畢業(yè)論文--基于單片機(jī)的自動(dòng)恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　自動(dòng)恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 生： </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　所 在 單 位： </p><

2、p>　　答 辯 日 期： 2013 年 6月</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p&

3、gt;<b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2論文工作的背景、內(nèi)容及意義1</p><p>　　1.2.1 研究背景1</p><p>　　1.2.2 論文主要內(nèi)容2</p><p>　　1.2.3 研究意義2</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)3<

4、/p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)部分功能模塊設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2.1 溫度采集電路選擇3</p><p>　　2.2.2 顯示電路6</p><p>　　2.2.3 按鍵輸入電路6</p><p>　　2.3 開發(fā)環(huán)境及編程語言的

5、選擇7</p><p>　　2.3.1 硬件開發(fā)環(huán)境的選擇7</p><p>　　2.3.2 軟件開發(fā)環(huán)境的選擇8</p><p>　　2.3.3 編程語言的選擇9</p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 單片機(jī)的選型11</p><p>　　3.1

6、.1 STC89C52單片機(jī)簡介11</p><p>　　3.1.2 STC89C52單片機(jī)時(shí)序11</p><p>　　3.1.3 STC89C52單片機(jī)引腳介紹11</p><p>　　3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路14</p><p>　　3.3 系統(tǒng)電源電路的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.4 溫度傳感

7、器電路17</p><p>　　3.4.1 溫度采集電路17</p><p>　　3.4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路19</p><p>　　3.5 按鍵輸入電路22</p><p>　　3.6 時(shí)鐘電路22</p><p>　　3.7 LCD顯示電路23</p><p>　　3.8 報(bào)警

8、電路24</p><p>　　3.9 串口通信電路25</p><p>　　3.9.1 MAX232資料簡介25</p><p>　　3.9.2 RS232接口介紹25</p><p>　　3.10 存儲(chǔ)器接口電路27</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)29</p><p>　

9、　4.1 讀取溫度子程序29</p><p>　　4.3 按鍵處理子程序30</p><p>　　4.4 計(jì)算溫度子程序32</p><p>　　4.5 報(bào)警子程序32</p><p><b>　　總結(jié)34</b></p><p><b>　　致謝35</b>&l

10、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　附錄137</b></p><p><b>　　附錄238</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著微機(jī)測(cè)量和控制

11、技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以單片機(jī)為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對(duì)溫度的控制水平。</p><p>　　本設(shè)計(jì)論述了一種以STC89C52單片機(jī)為主控制單元，以PT100為溫度傳感器的溫度采集系統(tǒng)，并通過ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換傳給單片機(jī)。該采集系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)并記錄當(dāng)前的時(shí)間。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相關(guān)的硬件電路和相關(guān)應(yīng)用程序。硬件電路主要包括STC89C52單片機(jī)最小系

12、統(tǒng)，測(cè)溫電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、LCD液晶顯示電路以及通訊模塊電路等。系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，計(jì)算溫度子程序、按鍵處理程序、LCD顯示程序以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序等。</p><p>　　關(guān)鍵詞 STC89C52單片機(jī)；PT100；LCD顯示電路；ADC0809</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　A

13、long with the computer measurement and control technology of the rapid development and wide application, based on singlechip temperature gathering and control system development and application greatly improve the produc

14、tion of temperature in life level of control. This design STC89C52 describes a kind of mainly by MCU control unit, for temperature sensor PT100 temperature control system. The control system can real-time storage tempera

15、ture data and record related to the current time. System de</p><p>　　Keywords STC89C52 microcontroller；PT100；LCD display circuit；ADC0809</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>&l

16、t;b>　　1.1引言</b></p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是一個(gè)非常普遍但卻十分重要的一個(gè)工藝參數(shù)。很多材料的特性與溫度息息相關(guān)，且物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)因此對(duì)溫度的控制是現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)中的重要任務(wù)。而對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)中不同生產(chǎn)情況和工藝要求，所采用的加熱方式，燃料，控制方案等也不盡相同。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量辦法是利用一般溫度計(jì)進(jìn)行讀數(shù)。對(duì)于需要隨時(shí)了解溫度變化的場(chǎng)合，這種辦

17、法將會(huì)消耗大量人力、物力，而且對(duì)于變化較快的溫度數(shù)值不能做到同步及時(shí)測(cè)量，效果不佳。由于讀數(shù)時(shí)的人為因素引起的誤差也不可忽視。要用人工進(jìn)行溫度控制，其勞動(dòng)強(qiáng)度可想而知，而且無法做到精確控制，因此需要尋求更好的測(cè)溫控溫辦法。</p><p>　　伴隨著微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)以其邏輯簡單、控制靈活、使用方便及性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)得到了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用。它不僅在航空。航天、鐵路交通、冶金、

18、電力、電訊、石油化工等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。而且其技術(shù)在日常生活中諸如電梯、微波爐、電冰箱、電視機(jī)、智能照相機(jī)、電動(dòng)玩具、全自動(dòng)洗衣機(jī)、智能空調(diào)等高科技產(chǎn)品中也具有廣闊的使用前景，尤其是許多智能儀表和測(cè)控系統(tǒng)中引入電腦控制技術(shù)后，使傳統(tǒng)儀器、儀表設(shè)備發(fā)生了根本變化，為工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。所以越來越多的控制方法都采用了智能單片機(jī)控制。</p><p>　　單片機(jī)是一種集CPU、RAM、ROM

