畢業(yè)設計---基于單片機的浴室溫度控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題目：基于單片機的浴室溫度控制系統(tǒng)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p><b>　　關鍵字</b></p&

2、gt;<p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的目的及意義</p><p>　　1.2設計的任務及功能實現</p><p><b>　　1.3研究的關鍵</b></p><p><b>　　2系統(tǒng)分析 </b></p>

3、<p><b>　　2.1單片機簡介</b></p><p>　　2.1.1單片機的由來</p><p><b>　　2.1.2引腳分析</b></p><p>　　2.2AD590溫度傳感器簡介</p><p>　　2.3ADC0809簡介</p><p><

4、;b>　　2.4蜂鳴器簡介</b></p><p><b>　　2.5電爐簡介</b></p><p>　　2.6電動調節(jié)閥簡介</p><p><b>　　2.7輔助器件</b></p><p>　　2.7.1AD581</p><p>　　2.7.2LF

5、355</p><p>　　2.7.3MOC3041</p><p><b>　　2.7.47407</b></p><p>　　2.7.574LS164</p><p>　　2.8數碼顯示管LED </p><p>　　3 系統(tǒng)整體設計. </p><p><b&g

6、t;　　3.1設計要求. </b></p><p>　　3.2總體設計方案. </p><p>　　3.2.1 硬件電路總體設計. </p><p>　　3.2.2 軟件電路總體設計. </p><p>　　4 系統(tǒng)硬件設計. </p><p>　　4.1 傳感器的選擇. </p><p

7、>　　4.2 溫度調節(jié)器的選擇. </p><p>　　4.3 硬件電路設計 </p><p>　　4.3.1 AD590外圍電路設計</p><p>　　4.3.2 電動單座調節(jié)閥的外圍電路設計</p><p>　　4.3.3 鍵盤及顯示的設計. </p><p>　　5 系統(tǒng)軟件設計. </p&g

8、t;<p>　　5.1 系統(tǒng)定義. </p><p>　　5.2 程序框圖及主要程序功能</p><p>　　5.2.1 主程序模塊. </p><p>　　5.2.2溫度測量子程序框圖</p><p>　　5.2.3 調整設定溫度子程序框圖</p><p><b>　　6仿真.</b&g

9、t;</p><p><b>　　7設計總結 </b></p><p><b>　　8附錄（一、二）</b></p><p><b>　　9致謝</b></p><p><b>　　10參考文獻</b></p><p><b&

10、gt;　　摘 要</b></p><p>　　近年來隨著計算機在社會領域的滲透, 單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據具體硬件結構，以及具體應用對象特點的軟件結合，以作完善。</p><p>　　本文從硬件和軟件兩方面來講述浴室溫度自動控制

11、過程,在控制過程中主要應用8051、ADC0809、LED顯示器、LM355比較器，而主要是通過AD590溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機為核心控制部件，并通過三位數碼管顯示的一種浴室溫度調節(jié)系統(tǒng)。軟件方面采用匯編語言來進行程序設計，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴展和更改，軟件的設計采用模塊化結構，使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調運作。</p><p>　　而系統(tǒng)的過程則是

12、：首先,通過設置按鍵,設定恒溫運行時的溫度值，并且用數碼管顯示這個溫度值.然后,在運行過程中將采樣的溫度模擬量送入A/D轉換器中進行模擬-數字轉換，再將轉換后的數字量用數碼管進行顯示，最后用單片機來控制加熱器,進行加熱或停止加熱，直到能在規(guī)定的溫度下恒溫加熱。</p><p>　　關鍵詞：單片機系統(tǒng)；傳感器；數據采集；模數轉換器；溫度</p><p><b>　　Abstract

13、</b></p><p>　　In recent years, with the penetration of computers in the social field, the application of the SCM is constantly deepening, while driven by the traditional control tests day crescent</

14、p><p>　　beneficial update. In real-time detection and automatic control of microcomputer application system, the microcontroller is often a core component to use only SCM knowledge is not enough, should be comb

15、ined according to the specific hardware architecture, as well as the specific application of object characteristics of software to make perfect.</p><p>　　From both hardware and software to tell the story of

16、the bathroom automatic temperature control process, the application of 8051, ADC 0809, LED display, LM355 comparator in the control process, but mainly collected through AD590 temperature sensor ambient temperature, the

17、microcontroller as the core control componentsand a bathroom by three digital display temperature control system. Software assembly language programming, instruction execution speed, to save storage space. In order to fa

18、cilitat</p><p>　　Systematic process: First, via the Settings button, set the thermostat to run when the temperature value, and using digital tube display this temperature value, then the sample temperature d

19、uring operation in analog into the A / D converterin analog - digital converter, and then convert the digital to digital tube display, the final microcontroller to control the heater, heating or stop heating until the th

20、ermostat in the specified temperature heating.</p><p>　　Keywords: microcontroller systems; sensor; data acquisition; converter; temperature</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　

