基于單片機的溫度控制器的設計與實現_畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 早的設計理念是通過將大量外圍設備和 CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統更小，更容易 集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設備當中。 INTEI 公司的 Z80 單片機便是最早的用這種想法設計出來的處理器，至此之后，專用的處理和單片機的發展便分道揚鑣。 期的單片機都是 8 位或 4 位的。憑借簡單可靠并且性能也不錯獲得了眾多的號品，在這其中 INTEL 的 8031 是最成功的，此后 MCS51 系列單片機系統便是通過 8031 的基礎上發展起來的。基于這個系統， MCS51 單片機系統至今為止仍然被廣泛使用。漸漸的隨著工業控制領域的要求有所提高，出現了十六位的單片機，卻因為十六位單片機的性價比不是很理想所以并沒有得到廣泛的使用 。在 90 年代后期，隨著科學的發展和消費電子產品的增多，單片機的技術獲得了質的飛躍。隨著 INTEL 公司的 I960 系列單片機得到了廣泛的應用，特別是 ARM 系列的應用，十六位單片機在主流市場的高端地位立馬被三十二位單片機所取代。與此同時傳統的 8 位單片機的性能也有了質的飛躍，相 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業設計 7 對 80 年代來說處理能力提高了數百倍。目前，性能和 90 年代中期的專用處理器相差不大的高端的 32 位單片機并且其主頻已經超過了 300HZ，普通的型號出廠的價格跌落到1 美金，連最高的型號也不過 10 美金而已?，F如今的單片機系統已經不是單單的在裸機環境下 使用和開發，眾多的全系的單片機上已經運用到了專用的嵌入式操作系統。 STC89C52 是一種帶 8K 字節閃爍可編程可檫除只讀存儲器的低電壓，高性能COMOS8 的微處理器，俗稱單片機。 并且使用了 ATMEL 的技術通過高密度非易失性存儲器來制造，而且還和工業標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 單片機總控制電路如下圖所示： 圖 1 單片機總控制電路 STC89C52 具體介紹如下： ① 主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 ② 外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出端 ③ 控制引腳（ 4 根） 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業設計 8 RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現 2 個機器周期的高電平將使單片機復位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。 ④ 可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C52 單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 PO 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ STC89C52 主要功能 如表 一 所示。 表 一 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統 8K 可反復擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數器中斷 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設置睡眠和喚醒功能 本章小結 本章主要介紹了此設計的所需要的中央控制電路所需的單片機進行了對比與分析，最終選擇了 STC89C52 單片機作為中央控制電路，同時在又對 STC89C52 單片機進行了一些介 紹。接下來會將硬件的選擇以及設計詳細的介紹。 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業設計 9 3 系統硬件設計方案 該系統由六部分組成： STC89C52RC 核心單片機，溫度采集電路，數碼管顯示電路，報警警電路，復位電路，晶振等，其中溫度采集主要由 DS18B20 組成，在短時間內把熱力學溫度信號數字 ,送入單片機，由單片機控制顯示電路顯示，并且判斷是否達到設定溫度，若達到設定溫度，由單片機啟動報警電路，報警。 圖 1 系統設計框圖 復位電路 由于單片機在復位短為高時系統復位，復位電路由一個阻值為 4K 和一個 150 歐的電阻分壓得到低電平，經 74LS14 濾波整形反向后得到高電平使系統上電復位。復位電路圖如圖 23。 主 控 制 器 溫度顯示器 （液晶顯示屏） 多路溫度采集 （ DS18B20） 報警控制電路 （發光二極管） 輸入控制電路 （按鍵） 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業設計 10 圖 23 復位電路 在管腳 1 處的電壓為 V1 VVRRRVV cc)4 0 0 01 5 0(1 5 05)( 1615151?????????? 式 （ 21） 當電平低于 視為低電平，高于 視為高電平。管腳 1 處的 電壓經反向后變成 5V 高電平。 