温度控制.doc

摘要本系统的功能是对温度进行数据采集、显示。通过软件对温度进行设置，控制加热温度。通过温度传感器实现对温度的数据采集，然后用单片机进行数据处理，与设定温度值相比较。当实际温度未达到设定值时，控制输出低电平，使继续进行加热；当实际温度达到设定值后，控制输出高电平，停止加热，实现温度自动控制的目的。关键词：单片机；温度控制；数据采集；LED显示 AbstractThis system function carries on the data acquisition, the demonstration to the temperature. Carries on the establishment through the software to the temperature, controls the water temperature. Through the temperature sensor realization to the oil temperature data acquisition, then to t carries on the data processing with the monolithic integrated circuit, compares with the hypothesis temperature value. When the actual temperature had not achieved when setting value, the control outputs the low level, carries on heats up; After the actual temperature achieved the setting value, the control outputs the high level, the electric cooker stops heating up, realization temperature automatic control goal.Key words: Single chip computer;Temperature control; Data acquisition; LED目 录摘要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 课题背景11.2 单片机的发展过程11.3 智能加热控制原理21.4 智能加热系统的任务分析31.5 本文结构3第2章 方案论证52.1 题目分析52.2 方案论证52.2.1 温度传感器62.2.2 显示部分72.2.3 控制部分9第3章 系统电路的设计103.1元器件的详细介绍103.1.1单片机的硬件介绍103.1.2 89C51单片机的引脚图及引脚功能123.2 时钟电路的设计163.3 复位电路的设计173.4显示电路的设计183.5 控制电路的设计193.6驱动电路的设计20第4章 系统软件的设计214.1 总体软件的设计214.2 显示子程序设计224.3数据处理程序设计23第5章 调试与分析255.1 调试系统简介255.2 硬件调试255.3软件调试25结论27致 谢28参考文献29IV第1章 绪论1.1 课题背景在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。MCS-51单片机，体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，即使是非电子计算机专业人员，通过学习一些专业基础知识以后也能依靠自己的技术力量，来开发所希望的单片机应用系统。本文的温度控制系统，只是单片机广泛应用于各行各业中的一例。1.2 单片机的发展过程单片微型计算机简称单片微机或单片机，又称微控制器。它是在一块半导体芯片上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等功能部件，构成了一台完整的数字电子计算机。由于集成电路技术的进步，片内甚至还包含HSO、HIS、A/D转换器、PWM等称为“片内外设”的特殊功能部件。随着单片机功能的增强，由单片机构成的计算机应用系统的功能也日益增强，它一样可以配用打印机、绘图仪、CRT等外围设备，一样可以联网。特别是1987年Intel公司在MCS-96的基础上继续推出了MCS-196，又陆续出现了许多新趋势，例如HSO、HIS发展为EPA；数据传送有了PTS；配合大功率晶体管的应用，有了波形发生器，拓展了在电气传动领域的应用等等。这进一步深化了单片机在工业控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器领域的突出地位，并使它不断拓宽应用范围，增添了新的活力。单片机应用系统是以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，能实现某种功能或几种功能的应用系统。目前，单片机以其高可靠性，高性能价格比，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到越来越广泛的应用。其中AT89系列单片机性能优越，技术成熟、可靠性高。因此，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为单片机应用领域的主流。