21、1.1課題研究的目的及意義</p><p>　　及時準確地得到溫度信息并對其進行適時的控制,在許多工業(yè)場合中都是重要的環(huán)節(jié).水溫的變化影響各種系統(tǒng)的自動運作。對于不同控制系統(tǒng)，其適宜的水質溫度總是在一個范圍。超過這個范圍，系統(tǒng)或許會停止運行或遭受破壞，所以我們必須能實時獲取水溫變化。對于，超過適宜范圍的溫度能夠報警。同時，我們也希望在適宜溫度范圍內可以由檢測人員根據實際情況加以改變。</p><

22、;p>　　近年來隨著科學技術的發(fā)展，我們生活中的大部分東西都在智能化，自動化。這樣不僅方便操作、控制，也大大減少了人力消耗。</p><p>　　溫度控制是工業(yè)生產過程及日常生產生活中進場遇到的過程控制，許多生產、生活過程都是以溫度作為被控參數。比如當我們在公共浴室、澡堂洗澡的時候，有沒有感覺突然水就特別的涼或者熱，根本和浴室內的人數和溫度無關呢？有的人就會抱怨澡堂老板，可是有的人就會想出一些辦法來改變這一

23、現狀。</p><p>　　溫度控制系統(tǒng)是典型的控制系統(tǒng)。本文就是以51單片機為基礎設計的浴室溫度控制系統(tǒng)，通過各種電路輔助完成硬件電路設計，并且把程序模塊化，方便固化到硬件電路中，有較高的可實現性。</p><p>　　二十一世紀是科技高速發(fā)展的信息時代，電子技術、微型單片機技術的應用更是空前廣泛，伴隨著科學技術和生產的不斷發(fā)展，需要對各種參數進行溫度測量。因此溫度一詞在生產生活之中出現

24、的頻率日益增多，與之相對應的，溫度控制和測量也成為了生活生產中頻繁使用的詞語，同時它們在各行各業(yè)中也發(fā)揮著重要的作用。如在日趨發(fā)達的工業(yè)之中，利用測量與控制溫度來保證生產的正常運行。在農業(yè)中，用于保證蔬菜大棚的恒溫保產等。</p><p>　　溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農業(yè)生產過程中一個很重要而普遍的參數。溫度的測量及控制對保證產品質量、提高生產效率、節(jié)約能源、生產安全、促進國民經濟的發(fā)展起到

25、非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學技術和生產的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來滿足生產生活中的需要。</p><p>　　在單片機溫度測量系統(tǒng)中的關鍵是測量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參數之一。因此，單片機溫度測量則是對溫度進行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產中得到了廣泛的應用，尤其在電力工程、化工生產、機械制造、冶金工

26、業(yè)等重要工業(yè)領域中，擔負著重要的測量任務。在日常生活中，也可廣泛實用于地熱、空調器、電加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設備溫度測量場合。但溫度是一個模擬量，如果采用適當的技術和元件，將模擬的溫度量轉化為數字量雖不困難，但電路較復雜，成本較高。</p><p>　　1.2設計的任務及功能實現</p><p>　　1.2.1課題的主要研究的內容</p><p>　　本文所

27、要研究的課題是基于單片機控制的水溫控制系統(tǒng)的設計，主要是介紹了對水箱溫度的顯示、控制及報警，實現了溫度的實時顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用AD590、8051單片機及LED的硬件電路完成對水溫的實時檢測及顯示，利用AD590與單片機連接由軟件與硬件電路配合來實現對加熱電爐的實時控制及超出設定的上下限溫度的報警系統(tǒng)。由AD590檢測浴室內溫度，并在LED中顯示?？刂破魇怯?051單片機，用PID算法對檢測信號和設定值的大小進行調節(jié)

28、后輸出控制信號給執(zhí)行機構，去調節(jié)電爐的加熱功率，從而控制浴室內溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構成多點的溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉化成串行數字信號供微機處理。而且利用本次的設計主要實現溫度測試，溫度顯示，溫度門限設定，超過設定的門限值時自動啟動加熱裝置等功能。而且還要以單片機為主機，使溫度傳感器通過ADC0809與單片機相連接，再加上溫度控制部分和人機對話部分來共同實現溫度的監(jiān)測與控制。

29、</p><p>　　1.2.2用單片機實現其具體控制功能如下：</p><p>　?。?）能夠連續(xù)測量水的溫度值，用十進制數碼管來顯示水的實際溫度。</p><p>　?。?）能夠設定水的溫度值，設定范圍是25℃～45℃。</p><p>　?。?）能夠實現水溫的自動控制，如果設定水溫為30℃，則能使水溫保持恒定在30℃的溫度下運行。<

30、;/p><p>　?。?）用單片機8051控制，通過按鍵來控制水溫的設定值，數值采用數碼管顯示。</p><p><b>　　1.3研究的關鍵</b></p><p>　　此項設計的關鍵在于溫度傳感器的選擇，調節(jié)閥的選擇以及單片機個控制模塊的程序編輯。</p><p><b>　　2系統(tǒng)分析 </b>&

31、lt;/p><p><b>　　課題的研究方案</b></p><p>　　溫度控制系統(tǒng)是比較常見和典型的過程控制系統(tǒng)。溫度是工業(yè)生產過程中重要的被控參數之一，當今計算機控制技術在這方面的應用，已使溫度控制系統(tǒng)達到自動化、智能化，比過去單純采用電子線路進行PID調節(jié)的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。</p><p>　　溫度是一個非線

