軟件組成 .303.3 主程序模塊 .303.4 數(shù)據(jù)采集模塊 .303.5

9、數(shù)據(jù)處理模塊 .323.5.1 數(shù)字濾波.333.5.2 顯示處理.343.6 中斷處理子程序 .353.6.1TO 中斷子程序.353.6.2 鍵盤中斷子程序.353.6.3T1 中斷子程序.353.7 軟件抗干擾措施 .353.8 標度轉(zhuǎn)換子程序 .363.9 報警電路設(shè)計 .363.10 溫度部分軟件設(shè)計 .37結(jié) 論38參考文獻39致 40附錄 源代碼 41第二部分 過程管理資料1 IV / 109 V / 109第 1 章 緒 論1.1 概述溫度是生活與生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。自然界中任何物理、化學過程都緊密的與溫度相聯(lián)系。在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制都

10、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)指標相聯(lián)系。因此，溫度的測量與控制在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域中均受到了相當程度的重視。在實際的生產(chǎn)實驗環(huán)境下，由于系統(tǒng)部與外界的熱交換是難以控制的，其他熱源的干擾也是無法精確計算的，因此溫度量的變化往往受到不可預測的外界環(huán)境擾動的影響。為了使系統(tǒng)與外界的能量交換盡可能的符合人們的要求，就需要采取其他手段來達到這樣一個絕熱的目的，例如可以讓目標系統(tǒng)外部環(huán)境的溫度與其部溫度同步變化。根據(jù)熱力學第二定律，兩個溫度一樣的系統(tǒng)之間是達到熱平衡的，這樣利用一個與目標系統(tǒng)溫度同步的隔離層，就可以把目標系統(tǒng)與外界進行熱隔離。另外，在大部分實際的環(huán)境中，增溫

11、要比降溫方便得多。因此，對溫度的控制精度要求比較高的情況下，是不允許出現(xiàn)過沖現(xiàn)象的，即不允許實際溫度超過控制的目標溫度。特別是隔熱效果很好的環(huán)境，溫度一旦出現(xiàn)過沖，將難以很快把溫度降下來。這是因為很多應用中只有加熱環(huán)節(jié)，而沒有冷卻的裝置。同樣道理，對于只有冷卻沒有加熱環(huán)節(jié)的應用中，實際溫度低于控制的目標溫度，對控制效果的影響也是很大的。鑒于上述這些特點，高精度溫度控制的難度比較大，而且不同的應用環(huán)境也需要不同的控制策略。下面就簡要的討論一下溫度測控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀。1.2 溫度控制技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀近年來，溫度的檢測在理論上發(fā)展比較成熟，但在實際測量和控制中，如何保證快速實時地對溫度進行采樣，確

12、保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對所測溫度場進行較精確的控制，仍然是目前需要解決的問題。溫度測控技術(shù)包括溫度測量技術(shù)和溫度控制技術(shù)兩個方面。在溫度的測量技術(shù)中，接觸式測溫發(fā)展較早，這種測量方法的優(yōu)點是簡單、可靠、低廉、測量精度較高，一般能夠測得真實溫度但由于檢測元件熱慣性的影響，響應時間較長，對熱容量小的物體難以實現(xiàn)精確的測量，并且該方法不適宜于對腐蝕性介質(zhì)測溫，不能用于超高溫測量，難于測量運動物體的溫度。另外的非接觸式測溫方法是通過對輻射能量的檢測來實現(xiàn)溫度測量的方法，其優(yōu)點是不破壞被測溫場，可以測量熱容量小的物體，適于測 VI / 109量運動物體的溫度，還可以測量區(qū)域的溫度分布，響應速度較快。但也

13、存在測量誤差較大，儀表指示值一般僅代表物體表觀溫度，測溫裝置結(jié)構(gòu)復雜，價格昂貴等缺點。因此，在實際的溫度測量中，要根據(jù)具體的測量對象選擇合適的測量方法，在滿足測量精度要求的前提下盡量減少投入。溫度控制技術(shù)按照控制目標的不同可分為兩類動態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。動態(tài)溫度跟蹤實現(xiàn)的控制目標是使被控對象的溫度值按預先設(shè)定好的曲線進行變化。在工業(yè)生產(chǎn)中很多場合需要實現(xiàn)這一控制目標，如在發(fā)酵過程控制，化工生產(chǎn)中的化學反應溫度控制，冶金工廠中燃燒爐中的溫度控制等恒值溫度控制的目的是使被控對象的溫度恒定在某一給定數(shù)值上，且要求其波動幅度即穩(wěn)態(tài)誤差不能超過某允許值。本文所討論的基于單片機的溫度控制系統(tǒng)就是要實

