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1、单片机课程设计课题：恒温控制模拟设计系别：电气与电子工程系专业：电气工程及其自动化姓名：学号：指导教师：河南城建学院2011 年1 月 6 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制2 成绩评定一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。二、评分评分项目设计报告评分答辩评分平时表现评分合计（ 100 分）任务完成情况（ 20分）课程设计报告质量（ 40 分）表达情况（ 10分）回
2、答问题情况（ 10分）工作态度与纪律（ 10分）独立工作能力（ 10 分）得分课程设计成绩评定班级姓名学号成绩：分（折合等级）指导教师签字年月日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制1 目录目录 . 11设计目的 . 11.1选题的现状及背景意义 . 11.2 研究内容及创新点. 12 设计要求 . 23 总体设计 . 24 各部分电路设计. 34.1 单片机的选择. 34.2 温度传感器的选择. 34.
3、3 显示模块的选择. 54.4 系统的硬件设计 . 54.4.1电源电路模块 . 54.4.2温度测量模块 . 64.4.3单片机最小系统电路. 104.4.4LED数码管显示接口. 144.4.5 继电器控制电路 . 184.4.6温度过程控制 . 184.5 软件部分设计. 184.5.1温度采集控制系统设计 . 194.5.2主程序方案 . 194.5.3主要模块程序的介绍见附录二. 195 整体电路图 . 19 . 206 设计总结 . 21参考文献 . 22附 录 1 . 22名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -
4、 - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制1 1设计目的1.1选题的现状及背景意义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1。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业
5、生产中经常会遇到的问题，以单片机为主要核心的应用技术已成为一项新的工程应用技术。单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优势，在过程控制系统、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了广泛的应用。温度控制系统是比较常见的和典型的过程系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，在冶金、机械、食品、化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉，对工件的处理温度等均需要对温度严格控制。利用单片机、温度传感器实现对温度的控制，具有体积小、编程简单、价格低的优点，在发电厂、纺织、食品、医药、仓库等许多领域得到了很快的应用。因此具有很好的发展
6、前景和可靠的使用价值。1.2 研究内容及创新点本设计是针对 MCS51 型 89S52系列单片机在检测和控制方面的应用，首先介绍了一下在设计中用到的一些重要芯片，如AT89S52、DS18B20 等，使读者在阅读过程中，对各个芯片的具体功能更加清晰；在温度过程控制系统设计中，详细的介绍了控制要求及键盘接口有关知识，也将设计的流程图、源程序及电路图有序的列出，同样清晰大方。本设计是将温度通过DS18B20进行采样并转换为0-5V 的电压信号进入 AT89S52单片机，从 I/O 口输出到八段数码管LED 静态显示部分显示其温度。 同时显示电路显示设定的恒温值，恒温值在050范围内可调。当实际温度
7、低于设定的恒定温度2时，单片机发出指令信号，继电器吸合， 红色 LED 点亮，加热电阻开始加热。当温度超过设定的恒名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制2 温值 2时，单片机发出指令信号，继电器断开，红色LED 熄灭，加热电阻停止加热，蓝色 LED 点亮，冷却装置开始工作。2 设计要求本系统的设计要求是： DS18B20数字量温度采集、五位数码管静态温度显示、温度控制并给予工作状态显示。3 总体设计根据技
8、术指标，该系统为一个温度采集控制系统。该系统主要由控制部分和执行部分组成。控制部分包括单片机最小系统模块、DS18B20、显示模块、电源模块等。执行部分主要由加热和冷却装置组成。整个系统实现对数据的采集运算，对温度参数的设置，对采集数据的显示和加热装置的控制。本次设计主要分为硬件设计和软件设计。硬件设计分为电源电路，测温电路，单片机最小系统，LED显示电路，继电器控制电路。软件设计分为温度采集程序，显示子程序，温度控制子程序等。在硬件电路的设计中系统采用220V/50Hz交流电供电，电源电路负责提供5V、+12V和-12V直流电源 ,主要用到了集成稳压块 7805、7812和7912。测温电路
9、负责将现场温度近似线性的转换为 05V的直流电压信号，信号送至单片机。单片机将测温电路送过来的电压信号进行显示和计算，并通过相应的程序完成相应的动作。单片机最小系统是单片机以及整个系统能够正常工作的前提，包括晶振电路，复位电路等。整个系统图框如图2-1 所示。DS18B20 显示模块单片机继电器模块测控对象电源模块最小系统外围电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制3 图 3-1 基本模块方案图4 各部