32、性的對象，具有大慣性的特點，在低溫段慣性較大，在高溫段慣性較小。對于這種溫控對象，一般認為其具有以下的傳遞函數形式：</p><p><b>　　（1-1）</b></p><p>　　方案一（見圖1-1）</p><p>　　圖1-1 方案一的圖</p><p>　　此方案是傳統(tǒng)的一位式模擬控制方案，選用模擬電路，用電

33、位器設定值，反饋的溫度值和設定值比較后，決定加熱或不加熱。其特點是電路簡單，易于實現，但是系統(tǒng)所得結果的精度不高并且調節(jié)動作頻繁，系統(tǒng)靜態(tài)差大、不穩(wěn)定。系統(tǒng)受環(huán)境影響大，不能實現復雜的控制算法，不能用數碼管顯示，不能用鍵盤設定。</p><p>　　方案二（見圖1-2）</p><p>　　圖1-2 方案二的圖</p><p>　　此方案是傳統(tǒng)的二位式模擬控制方案，

34、其基本思想與方案一相同，但由于采用上下限比較電路，所以控制精度有所提高。這種方法還是模擬控制方式，因此也不能實現復雜的控制算法使控制精度做得較高，而且不能用數碼管顯示，對鍵盤進行設定。</p><p>　　方案三（見圖1-3）</p><p>　　圖1-3 方案三的圖</p><p>　　此方案采用8051單片機系統(tǒng)來實現。單片機軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程

35、實現各種控制算法和邏輯控制。單片機系統(tǒng)可以用數碼管來顯示水溫的實際值，能用鍵盤輸入設定值。本方案選用了MCS8051芯片，不需要外擴展存儲器，可使系統(tǒng)整體結構更為簡單。</p><p>　　結論：前兩種方案是傳統(tǒng)的模擬控制方式，而模擬控制系統(tǒng)難以實現復雜的控制規(guī)律，控制方案的修改也較為繁瑣。而方案三是采用以單片機為控制核心的控制系統(tǒng)，尤其對溫度控制，可達到模擬控制所達不到的效果，并且實現顯示和鍵盤設定功能，大大提

36、高了系統(tǒng)的智能化。也使得系統(tǒng)所測得結果的精度大大提高。所以，經過對三種方案的比較，本次畢業(yè)設計采用了方案三。</p><p><b>　　2.1單片機簡介</b></p><p>　　2.1.1單片機的由來及簡介</p><p>　　單片機專業(yè)名稱—Micro Controller Unit(微控制器件)，它是由大名鼎鼎的INTEL 公司發(fā)明的

37、，最早的系列是MCS-48，后來有了MCS-51，現在還有MCS-96 系列，我們經常說的51 系列單片機就是MCS-51，它是一種8 位的單片機，而MCS-96 系列則是一種16 位的單片機，96系列根適合高速運行的場合 。后來INTEL 公司把它的核心技術轉讓給了世界上很多的小公司，所以世界上就有許多公司生產51 系列兼容單片機，比如飛利浦的87 LPC 系列，偉邦的W78L系列，達拉斯的DS87 系列，現代的GSM97 系列等等，

38、目前在我國比較流行的就是美國ATMEL 公司的89C51，它是一種帶Flash ROM 的單片機。Flash ROM 是一種快速存儲式只讀存儲器，這種程序存儲器的特點就是既可以電擦寫，而且掉電后程序還能保存，編程壽命可以達到幾千至幾萬次，所以我們的實驗系統(tǒng)是可以反復燒寫的。</p><p>　　單片機開發(fā)的整個過程，這個過程包括第一步—編輯源代碼，第二步—編譯源代碼，第三步—程序仿真，第四步—芯片燒寫（亦稱編程）

39、。</p><p>　　1970年微型計算機研制成功之后，隨之即出現了單片機（即單片微型計算機）— 美國Intel公司1971年生產的4位單片機4004和1972年生產的雛形8位單片機8008，這也算是單片機的第一次公眾亮相。</p><p>　　1976年Intel公司首先推出能稱為單片機的MCS-48系列單片微型計算機。它以體積小、功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應用，同時一些與單片

40、機有關公司都爭相推出各自的單片機。</p><p>　　1978年下半年Motorola公司推出M6800系列單片機，Zilog公司相繼推出Z8單片機系列。1980年Intel公司在MCS-48系列基礎上又推出高性能的MCS-51系列單片機。這類單片機均帶有串行I/O口，定時器/計數器為16位，片內存儲容量（RAM，ROM）都相應增大，并有優(yōu)先級中斷處理功能，單片機的功能、尋址范圍都比早期的擴大了，它們是當時單片

41、機應用的主流產品。</p><p>　　1982年Mostek公司和Intel公司先后又推出了性能更高的16位單片機MK68200和MCS-96系列，NS公司和NEC公司也分別在原有8位單片機的基礎上推出了16位單片機HPC16040和μPD783××系列。</p><p>　　1987年Intel公司又宣布了性能比8096高兩倍的CMOS型80C196，1988年推出