14、現(xiàn)對溫控箱的恒值溫度控制要求，故以下僅對恒值溫度控制進行討論。從工業(yè)控制器的發(fā)展過程來看，溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種：1.2.1 定值開關(guān)溫控法所謂定值開關(guān)控溫法，就是通過硬件電路或軟件計算判別當前溫度值與設(shè)定目標溫度值之間的關(guān)系，進而對系統(tǒng)加熱裝置或冷卻裝置進行通斷控制。若當前溫度值比設(shè)定溫度值高，則關(guān)斷加熱器，或者開動制冷裝置若當前溫度值比設(shè)定溫度值低，則開啟加熱器并同時關(guān)斷制冷器。這種開關(guān)控溫方法比較簡單，在沒有計算機參與的情況下，用很簡單的模擬電路就能夠?qū)崿F(xiàn)。目前，采用這種控制方法的溫度控制器在我國許多工廠的老式工業(yè)電爐中仍被使用。由于這種控制方式是當系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點時關(guān)斷電源，

15、當系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點時開通電源，因而無法克服溫度變化過程的滯后性，致使被控對象溫度波動較大，控制精度低，完全不適用于高精度的溫度控制。1.2.2 PID 線性溫控法這種控溫方法是基于經(jīng)典控制理論中的調(diào)節(jié)器控制原理，控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點被廣泛應用工業(yè)過程控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性控制系統(tǒng)。由于調(diào)節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差、誤差變化與誤差積累三個因素，因此，其控制性能大優(yōu)越于定值開關(guān)控溫。其具體控制電路可以采用模擬電路或計算機軟件方法來實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。前者稱為模擬控制器，后者稱為數(shù)字控制器。其中數(shù)字控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實現(xiàn)在

16、線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。采用這種方法實現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個參數(shù)比例值、積分值、微分值。只要 PID 參數(shù)選取 VII / 109的正確，對于一個確定的受控系統(tǒng)來說，其控制精度是比較令人滿意的。但是，它的不足也恰恰在于此，當對象特性一旦發(fā)生改變，三個控制參數(shù)也必須相應地跟著改變，否則其控制品質(zhì)就難以得到保證。1.2.3 智能溫度控制法為了克服線性控溫法的弱點，人們相繼提出了一系列自動調(diào)整參數(shù)的方法，如參數(shù)的自學習，自整定等等。并通過將智能控制與控制相結(jié)合，從而實現(xiàn)溫度的智能控制。智能控溫法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學為理論基礎(chǔ)，并適當加以專家系統(tǒng)來

17、實現(xiàn)智能化。其中應用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以與專家系統(tǒng)等。尤其是模糊控溫法在實際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應用。目前已出現(xiàn)一種高精度模糊控制器，可以很好的模擬人的操作經(jīng)驗來改善控制性能，從理論上講，可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。所謂第三代智能溫控儀表，就是指基于智能控溫技術(shù)而研制的具有自適應算法的溫度控制儀表。目前國溫控儀表的發(fā)展，相對國外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差別主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國溫控儀在全量程圍溫度控制精度比較低，自適應性較差。這種不足的原因是多方面造成的，如針對不同的被控對象，由于控制算法的不足而導致控制精度不穩(wěn)定。1.3 DS18B20 的介紹

18、DS18B20 數(shù)字溫度傳感器是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1Wire，即單總線器件，具有 線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通 信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。（1）DS18B20 產(chǎn)品的特點 1、只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。2、在 DS18B20 中的每個件上都有獨一無二的序列號。3、實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 4、測量溫度圍在55.C 到125.C 之間。 5、數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 6、部有溫度上、下限告警設(shè)置。7、三個管腳，1 腳是接地腳，2 腳是單總線、可向電源提供電源 、3 腳是電

19、源腳（2）DS18B20 的部結(jié)構(gòu) DS18B20 的部框圖如圖 3-2 所示。64 位 RO 存儲器件獨一無二的序列號。暫存 VIII / 109器包含兩字節(jié)（0 和 1 字節(jié)）的溫度寄存器，用于存儲溫度傳感器的數(shù)字輸出。暫存器還提供一字節(jié)的上線警報觸發(fā)（TH）和下線警報觸發(fā)（TL）寄存器（2 和 3 字節(jié)） ， 和一字節(jié)的配置寄存器 字節(jié)）使用者可以通過配置寄存器來設(shè)置溫度轉(zhuǎn)換的精度。 （4 ， 暫存器的 5、6 和 7 字節(jié)器件部保留使用。第八字節(jié)含有循環(huán)冗余碼（CRC ） 。使用 寄生電源時，DS18B20 不需額外的供電電源；當總線為高電平時，功率由單總線上的 上拉電阻通過 DQ 引

20、腳提供；高電平總線信號同時也向部電容 CPP 充電，CPP 在總 線低電平時為器件供電。圖 1-1 DS18B20 的部框圖(3)DS18B20 的 4 個主要數(shù)據(jù)部件 光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著 的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號， 最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼。 光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不一樣，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 DS18B20 中的溫度傳感器可完成

21、對溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符 號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/LSB 形式表達，其中 S 為符號位這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 0.0625 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到實際溫度。 DS18B20 溫度傳感器的存儲器 DS18B20 溫度傳感器的部存儲器包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦 EEPROM,

