论文《新生儿保温箱监控系统的设计》 - 副本

1、北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计（论文）北京理工大学继续教育暨现代远程教育学院北京理工大学继续教育暨现代远程教育学院毕业设计(论文)类类别别：专升本专专 业业：机械电子工程班班 级级：唐山学院姓姓 名名：毕业设计题目毕业设计题目： 新生儿保温箱监控系统的设计 指导教师姓名指导教师姓名： 何永熹北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计（论文）摘摘 要要新生儿的各种生理功能尚未成熟体温调节功能尚不完善，因此，最好使婴儿处于“中性温度 ”的环境中， “中性温度 ”指能维持正常体温及皮肤温度的最适宜的环境温度，在此温度下，身体耗氧量最少，蒸发散热量最少，新陈代谢最低。婴儿保温箱以科学的

2、方法为新生儿创造一个最适宜的舒适环境，保障婴儿正常发育成长。本论文设计是基于单片机技术的婴儿保温箱温度监控系统的设计，主要利用了最实用的单片机技术设计而成，应用性和实际操作性以及可行性都比较强。设计后的系统具有操作方便，控制灵活，实用性强等显著优点。本设计系统包括温度传感器 /、A/D 转换模块 ，键盘控制模块，温度显示模块和温度调节驱动电路五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍，整个系统的核心是进行温度监控。关关键键词词： 单片机； A/D 转换模块；温度显示模块；温度调节驱动电路北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计（论文）目目 录录前 言 .I1 系统硬件配置.11.1

3、 AT89C52 单片机的介绍.11.2 温度传感器 DS1820 .62 硬件电路的设计 .122.1 电源及看门狗电路.122.2 键盘电路.162.3 LED 显示电路.173 温度监控系统.213.1 温度监控系统的描述.213.2 温度监控系统结构图及总述.234 系统软件设计.254.1 键盘子程序的设计.254.2 显示子程序的设计.264.3 PID 数字控制程序设计.265 电路原理图的设计.28结论 .30致谢 .31参考文献 .32附录一 .33附录二 .36附录三 .37北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)I前前 言言随在工、农业生产和日常生活中，对温在

4、人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自 18 世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎%80 的工业部门都不得不考虑着温度的因素。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用

5、单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。本课题研究的内容是新生儿保温箱监控系统的设计，新生儿的体温调节功能尚不完善 ,对新生儿特别是极低体重婴儿进行有效护理的最重要措施之一是保持一个最适宜的环境 .现代生物医学大量资料证明 ,可以配备一个温暖的环境 ,降低直接或间接寒冷应激反应引起新生儿的发病率和死亡率,从而有效地保障新生儿的正常成长。本系统将温度控制在2736 度，并可以调节。 温度传感器和AT89C52 单片机中的构成输入通道， 用于采集保温箱内的温度信号。温度传感器输出电压经过 A/D 转换后的数字

6、量与保温箱内的温度给定值数字化后进行比较，即可得到实际温度和给定温度的偏差。保温箱内的温度设定值通过键盘驱动AT89C52 单片机中程序设定。 AT89C52 单片机构成的 数字控制器进行比较运算，经过比较后输出控制量控制由加热和降温电路构成的温度调节电路对保温箱中的温度进行调节。显示电路随时显示保温箱中的温度。文中传感器理论单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热敏电阻作为热敏传感器探测环境温度的过程，以及实现热电转换的原理过程。北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)01 1 系系统统硬硬件件介介绍绍1 1. .1 1 A AT T8 89 9C C5 52 2 单单片片机机

7、的的介介绍绍AT89C52 是 51 系列单片机的一个型号，它是ATMEL 公司生产的 。AT89C52是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器 (RAM)，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元， AT89C52 单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和

8、 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。图 11 AT89C52 引脚图AT89C52 有 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（I/O）端口，同时内含2 个外中断口， 3 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2 个读写口线， AT89C52 可以按照常规方法进行编程 ,但不可以在线编程 (S 系列的才北京理工大学现代远程（继续）教育学

9、院毕业设计(论文)1支持在线编程 )。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。AT89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。1 1. .1 1. .1 1 主主要要功功能能特特性性： 兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写 (1000 次）Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断 时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源

