畢業論文-基于at89s52單片機的啤酒發酵溫度測控儀設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 具有以下標準功能 ： 8k 字節 Flash， 256 字節 RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數據指針，三個 16 位定時器 /計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口， 片內晶振及 時鐘電路 。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態邏輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止 。 AT89S52 內部增加了片內看門狗定時器，這將有利于堅固用戶應用系 統，提高系統的可靠性；其次 AT89S52 獨有的雙指針功能，使數據操作更加快捷方便；再次， AT89S52 運行速度更高，最高晶振可達到 33MHZ；最后 AT89S52 支持 ISP（ InSystem Programming）在線下載功能，使得其使用更加方便。正因為 AT89S52 單片機具有更高的可靠性和安全性的功能，所以能夠避免因外部芯片擴展過多或傳感器輸入信號過多而引起的信號失真、電磁干擾等現象的發生，從而進一步提高了系統的穩定性。 溫度傳感器 DS18B20 DALLAS 公司單線數字溫度傳感器 DS18B20 是一種新的“一線器件”，它具有體積小、適用電壓寬等特點。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念。 DS18B20 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55℃～ +125℃，在 10℃～ +85℃范圍內，精度為177。 ℃；通過編程可實現 9～ 12 位的數字值讀數方式；可以分別在 和 750ms 內將溫度值轉化為 9 位和 12 位的數字量。每個 DS18B20 具有唯一的 64 位長序列號，存放于 DS18B20內部 ROM 只讀存儲器中。 圖 DS18B20 引腳 圖 圖 DS18B20 使用圖 表 1 溫度與溫度字節間的對應關系 DS18B20 溫度傳感器的內部存儲器包括 1 個高速暫存 RAM 和 1 個非易失性的電可擦除 E2RAM，后者存放高溫度和低溫度觸發器 TH、 TL 和結構寄存器。暫存存儲器包含了 8 個連續字節，前 2 字節為測得的溫度信息，第 1 個字節為溫度的低 8 位，第 2 個字節為溫度的高 8 位。高 8 位中，前 4 位表示溫度的正 (全“ 0” )與負 (全“ 1” )；第 3 個字節和第 4 個字節為 TH、 TL 的易失性拷貝；第 5 個字節是結構寄存器的易失性拷貝，此三個字節內容在每次上電復位時被刷新；第 8 個字節用于內部計算；第 9 個字節為冗余檢驗字節。所以，讀取溫度信息字節中的內容，可以相應地轉化為對應的溫度值。表 1 列出了溫度與溫度字節間的對應關系。 由于 DS18B20 輸出的溫度信號是數字量，而且只占有一個 I/O 口，所以它特別適合于微處理器控制各種溫度測量控制系統，避免了模擬溫度傳感器與微處理器接口時需要的 A/D 轉換和較復雜的外圍電路。縮小了系統的體積，提高了系統的可靠性。 LED 顯示智能顯示驅動 HD7279A HD7279A 是比高公司生產的單片具有串行接口、可同時驅動 8 位共陰極數碼管（或 64 只獨立 LED）的智能顯示驅動芯片，該芯片同時可連接 64 鍵的鍵盤矩陣，一片即可完成 LED 顯示及鍵盤接口的全部功能。 HD7279A 和微處理器之間采用串行接口，其接口和外圍電路比較簡單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價格比，因此，在微型控制器、智能儀表、控制面板和家用電器等領域獲得了廣泛的應用。 主要特點 ? 帶有串行接口，無須外圍元件便可直接驅動 LED。 ? 各位可獨立控制譯碼 /不譯碼、消隱和閃爍等屬性。 ? 具有（循環）左移 /（循環 ） 右移指令。 ? 具有段尋址指令，可方便地用來控制獨立的 LED 數碼管。 ? 4 鍵鍵盤控 制器內含有去抖動電路。 引腳說明 HD7279A 一共有 28 個引腳，各引腳的主要功能如下： ? RESET：復位端。當該端由低電平變成高電平，并保持 25ms 后，復位過程結束。通常，該端接 +5V 電源。 ? DIG0~DIG7： 8 個 LED 數碼管的位驅動輸出端。 ? SA~SG： LED 數碼管的 A 段 ~G 段的輸出端。 ? DP：小數點的驅動輸出端。 ? RC：未接振蕩元件連接端，其中電阻典型值為 ? 電容的典型值為 pF15 。 HD7279A 與微處理器僅需 4 條 接口線，其中 CS 為片選信號（低電平有效）。DATA 為串行數據端，當向 HD7279A 發送數據時， DATA 為輸入端；當 HD7279A 輸出鍵盤代碼時， DATA 為輸出端。 CLK 為數據串行傳送的同步時鐘輸入端，時鐘的上升沿表示數據有效。 KEY 為按鍵信號輸出端，該端在無鍵按下時為高電平；而在有鍵按下時變為低電平，并一直保持到按鍵釋放為止。 功能電路設計 測溫電路設計 根據本控制系統的實際需要，然后再考慮到 DS18B20 獨特的單總線接口、多點組網功能以及很高的測溫精度。本溫度檢測 系統是由 AT89S52 組成的控制模塊和 3個溫度傳感器 DS18B20 組成的檢測電路組成的。連接電路如圖 所示。 圖 溫度檢測接口電路 DS18B20 與單片機的接口非常簡單，可以采用寄生電源供電方式， 口接數據總線，為了保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內提供足夠的電流，可以用一個 MOSFET管和 AT89S52 單片機的 口來完成對總線的上拉。由于總線只有 1 根線，因此發送接收口必須是三態的。圖 39 采用外部電源供電方式， 口接數據總線，只要在數據線上加一個 ，另 外 2 個腳分別接電源和地，這種電路連接方式可靠、編程簡單。 顯示與按鍵電路設計 人和單片機之間的對話是單片機應用系統中的一個必要的組成部分，主要包括鍵盤和顯示這兩部分。