22、后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL 和結(jié) IX / 109構(gòu)寄存器。 配置寄存器，五位一直都是1，TM 是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在 測試模式。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動。R1 和R0 用來設(shè)置 分辨率（4）DS18B20 的工作過程 、初始化DS18B20 所有的數(shù)據(jù)交換都由一個初始化序列開始。由主機發(fā)出的復位脈沖和跟 在其后的由 DS18B20 發(fā)出的應答脈沖構(gòu)成。DS18B20 發(fā)出響應主機的應答脈沖時， 當 即向主機表明它已處在總線上并且準備工作。、 ROM 命令 ROM 命令通過每個器件 64-bit 的 ROM 碼，

23、使主機指定某一特定器件（如果有多個器件掛在總線上）與之進行通信 DS18B20 ，每個 ROM 命 令都是 8 bit 長。 功能命令主機通過功能命令對 DS18B20 進行讀/寫 Scratchpad 存儲器，或者啟動溫度轉(zhuǎn)換。 （5）DS18B20 的信號方式 DS18B20 采用嚴格的單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種 信號類型：復位脈沖、應答脈沖、寫 0、寫 1、讀 0 和讀 1。除了應答脈沖所有這些信 號都由主機發(fā)出同步信號?？偩€上傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)和命令都是以字節(jié)的低位在前。、初始化序列：復位脈沖和應答脈沖 在初始化過程中，主機通過拉低單總線至少 480s，以產(chǎn)生復位

24、脈沖(TX)。然后主機 釋放總線并進入接收(RX)模式。當總線被釋放后，4.7k 的上拉電阻將單總線拉高。 DS18B20 檢測到這個上升沿后，延時 15s60s，通過拉低總線 60s240s 產(chǎn)生應答 脈沖。初始化波形如圖 3-3 所示。 、讀和寫時序在寫時序期間，主機向 DS18B20 寫入指令，而在讀時序期間，主機讀入來自 DS18B20 的指令。在每一個時序，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。讀/寫時序如圖 3-4 所示。 X / 109 寫時序：存在兩種寫時序：“寫 1”和“寫 0” 。主機在寫 1 時序向 DS18B20寫入邏輯 1，而在寫 0 時序向 DS18B20 寫入邏輯 0。所有寫時序

25、至少需要 60s，且在兩次寫時序之 間至少需要 1s 的恢復時間。兩種寫時序均以主機拉低總線開始。產(chǎn)生寫 1 時序：主機拉低總線后，必須在 15s 釋放總線，然后由上拉電阻將總 線拉至高電平。 產(chǎn)生寫0時序： 主機拉低總線后，必須在整個時序期間保持低電平 （至 少 60s） 。在寫時序開始后的 15s60s 期間，DS18B20 采樣總線的狀態(tài)。圖 3-4 DS18B20 初始化時序圖 讀時序 ：DS18B20 只能在主機發(fā)出讀時序時才能向主機傳送數(shù)據(jù)。所以主機在發(fā)出讀數(shù)據(jù) 命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便 DS18B20 能夠傳送數(shù)據(jù)。所有讀時序至少 60s， 且在兩次獨立的讀時序之間至少需

26、要 1s 的恢復時間。 XI / 109圖 3-4 DS18B20 讀/寫時序圖 控制器采樣 1.4 MCS51 介紹由于 Intel 公司的單片機問世早、產(chǎn)品系列齊全、兼容性強，得到了廣泛的英語，目前我國的主要使用 MCS-51 系列的單產(chǎn)，尤以 8031 為多。這是因為 8031 無片ROM、應用靈活、價格便宜。MCS-51 是 Intel 公司的 8 位系列單片機，包括 51 和 52兩個子系列。51 子系列有 8031、8051、8071；52 子系列有 8032、8052.52 子系列的不同在于它多具有定時/計數(shù)器 2 與具有 256B 的部數(shù)據(jù)存儲器。（1）主要性能1.部程序存儲器

27、：4KB2.外部數(shù)據(jù)存儲器：128B3.外部程序存儲器：可擴展到 64KB4.輸入/輸出口線：32 跟（4 個端口，每個端口 8 跟）5.定時/計數(shù)器：2 個 16 位可編程的定時計數(shù)器。6.串行口：全雙工，2 跟7.寄存器區(qū)：在部數(shù)據(jù)存儲器的 128B 中劃出一部分作為寄存器區(qū)，分為四個區(qū)，每個區(qū) 8 個通用寄存器。8.中斷源：5 個中斷源，2 個優(yōu)先級別 XII / 1099.堆棧：最深 128B10.布爾處理機：即位處理器，對某些單元的某位做單獨處理。11.指令系統(tǒng)（系統(tǒng)時鐘為 12MHz 時）：大部分指令執(zhí)行時間為 1us；少部分執(zhí)行指令時間為 2us；只有乘、除指令的執(zhí)行時間為 4u

28、s。（2）功能引腳說明引腳結(jié)構(gòu)有雙列只差封裝（DIP）方式和方形封裝方式。下面分別敘述這些引腳的功能。1.主電源引腳 VCC：電源端 GND：接地端2.外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1：晶體振蕩器接入的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。 XTAL2：晶體振蕩接入的另一個引腳。采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端。（3）控制或與其他電源復用引腳 RST，ALE,VPPRST：撫慰輸 H 入端。當振蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE：當訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存的地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲

29、器，ALE 端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖。如果需要的話，通過對專用寄存器(SFR)區(qū)中的 8EH 單元的 DO 位置數(shù)，可禁止ALE 操作。該位置數(shù)后，只有在執(zhí)行一條 MOVX 或 MOVC 指令期間，ALE 才會被激活。另外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，該設(shè)定禁止 ALE 位無效。程序儲存允許：程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。當 80C51 由外部程序存儲

30、器取指令（或常數(shù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效（即輸出 2 個脈沖).但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。CPP：外部訪問允許端。要是 CPU 只訪問外部程序存儲器（地址為 0000H-FFFFH） ，則 VPP 端必須保持低電平（接地） 。然而要注意的是，如果位 LB1 被編程，復位時在部會鎖存 VPP 端的狀態(tài)。當 VPP 端保持高電平（接 Vcc 端）時，CPU 則執(zhí)行部程序存儲器中的程序。在 FLASH 存儲器編程期間，該引腳也用于施加 12V 的編程允許電源 XIII / 109Vpp。（4）輸入/輸出引腳 P0.0-P0.7，P1.0-P1.7和

31、 P2.2-P2.7,P3.0-P3.7。P0端口：P0是一個8位漏極開路型雙向 I/O 接口，作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動8個 TTL 輸入，在對端口寫1時，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了部的上拉電阻。在 FLASH 編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。 P1端口：P1是一個帶有部上拉電阻的8位雙向 I/O 端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個輸入口使用時，因為有部上拉電阻，哪些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在對 FLAS

32、H 編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。 P2端口：P2是一個帶有部上拉電阻的8位雙向 I/O 端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個 TTL 輸入。對端口寫1時，通過部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P2作輸入口使用時，因為有部的上拉電阻，哪些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVXDPTR 指令）時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVXRI 指令）時，P2口引腳上的容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中 P2寄存器的容） ，在整個訪問期間不會改變。在對 FLASH 編程和

33、程序檢驗期間，P2也接受高位地址和一些控制信號。P3端口：P3是一個帶部上拉電阻的8位雙向 I/O 端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個 TTL 輸入。對端口寫1時，通過部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P3作輸入口使用時，因為有部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在89C51中，P3端口還用于一些復位功能。1.5 溫度控制的主要方法溫度的測量方法多采用集成的半導體模擬溫度傳感器，傳感器輸出的電壓或電流與溫度在一定圍呈線性關(guān)系。通過放大，采樣得到被測量。另一種溫度測量方法是使用熱電偶，其測量精度較高，但測試過程復雜，測量時間長，而且采用電橋測量

34、的系統(tǒng)抗干擾能力較差，誤差較大。隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，新型的數(shù)字化溫度傳感器其精度、穩(wěn)定性、可靠性與抗干擾能力都優(yōu)于模擬的溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器也越來越的到廣泛的應用。 溫度檢測的方法根據(jù)敏感元件和被測介質(zhì)接觸與否，可以分為接觸式與非接觸式 XIV / 109兩大類。接觸式檢測的方法主要包括基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測儀表；基于熱電效應的熱電偶溫度檢測儀表。非接觸式檢測方法是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對應關(guān)系，對物體的溫度進行檢測，主要有亮度法、全輻射法和比色法等。接觸式測溫是使測溫敏感元件與被測介質(zhì)接觸，當被測介質(zhì)與感溫元件達到熱平衡時，感溫元件與被測介質(zhì)的溫度相

35、等。這類傳感器結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、精度高、穩(wěn)定性好、價格低、應用十分廣泛，因此，本方案采用接觸式測溫法，選用相關(guān)類型的傳感器。由單片機組成的溫度測控系統(tǒng),通過在單片機外部添加各種接口電路，可構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，用以實現(xiàn)對溫度控制對象的溫度的顯示和控制。同時也能根據(jù)實際情況實現(xiàn)多路巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、報警與記錄,對各個參數(shù)以一定的周期進行檢查和測量,檢測的結(jié)果經(jīng)計算機處理后再進行顯示、打印和報警,以提醒操作人員注意或直接用于生產(chǎn)控制。1.6 系統(tǒng)總體設(shè)計方案本論文所討論的基于單片機的溫度控制系統(tǒng)是某型號氣相色譜儀的溫度控制子系統(tǒng)，其目的是對兩個溫控箱的溫度進行恒值溫度控制。溫控箱的溫度控制圍在室

36、溫到攝氏度之間，溫度控制的精度要求為士 1。下面討論系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，包括系統(tǒng)的性能要求以與系統(tǒng)的軟、硬件方案分析。1.6.1 系統(tǒng)性能要求系統(tǒng)性能要求：1、可以人為方便地通過控制面板或機設(shè)定控制期望的溫度值，系統(tǒng)應能自動將溫控箱加熱至此設(shè)定溫度值并能保持，直至重新設(shè)定為另一溫度值，即能實現(xiàn)溫度的自動控制；2、能夠?qū)崿F(xiàn)對溫控箱溫度的測量并且通過控制面板上的液晶顯示實時的顯示出來；3、具有加熱保護功能的安全性要求。如果實際測得的溫控箱溫度值超過了系統(tǒng)規(guī)定的安全溫度，保護電路就會做出反應，從而對溫控箱實現(xiàn)超溫保護;4、模塊化設(shè)計，安裝拆卸簡單，維修方便;5、系統(tǒng)可靠性高，不易出故障;6、盡量采用