本次设计就是以其产品之一的AT89C51为核心，配、LED显示等外围设备构成控制系统的。单片机的应用结束了计算机专业人员“垄断”计算机系统开发与应用的时代，它既给各种专业人员、特别是许多工程技术人员带来了学习和掌握计算机技术（不单操作使用）的紧迫性，同时也带来了可能性，因为组成计算机应用系统变得容易、“平凡”，增强了人们进入这一领域的自信心。1.3 智能加热控制原理本文设计的智能加热系统分控制过程为，首先通过键盘设置理想的水温，然后开始加热，通过温度传感器得到当前温度，当达到设定温度时停止加热。我将采用MCS-51单片机实现温度控制，故具有使用寿命长、稳定、可靠的特点。温度是工业对象中主要的被控参数之一.在冶金、化工、机械、食品等各类工业中广泛使用的各种加热炉、烘箱、恒温箱等均需对温度进行精确的控制。本课题设计的是基于MCS-51单片机的智能加热系统设计,能对温度进行实时的测量和控制 ,可以通过按键的方式来选择功能模块，利用显示电路来完成显示当前的工作状态和设定的状态。同时通过温度传感器来对当前的温度值进行采集。软件部分采用了模块化的设计思想,程序结构清晰、指令简洁。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：传统的分立式温度传感器，模拟集成温度传感器，智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20的结构特征及控制方法，并对以此传感器、89C51单片机为控制器构成的温度测量装置的工作原理及程序设计作了详细的介绍。该装置适用于人民的日常生活和工、农业生产用于温度测量。1.4 智能加热系统的任务分析本次毕业设计的主要任务是以单片机作为控制核心，配以DS18B20构成的智能温度测量装置及其他集成电路，加上精心对软件设计，实现了仪表智能化。对0100范围内的各种电加热炉的温度进行精密测量并能实现实时控制，同时， LED显示器直接跟踪显示被控对象的温度值，准确度高，显示清晰，稳定可靠，使用方便，整个系统的核心是进行温度监控与温度传感器，完成了课题所有要求。针对设计任务,可以分析得到:本次毕业设计是软硬件相结合进行设计,温度的测量和控制是系统设计的核心.基于以上分析,首先必须各个硬件环节的实现原理 ,了解电路涉及的各个元件的动静态特性和使用方法.同时,对编程语言的编程方法有比较全面的了解.1.5 本文结构本论文共分五章,全面系统地介绍全自动加热热水器的设计思路原理.第1章扼要介绍了单片机的发展趋势.并且对本次毕业设计的任务进行了总体分析。第2章针对该课题的测量和控制部分进行了分析和总体方案设计。第3章详细阐述了智能加热装置系统的硬件设计,包括传感器的选择,采集电路,显示电路等设计。第4章介绍了智能加热装置系统的软件设计,包括监控主程序,定时中断服务子程序,控制子程序等的设计。第5章针对硬件调试、软件调试和整机连调的结果进行了具体的分析,并对调试的故障和原因进行了分析。最后,简单介绍了本次毕业设计的结论,对本课题可以完善的地方进行了说明。41第2章 方案论证2.1 题目分析本次毕业设计的题目是基于单片机的温度控制系统的设计与实现。该系统的功能是对温度进行数据采集、显示；通过软件对温度进行设置控制加热装置系统的温度；对智能加热系统温度数据进行实时测量显示。设计中需要使用温度传感器实现温度采集，然后用单片机进行数据处理，再由单片机发出一系列运行指令去控制继电器的工作状态，同时，加热器可在单片机的控制下对温度进行调节，达到设定的温度。这样就实现了智能加热系统的基本功能。要求： 1、学习单片机的有关知识，包括汇编语言。2、握单片机的温度控制原理，设计以单片机为主的温度控制电路。3、编写软件。4、硬件电路制作。5、软件硬件调试。2.2 方案论证基于单片机的温度控制系统的设计电路由以下几部分构成：温度测量部分、数据处理及指令执行部分和扩展电路部分。 首先，温度测量部分由DS18B20温度传感器进行温度测量。温度数字信号输入到单片机，再由单片机内部的软件程序完成与所设定温度值的比较与一系列的指令执行功能：当温度低于设定温度时，调整加热器加热个数。通过单片机内部的程序可将设定的温度和当时的环境温度送到LED显示器进行分时显示。单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍的进行的，在此电路中采用了有石英晶体震荡器和微调电容构成的稳定的自激震荡器提供了单片机内部的时钟频率。这样一个完整的基于单片机的温度控制系统的电路基本完成了。系统整体方框图如图2-1所示：温度传感器89C51单片机74hc245驱动LED加热器驱动电路路74hc245驱动LED图2-1系统整体方框图2.2.1 温度传感器温度是反映物体分子热运动的一个物理参数，它是表征物体冷热程度的物理量，物体的温度测量只能通过物体的某些物理特征随温度的变化进行间接测量。用于测温的物体其物理性质应该是温度的单值，连续函数，而且重复性要好。将被测的某一物理量（信号）按一定规律转换成与其相对应的另一种（或同一种）物理量（或信号）的输出装置称为传感器。目前一般对传感器的理解往往是指非电物理量与电量的转换，即传感器是将被测的非电物理量转换成与之对应的、易于精确处理的电量或电参量输出的一种装置。本设计中，需要一种随温度变化的同时其输出量也随之变化的传感器。而一切随温度变化而物体性质亦发生变化的物质则均可作为温度传感器。