10、2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 AT89C52 各引脚功能及管脚电压 :AT89C52 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器，采用工业标准的C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据 RAM 及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板 CPU 通信等。主要管脚有： XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接

11、电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和 VSS（20 脚）为供电端口，分别接 +5V 电源的正负端。 P0P3 为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中， P0 端口（3239 脚）被定义为 N1 功能控制端口，分别与 N1 的相应功能管脚相连接， 13 脚定义为 IR 输入端，10 脚和 11 脚定义为 I2C 总线控制端口，分别连接 N1 的 SDAS（18 脚）和SCLS（19 脚）端口， 12 脚、27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板 CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路

12、型双向 I/O 口， 也即地址 /数据总线复用口。 P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 P1.0 和 P1.1 还可分北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)2别作为定时 /计数器 2 的外部计数输入（ P1.0/T2）和输入（ P1.1/T2EX） ，参见表 1。Flash 编程和程序校验期间， P1 接收低 8 位地址。 P1.0 和 P1.1 的第二功能 如表 11。表 11 P1.0 和 P1.1 的第二功能引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数

13、器 2）P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能 如表 12。P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。表 12 P3 口的第二功能 表端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口 )P3.1TXD（串行输

14、出口）P3.2E Er rr ro or r! !（外中断 0）P3.3E Er rr ro or r! !（外中断 1）P3.4T0 （定时/计数器 0）P3.5T1 （定时/计数器 1）P3.6E Er rr ro or r! !（外部数 据存储器 E Er rr ro or r! !（外部数据存储器写选通）P3.7E Er rr ro or r! !（外部数据存储器读选通）北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)3RST：复位输入。ALE/PROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。对 Flash 存储器编程期间

15、，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG） 。PSEN：程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号 。EA/VPP：外部访问允许。 Flash 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压 Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。1 1. .1 1. .2 2 特特殊殊功功能能：在 AT89C52 片内存储器中， 80H-FFH 共 128 个单元为特殊功能寄存器(SFR)，并非所有的地址都被定义，从80H-FFH 共 128 个字节只有一部分被定义，还有相当一部

16、分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。AT89C52 除了有 AT89C51 所有的定时 /计数器 0 和定时/计数器 1 外，还增加了一个定时 /计数器 2。定时/计数器 2 的控制和状态位位于T2CON、T2MOD，寄存器对 (RCAP2H、RCAP2L)是定时器 2 在 16 位捕获方式或16 位自动重装载方式下的捕获 /自动重装载寄存器。1 1. .1 1. .3 3 数数据据存存储储：AT89C52 有 256 个字节的内部 RAM，80H-FFH 高 128 个字节与特殊功能寄存器(SFR)地址是重叠的，也就是高 128 字节的 RA

17、M 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问 7FH 以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128 字节 RAM 还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器0A0H(即 P2 口)地址单元。MOV 0A0H，#data北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)4间接寻址指令访问高 128 字节 RAM，例如，下面的间接寻址指令中， R0 的内容为 0A0H，则访问数据字节地址为 0A0H，而不是 P2 口(0A0H)。MOV R0，#data堆栈操作

18、也是间接寻址方式，所以，高128 位数据 RAM 亦可作为堆栈区使用。定时器 0 和定时器 1:AT89C52 的定时器 0 和定时器 1 的工作方式与AT89C51 相同。1 1. .1 1. .4 4 中中断断：AT89C52 共有 6 个中断向量 :两个外中断 (INT0 和 INT1)，3 个定时器中断(定时器 0、1、2)和 AT89C52 共有 6 个中断向量 :两个外中断 (INT0 和INT1)，3 个定时器中断 (定时器 0、1、2)和串行口中断。所有这些中断源可通过分别设置专用寄存器 IE 的置位或清 0 来控制每一个中断的允许或禁止。IE 也有一个总禁止位 EA，它能控制