10、分电路设计4.1单片机的选择方案一：采用传统的89S52 作为温度控制系统的核心。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。方案二： AT89S52 是一种低功耗 /低电压、高性能的8 位单片机。片内带有一个8KB的 Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM） 。它采用了 CMOS 工艺和 ATMEL 公司的高密度非易失性存储器（ NURAM ）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC-51 兼容。片内的 Flash 存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来
11、编程。因此 AT89S52是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。同时支持ISP 在线下载。由于本系统对CPU 运算速度要求很高，需要执行很复杂的运算，相比之下方案二要好一些，所以采用方案二。4.2温度传感器的选择方案一：模拟式温度传感器常见的模拟式温度传感器有热电偶、热敏电阻、LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、 AD590 电流输出型。(1) 负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻是以金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路。(2) AD5
12、90 温度传感器AD590 是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3-30V，输出电流 223A（-50o C）423A(+150oC),灵敏度为 1A/oC。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。3LM135/235/335 温度传感器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制4 LM135/235/335 系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器。该系列
13、器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。方案二：逻辑输出型温度传感器在许多应用中， 我们并不需要严格测量温度值， 只关心温度是否超出了一个设定范围。此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAX6501-MAX6504是其典型代表。(1) LM56 温度开关LM56 是 NS 公司生产的高精度低压温度开关，内置1.25V 参考电压输出端。最大只能带 50A 的负载。(2) MAX6501/02/03/04 温度监控开关MAX6501/02/03/04 是具有逻辑输出和SOT-23封装的温度监视器件开关，它的设计非常简单：用户选择一种接近于自己需要的控制的温度门限直接将其接入电路即
14、可使用，无需任何外部元件。这类器件的工作电压范围为2.7V 到 5.5V，典型工作电流 30A。方案三：数字式温度传感器(1) MAX6575/76/77 数字温度传感器如果采用数字式接口的温度传感器，设计将得到简化。 同样，当 A/D 和微处理器的 I/O管脚短缺时，采用时间或频率输出的温度传感器也能解决上述测量问题。该器件通过一条I/O 口与微处理器相连，利用微处理器内部的计数器测出周期后就可计算出温度。(2) 可多点检测、直接输出数字量的数字温度传感器DS1621 DS1621是美国达拉斯半导体公司生产的CMOS 数字式温度传感器。内含两个不挥发性存储器，可以在存储器中任意的设定上限和下
15、限温度值进行恒温器的温度控制，由于这些存储器具有不挥发性，因而一次写入后，即使不用CPU 也仍然可以独立作用。方案四： DS18B20 数字温度计DS18B20数字温度计是 DALLAS 公司生产的 1Wire， 即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20产品的特点：（1） 只要求一个端口即可实现通信。（2） 在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。（3） 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4） 测量温度范围在 55 C 到125 C 之间。名师资料总结 -
16、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制5 （5） 数字温度计的分辨率用户可以从9 位到 12 位选择。（6） 内部有温度上、下限告警设置2。由于本系统要求灵敏度高、线性度好、实际尺寸小、使用方便、热响应快而且价格便宜等优点。所以采用方案四中的DS18B20。4.3显示模块的选择方案一：使用液晶显示屏显示物体中画笔所在位置的坐标。液晶显示屏（ LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，
17、可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。但由于只需显示位置坐标这样的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片，不易维护。方案二：使用传统的数码管显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称重轻，精确可靠，操作简单。数码管采用BCD 编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少3。根据以上的论述，采用方案二。在本系统中，我们采用了数码管串口的静态显示，