37、典型、通用的器件，一旦損壞，易于在市場上買到同樣零部件進行替換。 XV / 1091.6.2 系統(tǒng)硬件方案分析目前，溫度控制儀的硬件電路一般采用模擬電路和單片機兩種形式。模擬控制電路的各控制環(huán)節(jié)一般由運算放大器、電壓比較器、模擬集成電路以與電容、電阻等外圍元器件組成。它的最大優(yōu)點是系統(tǒng)響應速度快，能實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時控制。根據(jù)計算機控制理論可知，數(shù)字控制系統(tǒng)的采樣速率并非越快越好，它還取決于被控系統(tǒng)的響應特性。在本系統(tǒng)中，由于溫度的變化是一個相對緩慢的過程，對溫控系統(tǒng)的實時性要求不是很高，所以模擬電路的優(yōu)勢得不到體現(xiàn)。另外，模擬電路依靠元器件之間的電氣關(guān)系來實現(xiàn)控制算法，很難實現(xiàn)復雜的控制算法。

38、單片機是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬于第四代電子計算機。它是把中央處理單元、隨機存取存儲器、只讀存儲器、定時計數(shù)器以與輸入輸出接口電路等主要計算機部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機，它的特點是功能強大、運算速度快、體積小巧、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應用廣泛。由此可見，采用單片機設(shè)計控制系統(tǒng)，不僅可以降低開發(fā)成本，精簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且控制算法由軟件實現(xiàn)，還可以提高系統(tǒng)的兼容性和可移植性。另外，隨著微電子技術(shù)和半導體工業(yè)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，片上系統(tǒng)得到了十足的發(fā)展。一些廠家根據(jù)系統(tǒng)功能的復雜程度，將這種芯片應用到先進的控制儀表中。芯片通常含有一個微處理器核，同時，它還含有多個外圍特殊功能模塊和

39、一定規(guī)模的存儲器和（RAM 和 ROM） ，并且這種片上系統(tǒng)一般具有用戶自定義接口模塊，使得其功能非常強大，適用領(lǐng)域也非常廣。它不僅能滿足復雜的系統(tǒng)性能的需要，而且還使整個系統(tǒng)的電路緊湊，硬件結(jié)構(gòu)簡化。從實現(xiàn)復雜系統(tǒng)功能和簡化硬件結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，是實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的最佳選擇，但目前市場上的價格還比較昂貴，并且的封裝形式幾乎都采用貼片式封裝，不利于實驗電路板的搭建。從降低成本，器件供貨渠道充足的角度看，應用單片機實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)是比較經(jīng)濟實用的。 XVI / 109第 2 章硬件設(shè)計2.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)本文所研究的溫度控制系統(tǒng)硬件部分按功能大致可以分為以下幾個部分：單片機主控模塊、輸入通道、

40、輸出通道、保護電路、電源電路等。硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1 所示。由結(jié)構(gòu)框圖可見，溫度控制系統(tǒng)以單片機為核心，并擴展外部存儲器構(gòu)成主控模塊。被測對象的溫度由 DS18B20 溫度傳感器檢測外界溫度并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 XVII / 109 圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖此數(shù)字信號送給單片機處理，一方面將被測對象的溫度通過控制面板上的液晶顯示器顯示出來；另一方面將該溫度值與設(shè)定的溫度值進行比較，根據(jù)其偏差值的大小，采用控制算法進行運算，最后通過控制繼電器（即控制溫控箱加熱平均功率的大小） ，進而達到對被測物體溫度進行控制的目的。如果實際測得的溫度值超過或低于系統(tǒng)給定的極限安全溫度，保護電路會做出反應同

41、時報警電路報警提示，從而保護被測物體。單片機快速、準確的進行溫度采集、數(shù)據(jù)處理、顯示和控制主要是時鐘電路提供的時鐘頻率，使單片機正常的協(xié)調(diào)處理各項任務(wù)。各個器件工作的電源電壓主要有電源電路提供。則溫度的設(shè)定圍就通過矩陣鍵盤進行設(shè)定，使被測物體在正常的溫度圍下工作。2.2 硬件電路設(shè)計設(shè)計硬件電路主要有兩大部分組成：模擬部分和數(shù)字部分；從功能模塊上來分有：主機電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、電源電路、控制執(zhí)行電路以與掉電保護電路。各個模塊電路通過主機電路控制，協(xié)調(diào)一致的進行工作。完成對被測物體的溫度控制。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.2 所示： XVIII / 109圖 2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖2.2

42、.1 主機電路的設(shè)計主機選用 INTEL 公司的 MCS-51 系列單片機 89C51 來實現(xiàn)，利用單片機軟件編程靈活、自由度大的特點，力求用軟件完善各種控制算法和邏輯控制。本系統(tǒng)選用的89C51 芯片時時鐘可達 12MHZ，運算速度快，控制功能完善。其部具有 128 字節(jié)RAM，而且部含有 4KB 的 EPROM 不需要外擴展存儲器，也有數(shù)據(jù)通信接口，通過TXD、RXD 與 PC 機連接，可以進行人機操作，使得操作更加簡單、方便。具有五個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級，兩個外部中斷、兩個定時中斷還用一個通信中斷，可以對溫度檢測進行實時處理和分時操作，這樣就可以對被測物體溫度監(jiān)測更加準確、延時性更小，