42、帶EPROM的87C196單片機。由于16位單片機推出的時間較遲、價格昂貴、開發(fā)設備有限等多種原因，至今還未得到廣泛應用。而8位單片機已能滿足大部分應用的需要，因此，在推出16位單片機的同時，高性能的新型8位單片機也不斷問世。</p><p>　　縱觀這短短的20年，經歷了4次更新?lián)Q代，單片機正朝著集成化、多功能、多選擇、高速度、低功耗、擴大存儲容量和加強I/O功能及結構兼容的方向發(fā)展。新一代的80C51系列單片

43、機除了上述的結構特性外，其最主要的技特點是向外部接口電路擴展，以實現微控制器（microcontroller）完善的控制功能為己任。這一系列單片機為外部提供了相當完善的總線結構，為系統(tǒng)的擴展和配置打下了良好的基礎。由于MSC-51系列單片機所具有的一系列優(yōu)越的特點，獲得廣泛使用指日可待。</p><p>　　單片機選用美國Intel公司的MCS51系列單片機中的8051單片機。</p><p&

44、gt;　　單片機的全稱是單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）。為了使用方便，它把組成計算機的主要功能部件：中央處理器（CPU）、數據存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM、EPROM、E2PROM或FLASH）、定時/計數器和各種輸入/輸出接口電路等都集成在一塊半導體芯片上，構成了一個完整的計算機系統(tǒng)。與通用的計算機不同，單片機的指令功能是按照工業(yè)控制的要求設計，因此它又被稱為微控制器（Microcontr

45、oller）。</p><p>　　單片機有以下幾個方面的特點： </p><p><b>　　1) 集成度高 </b></p><p>　　單片機盡可能把實際應用所需要的 CPU、RAM、ROM、I/O口及定時器/計數器都集成在一塊芯片內，使之成為名副其實的單片機。內部采用總線結構，減少了各芯片之間的連接，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能

46、力。與常規(guī)的計算機系統(tǒng)相比，具有體積小、集成度高的特點。 </p><p>　　2) 存儲容量大 </p><p>　　采用了 16 位地址總線的 8 位單片機 8051 可尋址外部 64KB 數據存儲器和 64KB 程序存儲器。有的單片機為了提高速度和執(zhí)行效率，采用了 RISC 流水線和 DSP 的設計技術，使單片機的性能明顯優(yōu)于同類微處理器，單片機的尋址已突破 64KB 的限制，8

47、 位和 16 位單片機尋址可達 1MB 和 16MB。 </p><p>　　3) 外部擴展能力強 </p><p>　　在單片機內部的各種功能部分不能滿足應用需求時，均可在外部進行擴展(如擴展ROM、RAM、I/O 口、定時/計數器，中斷系統(tǒng)等)，給應用系統(tǒng)設計帶來極大的方便和靈活性。 </p><p><b>　　4) 控制功能強</b&g

48、t;</p><p>　　采用面向控制的指令系統(tǒng)，能針對性地解決從簡單到復雜的各類控制任務。為滿足控制的需要，單片機有很強的邏輯控制能力，特別是具有很強的位處理能力。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微型計算機?？梢苑奖愕貙崿F多機和分布式控制，使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。 </p><p>　　5) 低電壓、低功耗 </p><p>　　單片

49、機大量應用于便攜式產品和家用電器產品，低電壓和低功耗的特性尤為重要。采用 CHMOS 制造工藝，集 HMOS 的高速、高集成度和 CMOS 的低功耗技術于一體，使單片機的功耗進一步降低，適應電壓范圍更寬(2.6～6V)。</p><p>　　6) 性能價格比高 </p><p>　　單片機另一個顯著特點是成本低，運用靈活，易于產品化，能方便地組成各種智能化的控制設備和儀器，

50、做到機電一體化。因此世界上各大公司在提高單片機性能的同時，進一步降低價格，提高性能價格比是各公司競爭的主要策略。</p><p><b>　　7) 可靠性高 </b></p><p>　　抗干擾能力強，適用溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其他類型計算機無法比擬的。</p><p>　　二、MCS-51單片機的片外總線結構 &

51、lt;/p><p>　　綜合上面的描述可知，I/O口線都不能當作用戶I/O口線。除8051/8751外真正可完全為用戶使用的I/O口線只有P1口，以及部分作為第一功能使用時的P3口。</p><p>　　單片機的引腳除了電源、復位、時鐘接入，用戶I/O口外，其余管腳是為實現系統(tǒng)擴展而設置的。這些引腳構成</p><p>　　MCS-51單片機片外三總線結構，即： <

52、;/p><p>　　①地址總線（AB）：地址總線寬為16位，因此，其外部存儲器直接尋址為64K字節(jié)，16位地址總線由P0口經地址鎖存器提供8位地址</p><p>　　（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。</p><p>　?、跀祿偩€（DB）：數據總線寬度為8位，由P0提供。 </p><p>　?、劭刂瓶偩€（CB）：由P3

53、口的第二功能狀態(tài)和4根獨立控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。 </p><p>　　MCS51系列單片機是美國Intel公司于1980年推出的一種8位單片機。該系列的基本型產品是8051、8031和8751。這3種產品之間的區(qū)別只是在片內程序存儲器方面。8051的片內程序存儲器（ROM）是掩膜型的，即在制造芯片時已將應用程序固化進去；8031片內沒有程序存儲器；8751內部包含有用作程序存儲器的4KB