19、、I/O接口和中斷系統(tǒng)等部分于一體的器件，只需要外加電源和晶振就可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的處理和控制。因此，單片機(jī)廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制中?？刂凭哂畜w積小、重量輕、價(jià)格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動(dòng)等許多優(yōu)點(diǎn)，因此如果能利用單片機(jī)進(jìn)行溫度的測(cè)量和控制，將會(huì)大大提高溫度測(cè)量和控制的可靠性和靈活性。</p><p>　　1.2論文工作的背景、內(nèi)容及意義</p><p>　　1.2.1 研究背景<

20、;/p><p>　　以前的爐溫控制系統(tǒng)大都需要手工操作，按工藝需求設(shè)定溫度值加大電壓使點(diǎn)爐升溫，其升溫很難達(dá)到線性，恒溫保持也受外界干擾很大，無法實(shí)時(shí)控制，另外對(duì)工藝要求復(fù)雜的控制對(duì)象難以控制。為了做到工藝控制的全自動(dòng)化，并達(dá)到高精度高穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)要求，研究一個(gè)智能性的爐溫實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)是很有意義的。以前在溫度控制時(shí)，主要通過人為的控制方式，即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)時(shí)間來估計(jì)加熱到預(yù)定溫度的時(shí)間，以及通過用溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量來控制加

21、熱的時(shí)間。這種方式不僅勞動(dòng)強(qiáng)度高，而且對(duì)于溫度變化很快的時(shí)候無法達(dá)到精確控制。所以必須對(duì)加熱爐的溫度控制方式進(jìn)行改進(jìn)，來降低勞動(dòng)強(qiáng)度及控制精度。 </p><p>　　1.2.2 論文主要內(nèi)容</p><p>　　利用單片機(jī)來測(cè)量爐內(nèi)的溫度和對(duì)爐內(nèi)溫度進(jìn)行控制。利用溫度傳感器與信號(hào)電路相結(jié)合，再經(jīng)過單片機(jī)處理顯示，通過24小時(shí)的定溫監(jiān)測(cè)以及在溫度上升或下降到某一范圍定時(shí)報(bào)警，節(jié)省人力和

22、物力，大大提高工作效率。 </p><p>　　1.2.3 研究意義</p><p>　　通過單片機(jī)來控制加熱的過程促進(jìn)了生產(chǎn)過程自動(dòng)化。而生產(chǎn)過程自動(dòng)化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、改善勞動(dòng)條件、保證生產(chǎn)安全和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段。采用溫度控制系統(tǒng)來控制溫度對(duì)企業(yè)具有重要的意義：</p><p>　　1．降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。采用單片機(jī)系統(tǒng)后，不再需要工人不

23、停的對(duì)加熱爐進(jìn)行檢查。</p><p>　　2．提高控制精度。單片機(jī)可以對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，降低溫度加熱的滯后性，以此提高加熱的精度。</p><p>　　3．提高工作效率，降低成本，采用單片機(jī)系統(tǒng)控制可以更快的達(dá)到恒溫控制的效果，提高工作效率、節(jié)省能源、降低成本。</p><p>　　4．提高企業(yè)對(duì)可控制電加熱技術(shù)的應(yīng)用水平，鍛煉企業(yè)技術(shù)人員的開發(fā)、應(yīng)用能力。&

24、lt;/p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本系統(tǒng)采用了STC89C52作為處理器，以PT100為溫度傳感器的溫度采集系統(tǒng)，并通過ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)并記錄當(dāng)前的時(shí)間。其主要包括：電源模塊、溫度采集模塊、按鍵處理模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、報(bào)警電路模

25、塊、LCD顯示模塊、通訊模塊以及單片機(jī)最小系統(tǒng)。</p><p>　　硬件系統(tǒng)原理框圖如圖2-1。</p><p>　　圖2-1 硬件原理框圖</p><p>　　2.2 系統(tǒng)部分功能模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 溫度采集電路選擇</p><p>　　傳感器的選擇：目前，溫度傳感器沒有統(tǒng)一的分類方法。按輸出

26、量分類有模擬式溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器。按測(cè)溫方式分類有接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。按類型分類有分立式溫度傳感器（含敏感元件）、模擬集成溫度傳感器和智能溫度傳感器（即數(shù)字溫度傳感器）。</p><p>　　溫度傳感器的從測(cè)量原理分為，體積熱膨脹，電阻變化，熱電效應(yīng)（熱電偶），壓電效應(yīng)頻率變化，光學(xué)反應(yīng)等溫度傳感器，它們各自有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，利用體積熱膨脹的溫度傳感器，不需要用電。電阻溫度傳感器分為銅電

27、阻，中等精度價(jià)格低；鉑電阻高精度價(jià)格高；熱敏電阻，精度低靈敏度高。熱電效應(yīng)溫度傳感器，溫度范圍寬，測(cè)量精度高但需要冷端補(bǔ)償。利用壓電效應(yīng)和頻率變化改變輸出值的溫度傳感器可以作為標(biāo)準(zhǔn)使用。利用光學(xué)變化改變溫度傳感器適合高溫非接觸測(cè)量。</p><p>　　溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。常用的溫度傳感器有熱電阻、熱敏電阻和熱電偶。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器