19、所有中断的允许或禁止。定时器 2 的中断是由 T2CON 中的 TF2 和 EXF2 逻辑或产生的，当转向中断服务程序时，这些标志位不能被硬件清除，事实上，服务程序需确定是TF2 或 EXF2 产生中断，而由软件清除中断标志位。定时器0 和定时器 1 的标志位 TF0 和 TF1 在定时器溢出那个机器周期的S5P2 状态置位，而会在下一个机器周期才查询到该中断标志。然而，定时器2 的标志位 TF2 在定时器溢出的那个机器周期的 S2P2 状态置位，并在同一个机器周期内查询到该标志。1 1. .1 1. .5 5 节节电电模模式式：在空闲工作模式状态， CPU 自身处于睡眠状态而所有片内的外设仍

20、保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，同时将片内RAM 和所有特殊功能寄存器的内容冻结。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲状态只需两个机器周期有效复位信号，在此状态下，片内硬件禁止访问内部 RAM，但可以访问端口引脚，当用复位终止空闲方式时，为避免可能对端口产生意外写入，激活空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)51 1. .1 1. .6 6 掉掉电电模模式式：在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内 RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模

21、式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器，但不改变 RAM 中的内容，在 Vcc 恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。1 1. .1 1. .7 7 编编程程方方法法：AT89C52 编程方法如下 :1). 在地址线上加上要编程单元的地址信号。2). 在数据线上加上要写入的数据字节。3). 激活相应的控制信号。4). 在高电压编程方式时，将 EA/Vpp 端加上+12V 编程电压。5). 每对 Flash 存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个 ALE/PROG 编程脉冲。每个字节写入周期是自身定

22、时的，通常约为1.5ms。重复 1-5 步骤，改变编程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束。1 1. .2 2 温温度度传传感感器器 D DS S1 18 82 20 01 1. .2 2. .1 1 D DS S1 18 82 20 0 概概述述美国 DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器DS1820 是世界上第一片支持“一线总线 ”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的健全引入全新概念。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需

23、要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一半监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量的精度。因此，北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)6在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案。新型温度传感器DS1820 体积更小，精度更高，在实际应用中取得了良好的测温效果。DS1820 是美国 DALLAS 公司生产的单线数字温度传感器 ,它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等优点 , 支持一线总线

24、接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C 范围内,精度为0.5C。DS1822 的精度较差为 2C 。特别适合于构成多点温度测控系统 , 可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理 , 而且每片 DS1820 都有唯一的产品号并可存入其 ROM 中 , 以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个 DS1820 芯片 。从 DS1820 读出或写入 DS1820 信息仅需要一根口线 ,其读写及温度变换功率来源于数据总线 , 该总线本身也可以向所挂接的 DS1820 供电 , 而无需额处电源。 DS1820 能提供九位温度读数 ,它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。

25、每一个 DSl820 包括一个唯一的 64 位长的序号该序号值存放在DSl820 内部的 ROM(只读存贮器 )中，开始 8 位是产品类型编码 (DSl820 编码均为 10H)，接着的 48 位是每个器件唯一的序号，最后8 位是前面 56 位的 CRC(循环冗余校验)码。DSl820 中还有用于贮存测得的温度值的两个8 位存贮器 RAM 编号为 0 号和 1 号，1 号存贮器存放温度值的符号，如果温度为负，则 1 号存贮器 8 位全为 1，否则全为 0。0 号存贮器用于存放温度值的补码LSB(最低位)的 1 表示 0.5 将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以2 就得到被测温度值 (

26、-550125)。每只 DS1820 都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式，采取数据总线供电方式可以节省一根导线但完成温度测量的时间较长，采取外部供电方式则多用一根导线但测量速度较快。1 1. .2 2. .2 2 D DS S1 18 82 20 0 的的主主要要特特性性 DS1820 有下列主要特性 : 1）只需一根 I/ O 线就能完成通信 ; 2）多个分散的 DS1820 可以共用一线进行通信 ; 3）不需外部元器件 ; 4）可以通过数据线供电 ;北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)7 5）检测温度范围为 - 55 + 125C ,精度在 0. 5