54、的EPROM。</p><p>　　MCS－51 系列單片機的內部結構框圖如圖 1.1 所示。MCS－51 單片機組成結構中包含運算器、控制器、片內存儲器、并行 I/O 口、串行 I/O 口、定時/計數器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。圖中 SP 是堆棧指針寄存器，PC 是程序計數器，PSW 是程序狀態(tài)字寄存器，DPTR是數據指針寄存器。</p><p>　　圖3.1 8051單片機內部結構

55、框圖</p><p>　　MSC-51單片機中央處理器 </p><p>　　中央處理器是單片機內部的核心部件，它決定了單片機的主要功能特性。中央處理器主要由運算部件和控制部件組成。下面我們把中央處理器功能模塊和有關的控制信號線聯(lián)系起來加以討論，并涉及相關的硬件設備（如振蕩電路和時鐘電路）。 </p><p>　　1、運算部件：它包括算術、邏輯部件ALU、布爾處理器

56、、累加器ACC、寄存器B、暫存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)字寄存器PSW以及十進制調整電路等。運算部件的功能是實現數據的算術邏輯運算、位變址處理和數據傳送操作。 </p><p>　　MCS-51單片機的ALU功能十分強，它不僅可對8位變量進行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、求補、清零等基本操作，還可以進行加、減、乘、除等基本運算。為了乘除運算的需要，設置了B寄存器。在執(zhí)行乘法運算指令時，用來存放其中一個乘

57、數和乘積的高8位數；在執(zhí)行除法運算指令時，B中存入除數及余數。MCS-51單片機的ALU還具有一般微機ALU，如Z80、MCS-48所不具備的功能，即布爾處理功能。單片機指令系統(tǒng)中的布爾指令集、存儲器中的位地址空間與CPU中的位操作構成了片內的布爾功能系統(tǒng)，它可對位（bit）變量進行布爾處理，如置位、清零、求補、測試轉移及邏輯“與”、“或”等操作。在實現位操作時，借用了程序狀態(tài)標志器（PSW）中的進位標志Cy作為位操作的“累加器”。 &

58、lt;/p><p>　　運算部件中的累加器ACC是一個8位的累加器（ACC也可簡寫為A）。從功能上看，它與一般微機的累加器相比沒有什么特別之處，但需要說明的是ACC的進位標志Cy就是布爾處理器進行位操作的一個累加器。 </p><p>　　MCS-51單片機的程序狀態(tài)PSW，是一個8位寄存器，它包含了程序的狀態(tài)信息。 </p><p><b>　　2、控制部件

59、</b></p><p>　　控制部件是單片機的神經中樞，它包括時鐘電路、復位電路、指令寄存器、譯碼以及信息傳送控制部件。它以主振頻率為基準發(fā)出CPU的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時控制的微操作，用來控制單片機各部分的運行。其中有一些控制信號線能簡化應用系統(tǒng)外圍控制邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信號ALE，控制片外程序存儲器運行的片內外存儲器選擇信號EA，以及片外取指信號P

60、SEN。</p><p>　　下面我們就來重點介紹一下本畢業(yè)論文討論的系統(tǒng)所用的MS-C51系列單片機。</p><p><b>　　2.1.2引腳分析</b></p><p>　　上是MCS-51的邏輯符號圖。在單片機的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源復用的引腳，</p><p

61、>　　32條輸入/輸出（I/O）引腳。 </p><p>　　Vcc（40腳）：+5V電源；</p><p>　　(2) Vss（20腳）：接地。 </p><p>　　(3)XTAL1（19腳）：如果采用外接晶體振蕩器時，此引腳應接地。 </p><p>　　(4)XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。 </p>&

62、lt;p>　　控制引腳提供控制信號，有的引腳還具有復用功能。 </p><p>　　(1) RST/VPD(9腳)：復位與備用電源。 </p><p>　　(2) ALE/PROG*（30腳）：第一功能ALE為地址鎖存允許，可驅動8個LS型TTL負載。PROG*為本引腳的第二功能。為編程脈沖輸入端。 </p><p>　　(3) PSEN* （29腳）：讀外部

63、程序存儲器的選通信號?？梢则寗?個LS型TTL負載。 </p><p>　　(4) EA*/VPP (Enable Address/Voltage Pulse of Programing，31腳) EA*為內外程序存儲器選擇控制端。 EA*=1，訪問片內程序存儲器，但在PC（程序計數器）值超過0FFFH（對于8051、8751）時，即超出片內程序存儲器的4K字節(jié)地址范圍時，將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器內的程序

64、。EA*=0，單片機則只訪問外部程序存儲器。VPP為本引腳的第二功能。用于施加編程電壓（例如+21V或+12V）。對89C51，加在VPP腳的編程電壓為+12V或+5V。 </p><p><b>　　I/O口引腳 </b></p><p>　　(1) P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數據總線分時復用口，可驅動8個LS型TTL負載。 </

65、p><p>　　(2) P1口：8位準雙向I/O口，可驅動4個LS型TTL負載。 </p><p>　　(3) P2口：8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復用，可驅動4個LS型TTL負載。</p><p>　　(4) P3口：8位準雙向I/O口，雙功能復用口，可驅動4個LS型TTL負載。 </p><p>　　要特別注意準雙向口與雙向三態(tài)口