28、和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。</p><p>　　方案一：選擇熱電偶傳感器</p><p>　　熱電偶作為測(cè)溫原件具有結(jié)構(gòu)簡單、較高的精準(zhǔn)度、測(cè)量范圍寬、具有良好的敏感度等優(yōu)點(diǎn)，在溫度測(cè)量中應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　方案二：選擇熱電阻傳感器</p><p>

29、;　　熱電阻在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于測(cè)量-200～+500℃范圍的溫度，隨著科技的發(fā)展熱電阻溫度計(jì)的測(cè)量范圍低溫端可達(dá)-272.5℃左右，高溫端可測(cè)到1000℃。熱電阻溫度傳感器的特點(diǎn)是精度高，適宜測(cè)低溫。在560℃以下的溫度測(cè)量中，它的輸出信號(hào)比熱電偶容易測(cè)量。本系統(tǒng)選擇的加熱爐溫度一般在室溫0～700℃范圍內(nèi)，范圍比較窄，也比較低，對(duì)精度的要求也比較低，綜合考慮熱電阻、熱電偶和熱敏電阻的特點(diǎn)，選用熱電阻比較好。另外，熱電阻又有鉑電阻、銅電

30、阻、鐵電阻和鎳電阻等，各有其特點(diǎn)，由于鉑電阻穩(wěn)定性好，性能可靠，所以本設(shè)計(jì)選用了常用的鉑電阻Pt100作為溫度傳感器。</p><p>　　方案三：選擇MAX6577作為傳感器</p><p>　　MAX6577作為溫度傳感芯片，這是一種將溫度轉(zhuǎn)換為均衡頻率方波的傳感器(溫度→頻率)，其主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　方波輸出，無需A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)計(jì)數(shù)端直接相

31、連。</p><p>　　溫度測(cè)量范圍-40~+125℃。</p><p>　　較低的測(cè)量誤差。測(cè)量溫度是+25℃時(shí)，誤差范圍為±0.8℃；測(cè)量溫度是+125℃時(shí)，誤差范圍為±0.5℃。</p><p>　　不需外接元件，體積小(最大3mm×3mm)，適合用作溫度測(cè)量探頭。需要注意的是，該傳感芯片將溫度轉(zhuǎn)換為頻率是以絕對(duì)溫度(K)為前提

32、，因此對(duì)頻率的計(jì)數(shù)結(jié)果應(yīng)減去273才能得到攝氏溫度，這當(dāng)然可以在軟件編寫時(shí)方便地做運(yùn)算處理。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)的控制溫度范圍在室溫0~700℃，由于鉑電阻的精度高，所以本設(shè)計(jì)選擇方案二。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇：A/D轉(zhuǎn)換器把傳感器采集的模擬量輸入轉(zhuǎn)換成單片所能識(shí)別的數(shù)字量信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器的種類分為雙積分A/D轉(zhuǎn)換器如ICL7109，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器

33、如ADC0809和并型A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的精度高，抗干擾性好，價(jià)格便宜，但是速度較慢,逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的精度，價(jià)格，速度適中，并型A/D轉(zhuǎn)換器，速度快價(jià)格也昂貴，本設(shè)計(jì)綜合考慮采用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。 </p><p>　　單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換器接口電路的主要功能是：</p><p>　　通過I/O輸出通道啟動(dòng)轉(zhuǎn)換或直接輸出指令啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式完

34、全由A/D內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)而定。</p><p>　　把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送入CPU。</p><p>　　當(dāng)確定使用A/D轉(zhuǎn)換器以后，按下列原則選擇A/D轉(zhuǎn)換器芯片。</p><p>　　根據(jù)前向通道的總誤差，選擇A/D轉(zhuǎn)換器精度及分辨率。</p><p>　　根據(jù)信號(hào)對(duì)象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定A/D轉(zhuǎn)換速度，以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。</

35、p><p>　　根據(jù)環(huán)境條件選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片的一些環(huán)境參數(shù)要求，如工作溫度、功耗、可靠性等級(jí)性能。</p><p>　　根據(jù)單片機(jī)接口特征，考慮如何選擇A/D轉(zhuǎn)換器的輸出狀態(tài)。</p><p>　　其它，還要考慮到成本、資源、是否是流行芯片等因素。由于各A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)不一樣，速度相差很大，一般需要有數(shù)10uS以上的轉(zhuǎn)換時(shí)間，因此在單片機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，需等待轉(zhuǎn)

36、換結(jié)束方可讀取數(shù)據(jù)。常用的有程序查詢輸入方式和中斷方式。</p><p>　　INT7和INT6兩個(gè)輸入端分別接地和AD參考電源，是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字自動(dòng)調(diào)零和抑制電源波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)換的影響，并可供微機(jī)儀表實(shí)現(xiàn)自校用。</p><p>　　ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示，本系統(tǒng)采用ADC0809構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換電路。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)它由8路模擬開

37、關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與TTL兼容。</p><p>　　由于ADC0809的片內(nèi)無時(shí)鐘，它的時(shí)鐘頻率在10KHZ—1280KHZ之間?？衫肁T89C52提供的地址鎖存允許信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻所得，ALE腳的頻率是AT