27、 度 ; 6）用 9bit 数字量来表示温度 ; 7）每次将温度转换成数字量需 200ms ; 8）可定义一个不变化的温度设置为报警温度; 9）有 PR35 T 和 SSOP 两种封装型式。1 1. .2 2. .3 3 D DS S1 18 82 20 0 内内部部结结构构 DS1820 内部结构框图如图 12 所示。64bitROM和单线接口电源检测存储器控制逻辑存储器温度传感器高温度触发低温度触发8位CRC触发器图 12 DS1820 内部结构图 由图 12 可知 ,DS1820 由以下几部分组成 : 1）64 位激光只读存贮器。在这里存放着每个 DS1820 的唯一的序号 ,开始 8

28、位是产品类型的编号 (DS1820 为 10H） ,接着是每个器件的唯一的序号 ,共有 48 位 ,最后 8 位是前 56 位的 CRC 校验码这也是多个 DS1820 可以采用一线进行通信的原因。 2）温度传感器。它是将温度转化为数字量的关键部分。 3）DS1820 的存贮器。它由高速存贮器RAM 和 EERAM(高温 TH 和低温TL 报警触发器）组成 ,数据首先写入高速存贮器 RAM 中 ,然后通过复制命令将数据写入 EERAM 中。高速存贮器 RAM 由 8 个字节组成 ,头两个字节存放检测温度的值 ,0 号 (LSB） 为存放温度的值 ,1 号 (MSB） 存放温度值的符号 ,如果温

29、度为负 ,则 1 号存贮器全为 1 ,否则全为 0，这也是可用 9bit 来表示温度的原因。最低位先读出。若LSB 最低位为 1 ,则表示为 0.5 度 ,北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)8求值的方法根据 MSB 中的值将 LSB 中的二进制数求补再转换成十进制数除以 2 即得被测温度的值。表 2 是温度和数字量的关系。第二和第三字节是从TH和 TL 中复制的值 ,当上电被更新 ;接下来两个字节没用 ,若读它应全为 1 ;第六和第七字节为计数寄存器 ;最后一个字节为 CRC 校验。1 1. .2 2. .4 4 D DS S1 18 82 20 0 的的工工作作原原理理 D

30、S1820 的引脚排列如图 13 所示。I/O 位数据输入 /输出端（即单线总线），它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。是可供选用DDU的外部+5V 电源端，不用时需接地。 GND 为地，NC 为空脚。DS18202 3DDUDS182023415678NCNCGNDI/ODDUNCNCNC1GNDI/O图 13 DS1820 的引脚图DS1820 测量温度时使用特有的温度测量技术，其测量温度框图如图1-4所示。内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以冲过门电路，而当达到某一设置高温时，振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为 -55时的值，如果计数

31、器到达 0 之前，门电路未关闭，则温度寄存器的值将增加，这表示当前温度高于 -55。同时，计数器复位在当前温度值上，电路对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。如果门电路仍然关闭，则重复以上过程。温度表示值为9bit，高位为符号位。低温度系数振荡器高温度系数振荡器预置计数器=0计数器=0预置比较温度寄存器斜率累加器加1停止图 14 DS1820 测温原理框图1 1. .2 2. .5 5 D DS S1 18 82 20 0 使使用用中中注注意意事事项项北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)9DS1820 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优

32、点，但在实际应用中也应注意以下几方 面的问题： 1）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820 与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C 等高级语言进行系统程序设计时，对 DS1820 操作部分最好采用汇编语言实现。 2）在 DS1820 的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820 数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂 DS1820 超过 8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 3）

33、连接 DS1820 的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS1820 进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。4）在 DS1820 测温程序设计中， 向 DS1820 发出温度转换命令后，程序 总要等待 DS1820 的返回信号，一旦某 个 DS1820 接触不好或断线，当程序读该DS1820 时，将没有返回信号，

34、程序进 入死循环。这一点在进行 DS1820 硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)102 2 硬硬件件电电路路的的设设计计2 2. .1 1 电电源源及及看看门门狗狗电电路路电源部分由 9/12V 直流电源适配器和 7805 组成，输出 5V 标准电压，为单片机及其他芯片供电。三端稳压器件 78xx/79xx 系列三端稳压器件是最常用的线性降压型 DC/DC 转换器， 78xx/79 系列简单易用、价格低廉，直到今天还在大多电路中采用。 如 7805，7806，7809，7812，7815，7824，（79）。78xx/79xx 系列在降