本设计中的温度采集电路中的传感器采用低温传感器DS18B20。DS18B20 数字温度传感器,该产品采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。技术性能描述1独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。2测温范围 55125，固有测温分辨率0.5。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温3工作电源: 35V/DC4在使用中不需要任何外围元件测量结果以912位数字量方式串行传送PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。该系统根据待检测温度点的分布的特点和要求选用DS18B20作为温度传感器。 2.2.2 显示部分 在电子设备中，常常需要显示数码，所以，数码显示电路是一个用途极广的电路。数码显示电路主要由译码器和显示器两部分组成。 在设计中用LED数码管进行对温度的显示。LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。 LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或+5V）；每位的段选线（adp）分别与一个8位的锁存器输出相连。所以称为静态显示。各个LED显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。也正因为如此，静态显示器的亮度都比较高，很容易做到显示不闪烁。而且各位可独立显示只要早某一位的段选线上保持段码电平，它就能保持相应的显示字符。由于各位分别由一个8位输出口控制段码电平，故在同一时间里，每一位显示的字符可以各不相同。另外，静态显示的优点是CPU不必频繁的为显示服务，因而主程序可不必扫描显示器，软件设计比较简单，从而单片机有更多的时间处理其他事物。在多位LED显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，由一个8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极分别由相应的I/O线控制，实现各位的分时选通。一个3位的7段LED动态显示器，段选线占用一个8位I/O口，而位选线占用一个4位I/O口。由于各位的段选线并联，段码的输出对各位来说都是相同的。因此，同一时刻，如果各位的位选线都处于选通状态的话，3为LED将显示相同的字符。若要各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其它各位的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字符的段码。这样同一时刻，四位LED中只有选通的那一位显示出字符，而其它三位则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让下一为位的位选线处于选通状态，而其它各位的位选线处于关闭状态，同时，在段选线上输出相应位将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应字符，而其它各位则是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符，虽然这些字符是在不同时刻出现的，而且同一时刻，只有一位显示，其它各位熄灭，但由于LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每一位显示间隔足够短，则可造成多位同时亮的假象，达到同时显示的目的。了解了以上两种显示方式，就可以根据具体电路设计选择合适的显示方式了，这个单片机的温度控制的设计与实现电路采用三位数码管显示，显示位数少，其次考虑到具体要求和静态显示和动态显示各自的特点，选择了动态显示方式。再有，考虑到TTL门的灌电流大于拉电流，为了LED数码管的显示亮度大一些，此设计选择了共阳极LED数码管进行显示。2.2.3 控制部分控制部分分两部分，首先是对加热控制，这部分这里采用固态继电器SSR，它是近年来发展起来的一种新型电子继电器。其输入控制电流小，它还可以加上简单的辅助电路就可直接驱动，因此适宜于在微机控制系统中作为输出通道的控制元件，它与普通的电磁式继电器相比，具有无机械噪音，无抖动和回跳，开关速度快、体积小、重量轻、寿命长、工作可靠等特点，而且耐冲击、抗潮湿、抗腐蚀。因此，在微机测控等领域中，可逐渐取代传统的电磁式继电器和磁力开关，作为开关量输出控制元件。其次是对温度进行设定控制，这里用两个按钮开关分别对温度的十位和百位进行设定控制，通过LED可以看到对温度的设定。第3章 系统电路的设计3.1元器件的详细介绍3.1.1单片机的硬件介绍MCS-51单片机的片内结构如图4-1所示。MCS-51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能来分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。