38、89C52單片機(jī)時(shí)鐘頻率的。由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器，故其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。</p><p>　　方案一：選擇MC14433</p><p>　　MC14433是3又1/2位BCD碼輸出、雙積分式的A/D轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換速度約1～10次/s，需±5V工作電源，其模擬量輸入電壓為199.9mV或1.999V，基準(zhǔn)電源相應(yīng)為200mV或2V。</p

39、><p>　　方案二：選擇ADC0809</p><p>　　ADC0809是8位、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的8路模擬開關(guān)，應(yīng)用單一＋5V電源，其模擬量輸入電壓的范圍為0～-5V，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸出為00～FFH，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us，無需調(diào)零或調(diào)整滿量程。</p><p>　　根據(jù)MC14433和ADC0809的特性可以看出，ADC0809的轉(zhuǎn)換速度快

40、，且只需單一的+5V電源，使用起來比MC14433方便的多。本系統(tǒng)的要求溫度控制誤差在±2℃內(nèi)，采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，其最大量化誤差為±0.5×(1/255)×250℃＝±0.5℃，完全能滿足要求。</p><p>　　2.2.2 顯示電路</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中常用的顯示電路有LED顯示、LCD顯示。</p>&

41、lt;p>　　方案一：LED顯示屏采用七段碼顯示時(shí)，數(shù)碼管中的每一段相當(dāng)于一個(gè)發(fā)光二極管。對(duì)于共陽極的數(shù)碼管，內(nèi)部每個(gè)發(fā)光二極管的陽極被連在一起，成為該各段的公共選通線，發(fā)光二極管的陰極則成為段選線。對(duì)于共陰極數(shù)碼管，則正好相反，內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極接在一起，陽極成為段選線。這兩種數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式是不同的。當(dāng)需要點(diǎn)亮共陽極數(shù)碼管的一段時(shí)，公共段需接高電平，該段的段選線接低電平。從而該段被點(diǎn)亮。當(dāng)需要點(diǎn)亮共陰極數(shù)碼管的一段時(shí)，公共段

42、需接低電平，該段的段選線接高電平，該段被點(diǎn)亮。</p><p>　　方案二：LCD顯示電路多采用1602液晶。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。</p><p>　　1602LCD

43、是指顯示的內(nèi)容為，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。</p><p>　　液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　基于精確顯示，擬采用方案二。</p><p>　　2.2.3 按鍵輸入電路</p><p>　　一般鍵盤電路

44、有兩種：獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。</p><p>　　方案一：獨(dú)立式鍵盤中，各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，每根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷按鍵是否被按下了。獨(dú)立式鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。但每個(gè)按鍵需占用一根輸入線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，輸入口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得很繁雜，故此種按鍵適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。</p

45、><p>　　方案二：矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到VCC上。平時(shí)無按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于低電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，列線電平為低，行線電平為高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣式是否被按下的關(guān)鍵所在。因此，各按鍵彼此將相互影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來并作適合的處理，才能確定閉合鍵的位置。很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣式鍵盤與獨(dú)立式鍵盤相比，要節(jié)省很多

46、的I/O口。</p><p>　　由于本系統(tǒng)只需要4個(gè)按鍵，故選擇獨(dú)立式鍵盤。</p><p>　　2.3 開發(fā)環(huán)境及編程語言的選擇</p><p>　　2.3.1 硬件開發(fā)環(huán)境的選擇</p><p>　　Protel是Protel公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的

47、首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計(jì)人才時(shí)在其條件欄上常會(huì)寫著要求會(huì)使用Protel。早期的Protel主要作為印制板自動(dòng)布線工具使用，運(yùn)行在DOS環(huán)境，對(duì)硬件的要求很低，在無硬盤286機(jī)的1M內(nèi)存下就能運(yùn)行，但它的功能也較少，只有電原理圖繪制與印制板設(shè)計(jì)功能，其印制板自動(dòng)布線的布通率也低，而現(xiàn)今的Protel已發(fā)展到P

48、rotel 99（網(wǎng)絡(luò)上可下載到它的測(cè)試板），是個(gè)龐大的EDA軟件，完全安裝有200多M，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個(gè)完整的板級(jí)全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動(dòng)布線）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如O</p>

49、;<p>　　Protel軟件的原廠商Altium公司推出了Protel系列的高端版本Altium Designer 6.9。Altium Designer 6.9，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一個(gè)新版本，也是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級(jí)設(shè)計(jì)解決方案。Altium Designer 是業(yè)界首例將設(shè)計(jì)流程、集成化PCB 設(shè)計(jì)、可編程器件（如FPGA）設(shè)計(jì)和基于處理器設(shè)計(jì)的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時(shí)進(jìn)

50、行PCB和FPGA設(shè)計(jì)以及嵌入式設(shè)計(jì)的解決方案，具有將設(shè)計(jì)方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。</p><p>　　這款高端版本Altium Designer 6.9除了全面繼承包括99SE，Protel 2004在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)以外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。Altium Designer 6.9拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界限，全面集成了FPGA設(shè)計(jì)功能和SOPC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程師

51、能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的FPGA與PCB設(shè)計(jì)以及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起。</p><p>　　Designer 6.9以強(qiáng)大的設(shè)計(jì)輸入功能為特點(diǎn)，在FPGA和板級(jí)設(shè)計(jì)中，同時(shí)支持原理圖輸入和HDL硬件描述輸入模式；同時(shí)支持基于VHDL的設(shè)計(jì)仿真，混合信號(hào)電路仿真、布局前/后信號(hào)完整性分析。Altium Designer 6.9的布局布線采用完全規(guī)則驅(qū)動(dòng)模式，并且在PCB布線中采用了無網(wǎng)格的SitusTM拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線功能