35、压电路中应注意以下事项： 1、输入输出压差不能太大 ,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏；2、输出电流不能太大， 1.5A 是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿；3、输入输出压差也不能太小 ,大小效率很差。 北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)11图 21 7805 引脚图7805 三端稳压集成电路，电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的 78 系列和负电压输出的 79系列。顾名思义，三端 IC 是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管， TO- 220 的标准封装，

36、也有 9013 样子的 TO-92封装。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。7805 三端稳压 IC 内部电路具有过压保护、过流保护、过热保护功能，这使它的性能很稳定。能够实现1A 以上的输出电流。器件具有良好的温度系数，因此产品的应用范围很广泛。可以运用本地调节来消除噪声影响，解决了与单点调节相关的分散问题，输出电压误差精度分为3%和5%。7805 三端稳压 IC 在电路运用中应注意以下事项 :输入输出压差不能太大 ,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏。最高输入电压不能超过35 伏; 输出电流不能太大， 1.5A 是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则

37、会导致高温保护或热击穿 ; 输入输出压差也不能太小 ,低于 2 伏稳压效率急速下降。 7805 集成稳压器 组成的的电源电路如下图所示，这是一个输出正 5V 直流电压的稳压电源电路。 IC 采用集成稳压器 7805，输入端和输出端 220u 和 0.1u 滤波电容，。当输出电较大时， 7805 应配上散热板。 北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)12图 22 电源部分电路图78*系列的稳压集成块的极限输入电压是36V，最低输入电压比输出电压高 3-4V。还要考虑输出与输入间压差带来的功率损耗，所以一般输入为9-15V 之间。考虑到单片机会受到周围环境的干扰，而出现程序跑飞，死机

38、等一些不可预知的不正常工作现象。工作人员也不可能到现场对单片机重起，本设计为单片机电路添加一个外部看门狗电路。定时查询单片机的工作状态,一但发现异常即对单片机延时重起。保证系统安全可靠的运行。看门狗的介绍：在由单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成各种寄存器和内存的数据混乱，会导致程序指针错误，不在程序区，取出错误的程序指令等，都会陷入死循环，程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续正常工作，会造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果，可能会导致EEPROM 数据混乱， EEPROM 擦写寿命耗尽，部分地址无法写入数据，所以出于对单片机

39、运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片，俗称看门狗(watchdog)。看门狗的应用：看门狗电路的应用，使单片机可以在无人状态下实现连续工作，其工作原理是:看门狗芯片和单片机的一个I/O 引脚相连，该 I/O 引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平（或低电平） ，这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段进入死循环状态时，写看门狗引脚的程序便不能被执行，这个时候，北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)13看门狗电路就会由于得不到单片机送来 的信号，便在它和单片机复位引脚相

40、连的引脚上送出一个复位信号，使单片机 发生复位。即程序从程序存储器的起始位置开始执行，这样便实现了单片机的 自动复位。看门狗的基本原理：看门狗，又叫 watchdog timer，是一个定时器电路，一般有一个输入，叫喂狗(kicking the dog or service the dog），一个输出到 MCU 的 RST 端，MCU 正常工作的时候，每隔一段时间输出一个信号到喂狗端，给 WDT 清零，如果超过规定的时间不喂狗，（一般在程序跑飞时），WDT 定时超过，就会给出一个复位信号到 MCU，使 MCU 复位. 防止 MCU 死机. 看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。工

41、作原理：在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数，如果到了一定的时间还不去清看门狗，那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位，所以在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗。NE56604能为多种微处理器和逻辑系统提供复位信号，其门限电平为4.2V 。在电源突然掉电或电源电压下降到低于门限电平时。NE56604将产生精确的复位信号。 NE56604内置一个看门狗定时器，用于监控微处理器，以确保微处理器的正常运行。看门狗能产生一个系统复位信号用来终止任何由于微处理器故障而引发的不正常的系统操作。 NE56604的看门狗的监控周期为 100mS（典型值）。由单片机的