它们都是通过片内单一总线连接而成（见图3-1），其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFRSpecial Function Register）的集中控制方式 ROMRAMP0P2P3中断系统P1串行口定时/计数器特殊功能寄存器B微处理器 图3-1 单片机片内结构示意图单片机是在一块硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器(RAM,ROM,EPROM)和各种输入、输出接口(定时器/计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器以及脉冲调制器PWM等)，这样一块芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。单片机主要应用于测控领域，用以实现各种测试和控制功能，为了强调其控制属性，在国际上，一般把单片机称为微控制器MCU（Micro Controller Unit）。而在我国则比较习惯于使用“单片机”这一名称。 有8位、16位甚至32位机，但8位单片机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占着主导地位。而INTEL公司凭着他们雄厚的技术，性能优秀的机型和良好的基础，目前仍是单片机的主流产品。只不过是九十年代中期，INTEL公司忙着开发他们个人电脑微处理器，已没有足够的精力继续发展自己创导的单片机技术，而由PHILIPS等公司继续发展C51系列单片机。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。8051是MCS-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的中央处理器，包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4kB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可引脚和指令兼容的新产品。从而容易使产品形成系列化。由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给应用提供了极大的便利。MCS-51的指令系统近乎完善，指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说，是相当灵活和方便的。MCS-51单片机的工作频率为2-12MHz，当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块心片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。MCS-51的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，介绍其功能特性书籍和开发软件随处可取，只需配备一台PC（个人电脑对电脑的配置基本上无要求），一台仿真编程器即可实现产品开发，早期的开发软件多使用DOS版本，随着Windows视窗软件的普及，现在几乎都使用Windows版本，并且软件种类繁多，琳琅满目，在众多的单片机品种中，C51的环境资源是最丰富的，这给C51用户带来极大的便利。3.1.2 89C51单片机的引脚图及引脚功能由于89C51和8051在主要技术上的一直性和使用的兼容性，这里着重介绍8051。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。1. 中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。2. 数据存储器(RAM)：8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。3. 程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。4. 定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。5. 并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。6. 全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。7. 中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。8. 时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。在MCS-51单片机内，有一个8位CPU，4K或8K字节的程序存储器，128字节的数据存储器21个特殊功能存储器，四个并行I/O口，一个全双工串行口，两个16位定时器/计数器，5个中断源，一个片内振荡器和一个时钟电路。对于MCS-51系列中不同型号的单片机，其内存配置有所不同，详见表3-1。表3-1 MCS-51内存配置芯片种类ROMEPROMRAM51803112880514K12887514K128528032256按HMOS工艺做出的MCS-51单片机用40脚双列直插(DIP)方式封装，按CHMOS工艺制造的80C51/80C31有时还使用方形封装，它们的引脚情况见3-1所示，用方形封装的MCS-51单片机有44个引脚。