基于單片機stc89c52溫度控制系統的設計畢業設計說明書-文庫吧

【正文】 TXD RXD 89C52 控制終端 TXD RXD 89C52 1 數據終端 TXD RXD 89C52 N 數據終端 TXD RXD 89C52 2 數據終端 圖 系統控制框圖 采集終端電路設計 設計的室溫控制系統中，數據采集終端使用 STC89C52 單片機作為微處理機，溫度傳感器選擇的是 DS18B20，溫度值是通過 4 位一體的共陽極數碼管來完成顯示，加熱和制冷設備的運行是運用繼電器的開斷加以控制，而與控制終端的信息交流則是利用 RS485 總線方式實現。 數據采集終端的系統框圖如圖 所示。 圖 數據采集終端系統 框圖 單片機最小系統電路 目前， 51系列單片機在工業檢測領域中得到了廣泛的應用，因此我們可以在許多單片機應用領域中，配接各種類型的語音接口，構成具有合成語音輸出能力的綜合應用系統，以增強人機對話的功能。 STC89C52單片機是深圳宏晶科技有限公司生產的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個 8位的微型處理器 CPU；一個 512K的片內數據存儲器RAM； 4K片內程序存儲器；四個 8位并行的 I/O接口 P0P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩 個定時器 /記數器；五個中斷源的中斷控制系統；一個全雙工 UART的串行 I/O口；片內振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接。最高允許振蕩頻率是 12MHZ。以上各個部分通過內部總線相連接。 8 9 C 5 2 測溫模塊 DS18B20 顯示模塊 數碼管 鍵盤模塊 通信模塊 RS485 控制終端 繼電器 加熱制冷 設備 STC89C52單片機的一個執器周期由 6個狀態 (s1— s6)組成，每個狀態又持續 2個震蕩周期，分為 P1和 P2兩個節拍。這樣，一個機器周期由 12個振蕩周期組成。若采用 12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為 1us，每個狀態周期為 1／ 6us；在一數情況下，算術和邏輯操作發生在 N期間 ，而內部寄存器到寄存器的傳輸發生在 P2期間。對于單周期指令，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從 S1P2開始執行指令。如果是雙字節指令，則在同一機器周期的 s4讀人第二字節。若為單字節指令，則在 51期間仍進行讀，但所讀入的字節操作碼被忽略，且程序計數據也不加 1。在加結束時完成指令操作。多數 STC89C52指令周期為 1— 2個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需 4個機器周期。 對于雙字節單機器指令，通常是在一個機器周期內從程序存儲器中讀人兩個字節，但 Movx指令例外， Movx指令是訪問外部 數據存儲器的單字節雙機器周期指令，在執行 Movx指令期間，外部數據存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。 STC89C52單片機的 40個引腳中有 2個專用于主電源引腳， 2個外接晶振的引腳， 4個控制或與其它電源復用的引腳，以及 32條輸入輸出 I/O引腳。 下面按引腳功能分為 4個部分敘述個引腳的功能。 （ 1）電源引腳 Vcc和 Vss Vcc（ 40腳）：接 +5V電源正端； Vss（ 20腳）：接 +5V電源正端。 （ 2）外接晶振引腳 XTAL1和 XTAL2 XTAL1（ 19腳）：接外部石 英晶體的一端。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成采用外部時鐘時，對于 HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 XTAL2（ 18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內部，接至片內振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于 HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于 CHMOS芯片，該引腳懸空不接。 （ 3）控制信號或與其它電源復用引腳 控制信號或與其它電源復用引腳有 RST/VPD、 ALE/P、 PSEN和 EA/VPP等 4種形式。 （ A）． RST/VPD（ 9腳）： RST即為 RESET， VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現持續兩個機器周期的高電平，就可實現復位操作，使單片機復位到初始狀態。 當 VCC發生故障，降低到低電平規定值或掉電時，該引腳可接上備用電源 VPD（ +5V）為內部 RAM供電，以保證 RAM中的數據不丟失。 （ B）． ALE/ P （ 30腳）：當訪問外部存儲器時， ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現在 P0口的低 （ C）． PSEN(29腳 ):片外程序存儲器讀選通輸出端 ,低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數期間，每個機器周期 PESN兩次有效，以通過數據總線口讀回指令或常數。當訪問外部數據存儲器期間， PESN信號將不出現。 （ D）． EA/Vpp（ 31腳）： EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當 EA端保持高電平時，單片機訪問片內程序存儲器 4KB（ MS— 52子系列為 8KB）。若超出該范圍時，自動轉去執行外部程序存儲器的程序。當 EA端保持低電平時，無論片內有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內含有 EPROM的單片機，在 EPROM編程期間，該引腳用于接 21V的編程電源 Vpp。 （ 4）輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0口、 P1口、 P2口及 P3口 (A).P0口（ 39腳～ 22腳）： ～ P0口。當不接外部存儲器與不擴展 I/O接口時，它可作為準雙向 8位輸入 /輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展 I/O口時， P0口為地址 /數據分時復用口。它分時提供 8位雙向數據總線。 對于片內含有 EPROM的單片機，當 EPROM編程時，從 P0口輸入指令字節，而當檢驗程序時，則輸出指令字節。 (B).P1口（ 1腳～ 8腳）： ～ 稱為 P1口，可作為準雙向 I/O接口使用。對于MCS— 52子系列單片機， 2功能： /計數器 2的計數脈沖輸入端 T2； /計數器 2的外部控制端 T2EX。