52、；同時(shí)，將完整的CAM輸出功能的編輯結(jié)合在一起。</p><p>　　Altium Designer 6.9極大地增強(qiáng)了對(duì)高密板設(shè)計(jì)的支持，可用于高速數(shù)字信號(hào)設(shè)計(jì)，提供大量新功能和改進(jìn)，改善了對(duì)復(fù)雜多層板卡的管理和導(dǎo)航，可將器件放置在PCB板的正反兩面，處理高密度封裝技術(shù)，如高密度引腳數(shù)量的球型網(wǎng)格陣列(BGAs)。</p><p>　　Altium Designer 6.9中的Board

53、 Insight 系統(tǒng)把設(shè)計(jì)師的鼠標(biāo)變成了交互式的數(shù)據(jù)挖掘工具。Board Insight 集成了“警示”顯示功能，可毫不費(fèi)力地瀏覽和編輯設(shè)計(jì)中疊放的對(duì)象。工程師可以專注于其目前的編輯任務(wù)，也可以完全進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的任何其他對(duì)象，這增加了在密集、多層設(shè)計(jì)環(huán)境中的編輯速度。</p><p>　　Altium Designer 6.9引入了強(qiáng)大的‘逃逸布線’引擎，嘗試將每個(gè)定義的焊盤通過布線剛好引到BGA邊界，這令對(duì)

54、密集BGA類型封裝的布線變的非常簡單。顯著的節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，設(shè)計(jì)師無需手動(dòng)就可以完成在一大堆焊盤間將線連接這些器件的內(nèi)部管腳。</p><p>　　Altium Designer 6.9極大減少了帶有大量管腳的器件封裝在高密度板卡上設(shè)計(jì)的時(shí)間，簡化了復(fù)雜板卡的設(shè)計(jì)導(dǎo)航功能，設(shè)計(jì)師可以有效處理高速差分信號(hào)，尤其對(duì)大規(guī)?？删幊唐骷系拇罅縇VDS資源。</p><p>　　Altium Des

55、igner 6.9充分利用可得到的板卡空間和現(xiàn)代封裝技術(shù)，以更有效的設(shè)計(jì)流程和更低的制造成本縮短上市時(shí)間。</p><p>　　經(jīng)比較，本設(shè)計(jì)采用Altium Designer 6.9。</p><p>　　2.3.2 軟件開發(fā)環(huán)境的選擇</p><p>　　單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，匯編語言源程序要變成CPU可以執(zhí)行的機(jī)器嗎有兩種方法，一種是手工

56、匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已經(jīng)極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于MCS—51單片機(jī)的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的開發(fā)軟件業(yè)在不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級(jí)語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件業(yè)在不斷發(fā)展。</p><p>　　方案一：Keil是德國知名軟件公司Keil（現(xiàn)已并入Arm 公司）開發(fā)的基于8051 內(nèi)核的微控制器軟件開發(fā)平臺(tái)，

57、是目前開發(fā)8051內(nèi)核單片機(jī)的主流工具，這從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分結(jié)合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16M或更多的RAM、20M以上的閑散硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用51系

58、列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的，如果使用的是C語言，則該軟件十分適用，即使使用的是匯編語言，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令工作事半功倍。</p><p>　　方案二：使用偉福軟件必須使用偉福的硬件才能仿真，硬件自己也不能搭起來，硬件的支持很少，軟件編程起來也比較繁瑣。</p><p>　　偉福的單片機(jī)軟件平臺(tái)內(nèi)部的編譯器不如Keil的好用，如果寫的程序行中存在錯(cuò)誤，在

59、編譯的過程中，Keil可以精確的指出語法錯(cuò)誤所在的程序所在行數(shù)，而偉福就不能做到非常精確了，所以這次設(shè)計(jì)選擇方案一。</p><p>　　2.3.3 編程語言的選擇 </p><p><b>　　方案一：選擇C語言</b></p><p>　　C語言是一種通用的程序設(shè)計(jì)語言，其代碼率高，數(shù)據(jù)類型及運(yùn)算符豐富，并具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于各種應(yīng)用

60、的程序設(shè)計(jì)，是目前使用較廣的單片機(jī)編程語言。單片機(jī)的C語言采用C51編譯器（簡稱C51）。由C51產(chǎn)生的目標(biāo)代碼短、運(yùn)行速度高、所需存儲(chǔ)空間小。</p><p>　　方案二：選擇匯編語言</p><p>　　當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)小的嵌入式系統(tǒng)時(shí)，一般我們都用匯編語言。在很多工程中，這是一個(gè)很好的方法，因?yàn)?，代碼一般都不超過8K，而且都比較簡單。如果硬件工程師要同時(shí)設(shè)計(jì)軟件和硬件，經(jīng)常會(huì)采用匯編語言來

61、做程序。同時(shí)還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，匯編語言是一個(gè)非常低級(jí)的語言，它僅僅高于直接手工編寫二進(jìn)制的機(jī)器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點(diǎn)：</p><p>　　編寫的代碼非常難懂，不好維護(hù)；</p><p>　　很容易產(chǎn)生 Bug，難于調(diào)試；</p><p>　　只能針對(duì)特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進(jìn)行優(yōu)化；</p><p>　　開發(fā)效率很低，時(shí)間長且單調(diào)；&