引脚功能：（1）主电源引脚VCC和VSSVCC（40脚）：接正5V电源VSS（20脚）：接地（2）时钟电路引脚XLAT1和XLAT2XLAT1（19脚）：接外部晶体的一端，在片内是内部振荡器的反相放大器的输入端。在使用外部时钟工作时，此脚接地。XLAT2（18脚）：振荡器以内部方式工作时，此脚接晶振的另一端，用外部时钟工作时，此脚为外部振荡信号的输入端。（3）控制信号引脚RST/VPD、ALE、PSEN及EARST/VPD（9脚）：此引脚用于单片机的上电复位或掉电保护。在此脚与VCC之间加一个20F的电容并通过10K的下拉电阻接地，即可做到上电复位。若在单片机工作时复位，此脚须加持续时间为两个机器周期（24个时钟周期）的高电平。在VSS掉电期间，此引脚可接入备用电源，以保护内部RAM的信息。当Vcc下降到低于规定的电压，且VPD接入备用电源时，VPD即可向内部RAM供电。ALE（30脚）：ALE为地址锁存允许信号。在访问片外存储器时，ALE用于锁存出现在P0口的低入位地址信号。在不作外部RAM读/写操作时，ALE可用于定时。对于EPROM型单片机，在进行EPROM编程时，此脚用于输入编程脉冲。PSEN（29脚）：在访问片外程序存储器时，该脚输出负脉冲作为程序存储器的读选通信号。CPU在向片外程序存储器读取指令期间，PSEN信号在每个机器周期两次有效。在访问外部数据存储器时，PSEN信号将不再出现。EA（31脚）：对于内部有程序存储器的机型，EA应接低电平。当EA为低电平时，单片机访问片内程序存储器（低4KB地址）。若超出4KB地址时，单片机自动转去执行外部程序存储器中的程序。（4）输入/输出引脚P0、P1、P2P0.0P0.7（3239脚）：P0.0P0.7统称为P0口。在访问外部存储器时，为地址/数据复用口。它分时提供低8为地址线和8为双向数据总线。在EPROM编程时，从P0口输入指令字节，在检验程序时，则输出指令字节。P0口可以驱动8个TTL电路。P1.0P1.7（18脚）：P1.0P1.7统称为P1口。对EPROM编程和进行程序验证时，P1口接低8为地址。在8051/8052之中，P1.0相当于定时器2的计数触发输入端，P1.1相当于定时器2的外部控制端。P1口可以驱动4个TTL电路。P2.0P2.7（2128脚）：P2.0P2.7统称为P2口。在访问外部存储器时，P2口负责输出高8位地址。在对EPROM编程和进行程序验证时，P2口接收输入的高8位地址。P2口可以驱动4个TTL电路。P3.0P3.7（1017脚）：P3.0P3.7统称为P3口。P3口为双功能口，她可以作为一般的双向口，也可以将每一位用于第二功能。P3.0为RXD串行口输入P3.1为TXD串行口输出P3.2为INT0外部中断0输入端P3.3为INT1外部中断1输入端P3.4为T0定时器0外部输入端P3.5为T1定时器1外部输入端P3.6为WR外部数据存储器写选通控制输出端P3.7为RD外部数据存储器读选通控制输出端3.2 时钟电路的设计时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍的工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机的系统稳定性。时钟方式有两种，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。在此次设计中采用内部时钟方式。MCS-51单片机内部有一个用于构成震荡器的高增益反向放大器,该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体震荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激震荡器，图为MCS-51单片机内部时钟方式的震荡器电路。 除使用晶体震荡器外，如对时钟频率要求不高，还可以用陶瓷谐振器来代替。电路中的电容C1和C2的值经计算分别为30pF。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的震荡频率的范围通常是在1.2MHz12MHz之间。晶体的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。但反过来运行越快对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高，即要求线间的寄生电容要小；晶体和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好的保证震荡器稳定、可靠地工作。为了提高温度稳定性，应采用温度稳定性能好的NPO高频电容。 MCS-51单片机常选择震荡频率6MHz或12MHz的石英晶体。随着集成电路制造工艺技术的发展，单片机的时钟频率也在逐步提高，现在的高速单片机芯片的时钟频率已达到40 MHz，在这里选择了12MHz的石英晶体。时钟电路如3-3所示：80c51 XTAL2C2 C1 XTAL1 图3-3时钟电路3.3 复位电路的设计 MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。这里采用上电自动复位电路。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要VCC的上升时间不超过1ms ，就可以实现自动上电复位。