66、的差別。當3個準雙向I/O口作輸入口使用時，要向該口先寫“1”，另外準雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)。</p><p>　　2.2AD590溫度傳感器簡介</p><p>　　AD590電流輸出型兩端溫度傳感器</p><p>　　AD590是AD公司利用PN結構正向電流與溫度的關系制成的電流輸出型兩端溫度</p><p>　　傳感器.（熱

67、敏器件） </p><p>　　AD590是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下： </p><p>　　1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數，即：mA/K式中： —流過器件（AD590）的電流，單位為mA； T—熱力學溫度，單位為K。 </p><p>　　2、AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃。

68、</p><p>　　3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V~6V范圍變化，電流 變化1mA，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。</p><p>　　4、輸出電阻為710MW。 </p><p>　　5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+1

69、50℃范圍內，非線性誤差為±0.3℃。</p><p>　　AD590溫度感測器是一種已經IC化的溫度感測器,它會將溫度轉換為電流,在8051的各種課本中?？吹剿?相當常用到。 </p><p><b>　　其規(guī)格如下： </b></p><p>　　溫度每增加1℃,它會增加1μA輸出電流。 </p><p>

70、　　可量測范圍-55℃至150℃。 </p><p>　　供應電壓范圍+4V至30V。</p><p>　　AD590的接腳圖及零件符號如下圖所示： </p><p>　　AD590的輸出電流值說明如下： </p><p>　　其輸出電流是以絕對溫度零度(-273℃)為基準,每增加1℃,它會增加1μA輸出電流,因此在室溫25℃時,其輸出電流I

71、o=(273+25)=298μA。 </p><p>　　Vo的值為Io乘上10K,以室溫25℃而言,輸出值為2.98V(10K×298μA)。 量測Vo時,不可分出任何電流,否則量測值會不準。</p><p><b>　　電路分析 </b></p><p>　　AD590的輸出電流I=(273+T)μA(T為攝氏溫度),因此量測的

72、電壓V為(273+T)μA ×10K= (2.73+T/100)V。為了將電壓量測出來又需使輸出電流I不分流出來,我們使用電壓追隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。 </p><p>　　由于一般電源供應較多零件之后,電源是帶雜訊的,因此我們使用齊納二極體作為穩(wěn)壓零件,再利用可變電阻分壓,其輸出電壓V1需調整至2.73V。 </p><p>　　接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為

73、 (100K/10K)×(V2-V1)=T/10V。如果現在為攝氏28度,輸出電壓為2.8V。 ad590典型應用電路</p><p>　　圖（a）是AD590的封裝形式，（b）是AD590用于測量熱力學溫度的基本應用電路。</p><p>　　因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，當電阻R （a）封裝形式 （b）基本應用電路 AD590的封裝及基本應用電路 和電位器R1

74、2的電阻之和為1kΩ時，輸出電壓VO隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應對電路進行調整。調整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調整電位器R2，使VO=273.2mV。或在室溫下(25℃)條件下調整電位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調整可保證在0℃或25℃附近有較高精度。</p><p>　　2 AD590的工作原理　　在被測溫度一定時，AD

75、590相當于一個恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個1kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時電阻兩端將會有1mV／K的電壓信號。其基本電路如圖3所示。</p><p>　　圖3是利用ΔUBE特性的集成PN結傳感器的感溫部分核心電路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流I1和I2相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個管的材質和工藝完全相同，但T3實

76、質上是由n個晶體管并聯(lián)而成，因而其結面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結電壓UBE3和UBE4經反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為ΔUBE。因此，電流I1為：    I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R　　對于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學溫度T成正比，將此電流引至負載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號不受電源電壓和導線電阻的影響

77、。圖3中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準溫度下可得到1μA／K的I值。</p><p>　　圖4所示是AD590的內部電路，圖中的T1～T4相當于圖3中的T1、T2，而T9，T11相當于圖3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工藝制成的低溫度系數電阻，供出廠前調整之用。T7、T8，T10為對稱的Wilson電路，用來提高阻抗。T5、T12和T10為啟動電路，其中T5為恒定偏置

78、二極管?！　6可用來防止電源反接時損壞電路，同時也可使左右兩支路對稱。R1，R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進一步提高阻抗。T1～T4是為熱效應而設計的連接方式。而C1和R4則可用來防止寄生振蕩。該電路的設計使得T9，T10，T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個電路總電流I的1／3。T9和T11的發(fā)射結面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結面積相等?！　9和T11的發(fā)射結電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻R5和R6上，因此可以寫出：&

79、#160;   ΔUBE＝（R6－2 R5）I／3　　R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來自T10的發(fā)射極電流外，還有來自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是R5的2／3。　　根據上式不難看出，要想改變ΔUBE，可以在調整R5后再調整R6，而增大R5的效果和減小R6是一樣的，</p><p>　　2.3ADC0809簡介</p><p>　　ADC0809是