42、T1定时（小于 100ms）输出脉冲复位看门狗的定时器，一但系统程序出现异常， 超时，未 复位看门狗定时器，看门狗将输出 RESET信号使单片机重新起动。该芯片门限电平为 4.2V。在电源突然掉电或电源电压下降到低于门限电平时，也将产生复位信号，以确保微处理器的正常运行。特性. .正负双逻辑输出的有效复位信号。.精准的门限电平监测。.上电复位内部延时。.可利用外部电阻调节的内部看门狗定时器。.看门狗定时器的监控周期为 100mS 典型值。.VCC=0.8VDC时产生有效的复位信号典型值。北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)14.仅需很少的外围元件。具体电路 图如下：21U16A

43、74HC04D2LEDR7300/RESET8VS7RCT6VCC5CT1RESET2CLK3GND4U2NE56604VCCC110.68R111KRESETTOC31CAPACIT ORS10P-SW 图 23 看门狗电路图北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)152 2. .2 2 键键盘盘电电路路键盘采用行列式和外部中断相结合的方法，各按键的功能定义如下表21.其中 S0S9、YES、NO 用三行四列接单片机 RA 口与 RB 口。其中 S0S9分别对应温度 2736 度，用户按下哪个键系统将把温度保持在设定的温度下。电路图如图 24 所示表 21 各个键功能按键键名功能

44、S0S9数字键设置保温箱温度YES确认键设置温度后进行确认NO清除键用户设定温度错误或误按了YES 键后使用 S3SW-PBS4SW-PBS5SW-PBS6SW-PBS9SW-PBS0SW-PBS1SW-PBS2SW-PBS7SW-PBNOSW-PBS8SW-PBYESSW-PBR25.1KR45.1KR35.1KR55.1K+5图 24 键盘接口电路北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)162 2. .3 3 L LE ED D 显显示示电电路路单片机来连接 LED 显示器的设计常用的有两种方法：一是接并口显示，这种方法占用了大量的单片机端口资源，利用8279 等芯片可以实现动

45、态显示，程序也容易写，在某单片机并口需要连接很多设备的设计种不推荐使用，还有一种是利用单片机串口动态扫描的LED 显示电路。MC14995 功能介绍：该芯片由 16 条引脚，内部结构如图 25：图 25 MC14495 BCD7 段十六进制锁存译码驱动器 由图 25 可见，4 位锁存器对 A、B、C 和 D 端输入的 BCD 码进行锁存。由选通线 LE 控制锁存器，当 LE=0 时，允许输入数据，在 LE=1，锁存输入数据。输入译码电路将输入的 BCD 码：00001001、10101111 译成 7 段a、b、c、d、e、f、g。引脚 h+i 为输入数据值显示端：当输入值大于10 时，h+i

46、=1；输入值小于 10 时，h+i=0。北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)17当输入 ABCD=1111(15)时，UCR=0。驱动器输入 10mA 电流，并有内部输出限流电阻，可直接与显示器相连接，故 LED 不需外加限流电阻。 MC14495 输入、输出及显示字符关系如下表22所示。表 22 MC14495 输入、输出及显示字符关系输入状态输出段选码引脚显示字符D C B Ah+ig f e d c b a0 0 0 000 1 1 1 1 1 100 0 0 100 0 0 0 1 1 010 0 1 001 0 1 1 0 1 120 0 1 101 0 0 1 1

47、1 130 1 0 001 1 0 1 1 0 140 1 0 101 1 1 1 1 0 150 1 1 000 0 0 0 1 1 160 1 1 101 1 1 1 1 1 171 0 0 001 1 0 1 1 1 181 0 0 101 1 1 1 1 0 09设计采用的是共阴极七段数码管。显示方式有动态扫描和静态显示。本文采用是静态扫描方式。即用两块芯片就可以完成显示功能。芯片 MC14495 作为驱动器，对 A、B、C、D 端输入的 BCD 码进行锁存。由选通线控制锁存器，LE=时允许输入数据，=1 时，锁存输入数据，其中 MC14495 输入输出及显LELE示字符如表 2.2