当时钟频率选用12MHz时，C取10F，RS约为1K，RK约为8.2K。复位部分电路如图3-4所示： 80C511RSTR+5VC图3-4 上电复位电路3.4显示电路的设计本次设计要求，不管电饭锅加热系统是否处于正常状态，都要实时显示油温，以便用户了解目前的温度信息。常用的LED段显示器有7段（或8段，8段比7段多了一个小数点“dp”段）和“米”字段之分。这种显示器有共阳极和共阴极两种。这里使用共阳极LED显示器，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相对应的段被显示。使用LED显示器时，为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，因此这些代码是通过各段的亮与灭来为显示不同字型的，因此称之为段码。7段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段。因此提供给LED显示器的段码正好一个字节。各段与字节中各位的对应关系如表3-2所示：表3-2 LED显示器各段与字节中各位的对应关系代码位D7D6D5D4D3D2D1D 0显示段dpgFedcba 这样LED亮。当74HC245总线驱动端口输出为高电平时，输出为5V，则流经LED的电流为0，LED不发光。由N个LED显示块可拼接成N位LED显示器。N个LED显示块有N根位选线。根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法也各不相同。段选线控制显示字符的字型，而位选线为各个LED显示块的公共端，它控制LED显示位的亮、暗。在这次设计中的显示部分电路图如图3-7所示:图3-7显示部分电路图3.5 控制电路的设计对设定温度修改的两个按钮设计十分简单，电路图如下，两个按钮开关和单片机相连就可分别对温度的十位和百位进行设定控制。图3-8 按钮电路 设计的控制部分采用固态继电器，固态继电器是一种四端器件，两端输入、两端输出。它们之间用光电耦合器隔离。一般在驱动大型设备时，往往利用继电器作为测控系统输出到输出驱动级之间的第一级执行机构，通过继电口输出，可完成从低压直流到高压交流的过度。固态继电器的输入功率小、可靠性高、电磁噪声低、能承受的浪涌电流大、对电源电压适应能力强、抗干扰能力强。图3-10固态继电器电路图3.6驱动电路的设计单片机的端口的驱动能力是极其有限的，所以通常要加入驱动电路。为了便于驱动各种类型的负载，驱动电路是输出电路的一个重要组成部分。在本设计中开始的方案是选用ULN2003A作为驱动部分。ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成，具有同时驱动7组负载的能力，为单片双极型大功率高速集成电路。信号由单片机输出后，经过反向后，由ULN2003A的1脚输入，然后处理过的信号再由16脚输出，输出的信号在传入到后面的电路中，在电路中的ULN2003A的作用实质上相当于一个晶体三极管的作用，它可将信号放大以便于驱动电路中的负载。但是由于后来的种种原因，还是用晶体三极管来驱动电路中的负载。图3-11 驱动电路第4章 系统软件的设计4.1 总体软件的设计在基于单片机的温度控制系统的软件设计中，经过外部的温度采集的结果传入单片机,经过单片机内部对数据进行处理后,才由单片机发出各个执行指令,如:显示、控温等功能。其总体流程图如图4-1所示：图4-1总体流程图4.2 显示子程序设计在显示部分的设计中，四位 7段LED显示器采用动态扫描方式，共阳极接法。段选线占用一个8位I/O口，而位选线占用2位I/O口。显示部分的子程序流程图如图4-2所示：开始4位LED字节地址分配4位LED控制码置串行通讯方式0依次扫描LED各段依次读出LED1-2字型码数据字型码有效否？置该LED位地址为1串行输出各LED数码值置该LED位地址为0NY图4-2 LED显示程序流程图结束4.3数据处理程序设计进行数据处理采用的算法（以温度为例说明）：实际想表示的温度值是099，最大值99对应的是+5V的电压，用b来表示每伏代表的温度值，则每伏电压对应的温度值为：b=99/5 (/V)，用D来表示所输出的数字量,则经过单片机处理后的温度值Y应为bD，之后再把Y通过LCD显示程序显示出来就为实际测量的温度值。在这里，直接以0255来输入，将其送入显示。数据处理子程序的流程图如图4-4所示。二进制数左移十进制调整存显示单元中返回乘积低四位存到R7中乘以转换系数乘积高四位存到R6中采集数据存寄存器中开始图4-4 数据处理子程序流程图表4-1列出了部分温度转换的关系。表4-1 温度转换关系温度数字量输出（二进制）数字量输出（十六进制）+100 11000100 0C4H +80 10011100 9CH +50 01100010 62H+20 00100111 27H+5 00001001 09H0 00000000 0第5章 调试与分析5.1 调试系统简介随着微型计算机技术的发展，特别是单片机在各行各业的广泛应用，目前在各类高等院校中已有很多专业将单片微型计算机作为微机原理课程的教学对象，因此，各高校实验室都急需一种兼具介绍微机的基本组成，工作原理，接口技术和汇编语言程序设计方法于一体的综合实验仪器。另外，广大的科研开发人员面对越来越多的单片机科研开发项目，同样迫切需要一种既可用于学习实验，又可作为开发工具使用的多种功能于一体的机器。