62、lt;/p><p>　　兼容性不好，與硬件關(guān)系非常緊密。</p><p>　　如果使用C51的話，可以很好的解決這些問題。應(yīng)用C51編程具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1、不需要了解處理器的指令集，對(duì)8051的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)也不必要了解；</p><p>　　2、寄存器分配和尋址方式由編譯器進(jìn)行管理；</p><p>　　

63、3、指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性；</p><p>　　4、可使用與人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)；</p><p>　　5、與使用匯編語言編程相比，程序的開發(fā)和調(diào)試時(shí)間大大縮短；</p><p>　　6、庫文件可提供許多標(biāo)準(zhǔn)的例程（例如格式化輸出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和浮點(diǎn)運(yùn)算）加入到應(yīng)用程序當(dāng)中；</p><p>　　7、可實(shí)現(xiàn)模塊化編

64、程技術(shù)，從而可將已編制好的程序加入到新程序中；</p><p>　　8、C語言可移植性好且非常普及，C編譯器幾乎適用于所有的目標(biāo)系統(tǒng)，已完成的軟件項(xiàng)目可以容易地轉(zhuǎn)換到其它的處理器或環(huán)境。</p><p>　　此外，C51語言還有許多強(qiáng)大的功能，如提供豐富的庫函數(shù)供用戶直接調(diào)用，完整的編譯控制指令為程序調(diào)試提供必要的符號(hào)信息等等?？傊珻51語言是廣大單片機(jī)開發(fā)人員的強(qiáng)有力的工具，所以本設(shè)計(jì)

65、選擇C語言和匯編語言同時(shí)使用。</p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 單片機(jī)的選型</p><p>　　3.1.1 STC89C52單片機(jī)簡介</p><p>　　目前，52系列單片機(jī)在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用

66、系統(tǒng)，以增強(qiáng)人機(jī)對(duì)話的功能。STC89C52單片機(jī)是深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的一種單片機(jī)，在一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分。每一個(gè)單片機(jī)包括：一個(gè)8位的微型處理器CPU；一個(gè)512K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；4K片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；四個(gè)8位并行的I/O接口P0-P3，每個(gè)接口既可以輸入，也可以輸出；兩個(gè)定時(shí)器/記數(shù)器；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要

67、外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個(gè)部分通過內(nèi)部總線相連接。</p><p>　　3.1.2 STC89C52單片機(jī)時(shí)序</p><p>　　STC89C52單片機(jī)的一個(gè)執(zhí)器周期由6個(gè)狀態(tài)(s1—s6)組成，每個(gè)狀態(tài)又持續(xù)2個(gè)震蕩周期，分為P1和P2兩個(gè)節(jié)拍。這樣，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個(gè)機(jī)器周期為1us，每個(gè)狀態(tài)周期為；在一數(shù)情況下，

68、算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。對(duì)于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時(shí)，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計(jì)數(shù)據(jù)也不加1。在加結(jié)束時(shí)完成指令操作。多數(shù)STC89C52指令周期為1—2個(gè)機(jī)器周期，只有乘法和除法指令需要兩個(gè)以上機(jī)器周期的指令，它們需4個(gè)機(jī)器周期。 對(duì)于雙字節(jié)單機(jī)器

69、指令，通常是在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器中讀人兩個(gè)字節(jié)，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被訪問且被選通時(shí)跳過兩次取指操作。</p><p>　　3.1.3 STC89C52單片機(jī)引腳介紹</p><p>　　STC89C52單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專用于主電源引腳，2個(gè)外接晶振的引腳，4個(gè)控制或與其它電源復(fù)

70、用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。</p><p>　　下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功能。</p><p>　　（1）電源引腳Vcc和Vss</p><p>　　Vcc（40腳）：接+5V電源正端；</p><p>　　Vss（20腳）：接地。</p><p>　?。?）外接晶振引腳XTAL1和XTAL

71、2</p><p>　　XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHOMS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。</p><p>　　XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部

72、振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。</p><p>　?。?）控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳</p><p>　　控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。</p><p>　　A．RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩

73、器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　B．ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低&

74、lt;/p><p>　　C．PSEN(29腳):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，PESN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　D．EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4KB（MS—52子

75、系列為8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，無論片內(nèi)有無程序存儲(chǔ)器，均只訪問外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。</p><p>　?。?）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口</p><p>　　A. P0口（39腳～22腳）：P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口

76、。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。它分時(shí)提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，當(dāng)EPROM編程時(shí)，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。</p><p>　　B. P1口（1腳～8腳）：P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向

77、I/O接口使用。對(duì)于MCS—52子系列單片機(jī)，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P0口接收輸入的低8位地址。</p><p>　　C. P2口（21腳～28腳）：P2.0～P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過256個(gè)

78、字節(jié)時(shí)，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P2口接收輸入的8位地址。</p><p>　　D. P3口（10腳～17腳）：P3.0～P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見下表。</p><p>　　表3-1

79、單片機(jī)P3.0管腳含義</p><p>　　綜上所述，MCS—52系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)：</p><p>　　（1)單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；</p><p>　　（2)單片機(jī)對(duì)外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電