18、节省单片机的内部资源。4.4 系统的硬件设计系统的硬件主要包括电源模块、DS18B20、单片机最小系统模块、 LED 数码管显示模块、继电器控制模块，实现对温度的采集及运算，对温度参数的设置，对采集数据的显示和对继电器的控制。4.4.1电源电路模块电源电路负责提供5V、+12V和-12V直流电源 ,主要用到了集成稳压块7805、7812和7912。设计电源电路如图 3-1 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 30 页 - - - - - - - - -
19、恒温模拟控制6 D-T12 20 /15D-D1VD1-VD4D-D2VD5-VD8D-T22 20 /11.5D-D3VD9-VD12D-C10.3 3 uD-C20.3 3 uD-C30.3 3 uD-C40.1uD-C50.1uD-C60.1 uIN1GND2OUT3D-U17 81 2IN1GND2OUT3D-U27 80 5IN1OUT2GND3D-U37 91 2+12V+5V-1 2 VD-R12 KD-R22KD-R31 KD-D4LE DD-D5LE DD-D6LE D图 4-1 电源电路4.4.2温度测量模块DS18B20是一种单端通信的数字式温度传感器，这就大大减小了温度
20、测量电路的复杂程度，我们将单片机的一条I/O 分配给温度传感器，即可完成温度采集的的硬件需求。单片机通过对温度传感器的初始化，发出温度转换命令，写入和读出数据的命令来实现温度值的测量。另外，也考虑过用模拟式的温度传感器，但由于数据采集部分需要A/D 转换，还需要设计相应的放大电路，电路设计较为复杂，并且在可靠性和抗干扰能力上都不如数字式温度传感器，所以最终选择了用数字式传感器DS18B20进行温度测量的较简单的温度测量模块。(1) DS18B20 的测温原理本系统在温度采集中使用的DS18B20 测温原理图如图3-2 所示：图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信
21、号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量，计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 -55所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中6。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制7 图 4-2 DS18B20测
22、温原理图(2) DS18B20 的性能特点DS18B20是一种使用方便的温度传感器，其性能特点如下：（1） 具有独特的单线接口方式，只要求一个端口即可实现通信（2） 内含 64 位经过激光修正的只读存储器ROM （3） 在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号（4） 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温（5） 测量温度范围在 55到 125之间，测量分辨率为0.0625（6） 数字温度计的分辨率用户可以从9 位到 12 位选择（7） 内部有温度上、下限告警设置，用户可分别设定各路温度的上、下限（8） 支持多接点（9） 可用数据线供电，电压范围：3.05.5V （10） 负压
23、特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作7。(3) DS18B20 的引脚功能图4-3 底视图系统所选的是 3脚的PR-35封装DS18B20数字温度传感器，引脚功能如下表所示：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制8 表4-1 DS18B20的引脚功能描述序号名称引脚功能描述1 GND 接地信号2 DQ 数字信号输入 / 输出引脚。开漏单总线接口引脚。3 VDD 可选择的 VDD
24、引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地，也可以向器件提供电源(5) DS18B20 的内部存储器DS18B20的内部有一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM， 后者存放高温度和低温度触发器TH、TL。高速暂存存储器由 9个字节组成，其分配如表 3-2所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，对应的温度计算：当符号位 S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表中对应的一部分温度值。第3和第4字节是 TH 和TL的
25、拷贝，是易失性的，每次上电复位时被刷新，第5字节为配置寄存器，它主要用来确定温度值的数字转换分辨率8。低5位一直为 1，TM是测试模式位，用于设置 DS18B20在工作模式还是在测试模式。在出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。表3-2 DS18B20暂存寄存器分布单片机可通过单线接口读到该数据，读时低位在前，高位在后，数据格式如下表：表3-3 温度值和数据量之间的关系温度数字输出（二进制输出）数字输出（十六进制）+12500000000 11111010 00 FAH 寄存器内容字节地址温度值低位0 温度值高位1 高温限值 TH 2 低温限值 TL 3 配置寄存器4 保留5 保留6 保留7