48、所示。而端由 2-4 译码器 FS1944 依次选通。由表 2.2 可LE知当 MC14495 驱动 LED 显示 09 字符时， h+i 端为 0，所以将 h+i 经非门与LED 得 dp 相接，LED 将一直显示小数点。 具体电路图如下图 26 所示：北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)18A0A1S1S2GNDY0Y1Y2Y3R1574LF193abcdegfABCDLER12MC14995abcdegfABCDLER13MC14995abcdegfABCDLER14MC14995h+iABCDLEDS7MC 14995abfcgdeDPYLEDgn1234567abcd

49、efgDS3DPY_7-SEGabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDS4DPY_7-SEGabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDS5DPY_7-SEGabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDS6DPY_7-SEG_DPU3NOTRESETTO图 26 显示电路由上图可见， 4 个 7 段 LED 采用共阴极接法。用 P2 口的低 4 位输出 BCD待显示的数字到 A、B、C、D 公共输入端。由 P2 口高四位 P204P207 控制74LS138 译码器的输出， Y0Y7 分别决定 MC14495 哪一个输入锁存器的 LE 有效。

50、这样由 P2 口一次输出四位代码即可完成一位LED 静态显示。图的软件驱动显示程序如下： P2.7=1 选中 74LS138 译码器有效，由P2.6、P2.5、P2.4 控制 LE 端一次选中 18LED 之一。然后根据表 3-1 由P2.0P2.3 写入 BCD 码，再使 LE 由 01 时锁存该数据并译码，驱动和显示。若使 1 号 LED 显示 0 字符，则 P2 口输出 1000 0000B=80H，用程序实现：北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)19MOV A，80H ；选中 1 号 LED，显示 0 字符MOV P1，A ；输出， Y0=0，ABCD=0000其它位的

51、选择和显示 0F 字符可根据需要按上述规律编写。. .北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)203 3 温温度度监监控控系系统统3 3. .1 1 温温度度控控制制系系统统的的描描述述温度控制系统由被控对象、测量装置、调节器和执行机构等部分构成。被控对象是一个装置或一个过程，它的温度是被控制量。测量装置对被控温度进行测量，并将测量值与给定值比较，若存在偏差便由调节器对偏差信号进行处理，再输送给执行机构来增加或减少供给被控对象的热量，使被控温度调节到整定值。测量装置是温度控制系统的重要部件，包括温度传感器和相应的辅助部分，如放大、变换电路等。测量装置的精度直接影响温度控制系统的精度

52、，因此在高精度温度控制系统中必须采用高精度的温度测量装置。温度控制系统的执行机构大多采用可控热交换器。根据调节器送来的校正后的偏差信号，调节流入热交换器的热载体（液体或气体）的流量，来改变供给（或吸收）被控对象的热量，以达到调节温度的目的。在一些简单的温度控制系统中，也常采用电加热器作为执行机构，对被控对象直接加热。通过调节电压（或电流）的大小可改变供出的热量。图 3-1 温度控制系统框图本文采用典型的反馈式温度控制系统，组成部分见图 32。其中数字控制器的功能由 单片机实现。北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)21图 32 温度控制系统的组成框图保温箱的传递函数为，其中 1为

53、电阻加热的),1/()(1sKesGsLT时间常数，为电阻加热的纯滞后时间，为采样周期。A/D 转换器可划归为零阶保持器内，所以广义对象的传递函数为 （3-1-1） / )1() 1/()(11sTsesKesGs 广义对象的 Z 传递函数为 )/1/ ) 11 (/ )1()11/)(1111zeTeKzsessKeZzGTLTs（3-1-2） 所以系统的闭环 Z 传递函数为 (3-1-3) )1/()1 () 1/(/ )1()(/1TTLsTseezseseZz 系统的数字控制器为)(G/ )()(D)(E/ )(U1zzzzz= LTTeTTTzezeeKeze1/1/1/11/)1

54、(1)1 (/ )1)(1 (（3-1-4） 写成差分方程即为 北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)22)1()1 () 1()(/LkuekuekuTT )1 (/ ) 1()1 ()1 (/ )()1 (1/1/1/TTTTTeKkeeeeKkee（3-1-5） 令 )1 (/ )1 (1/0TTeKea)1 (/)1 (1/1/1TTTeKeea,/1Teb,/21Teb得 （3-1-6） )1() 1() 1()()(2110Lkubkubkeakeaku式中 第次采样时的偏差；)(kek第次采样时的偏差；) 1( ke1k第次的输出函数；) 1( ku1k3 3. .