80、路</p><p>　　在溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，控制核心是STC89C52單片機(jī)，該單片機(jī)為52系列增強(qiáng)型8位單片機(jī)，它有32個(gè)I/O口，片內(nèi)含4K FLASH工藝的程序存儲(chǔ)器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，而且價(jià)格便宜，其外部晶振為12MHz，一個(gè)指令周期為1μS。使用該單片機(jī)完全可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)，其最小系統(tǒng)主要包括：復(fù)位電路、震蕩電路以及存儲(chǔ)器選擇模式（EA腳的高低電平選擇），電路如下圖3-1所示：</p

81、><p>　　圖3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路</p><p>　　3.3 系統(tǒng)電源電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)采用電源穩(wěn)壓芯片是LM2596，該開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，輸出電壓是+5v,輸入電壓是+24v,同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。</p><p>　　該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)

82、生器，開關(guān)頻率為150KHz，與低頻開關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。</p><p>　　該器件還有其他一些特點(diǎn)：在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在±4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在±15%的范圍內(nèi)；可以用僅80μA的待機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)外部斷電；具有自我保護(hù)電路（一個(gè)兩級(jí)降頻限流保護(hù)和一個(gè)在異常情況下斷電的過溫完全保護(hù)電路）。</p><p&

83、gt;　　在該溫度控制系統(tǒng)中，其電源電路設(shè)計(jì)如下圖3-2所示。</p><p><b>　　圖3-2 電源電路</b></p><p>　　3.4 溫度傳感器電路</p><p>　　3.4.1 溫度采集電路</p><p>　　利用熱電阻溫度系數(shù)隨溫度變化而制成的溫度傳感器，稱為熱電阻溫度傳感器。對(duì)于大多數(shù)金屬導(dǎo)體，其

84、電阻值都具有隨溫度升高而增大的特性。常用的金屬導(dǎo)體材料有鉑、銅、鐵和鎳。</p><p>　　熱電阻是中低溫區(qū)最常見的一種溫度傳感器。它主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。熱電阻的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測(cè)量其電阻值的變化將十分困難、且誤差很大，必須使用電橋電路,然后經(jīng)過放大電路，放大偏差值。</p><p>　　鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由

85、于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫()范圍的溫度測(cè)量中。</p><p>　　Pt100是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處

86、理系統(tǒng)中使用，將Pt電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來后存入EEPROM中，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的AD值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值，如下表3-2。</p><p>　　表3-2 PT100分度表（）</p><p>　　Pt100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下：</p><p><b>　　測(cè)量范圍：；</b></p>&l

87、t;p>　　允許偏差值：A級(jí)±（0.15+0.002 | t | ）,B級(jí)±(0.30+0.005 | t | )；</p><p>　　最小置入深度：熱電阻的最下置入深度≥200mm；</p><p><b>　　允通電流≤5mA。</b></p><p>　　另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度

88、高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。鉑熱電阻的線性較好，之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于。Pt100應(yīng)用領(lǐng)：寬范圍、高精度溫度測(cè)量領(lǐng)域。如：軸瓦，缸體，油管，水管，汽管，紡機(jī)，空調(diào)，熱水器等狹小空間也領(lǐng)域設(shè)備測(cè)量和控制。汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、飲水機(jī)、咖啡機(jī)，烘干機(jī)以及中低溫干燥箱、恒溫箱等。供熱/制冷管道熱量計(jì)量，中央空調(diào)分機(jī)熱能計(jì)量和工業(yè)領(lǐng)域測(cè)溫和控制。</p><p>　　圖3-3 溫度采集電路</p><p

89、>　　具體溫度采樣電路如圖3-3所示。將溫度的變化轉(zhuǎn)化變?yōu)殡妷旱淖兓?，?jīng)過放大后送往A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字量進(jìn)行處理。Rx為傳感器熱電阻，由電橋?qū)崿F(xiàn)溫度到電壓的轉(zhuǎn)化，由運(yùn)放IC3完成信號(hào)的放大，由IC4完成信號(hào)的調(diào)整。 </p><p>　　設(shè)輸入IC3的2，3端電壓分別對(duì)應(yīng)為Vi2，Vi3那么</p><p><b>

90、　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　其中Rx為傳感器熱阻值，Vref為基準(zhǔn)源電壓，K為調(diào)整系數(shù)。</p><p>　　由于R1>>Rw2（如R1=100KΩ,Rw2=1KΩ）,同樣R2>>Rx（如R2=100KΩ,Rx=1KΩ），因而VOUT=K(R6/

91、R4)Vref(Rw2-Rx)/R2，在后級(jí)的A/D，滿刻度時(shí)，那么VOUT=5V。實(shí)際電路調(diào)整中，已經(jīng)確定R6,置傳感器于25℃環(huán)境，調(diào)整Rw2,使VOUT=0V；置傳感器于35℃環(huán)境，調(diào)節(jié)Rw6，使VOUT=5V；使完成前向模擬通道的調(diào)整。</p><p>　　3.4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯

92、的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。</p><p>　?。ㄒ唬〢DC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)見圖3-4。</p><p>　　由圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端

93、為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p>　　從圖中可以看出，ADC0809是串口通信電路，這也是為什么ADC0809模塊傳送速率比較快，且正確率較高。</p><p>　　圖3-4 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p><b>　?。ǘ┮_結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　IN0－IN7