26、CRC 检验8 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制9 +2500000000 00110010 00 32H +0.500000000 00000001 00 01H 000000000 00000000 00 00H -0.5 11111111 11111111 FF FFH -2511111111 11001110 FF CEH -12511111111 10010010 FF 92H R1和R
27、0决定温度转换的精度位数，用来设置分辨率如表3-4所示，默认为 12位，分辨率为0.0625。6，7，8字节保留未用，为全逻辑 1，第9字节是冗余检验字节9。表3-4 配置存储器与分辨率关系R0 R1 温度计分辨率 /bit 最大转换时间/ms 0 0 9 93.75 0 1 10 187.5 1 0 11 375 1 1 12 750 温度算法 (分辨率为 0.0625): (1)当SSSSS=11111b ,D=-1; 当SSSSS=00000b,D=1 (2)当D=1时，温度值 T=(高字节 256+低字节 )0.0625 (3)当D=-1时，温度值 T=-(256-高字节 )256-低
28、字节 0.062510温度采集过程如图3-4 所示：图 3-4 温度采集过程图(6) DS18B20 的工作时序DS18B20的工作时序主要包括：初始化时序、写时序、读时序。(1) 初始化时序名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制10 初始化时序见图 3-5主机总线在 t0时刻发送一个最短为 480s的低电平复位脉冲信号，接着在 t1时刻释放总线并进入接收状态， DSl8B20在检测到总线的上升沿之后，
29、 等待15s60s，接着在 t2时刻发出低脉冲 (60s240s)，如图中虚线所示， 18B20响应之后又恢复为高电平， t2t4称为18B20的响应时间，最少为 480s。图 3-5 初始化时序(2) 写时序当主机总线 t0时刻从高拉至低电平时，就产生写时序，见图3-6，从 t0时刻开始 15s之内应将所需写的位送到总线上， DSl8B20在t0后15s60s间对总线采样。若为低电平，写入的位是 0；若为高电平，写入的位是1。连续写 2位间的时序应大于 1s。图 3-6 写时序（3）读时序见图3-7主机总线 t0时刻从高拉至低电平时总线只须保持低电平1s之后在 t1时刻将总线拉高，产生读时序
30、，读时序在t1时刻后 t2时刻前有效。 t2距t0为15s，也就是说， t2时刻前主机必须完成读位，并在t0后的60s120s内释放总线。图 3-7 读时序4.4.3 单片机最小系统电路单片计算机应该是一个最小的应用系统，但由于应用系统中有一些功能器件无法集成到芯内部，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制11 如晶振、复位电路等，需要在片外加接相应的电路。1、单片机的时钟电路MCS-51单片机内部的振
31、荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和 XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。MCS-51 单片机的时钟产生方式有两种：图 3-3 使用片内振荡电路的时钟电路图 3-4 HMOS型单片机的外部时钟电路（1）内部时钟方式：利用其内部的振荡电路在XTAL1和 XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。最常用的是在 XTAL1和 XTAL2之间连接晶体振荡器与电容构成稳定的自激震荡器，如图3-8 所示。晶体可在 1.212MHz 之间选择。 MCS-52 单片机在通常应用情
32、况下，使用振荡频率为 12MHz 的石英晶体。对电容值无严格要求，但它的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振速度有少许影响。 C1和 C2可在 20100pF 之间取值，一般取 30pF 左右。（2）外部时钟方式在有些系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟一的合用外部振荡脉冲作为各单自片机的时钟。外部时钟方式中是把外部振荡信号源直接接入XTAL1或XTAL2。由于 HMOS 和 CHMOS 单片机外部时钟进入的引线不同，其外部振荡信号源接入的方式也不同。 HMOS 型单片机由 XTAL2进入，外部振荡信号接至XTAL2，而内部反相放大器的输入端 XTAL1应接地11，如图
33、 3-9 所示。由于 XTAL2端的逻辑电平不是TTL 的，故还要接一上拉电阻。 CHMOS 型单片机由XTAL1进入，外部振荡信号接至XTAL1，而XTAL2可不接地，如图3-10 所示：晶振XTAL1XTAL2TTL XTAL2XTAL1外部时钟信号VCC名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制12 图 3-10 CHMOS 型单片机的外部时钟电路2、AT89S52介绍及引脚功能说明AT89S52 是