43、同時也可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單實用。如圖 2.3 所示：單片機和時鐘電路、復位電路以與電源電路構(gòu)成了單片機的最小系統(tǒng)，即溫度控制系統(tǒng)的主機電路。用來處理溫度采集的數(shù)字信息并控制各部分的正常工作。其中單片機的 I/O 口，即 P0、P1、P2 和 P3 用來接相應的顯示設(shè)備，鍵盤輸入以與繼電器等。 XIX / 109圖 2.3 主機電路示意圖2.2.2 I/O 通道的硬件電路的設(shè)計就本系統(tǒng)來說，需要實時溫度傳感器DS18B20采集水溫數(shù)據(jù)，送入單片機中的特定單元，然后一部分送去顯示；另一部分與設(shè)定值進行比較，通過PID算法得到控制量并經(jīng)由單片機輸出去控制電爐加熱或制冷器降溫。（1）數(shù)據(jù)采集電路的

44、設(shè)計數(shù)據(jù)采集電路主要由數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集水溫的溫度。溫度傳感器的單總線(1-Wire)與單片機的 IO 連接，P3.7 是單片機的高位地址線。P3 端口是一個帶部上拉電阻的 8 位雙向 IO，每個端口都有第二功能，其輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或 輸出電流)4 個 TTL 邏輯門電路。對該端口寫“1” ，可通過部上拉電阻將其端口拉至高電平，此時可作為輸入口使用，這是因為部存在上拉電阻，某一引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。如圖 2.4 所示：溫度傳感器 DS18B20 與單片機只有一根線連接即單總線或one_wire 總線。溫度傳感器 DS18B20 只有三個端口，電路連接很簡單

45、，一根電源線接電源，一根接地，一根數(shù)據(jù)時鐘線接單片機的 I/O,數(shù)據(jù)時鐘線必須接一個上拉電 XX / 109阻，防止數(shù)據(jù)、時鐘高阻懸掛，就會得不到準確的溫度數(shù)字信號。 圖2.4 溫度傳感器硬件電路示意圖（2）溫度控制控制執(zhí)行電路的設(shè)計 由輸出來控制加熱器或制冷器，加熱器可以近似建立為具有滯后性的一階慣性環(huán)節(jié)數(shù)學模型。其傳遞函數(shù)形式為：G(s)=K/（Ts+1）e-ts 制冷器可以認為是線形環(huán)節(jié)實現(xiàn)對水溫的控制。為了實現(xiàn)強電和弱電的隔離，要選擇光電耦合器，使輸出信號要對繼電器進行通斷控制，以便使電爐或風扇電路導通，此外，當實際溫度不在設(shè)定的圍，報警電路將實時報警并作出相相應的處理如（報警信號傳到

46、單片機或人，單片機或人就會執(zhí)行相應的操作） ，當實際溫度低于設(shè)定的溫度時相應黃色發(fā)光二極管點亮并且加熱器啟動升溫；高于設(shè)定的溫度時對應紅色二極管亮并且制冷器啟動降溫。如圖2.5所示：繼電器的通斷通過單片機的I/O的輸出控制，從而控制加熱器、制冷器的啟停，來控制被測物體的溫度。圖2.5 溫度控制電路圖如圖2.6所示：報警電路也是由單片機的I/O控制，當實際溫度不在設(shè)定的圍單片機就會執(zhí)行相應的指令，進行實時報警，提示溫度超過或低于設(shè)定的溫度，以便與時作出處理。 XXI / 109圖2.6 報警電路圖2.2.3 鍵盤設(shè)計鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)矩陣，它具有最簡單的單片機輸入設(shè)備，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)

47、或命令，實現(xiàn)簡單的人機對話。鍵盤上閉合建的識別是由專用硬件實現(xiàn)的，稱為編碼鍵盤，靠軟件實現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。鍵盤采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法來設(shè)計，低電平有效。鍵盤還分為矩陣鍵盤和獨立鍵盤，使用矩陣鍵盤能大量的節(jié)約單片機的I/O資源，方便快捷。獨立鍵盤雖然占用了I/O資源，但是運用靈活，很適用鍵盤少的電路。其按鍵的功能如下表所示： 表2-1 鍵盤功能表 按鍵鍵名功能KEY1復位鍵使系統(tǒng)復位KEY2 KEY3功能切換鍵切換當前溫度和設(shè)定溫度的顯示界面矩陣鍵盤設(shè)定溫度鍵盤設(shè)定溫度的允許圍如圖2.7所示：矩陣鍵盤與單片機的P1口連接，采用軟件查詢的方式，用來設(shè)定溫度的允許圍，也可以用來做狀態(tài)顯