開關閉合的時候同時也閉合了電容 C4 充電，穩定了復位腳的電平。為保證復位電路能夠正常的進行工作，在設計電路的時候必須在開關斷開時有給電容 C4 的放電回路，故加一 IN4148 做泄放二極管。電容 C5 主要是為了抑制開關動作時在閉合瞬間產生的尖峰脈沖對整個 設計系統的沖擊，同理也是起到了減少電路干擾的作用。 時鐘電路 時鐘電路對于單片機來說是很重要的，就等同與我們人類的心臟一樣工作，單片機的所有操作，程序的執行，都是在時鐘脈沖的同步下才使得進行的，時鐘電路控制著單片機的工作節奏。 STC89C52 內部都有一個反相放大器，芯片內部的反相放大器的輸入和輸出端分別是 XTAL XTAL2，外接定時反饋元件就組成震蕩器產生時鐘送至單片機內部的各個部件。如下圖 24 所示，片內電路與片外器件構成一個時鐘發生電路。片內振蕩器的震蕩頻率 fOSC 非常接近晶振頻率，一般多在 ～ 12MHz 之間選取，這次畢設用的時鐘頻率是 6MHz。 XTAL2 輸一個正弦波。圖中 C1 C17 是反饋電容，其值在 5pF～ 30pF 之間選擇 ,其典型值是 30Pf。本系統采用的是 。其作用有兩個：一個是使振蕩器起振，而另一個則是對振蕩器的頻率 f起微調作用（ C1 C17 大， f變?。?。 圖 24 時鐘電路 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業設計 11 鍵盤及顯示模塊 由于在風扇的面板處有也有一個控制電路，因此在這里我們一樣也加上了顯示與鍵盤的模塊。顯示與按鍵電路構成一個人機交互界面，整個系統的用戶體驗度的好畫也就在這 個模塊的設置上。本文采用了四個方案進行論證。 方案一 ： 采用 74LS164 芯片 在本次設計中，用單片機的串行口來外接三片 74LS164 作為 6 位 LED 顯示器的靜態顯示接口，把單片機的 RXD 作為數據輸出線， TXD 作為移位時鐘脈沖。所謂靜態顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發送到接口電路就可以了，直到要顯示新的數據時，再發送新的字形碼。使用這種方法，占用 CPU 的內部資源少，控制程序簡單，但占用較多的硬件資源。故本次設計采用可提供單獨鎖 存的 I/O 接口電路的串并轉換電路74LS164。其電路原 理圖如圖 所示。 圖 74LS164 的靜態顯示 74LS164 為 TTL 單向 8 位移位寄存器，可實現串行輸入、并行輸出的功能。它的 A、B（第 2 腳）為串行數據輸入端， 2 個引腳按－邏輯與運算規律輸入信號，公用一個輸入信號時可并接。 T（第 8 腳）為時鐘輸入端，可連接到串行口的 TXD 端。每一個時鐘信號的上升沿加到 T 端時，移位寄存器移一位， 8 個時鐘脈沖過后， 8 位二進制數全部移入 74LS164 中。 R（第 9 腳） 為復位端，當 R＝ 0 時，移位寄存器各復位為 0，只有當 R＝ 1 時，時鐘脈沖才起作用。 Q1－ Q8（第 3－ 6 和 10－ 13 引腳）并行輸出端分別接LED 顯示器的 dp、 g、 f、 e、 d、 c、 b、 a 各段對應的引腳上。 所謂時鐘脈沖端，其實就是需要高、低、高、低的脈沖，在 74LS164 獲得時鐘脈沖的瞬間，如果數據輸入端（第 2 腳）是高電平，則就會有一個 1 進入到 74LS164 的內部。如果數據輸入端是低電平，則就有一個 0 進入其內部。在給出了 8 個脈沖后，最先進入 74LS164 的第一個數據就到達了最高位，然后再來一個脈沖，從單片機 RXD 端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 : 2 3 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : C : \ P r og r a m F i l e s \ D e s i gn E x p l o r e r 9 9 S E \ E xa m p l e s \ B A C K U P ~ 3 .D D BD r a w n B y:SER INA1SER IN B2Q03Q14Q25Q36CLK IN8CLR9Q410Q511Q612Q713 7 4L S 1 64abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp L E DSER INA1SER IN B2Q03Q14Q25Q36CLK IN8CLR9Q410Q511Q612Q713 7 4L S 1 64abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp L E DSER INA1SER IN B2Q03Q14Q25Q36CLK IN8CLR9Q410Q511Q612Q713 7 4L S 1 64abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp L E DV C CR X DT X DV C C 2 0K 3 00 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業設計 12 輸出的數據就 進入到第一片 74LS164 中，當第二個 8 個脈沖到來后，第一個數據就進入第二片 74LS164，而新的第二個數據就進入到了第一片 74LS164 中，這樣依次類推。 方案二： 8255 解決方案 8255 內部有三個并行數據輸入 /輸出端口，有兩個工作方式控制電路，一個讀寫控制邏輯電路，一個 8 位數據總線緩沖器。 8255 有 3 種基本工作方式。