對于 EPROM編程和進行程序校驗時， P0口接收輸入的低 8位地址。 (C).P2口（ 21腳～ 28腳）： ～ P2口，一般可作為準雙向 I/O接口。當接有外部程序存儲器或擴展 I/O接口且尋址范圍超過 256個字節時， P2口用于高 8位地址總線送出高 8位地址。對于 EPROM編程和進行程序校驗時， P2口 接收輸入的 8位地址。 (D).P3口（ 10腳～ 17腳）： ～ P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準雙向 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 表 1 單片機 綜上所述， MCS— 51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點： 1).單片機功能多，引腳數少，因而許多引腳具有第 2功能； 2).單片機對外呈 3總線形式，由 P P0口組成 16位地址總線；由 P0口分時復用作為數據總線。 在課題設計的溫度控制系統設計中，控制核心是 STC89C52單片機，該單片機為 51系列增強型 8位單片機，它有 32個 I/O口，片內含 4K FLASH工藝的程序存儲器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，而且價格便宜，其外部晶振為 ，一個指令周期為 1μ S。使用該單片機完全可以完成設計任務，其最小系統主要包括：復位電路和震蕩電路電路。 復位操作完成單片機片內電路的初始化，是單片機從一種確定的狀態開始工作。將單片機的復位引腳 RST保持兩個機械周期的高電平能使單片機復位。復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和按鈕復位。這兩種形式在本系統中都有采用，以方便系統的操作。 手動按鈕復位 需要人為在復位輸入端 RST上加入高電平（圖 1）。一般采用的辦法是在 RST端和正電源 Vcc之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則 Vcc的 +5V電平引腳 第 2功能 RXD（串行口輸入端 0） TXD（串行口輸出端） INT0（部中斷 0請求輸入端，低電平有效） INT1（中斷 1請求輸入端，低電平有效 ） T0（時器 /計數器 0計數脈沖端） T1（時器 /計數器 1數脈沖端） WR（部數據存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效） RD（部數據存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效） 就會直接加到 RST端。手動按鈕復位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。 這是一個 上電復位 電路，原理是突然給電后， VCC對電容充電，充電的過程中，復位信號電壓隨著充電時間而逐漸變低，直到電容充滿時，復位信號電壓完全降到 0V，而電阻 R2決定了電容充電的時間， R2越大則充電時間長，復位信號從 VCC回落到 0V的時間也長，而復位引腳在給 ，而在 才正常工作， 89S51的典型復位時間需要 1ms，可長不可短，所以 R2的值是由已知條件 1ms，和電容 22uF決定， T=RC/2， R=2T/C，可以負責的告訴你，你不需要仔細計算這里的復位時間，因為可長不可短，典型電路是 C=10uF， R2=10k，電容可以大于這個值，電阻也可以大于這個值，但是不能再小，會不保險。另外 R1的電阻起的作用是，當你按下強制復位按鈕后，電容通過 R1放電，為了讓按鍵按下后有一段延時才能復位，為了讓按鍵跟可靠。 單片機的時鐘信號由內部震蕩電路得到，即引腳 XTAL1和 XTAL2外接晶振體振蕩器，構成內部振蕩電路。電容 C1， C2起穩定振蕩頻率，快速起振的作用，電容值一般在 5pF30pF。由于本系統要采用串口通信，晶振使用 。晶振電路中如何選擇電容 C1， C2? (1):因為每一種晶振 都有各自的特性，所以最好按制造廠商所提供的數值選擇外部元器件。 (2):在許可范圍內， C1， C2值越低越好。 C值偏大雖有利于振蕩器的穩定，但將會增加起振時間。 (3):應使 C2值大于 C1值，這樣可使上電時，加快晶振起振。 溫度傳感器電路 采用一線制數字溫度傳感器 DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。傳感器輸出信號進 。 DS18B20溫度傳感器是美國達拉斯 (DALLAS)半導體公司推出的應用單總線技術的數字溫度傳感器。該器件 將半導體溫敏器件、 A/D轉換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。本設計中溫度傳感器之所以選擇單線數字器件 DS18B20，是在經過多方面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因： （ 1）系統的特性：測溫范圍為 55℃～ +125℃ ，測溫精度為士 ℃；溫度轉換精度 9～ 12位可變，能夠直接將溫度轉換值以 16位二進制數碼的方式串行輸出； 12位精度轉換的最大時間為 750ms；可以通過數據線供電，具有超低功耗工作方式。 （ 2）系統成本：由于計算機技術和微電子技術的發展，新型大規模集成電路功能越來越強大，體積 越來越小，而價格也越來越低。一支 DS18B20的體積與普通三極管相差無幾，價格只有十元人民幣左右。 （ 3）系統復雜度：由于 DS18B20是單總線器件，微處理器與其接口時僅需占用 1個 I/O端口且一條總線上可以掛接幾十個 DS18B20，測溫時無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數量，降低系統的復雜度，減少工程的施工量。 （ 4）系統的調試和維護：由于引線的減少，使得系統接口大為簡化，給系統的調試帶來方便。同時因為 DS18B20是全數字元器件，故障率很低，抗干擾性強，因此， 減少了系統的日常維 護工作。 DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：單線數據傳輸總線端口 DQ ，外供電源線VDD，共用地線 GND。 DS18B20有兩種供電方式：一種為數據線供電方式，此時VDD接地，它是通過內部電容在空閑時從數據線獲取能量，來完成溫度轉換，相應的完成溫度轉換的時間較長。這種情況下，用單片機的一個 I/O口來完成對DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式 (VDD接 +5V)，相應的完成溫度測量的時間較短。 DS18B20的工作電流約為 1mA， VCC一般為 5V，則電阻 R=5V/1mA=5KΩ，目前用的電阻 一般不是 可調電阻 ，只是固定阻值，市場上有的就那么幾個型號，跟5V接近的有 、 ，所以就選 ，或者相近的電阻。 在本設計中采用外部供電方式實現 DS18B20