基于單片機stc89c52溫度控制系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計說明書-wenkub

　

【正文】 都有采用，以方便系統(tǒng)的操作。使用該單片機完全可以完成設計任務，其最小系統(tǒng)主要包括：復位電路和震蕩電路電路。 (D).P3口（ 10腳～ 17腳）： ～ P3口。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。它分時提供 8位雙向數(shù)據(jù)總線。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。 （ 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 VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)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(shù)據(jù)不丟失。對于 CHMOS芯片，該引腳懸空不接。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。 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。若為單字節(jié)指令，則在 51期間仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加 1。這樣，一個機器周期由 12個振蕩周期組成。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(shù)據(jù)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(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工 UART的串行 I/O口；片內振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調電容需要外接。 8 ? TXD RXD 89C52 控制終端 TXD RXD 89C52 1 數(shù)據(jù)終端 TXD RXD 89C52 N 數(shù)據(jù)終端 TXD RXD 89C52 2 數(shù)據(jù)終端 圖 系統(tǒng)控制框圖 采集終端電路設計 設計的室溫控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)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(shù)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(xiàn)。這種通信方式可以實現(xiàn)多點通信，是半雙工的雙線通信協(xié)議，抗干擾能力非常高。因為本此設計的系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集終端和控制終端，對兩個模塊的顯示要求不同，因此采用不同的顯示方案。 LCM是將 LCD、驅動以及控制電路組合成的模塊。它的顯示亮度高，響應的速度快，接線簡單。 由于熱敏電阻溫度傳感器和熱電偶溫度傳感器都需要將所測信息進行 放大處理，然后在通過 A/D轉換后在傳給單片機，過程較為復雜，加上三種溫度傳感器的優(yōu)缺點進行比較后，選擇操作較簡單的 DS18B20作為此次溫度控制系統(tǒng)的測溫元件，即選擇方案三。在工程測溫中，需要對其冷端進行溫度補償。但其測量不精準，并且要將所測信號經(jīng)放大及 A/D轉換才能傳給單片機。溫度的采集和傳輸室這個系統(tǒng)控制的系統(tǒng)，牽制整個控制系統(tǒng)后續(xù)動作。它的主要特點是：低功耗，高性能，編程簡 單控制，在生活中使用非常廣泛。 方案一：采用 ARM 內核的單片機，這類微處理器的特點是：功耗低，體積小，性能高。由于 DS18B20 芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實用性。傳統(tǒng)的繼電器調溫電路簡單實用 ,但由于繼電器動作頻繁 ,可能會因觸點不良而影響正常工作。隨著微機測量和控制技術的迅速發(fā)展與廣泛應用，以單片機 為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對溫度的控制水平。 【關鍵詞】 AT89S51 單片機 DS18B20 溫度芯片 溫度控制 串口通訊 Abstract This design take at89S51 monolithic integrated circuit as core temperature control system39。溫度信號由溫度芯片 DS18B20 采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測電路、溫度控制電路、 PC 機與單片機串口通訊電路和一些接口電路 。s principle of work and design method. The temperature signal by the temperature chip DS18B20 gathering, and transmits by digital signal39。本設計就是基于單片機 STC89C52 溫度控制系統(tǒng)的設計，通過本次課程實踐，我們更加的明確了單片機的廣泛用途和使用方法，以及其工作的原理。控制領域還大量采用傳統(tǒng)的 PID 控制方式 ,但 PID 控制對象的模型難以建立 ,并且當擾動因素不明確時 ,參數(shù)調整不便仍是普遍存在的問題。更能串接多個數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進行范圍的溫度檢測。它處理能力和控制精度方面都有很高成就，執(zhí)行速度快，執(zhí)行效率高，如今的智能手機和平板電腦大多都有此類芯片的參與。 對以上兩種方案進行比較，結合室溫控制系統(tǒng)的控制要求，選擇方案二，使用STC89C52 單片機。 方案一：采用熱敏電阻式溫度傳感器。 方案二：采用熱電偶溫度傳感器。 方案三：采用 DS18B20數(shù)字傳感器。 顯示器的選擇 顯示是溫度控制系統(tǒng)中的另一個重要的環(huán)節(jié)。但是只能顯示數(shù)字和相應的字母。可以顯示兩行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型為字符，即可以顯示數(shù)字，也可以顯示字母。在數(shù)據(jù)采集終端，只需要顯示溫度值即可，數(shù)碼管就能滿足，故數(shù)據(jù)采集終端采用方案一。 4 室溫控制系統(tǒng)硬件電路的設計 室溫控制系統(tǒng)由多個數(shù)據(jù)采集終端及控制終端組成，控制終端與數(shù)據(jù)采集終端利用 RS485 總線通信，進行信息的交流。 數(shù)據(jù)采集終端的系統(tǒng)框圖如圖 所示。最高允許振蕩頻率是 12MHZ。若采用 12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為 1us，每個狀態(tài)周期為 1／ 6us；在一數(shù)情況下，算術和邏輯操作發(fā)生在 N期間 ，而內部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在 P2期間。在加結束時完成指令操作。 下面按引腳功能分為 4個部分敘述個引腳的功能。 XTAL2（ 18腳）：接外部晶體的另一端。 （ 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。 （ 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(xiàn)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 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）。 （ 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。 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(jié)，而當檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。 (C).P2口（ 21腳～ 28腳）： ～ P2口，一般可作為準雙向 I/O接口。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。 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(tài)開始工作。 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）。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。電容 C1， C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，電容值一般在 5pF30pF。 C值偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定，但將會增加起振時間。 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(shù)字溫度傳感器。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。 DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸總線端口 DQ ，外供電源線VDD，共用地線 GND。 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。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個或多個發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為 ，電流不超過 30mA。每位元數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O口，而且功耗更低。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O端口多，如驅動 5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5 8=40根 I/O端口來驅動，要知道一個 89S51單片機可用的 I/O端口才 32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。 本系統(tǒng)利用動態(tài)顯示溫度值，其原理接線圖如下圖所示。是觸點式開關按鍵，如機械式開關、導電橡膠式開關等；另一類是無觸點式開關按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價低，后者壽命長。 全編碼鍵盤由專門的芯片實現(xiàn)識鍵及輸出相應的編碼，一般還具有去抖動和多鍵、竄鍵等保護電路，這種鍵盤使用方便，硬件開銷大，一般的小型嵌入式應用系統(tǒng)較少采用。也就是說，它能提供標準的 TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。 對于一組鍵或一個鍵盤，通過接口電路與單片機相連。即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。 4 4的矩陣式鍵盤由 4根行線和 4根列線交叉構成，按鍵位于行列的交叉 點上，這樣就構成了 16個按鍵。這是識別按鍵是否按下的關鍵。將 74HC21的輸出端接到單片機的外部中斷 0（ P32管腳）上，這樣在實時性要求較高的情況下，設 P00~P03為全低等待按鍵觸發(fā)，當任何一個按鍵按下的情況下，系統(tǒng)都會進入中斷服務程序，提高了鍵盤響應時間，在系統(tǒng)實時性要求較高的情況下非常實用。在各種自動控制設備中，都要求用一個低壓電路提控制一個高壓的電氣電路。驅動電流在 mA級以下。在這里，繼電器驅動含有兩個意思 :一是對繼電器進行驅動，因為繼電器本身對于單片機來說就是一個功率器件：還有就是繼電器去驅動其他負載，比如繼電器可以驅動中間繼電器，可以直接驅動接觸器，所以，繼電器驅動就是單片機與其他大功率負載接口。怎么樣理解三極管呢？ 簡單的來說三極管有兩個作用一個是放大作用，一個是開關作用。 現(xiàn)在，單片機的某一個需要控制這個繼電器電路的輸出引腳就是一只“手”，當單片機的這個引腳輸出低電平的時候，就像“手”在打開三極管“水龍頭”，水就從上往下流，繼電器“水輪機”就開始轉起來了。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時其中的一個必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng) 通信接口 。接口信號電平比 RS232C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且 該電平與 TTL電平 兼容，可方便與 TTL電路 連接。 RS485總線一般最大支持 32個 節(jié)點 ，如果使用特制的 485芯片，可以達到 128個或者 256個節(jié)點，最大的可以支持到 400個節(jié)點。很多情況下，連接 RS485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“ A”、“ B”端連接起來。當網(wǎng)絡線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用 RS485 串行總線標準。 RS485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。 RS422，在 RS232后推出，使用 TTL差動電平表示邏輯，就是兩根的電壓差表示邏輯， RS422定義為全雙工的，所以最少要 4根通信線（一般額外地多一根地線），一個 驅動器 可以驅動最多 10個接收器（即接收器為 1/10單位負載），通訊距離與通訊速率有關系，一般距離短時可以使用高速率進行通信，速率低時可以進行較遠距離通信，一般可達數(shù)百上千米。這種數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接，是半雙工的通訊方式。由此，可以定義了一種協(xié)議，簡單實用，這便是“自定義協(xié)議”。 LCM提供用戶一個標準的 LCD顯示驅動接口，用戶按照接口要求進行操作來控制 LC