94、：8條模擬量輸入通道。ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)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。</p><p>　　ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯

95、碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　表3-3 模擬量輸入通道選擇表</p><p>　　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。通道選擇表如下表3-3所示。</p><p>　　數(shù)字量輸出及控制線：11條</p><p>　　ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)

96、，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。</p><p>　　EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。</p><p>　　D7－D0為數(shù)字量輸出線。<

97、;/p><p>　　CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ。</p><p>　　VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。</p><p>　　ADC0809芯片的引腳圖見圖3-5</p><p>　　圖3-5 ADC0809引腳圖</p><

98、p>　　ADC0809的頻率要低于640KHz,單片機(jī)使用的是12MHz,從ALE端引出的信號(hào)頻率已經(jīng)六分頻了，所以還需要四分頻。D觸發(fā)器的特性方程是，當(dāng)把D和Q非連接起來，方程就變成了，具有翻轉(zhuǎn)功能,即每輸入一個(gè)脈沖，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，每翻轉(zhuǎn)兩次，觸發(fā)器的輸出端可以得到一個(gè)完整的矩形波，而觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)兩次所用的前沿脈沖來自CP的兩個(gè)矩形波。一個(gè)D觸發(fā)器完成了二分頻電路，用其輸出再去觸發(fā)另一個(gè)D觸發(fā)器（又是一個(gè)二分頻），這樣，就完成了

99、信號(hào)的四分頻。該觸發(fā)器是前沿觸發(fā)方式。四分頻電路和脈沖電路如圖3-6。</p><p>　　圖3-6 四分頻電路和脈沖電路</p><p>　　3.5 按鍵輸入電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用4個(gè)按鍵組成鍵盤，均接10K?的電阻來拉高電平，在按鍵按下時(shí)輸入低電平信號(hào)。由于STC89C52單片機(jī)I/O口豐富，在此還有剩余， 因此選用將按鍵直接與I/O口連接的方式，

100、簡化電路的同時(shí)還簡化了軟件設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7 鍵盤模塊電路</p><p><b>　　3.6 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用時(shí)鐘芯片DS1302，時(shí)鐘芯片DS1302與單片機(jī)STC89C52的接口是由3條線來完成的，單片機(jī)STC89C52的P3.4與時(shí)鐘芯片的數(shù)據(jù)傳輸端相連，P3.5

101、用來作為DS1302輸入時(shí)鐘SCLK控制端,P3.6控制DS1302的復(fù)位輸入端。DS1302接標(biāo)準(zhǔn)的12MHz石英晶振。DS1302與單片機(jī)的接口電路如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 時(shí)鐘接口電路</p><p>　　3.7 LCD顯示電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用LCD1602,其電路原理如圖3-9，LCD1602液晶顯示，是一種專門用來顯示

102、字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。其中各引腳的功能是：</p><p>　　第1腳：VSS為電源地</p><p>　　第2腳：VDD接5V電源正極</p&

103、gt;<p>　　第3腳：VEE為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。

104、</p><p>　　第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。</p><p>　　第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。</p><p>　　LCD1602的特性：</p><p&g

105、t;　　1、3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)</p><p><b>　　2、內(nèi)含復(fù)位電路</b></p><p>　　3、提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能</p><p>　　4、有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM</p><p>　　5、內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器C

106、GROM</p><p>　　6、8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM</p><p>　　圖3-9 LCD顯示電路</p><p><b>　　3.8 報(bào)警電路</b></p><p>　　在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采

107、取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。</p><p>　　在現(xiàn)實(shí)工作過程中，很容易碰到由于偶然因素造成的未能及時(shí)控制加熱爐的溫度從而造成工業(yè)上的重大事故，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)可能造成非常不好的影響，所以對(duì)于溫度進(jìn)行過限報(bào)警有著很重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p&

108、gt;<p>　　本此設(shè)計(jì)是針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的加熱爐的很穩(wěn)控制的操作，雖然不能達(dá)到智能加熱控制，但是對(duì)于恒溫的一些可以人工操作的部分實(shí)現(xiàn)，加上報(bào)警模塊，不僅在溫度低于限定值是可以報(bào)警，在溫度超過限定溫度是，亦可以進(jìn)行報(bào)警，避免因未及時(shí)報(bào)警造成損失。</p><p>　　報(bào)警電路如圖3-10所示，該電路采用一個(gè)小功率三極管Q1驅(qū)動(dòng)蜂鳴器BELL,當(dāng)單片機(jī)接收到超額溫度信號(hào)或危險(xiǎn)信號(hào)時(shí),輸出腳BELL輸出

109、高點(diǎn)平,Q1導(dǎo)通，致使蜂鳴器BELL得電工作，發(fā)出報(bào)警聲。同時(shí)，電路中的發(fā)光二極管指示出電路的工作狀態(tài)。</p><p>　　圖3-10 報(bào)警電路</p><p>　　3.9 串口通信電路 </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用串行通信的初衷是通過串行口實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和單片機(jī)的通信，在測(cè)試過程中，通過串行口可將溫度數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)上作為備份保存。PC機(jī)的顯示器可以更清楚、直

110、觀地顯示溫度波動(dòng)變化過程。</p><p>　　3.9.1 MAX232資料簡介</p><p>　　該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口RS232電平是-10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0 +5v,MAX232就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。