48、示切換功能鍵等，實現(xiàn)簡單的人機對話，鍵盤的輸入值被單片機讀入并通過中央處理器處理，送到顯示模塊進行顯示。 XXII / 109圖2.7 鍵盤電路圖如圖 2.8 所示按鍵 KEY10、KEY11 分別與 P3.2（INTO） 、P3.3（INT1）相連，采用外部中斷方式，對溫度設(shè)定實時處理。圖 2.8 獨立鍵盤電路圖2.2.4 顯示電路設(shè)計顯示電路采用了 LCD_1602 和數(shù)碼管的混合顯示，設(shè)定的溫度值圍顯示在數(shù)碼管上，一看就是知道被測物體正常時的溫度圍是多少，同時當前溫度顯示在液晶上，因此知道被測物體的當前值是多少。(1)液晶的介紹、 1602 型液晶接口信號說明 XXIII / 10916

49、02 型液晶接口信號說明如表 2-2 所示 編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)口2VDD電源正極10D2數(shù)據(jù)口2V0液晶顯示器對比度調(diào)解端11D4數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)命令選擇端12D5數(shù)據(jù)口5R/W讀寫選擇端（H/L）12D6數(shù)據(jù)口6E使能信號14D7數(shù)據(jù)口7D0數(shù)據(jù)口15BLA背光電源正極8D1數(shù)據(jù)口16BKL背光電源負極、 基本操作時序讀狀態(tài) 輸入：RS=L, R/W=H,E=H 輸出：D0D7=狀態(tài)字讀數(shù)據(jù) 輸入：RS=H, R/W=H,E=H 輸出：無寫指令 輸入：RS=L, R/W=L,D0D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù) 輸入：RS=H, R/

50、W=L, ,D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 輸出：無。 、寫操作時序通過 RS 確定是寫數(shù)據(jù)還是寫命令。讀/寫控制端設(shè)置為寫模式，即低電平。 將數(shù)據(jù)或命令送達數(shù)據(jù)線上，給 E 一個高脈沖將數(shù)據(jù)送入液晶控制器，完成寫操作。寫操作時序如下圖所示： XXIV / 109圖 2-9 1602 液晶寫操作時序圖（2）液晶的電路設(shè)計如圖 2-10 所示：液晶的數(shù)據(jù)線接 P0 口，而 RS、RW、E 分別接單片機的P2.5、P2.6、P2.7 口，通過單片機的控制顯示設(shè)定的溫度值或?qū)嶋H溫度值。圖 2-10 1602 液晶電路顯示電路圖（2）數(shù)碼管 LED 簡介單片機應用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，

51、簡稱 LED；液晶顯示器，簡稱 LCD。前者價廉，配置靈活，與單片機接口方便；后者可進行圖形顯示，但接口復雜，成本較高。結(jié)合本設(shè)計的特點，在這里系統(tǒng)的顯示采用發(fā)光二極管作為顯示器件。 圖 2.11 數(shù)碼管 XXV / 109單片機中使用 7 段 LED 構(gòu)成字形“8” ，另外，還與一個小數(shù)點發(fā)光二極管用以顯示數(shù)字、符號與小數(shù)點。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，如圖 2.15 所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中，7 個發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8”的各個筆劃（段）a-g,另一個小數(shù)點為 dp 發(fā)光二極管。當在某段發(fā)光二極

52、管施加一定的正向電壓是，該段筆劃即點亮；不加電壓則該段二極管不亮。為了保護各段 LED 不被損壞，需要外加限流電阻.如果要顯示某個字形，則應使此字形的相應段點亮，也即送一個不同的電平組合代表的數(shù)據(jù)來控制 LED 的顯示字形，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。數(shù)據(jù)字位數(shù)與 LED 段碼的關(guān)系如表所示。表 2-3 數(shù)碼管各段與輸出口各位的對應關(guān)系輸出口各位D7D6D5D4D3D2D1D0數(shù)碼管各段dpgfedcba如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對應字段亮，數(shù)據(jù)為 1 表示對應字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對應字段暗，數(shù)據(jù)為 1 表示對應字段亮。如要顯示“0” ，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應為：

53、11000000B（即 C0H） ；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應為：00111111B（3FH） 。依次類推，可求得數(shù)碼管字型編碼如表 2-4 所示。表 2-4共陽極共陰極字型dpgfedcba字型碼dpgfedcba字型碼011000000C0H001111113FH111111001F9H0000011006H210100100A4H010110115BH310110000B0H010011114FH續(xù)表 2-341001100199H0110011066H51001001092H011011016DH61000001082H011111017DH711111000F8H0000011107H

54、 XXVI / 10981000000080H011111117FH91001000090H011011116FHA1000100088H0111011177HB1000001183H011111007CHC11000110C6H0011100139HD10100001A1H010111105EHE1000011086H0111100179HF100011108EH0111000171H滅11111111FFH0000000000H（4）數(shù)碼管的電路設(shè)計數(shù)碼管用的是八位共陽的發(fā)光二極管組成，只要賦予低電平對應的發(fā)光二極管就點亮，八段發(fā)光二極管的亮暗組合就能組成0F十六數(shù)字，利用數(shù)碼管的動態(tài)掃面