80、位A/D轉換芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D轉換的。ADC0809由單+5V電源供電；片內帶有鎖存功能的8路模擬多路開關，可對8路0～5V的輸入模擬電壓分時進行轉換，完成一次轉換約需100µS；片內具有多路開關的地址譯碼器和鎖存器、高阻抗斬波器、穩(wěn)定的比較器，256電阻T型網絡和樹狀電子開關以及逐次逼近寄存器。</p><p>　　ADC0809是引腳雙列直插式封裝，引腳及其功能：</p&g

81、t;<p>　　1．D7～D0：8位數字量輸出引腳。</p><p>　　2．IN0～IN7：8路模擬量輸入引腳。</p><p>　　3．VCC：+5V工作電壓。</p><p><b>　　4．GND：接地。</b></p><p>　　5．REF（+）：參考電壓正端。</p><p

82、>　　6．REF（-）：參考電壓負端。</p><p>　　7．START：A/D轉換啟動信號輸入端。</p><p>　　8．A、B、C：地址輸入端。</p><p>　　9．ALE：地址鎖存允許信號輸入端。</p><p>　　10．EOC：轉換結束信號輸出引腳，開始轉換時為低電平，當轉換結束時為高電平。</p>&l

83、t;p>　　11．OE： 輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數據輸出鎖存器。</p><p>　　12．CLK：時鐘信號輸入端，譯碼后可選通IN0～IN7八個通道中的一個進行轉換。</p><p>　　表2-1 A、B、C的輸入與被選通道的通道關系</p><p>　　AD0809 的邏輯結構 </p><p>　　ADC0809 是8 位逐

84、次逼近型A/D轉換器。它由一個8路模擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D 轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成（見圖1）。多路開關可選通8個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用A/D 轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D 轉換完的數字量，當OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數據。 </p><p>　　AD0809 的工作原理 </p><p>　　IN0－IN7

85、：8 條模擬量輸入通道 </p><p>　　ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采 樣保持電路。 </p><p>　　地址輸入和控制線：4條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A， B，C； 三 條地址線的地

86、址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。A，B 和C 為地址輸入線，用于選通IN0－IN7 上的一路模擬量輸 入。通道選擇表如上表所示。 </p><p>　　數字量輸出及控制線：11 條 </p><p>　　ST 為轉換啟動信號。當ST 上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D 轉 換；在轉換期間，ST 應保持低電平。EOC 為轉換結束信號。當EO

87、C 為高電平時，表明轉 換結束；否則，表明正在進行A/D 轉換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向 單片機輸出轉換得到的數據。OE＝1，輸出轉換得到的數據；OE＝0，輸出數據線呈高阻狀 態(tài)。D7－D0 為數字量輸出線。 </p><p>　　CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供， </p><p>　　通常使用頻率為500KHZ，

88、 </p><p>　　VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。 </p><p>　　3 、ADC0809 應用說明 </p><p>　?。?）． ADC0809 內部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機直接相連。 </p><p>　?。?）． 初始化時，使ST 和OE信號全為低電平。 </p><p&

89、gt;　　（3）． 送要轉換的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。 </p><p>　?。?）． 在ST 端給出一個至少有100ns 寬的正脈沖信號。 </p><p>　?。?）． 是否轉換完畢，我們根據EOC 信號來判斷。 </p><p>　?。?）． 當EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE 為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。 </p><

90、p><b>　　2.4蜂鳴器簡介</b></p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。 ；蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標準用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。</p><

91、;p><b>　　蜂鳴器的結構原理</b></p><p>　　壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 </p><p>　　多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后（1.5~15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電

92、蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 </p><p>　　2．電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。 </p><p>　　接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。&l

93、t;/p><p><b>　　驅動方式</b></p><p>　　由于自激蜂鳴器是直流電壓驅動的，不需要利用交流信號進行驅動，只需對驅動口輸出驅動電平并通過三極管放大驅動電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，很簡單，這里就不對自激蜂鳴器進行說明了。這里只對必須用1/2duty 的方波信號進行驅動的他激蜂鳴器進行說明。 </p><p>　　單片機驅動他激蜂鳴

94、器的方式有兩種：一種是PWM 輸出口直接驅動，另一種是利用I/O 定時翻轉電平產生驅動波形對蜂鳴器進行驅動。蜂鳴器驅動電路</p><p>　　由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O 口是無法直接驅動的，所以要利用放大電路來驅動，一般使用三極管來放大電流就可以了。</p><p><b>　　2.5電爐簡介</b></p><p>

95、;　　2.6電動調節(jié)閥簡介</p><p><b>　　2.7輔助器件</b></p><p>　　2.7.1AD581</p><p>　　AD581　基準電壓電路（+10V）</p><p>　　帶寬型三端基準電壓電路；輸出電壓10V；AD581L/581U輸出電壓初期誤差±5mV；0～70℃時AD581L

96、溫度漂移5×10＾-6/℃,-55～+125℃時AD581U溫度漂移10×10＾-6/℃, 長期穩(wěn)定性25×10^-6/1000小時；輸入電壓范圍12～40V；輸出電壓10mA；可用二端齊納二極管作為-10V基準電壓源；環(huán)境溫度小于 25℃時功耗600mW。</p><p>　　2.7.2LF355</p><p>　　LF355高阻型運算放大器</p&