34、一种低功耗 /低电压、高性能的8 位单片机。片内带有一个8KB 的 Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM） 。它采用了 CMOS 工艺和 ATMEL 公司的高密度非易失性存储器（ NURAM ）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC-51 兼容。片内的Flash 存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此AT89S52是一种功能强、 灵活性高， 且价格合理的单片机， 可方便地应用在各种控制领域。另外， AT89S52是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式（Idle Mode）和掉电方式（ Power Do
35、wn Mode） 。在这空闲方式中， CPU 停止工作，而 RAM 、定时器 /计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内 RAM 中的内容，直到下一次硬件复位为止。以下是对其引脚及其功能的简要说明：（1）主电源引脚：接电源。（2）外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1 ：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2 ：接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放
36、大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。（3）控制或与其他电源复用引脚RST ，ALE/PROG，EA/Vpp RST ：复位输入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。XTAL2XTAL1不接外部时钟名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制13 ALE/PROG：当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE
37、 端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。PSEN： 程序存储允许（PSEN） 输出是外部程序存储器的读选通信号。 当 AT89S51/LV51由外部程序存储器取指令 （或常数） 时，每个机器周期两次PSEN有效（即输出 2 个脉冲） 。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/Vpp： 外部访问允许端。要使 CPU只访问外部程序存储器 （地址为 0000HFFFFH） ，则EA端必须保持低电平（接到GND 端） 。
38、然而要注意的是，如果保密位LB1 被编程，复位时在内部会锁存EA端的状态。当EA端保持高电平（接Vcc 端）时， CPU 则执行内部程序存储器中的程序。（4）输入/输出引脚 P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7 和 P3.0P3.7 P0 端口（ P0.0P0.7） ：P0 是一个 8 位漏极开路型双向I/O 端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8 个 TTL 输入，对端口写 1 时，又可作高阻抗输入端用。 在Flash 编程时， P0 端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1 端口（ P1.0P1.7） ：P1是一个带有内部
39、上拉电阻的8 位双向 I/O 端口。 P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL） 。在对 Flash编程和程序校验时， P1接收低 8位地址。P2 端口（ P2.0P2.7） ：P2是一个带有内部上拉电阻的8 位双向 I/O 端口。 P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2 作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL） 。在对 Flash 编程和程序校难期间，P
40、2也接收高位地址和一些控制信号。P3 端口（ P3.0P3.7） ：P3是一个带内部上拉电阻的8 位双向 I/O 端口。 P3 的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制14 把端口拉到高电位12，这时可用作输入口。 P3 作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）
41、。在 AT89S51中，P3 端口还用于一些复用功能，在对 Flash编程或程序校验地， P3还接收一些控制信号。复用功能如表3-5 所列: 表 3-5 P3 各端口引脚与复用功能表端口引脚复用功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 INTO（外部中断 0）P3.3 1INT（外部中断 1）P3.4 T0（定时器 0 的外部输入）P3.5 T1（定时器 1 的外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）4.4.4LED数码管显示接口在单片机应用系统中， 如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用 LED 数码管是一