這兩部分是控制系統和操作人員之間交互的窗口，它既反映系統運行的狀態，又能改變參數的設置，必要時實現適當的人工干預。 顯示電路設計 上文中提到該顯示電路是串行顯示電路。 串行顯示電路屬于靜態顯示，比動態顯示亮度更大一些。由于 74LS164 在低電平輸出時，允許通過的電流達 8mA，故不 必添加驅動電路，亮度也比較理想。與動態掃描相比較，無 需 CPU 不停的掃描，頻繁地為顯示服務，節省了 CPU 時間，軟件設計也比較簡單。由于本設計采用的是共陽極數碼管，所以相應的亮段必須送 0，相應的暗段必須送 1。原理圖如圖 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 8 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \ M y D o c u m e nt s \硬件原理圖 \ 溫度控制硬件原理圖 . d dbD r a w n B y:A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR9U17 4L S 1 64R X DT X DA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR9U27 4L S 1 64A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR9U37 4L S 1 64A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR9U47 4L S 1 64V C CT X D T X D T X DabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp99D S 1D P Y _7 S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp99D S 2D P Y _7 S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp99D S 3D P Y _7 S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp99D S 4D P Y _7 S E G _D PR11 0KR21 0KR31 0KR41 0K 圖 顯示原理圖 按鍵電路設計 鍵盤在單片機應用系統中，實現輸入數據、傳送命令的功能，是人工干預的主要手段。每按一次鍵，鍵盤自動提供被按鍵的讀數，同時產生一 個 選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時按鍵保護功能。單片 機 應用系統中，鍵盤掃描只是 CPU 的工作內容之一。 CPU 忙于各項任務時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的 工作方式。考慮儀表系統中 CPU 任務的份量，來確定鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式選取的原則是：既要保證能及時響應按鍵的操作，又不過多的占用 CPU 的工作時間。鍵盤的工作方式有：查詢方式（編程掃描，定時掃描方式）、中斷掃描方式。 本設計中由于所用鍵盤不多，采用獨立連接式的查詢式鍵盤。鍵盤接口與鍵盤程序的根本任務就是要檢測有沒有鍵按下？按下的是那個位置的鍵？鍵值是多少？在本次設計中采用了軟件掃描的方法。通過對鍵盤接口 和 的查詢判斷是否有鍵按下。本次設計采用了軟件去抖動的方法。當有鍵按下時，按鍵的觸點在 閉合和斷開時均會產生抖動，這時觸點的邏輯電平是不穩定的，如果不妥善處理，將會使按鍵命令的錯誤執行和重復執行。采用軟件延時的方法來避開抖動階段，這一延時過程一般大于 5ms。如圖 所示，為按鍵接口電路。 圖 按鍵接口電路 報警電路設計 圖 是本系統溫度報警器電路原理圖。本電路由音樂片及外圍原件構成。溫度傳感器采用測量范圍為 0~100℃的電接點玻璃溫度計。溫度計最大額定電壓為 36V，額定電流為 20mA。音樂片采用 MX01 或 786153 系列音樂片集成塊。上限報警電路由 IC VD VT VT2 構成，下限報警電路由 IC VD VT VT4 等構成。兩只電接點玻璃溫度計分別設定在上下限溫度給定值，并插在被檢測系統的有關部分，將溫度計電極分別接在上下限溫度控制點 SKD1 和 SKD2 上。 圖 上下限溫度報警電路 啤酒發酵罐內部麥汁溫度正常時，接在 SKD1 的電接點溫度計開路， VT1 基極無偏流而截止，發光二極管 VD5 不發光，音樂片 IC2 不被觸發；接在 SKD2 上的控制下限溫度的電接點溫度計接通， VT3 基極和發射極短路， Ib 等于零， VT3 截至，發光二極管 VD6 不亮， IC3 音樂片不觸 發。這時，上下限報警電路均 不做聲。如果被檢測系統的溫度達到上限給定的值，上限控制接點 SDK2 接通，由電阻 R2 提供偏流，使晶體管 VT1 導通，上限發光二極管 VD5 發光報警，同時 VT1 觸發音樂片 IC2 的 2 腳，使 3 腳輸出音頻電流，通過晶體管 VT2 放大，推動揚聲器 BY 發出音樂報警聲。如果被檢測系統的溫度還沒有調節到低于上限給定值，聲光報警信號始終不止。 如果被檢測系統溫度低于下限給定值，下限控制接點 SKD2 斷路，晶體管 VT3的基極 b 和發射極 e 開路，基極 b 通過電阻 R6 提供偏流 VT3 導通，溫度下限發光二極管 VD5 有電流 流過而發光報警。同時， VT3 發音樂片 IC3，并被晶體管 VT4 放大使揚聲器 BY 發出音樂報警聲。直到被檢測系統溫度被調節到高于下限給定值 后， VT3 截止，聲光報警信號消失。電阻 R4 和 R6 是起限流作用的，防止電流過多流向發光二極管而影響使用壽命，又能使部分電流流向音樂片的 2 腳，觸發音樂片。 電源采用 220V 交流電路電容 C1 降壓。 VD1VD2 橋式整流，電容 C2 濾波，三端穩壓集成塊 IC1 穩壓后，輸出 5V 直流電壓， 電流。由于電壓絕大部分降到電容 C1 上，所以， C1 取值基本上取決于輸出電流值。 C1 要求耐壓大于 400V，其容量按音樂片最大工作電流計，選擇 3μ F。為了使音樂片聲音宏亮， VT2 和 VT4 選用中功率晶體管，如 3DG12B 等，β