本系实验室配备了LJD-2008+实验箱和伟福仿真器，来完成软件调试及软硬件联调。5.2 硬件调试 硬件调试工作的主要任务是排除故障，其中主要包括解决设计上的缺陷和焊接工艺上的工艺性故障（例如虚焊，短路等）。在焊接硬件电路之前，必须要反复验证此系统的硬件电路的可行性问题，确定无误后，方可进行焊接工作。这里需要注意的是在焊接硬件前，要充分做好电路的排版工作，防止在焊接电路时出现面包板不够用或不宜走线的情况。在硬件焊接的过程中，考虑到整个电路的焊点多而且有很多焊点的位置密集的情况，于是在硬件焊接时，将电路分成几个紧凑的小模块。每当焊接完一个模块，就用万用表对焊点的焊接质量进行检测，确保该连接的地方要连接上，杜绝虚焊现象的发生。5.3软件调试 程序（除报警部分）编写完后，对源程序进行汇编，寻找语法上的错误。编译无误后，对程序进行单步调试，观察仿真器窗口，看输出结果是否为设计时想要的结果，是否符合理论值。如果不符合，观察是在什么地方发生了错误，并及时进行改正。最后得到正确的程序。其中显示部分在程序编译时没有错误，但显示却是乱码。查看BCD码译成段码部分后发现BCD码没有译成段码就送显了，这必然导致错误的显示，经调整后显示正确。结论毕业设计的完成无疑是对四年的专业学习的一个总结。从刚开始时对毕业设计没有头绪到有了一个初步的设计方案，而后，又在指导老师的帮助指导下，对初步方案的具体设计和功能扩展都是将四年来所学的专业知识与实际相结合的过程。在做设计时，也学会了面对一个题目，然后产生一个初步设计思想，然后再发现问题，解决问题，如何完善设计思想。这个过程也是将来毕业后，参加工作的一次实战演习。在其中也得到了很好的锻炼，对专业知识有了深入的学习和理解，可以把这些运用到实际中去，而这也正是学习的主旨。本次设计通过DS18B20温度传感器测量温度,温度信号数据在输入单片机后进行与在控温范围内自行设定温度比较和一系列的指令操作。而当温度超过系统设定的极限温度时，停止加热。电路用四位十进制数码管实时显示温度，本设计系统基本完成了毕业设计的要求。但由于本人实际设计经验不足和能力有限等原因，这个系统做得还有一些缺点和不足，有需要完善的地方。致 谢 四个月的毕业设计虽然短暂，但在这个过程，是四年来的生活中，最让人难忘的。其中，有喜悦也有悲伤。从刚拿到毕业设计题目时的茫然，到有了一点点的头绪，每一个小小的进步都会有说不出的高兴。然后，发现问题，遇到困难又会陷入难过，在老师的帮助下解决问题后又会兴奋不已。短短的四个月似乎又由于它发生的故事太多而显得那么漫长，让人终身难忘。 在做毕业设计的过程中，在自己不断努力学习的同时，更少不了老师的帮助和指导。在这里，要特别感谢曾*老师，感谢曾老师在遇到困难时的帮助指导和在整个设计过程中的鼓励，帮助和支持。同时，在这里还要感谢身边一些同学的帮助。参考文献1张毅刚等.MCS-51 单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社.1997.122赵茂泰主编. 智能仪器原理及应用.电子工业出版社.1999.33贾伯年，俞朴主编.传感器技术.东南大学出版社.2000.84谢自美编著.电子线路设计、实验、测试.武汉：华中理工大学出版社.1994.3 5 薛弘晖.计算机控制技术.西安电子科技大学出版社，2003：133-1346 何立民. 单片机应用技术选编. 北京：北京航空航天大学出版社，1993.3，45-767 涂时亮. 单片机软件设计技术. 重庆：科学文献出版社重庆分社，1987.5，23-988 骆德汉. 一种基于DS18B20的温度数据采集系统. 航空计测技术，1995.15（2）9 C. Toumazou , J. B. Hughes , N. C. Battersky . Switched Currents an Analogue Technique for Digital Technology. Peter Peregrinus Ltd , 1993,12-78 10 J. Millman , A. Grabel . Microelectronic (Second Edition). McGraw Hill Inc , 1988,58-69附表1 原理图程序附录：ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP IT0P ORG 001BH AJMP IT1P ORG 0030HMAIN: MOV SP, #70H MOV DPTR, #7D00H; 初始化，A，B口基本输出，C输入 MOV A, #03H; 00000011B送入命令字 MOVX DPTR, A MOV R0, #40H; 显示缓冲区单元起始地址QH: MOV R0, #00H; 显示缓冲区清零 INC R0 CJNE R0, #43H, QH MOV 60H, #3CH MOV 61H, #0B0H MOV 62H, #0EAH MOV 63H, #84H; 定时器赋初值 MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MOV TH1, #0EAH MOV TL1, #84H MOV TMOD, #11H; CLR ES CLR EX1 CLR EX0 SETB ET1 ; 允许定时器1和2中断 SETB ET0 SETB EA ; CPU开中断 SETB P1.0 SE