97、gt;<p>　　這類集成運算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,一般rid＞1GΩ~1TΩ,IB為幾皮安到幾十皮安。實現這些指標的主要措施是利用場效應管高輸入阻抗的特點,用場效應管組成運算放大器的差分輸入級。用FET作輸入級,不僅輸入阻抗高,輸入偏置電流低,而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點,但輸入失調電壓較大。</p><p>　　輸入失調電壓1mV（LF155/355）、3mV

98、（LF255）；溫度漂移3μV/℃（LF155/355）、5μV/℃（LF255）；偏置電流30pA增益帶寬GB=2.5MHz；轉換速率5V/μs；噪聲20nV/(Hz^1/2)(1kHZ)；消耗電流2mA。±40V電源（LF155/255）、±30V電源（LF355）；共模輸入電壓±20V（LF155/255）、±16V（LF355）；輸入阻抗10＾12Ω共模抑制比100dB；電壓增益106dB

99、。</p><p>　　2.7.3MOC3041</p><p><b>　　基本參數：</b></p><p><b>　　類別：光耦合器 </b></p><p>　　隔離電壓:7500V ac </p><p>　　輸出類型:過零檢測 </p><p

100、>　　輸入電流:60mA </p><p>　　輸出電壓:400V </p><p><b>　　封裝類型:DIP</b></p><p><b>　　針腳數:6 </b></p><p>　　光電耦合器類型:三端雙向可控驅動器 </p><p>　　關態(tài)電壓:400V

101、 </p><p><b>　　功耗:250mW </b></p><p>　　外寬:8.51mm </p><p>　　外部深度:6.35mm </p><p>　　外部長度/高度:4.0mm</p><p>　　封裝類型:6引腳DIL </p><p>　　工作溫度范圍

102、:-40°C to +85°C </p><p>　　正向電壓Vf最大:1.5V </p><p>　　電壓, Vf典型值:1.25V </p><p>　　觸發(fā)電流, If最大:15mA</p><p><b>　　2.7.47407</b></p><p>　　2.7.57

103、4LS164</p><p>　　移位寄存器74LS164的引腳如圖2-6所示：</p><p>　　圖2-6移位寄存器74LS164引腳圖</p><p>　　74LS164為串行輸入、并行輸出移位寄存器，其引腳功能如下：</p><p>　　A、B —— 串行輸入端；</p><p>　　Q0～Q7 —— 并行輸出

104、端；</p><p>　　—— 清除端，低電平有效；</p><p>　　CLK —— 時鐘脈沖輸入端，上升沿有效。</p><p>　　多片74LS164串聯(lián)，能實現多位LED靜態(tài)顯示。每擴展一片164就可增加一位顯示。MR接+5V，不清除。</p><p>　　74LS164 是低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件。74LS164

105、 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數據，然后并行輸出。數據通過兩個輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數據輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 </p><p>　　時鐘 (CP) 每次由低變高時，數據右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個數據輸入端（DSA和 DSB）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的

106、長度。 </p><p>　　主復位 (MR) 輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。功能表（真值表）</p><p>　　H = HIGH（高）電平 </p><p>　　h = 先于低-至-高時鐘躍變一個建立時間 (set-up time) 的 HIGH（高）電平 </p><p>

107、　　L = LOW（低）電平 </p><p>　　l = 先于低-至-高時鐘躍變一個建立時間 (set-up time) 的 LOW（低）電平 </p><p>　　q = 小寫字母代表先于低-至-高時鐘躍變一個建立時間的參考輸入 (referenced input) 的狀態(tài) </p><p>　　↑ = 低-至-高時鐘躍變</p><p>

108、;　　2.8數碼顯示管LED</p><p>　　圖2-7數碼顯示管LED引腳圖</p><p>　　LED顯示器是單片機應用系統(tǒng)中常見的輸出器件，而在單片機的應用上也是被廣泛運用的。如果需要顯示的內容只有數碼和某些字母，使用LED數碼管是一種較好的選擇。LED數碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。</p><p>　　LED數碼管作為顯示字段的

109、數碼型顯示器件，它是由若干個發(fā)光二極管組成的。當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)亮，控制不同組合的二極管導通，就能顯示出各種字符，常用的LED數碼管有7段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此共陰極接地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極接在一起，通常此共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極

110、接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示。本次設計所用的LED數碼管顯示器為共陽極。</p><p>　　LED數碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據材料不同正向壓降一般為1.5～2V，額定電流為10MA，最大電流為40MA。靜態(tài)顯示時取10MA為宜，動態(tài)掃描顯示可加大脈沖電流，但一般不超過40MA。</p><p>　　3 系統(tǒng)整體設計. </p><p><

111、;b>　　3.1設計要求. </b></p><p>　　3.2總體設計方案. </p><p>　　3.2.1 硬件電路總體設計.</p><p>　　3.2.2 軟件電路總體設計. </p><p>　　4 系統(tǒng)硬件設計. </p><p>　　4.1 傳感器的選擇. </p>&l

112、t;p>　　4.2 溫度調節(jié)器的選擇. </p><p>　　4.3 硬件電路設計 </p><p>　　4.3.1 AD590外圍電路設計</p><p>　　4.3.2 電動單座調節(jié)閥的外圍電路設計</p><p>　　4.3.3 鍵盤及顯示的設計. </p><p><b>　　模數轉換部分&l