55、2 2 温温度度监监控控系系统统结结构构图图及及总总述述图 33 中温度传感器和 AT89C52 单片机中构成输入通道， 用于采集保温箱内的温度信号。温度传感器输出电压经过A/D 转换后的数字量与保温箱内的温度给定值数字化后进行比较，即可得到实际温度和给定温度的偏差。由AT89C52 单片机构成的 数字控制器进行比较运算，经过比较后输出控制量控制由加热和降温电路构成的温度调节电路对保温箱中的温度进行调节，将温度保持在一允许的范围内。同时保温箱中的温度在显示电路中随时显示。实现了温度的自动控制。另外用户还可以通过键盘调节保温箱内温度，系统设置十个键分别对应温度 2736 度，用户按下哪个键系统就

56、会将温度保持在设定的那个温度下。其精度 0.5北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)23图 33 温度控制系统结构图北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)244 4 软软件件设设计计4 4. .1 1 键键盘盘子子程程序序的的设设计计如图41所示，列线通过电阻杰 +5V电源，无按键动作时，列线处于高电平。当有键按下时，列线电平状态将由行线电平决定，列线被指令输出为低，则行线电平被拉为低，反之亦然。扫描法确定按键的位置，其原理为：将所有行线输出为零，检查各列线电平有何变化，如果某列有1变0，则可确定此行、此列交叉点处的按键被按下。由此确定按键位置。软件消抖及识别键码流

57、程图如下：图 41 软件消抖及识别键码流程图北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)25软件消抖、按键识别及按键功能程 序见附录一。4 4. .2 2 显显示示子子程程序序的的设设计计显示子程序见附录二。4 4. .3 3 P PI ID D 数数字字控控制制程程序序设设计计1）. PID 数字控制程序流程图如下：北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)26图 42 PID 数字控制程序流程图2）. PID 数字控制程序见附录三。北京理工大学现代远程（继续）教育学院毕业设计(论文)275 5 电电路路原原理理图图的的设设计计电路原理图，请见下页：北京理工大学现代远程（继

58、续）教育学院毕业设计(论文)29R100.2kR1710kQ2C270512J3冷冷冷VCCR90.2kR1610kQ1C2705VCC12J2冷冷冷1234D1IN4007R1T1C50.01uVC7470uVC60.01uVC8220uVR6510DS1冷220V21U16A74HC04D2LEDR7300IN1GND2OUT3U1LM805/RESET8VS7RCT6VCC5CT1RESET2CLK3GND4U2NE56604SSR-40DA+10-111213Q4冷冷冷冷冷SSR-40DA+10-111213Q3冷冷冷冷冷VCCC110.68R111KRESETTOC31CAPACIT

59、ORS10P-SW A0A1S1S2GNDY0Y1Y2Y3R1574LF193abcdegfABCDLER12MC14995abcdegfABCDLER13MC14995abcdegfABCDLER14MC14995h+iABCDLEDS7MC 14995abfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDS3DPY_7-SEGabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDS4DPY_7-SEGabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDS5DPY_7-SEGabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDS6DPY_7-SEG_DPU3NOT

60、S3SW-PBS4SW-PBS5SW-PBS6SW-PBS9SW-PBS0SW-PBS1SW-PBS2SW-PBS7SW-PBNOSW-PBS8SW-PBYESSW-PBR25.1KR45.1KR35.1KR55.1K+5冷冷C930pfC1030pfVCCVCCRA01RA12RA23RA3/VREF+4RA45RA56RE0/WR7RE1/RD8VDD9VSS10RB011RB112RB213RB314RB415RB516RB617RB718XTAL119XTAL220RC021RC122RC223RC324RC425RC526RC627RC728OSC1/CLKIN29RST30RD03