55、就能清晰穩(wěn)定的顯示溫度的設(shè)定值，考慮到I/O不夠用，采用了74ls138譯碼器和74ls373鎖存器的組合，從而大量的節(jié)約了單片機I/O資源。74LS373有8個一樣的D型(三態(tài)同相)鎖存器，由兩個控制端(11腳G或EN；1腳OUT、CONT、OE)控制。當OE接地時，若G為高電平，74LS373接收由PPU輸出的地址信號如果G為低電平，則將地址信號鎖存。74LS373的輸出端O0O7可直接與總線相連。當三態(tài)允許控制端OE為低電平時，O0O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當OE為高電平時，O0O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端LE為

56、高電平時，O隨數(shù)據(jù)D而變。當LE為低電平時，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。74ls138 是個三輸入 8 輸出的譯碼器，A0、A1、A2 為地址端，選擇相應的輸出端為低電平，例如：當譯碼器的地址端為 0 0 0 時，輸出端 Y0=0；當譯碼器的的地址端是 0 0 1 時，其輸出端 Y1=0；以此類推。如圖2-11所示：數(shù)碼管的數(shù)據(jù)線利用鎖存器和液晶的數(shù)據(jù)線共用一個I/O即P0口；而數(shù)碼管的片選線則利用了38譯碼器來選通，3-8譯碼器的地址線通過單機的P2.3、P2.4、P3.6口來控制選擇數(shù)碼管的片選。只要控制這三個地址線就可以實現(xiàn)六個數(shù)碼管的位選加鎖存器的使能。如下圖所示： XXVII / 1

57、09圖 2-12 數(shù)碼管顯示電路圖2.2.5 溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計溫度控制系統(tǒng)硬件包括：89C51單片機最小系統(tǒng)模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、D/A 轉(zhuǎn)換模塊、信號放大電路、溫控電路以與其它外圍電路。（1）單片機的選擇單片機的 CPU 為 Atmel 公司生產(chǎn)的89C51。出廠所配晶振頻率為11.0592MH,每個機器周期為1.085us,用戶更換晶振以提高速度。存貯器為64K,前4K/8K20K 在 CPU 部,其它程序在 EPR0M27512中。數(shù)據(jù)存貯器為32K(62256),地址為8000FFFFH。I/O 擴展8155,片 RAM 地址200O-20FFH8155命令口地址為2100HA

58、口地址21O1H B 口地址：2102H C 口地址:2103H T 低八位2104H T 高八位.（2）傳感器電路數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它是一種能將外界溫度直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號的數(shù)字溫度傳感器。它使用圍廣，運用靈活，它的價格便宜，精確度較高，延滯性下，因而靈敏度很高， 而且它的線性很好。雖然其測量精度一般，但完全能滿足工業(yè)測溫要求， XXVIII / 109應用在各個領(lǐng)域。(3)保護電路保護電路的作用是對被測物體進行過溫保護，其電路如圖2-13所示。圖 2-13 保護電路驅(qū)動信號控制繼電器，斷開加熱電阻絲電源，保護溫控箱。電路中增加的達林頓管是一個電流驅(qū)動型器件，能夠提高繼電器的勵磁電

59、流。在繼電器兩端并聯(lián)了續(xù)流二極管，其作用是當達林頓管由導通到關(guān)斷時，繼電器也由導通變?yōu)殛P(guān)斷，由于繼電器是個感性負載，電流不能突變，線圈兩端將產(chǎn)生很高的反向電勢，以繼續(xù)維持線圈過的電流。這個反向電勢一般很高，容易造成三極管的擊穿，加入續(xù)流二極管后，為反向電勢提供了放電回路，從而保護三極管不會被擊穿。（4）串行通信接口電路目前，廣泛使用的串行數(shù)據(jù)接口標準有一，一與一三種。其中一是美國電子工業(yè)協(xié)會正式公布的串口總線標準，也是目前最為常用的串行接口標準，用來實現(xiàn)計算機與計算機之間，計算機與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通訊。串行通信接口的基本任務(wù)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化。來自的是普通的并行數(shù)據(jù)，接口電路應具有實現(xiàn)不同串行通信

60、方式下的數(shù)據(jù)格式化的任務(wù)。具體任務(wù)是：1.進行串-并轉(zhuǎn)換；2.控制數(shù)據(jù)傳輸速率；3.進行錯誤檢測；4.進行 TTL 與 EIA 電平轉(zhuǎn)換；5.提供一一接口標準所要求的信號線。 由于電平和一犯電平不匹配，因此要實現(xiàn)單片機和機之間的通信，必須在它們之間加接電平轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)設(shè)計采用公司的一接口芯，這是一種標準的一接口芯片。只需巧電源供電，其部的電源變化成士電源用于通信。該芯片集成有兩路收發(fā)器，可 XXIX / 109將單片機輸入的電平轉(zhuǎn)換為電平發(fā)送給機，或?qū)臋C接收的電平轉(zhuǎn)換為電平發(fā)送給單片機。為雙列直插 16 腳封裝。系統(tǒng)串口通信電路如圖 2-14 所示。 圖 2-14 串口通信電路（5）電源電路