42、种较好的选择。 LED 数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。1、LED数码管LED 数码管是由发光二极管做为显示字段的数码型显示器件。图 2-15a 为 0.5inLED 数码管的外形和引脚图， 其中七只发光二极管分别对应ag 笔段构成“日”字形另一只发光二极管 D p 作为小数点。因此这种LED 显示器称为七段数码管或八段数数码15。LED 数码管按电路中的连接方式可以分为共阴型和共阳型两大类，如图3-15 中 b、c所示。共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，公共端 COM 接高电平， ag、D p 各笔段通过限流电阻接控制端。某笔段控制端低电平时
43、，该笔段发光，高电平时不发光。控制几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。共阴型是将各数码发光二极管的负极连在一起， 作为公共端 COM 接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制15 本设计选用共阳极结构。图 3-15 LED 数码管LED 数码管按其外形尺寸有多种形式，使用较多的是0.5in 和 0.8in；按显示颜色也有多种形式，主要有红色和绿色；按亮度强弱可分
44、为高亮和普亮，指通过同样的电流显示亮度不一样，这是因发光二极管的材料不一样而引起的16。2、LED数码管编码方式当 LED 数码管与单片机相联时，一般将LED 数码管的各笔段引脚a、b、, 、 g、Dp按某一顺序接到 MCS51 型单片机某一个并行I/O 口 D0、D1、, 、 D7，当该 I/O 口输出某一特定数据时，就能使LED 数码管显示出某个字符。例如要使共阳极LED 数码管显示“0” ，则 a、b、c、d、e、f 各笔段引脚为低电平， g 和 Dp 为高电平，如表 3-6 所示：表 3-6 共阳极 LED 数码管显示数字“0”时各管段编码D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
45、 字段码显示数Dp g f e d c b a 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0 C0H 称为共阳 LED 数码管显示“ 0”的字段码，不计小数点的字段码称为七段码，包括小数点的字段称为八段码。LED 数码管编码方式有多种，按小数点计否可分为七段码和八段码；按共阴共阳可分为共阴字段码和共阳字段码， 不计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码；按 a、 b、 , 、g、Dp 编码顺序是高位在前，还是低位在前，又可分为顺序字段码和逆序字段码。甚至在某些特殊情况下将a、b、, 、 g、Dp 顺序打乱编码。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
46、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制16 3、LED数码管显示方式和典型应用电路LED 数码管显示电路在单片机应用系统中可分为静态显示方式和动态显示方式。（1） 静态显示方式在静态显示方式下，每一位显示器的字段需要一个8 位 I/O 口控制，而且该I/O 口须有锁存功能， N 位显示器就需要N 个 8 位 I/O 口，公共端可直接接 +5V（共阳）或接地（共阴） 。显示时，每一位字段码分别从I/O 控制口输出，保持不变直至CPU 刷新显示为止。也就是各字段的亮灭状态不变。静态显示方式编
47、程较简单，但占用I/O 口线多，即软件简单、硬件成本高，一般适用显示位数较少的场合17。（2） 动态扫描显示方式当要求显示位数较多时，为了简化电路、降低硬件成本，采用动态扫描电路。本设计为静态显示，电路如图3-16 所示。显示电路由5 个 LED 数码管组成。输入只有两个信号，它们是串行数据线DIN 和移位信号 CLK。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制17 图 3-16 静态显示电路名师资料总结
48、- - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制18 4.4.5 继电器控制电路当实际温度低于设定的恒定温度2时，单片机发出指令信号， 继电器吸合，红色 LED点亮，加热电阻开始加热。当温度超过设定的恒温值2时，单片机发出指令信号，继电器断开，红色 LED 熄灭，加热电阻停止加热，制冷采用自然冷却。如图3-17 所示：图 3-17 继电器控制电路4.4.6温度过程控制当温度高于所设定的上限温度时，降温指示灯点亮，并通过继电器开
49、动降温装置进行降温，直至温度达到设定的温度范围内停止降温；当温度低于设定的最低温时，加热指示灯点亮，加热装置工作，使温度升高至恒温范围停止加热，并点亮恒温指示灯。温度的上下限可由使用者自行设定。4.5软件部分设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制19 4.5.1温度采集控制系统设计4.5.2主程序方案主程序调用三个子程序，分别是温度采集程序、数码管显示程序、温度处理程序。（1） 温度采集程序：对温度
50、芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示。（2） 数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。（3） 温度处理程序：对采集到的温度和设置的上、下限进行比较，作出判断，并有指示灯点亮。4.5.3 主要模块程序的介绍见附录二5 整体电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 30 页 - - - - - - - - - 恒温模拟控制20 图 5-1 整体电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -