多点温度控制系统

武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 1 多点温度控制系统多点温度控制系统 1 概述 电子技术的飞速发展 给人类的生活带来了根本的的变革 特别是随着大规模集成 电路的产生而出现了微型计算机 更是将人类社会带入了一个新的时代 利用微机的强 大功能 人们可以完成各种各样的控制 然而 微机造价高 对于大多数的工业控制来 说 也并不需要微机那样强大的功能 于是单片机就运用而生了 单片机其实就是一个 简化的微机 将微机的 CPU 存储器 I O 接口 定时器 计数器等集成在一片芯片上就 是单片机了 它主要用来完成各种控制功能 相对微机来说 单片机价格低 非常适合 于应用在简单的控制场合以降低成本 另外 单片机是按照工业控制要求设计的 其可 靠性很高 可在工业现场复杂的环境下运行 单片机依靠其高的可靠性和极高的性价比 在工业控制 数据采集 智能化仪表 家用电器等方面得到极为广泛的应用 现代工业设计 工程建设及日常生活中温度控制都起着重要的作用 早期的温度控 制主要用于工厂时间生产中 能起到实时采集温度数据 提高生产效率 产品质量之用 随着人们生活质量的提高 现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒 店 厂房以及家庭生活中 在有些应用中 如高精度的生产厂房 对温度的要求极其严 格 温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响 因此 这就需要一种能够及时 检测温度变化以及温度变化的设备 提供温度数据值 使人们对温度的变化做及时的调 整 多点温度控制可根据人们不同的应用环境自行设置该环境的温度值 及时反映生产 生活中温度变化使人们能及时看到温度变化的第一手资料 提示人们温度变化情况 协 助人们能及时的调整 起到温度报警作用 使温度控制更好的服务于社会生产 生活 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 2 2 总体设计 2 1 硬件 要实现多点温度控制 必需有主机部分 测温电路 键盘输入电路 温度显示电路 以及报警电路 主机部分 用于协调控制各电路正常工作 实现温度控制 某点温度超 过设定正常值时 控制相应装置进行加热或降温 测温电路 多点温度测量 输入主机 键盘输入电路 设计上下限温度 通过主机对温度进行控制 温度显示电路 对设定温 度值进行显示 报警电路 当测得温度超过所限值 进行报警提示 为了方便起见 由 主机控制的相应装置省略 2 1 1 系统框图 由分析可得出系统框图如图 1 所示 图 1 系统框图 2 1 2 芯片的选择 1 本设计选用普通的 89C51 作为单片机芯片 89C51 芯片图如图 2 所示 图 2 89C51 显示电路 报警电路 测温电路 晶振电路 复位电路 键盘输入 89C51 单 片 机 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 3 1 电源引脚 VCC 第 40 引脚 接电源 5V GND 第 20 引脚 接电源负极 即接地 2 外接晶振引脚 XTAL1 第 19 脚 片内反相放大器输入端 XTAL2 第 18 脚 片内反相放大器输出端 3 输入输出引脚 P0 0 P0 7 第 39 32 脚 P0 口的 8 个引脚 P0 口是一个漏极开路的 8 位准双向 I O 口 每位驱动 8 个 LSTTL 负载 在访问外部存储器或进行 I O 口扩展时 它分时作为 低 8 位地址总线和双向数据总线 P1 0 P1 7 第 1 8 脚 P1 口的 8 个引脚 P1 口是一个 8 位的准双向 I O 口 每 一位可直接驱动 4 个 LSTTL 负载 P2 0 P2 7 第 21 28 脚 P2 口的 8 个引脚 P2 口也是一个 8 位双向 I O 口 每 一位可直接驱动 4 个 LSTTL 负载 在访问外部存储器时它作为高 8 位地址总线 P3 0 P3 7 第 10 17 脚 P3 口 8 个引脚 P3 口除作为普通 8 位准双向 I O 口外 还具有第二功能 P3 0 RXD 串行输入口 串行通信时 信号由此输入单片机 P3 1 TXD 串行输出口 串行通信时 单片机由此把信号输出 P3 2 INT0 外部中断 0 输入口 P3 3 INT1 外部中断 1 输入口 P3 4 T0 定时器 0 外部输入口 P3 5 T1 定时器 1 外部输入口 P3 6 WR 片外数据存储器写选通输出口 P3 7 RD 片外数据存储器读选通输出口 4 控制引脚 PROG 第 30 引脚 地址锁存有效信号输出端 EA 第 31 脚 外部程序存储器选用端 PSEN 第 29 脚 程序存储允许输出端 RST 第 9 脚 复位信号输入端 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 4 2 本设计中 8255 可编程并行接口芯片如图 3 所示 图 3 8255 芯片 1 D0 D7 8 位三态双向输出 输入通道是 8255 与 CPU 接口的数据总线 2 RESET 高电平动作 复位时 8255 的 PA PB PC 口与控制寄存器将被取消 PA PB PC 口皆为设定为输入口模式 3 CS 芯片选择 低电平动作 当 CS 0 时 8255 被选择 CS 1 时 8255 无法与 CPU 做数据传输 4 RD 读取使能 低点平动作 RD 0 且 CS 0 时 CPU 从 8255 读取数 5 WR 写入使能 低点平动作 WR 0 且 CS 0 时 CPU 将数据写入 8255 6 A0 A1 地址选择线 用来选择 8255 的 PA 口 PB 口 PC 口和控制寄存器 A0 A1 的端口选择如表 1 所示 表 1 A1 A0 被选中的端口名 0 0 PA 口 0 1 PB 口 1 0 PC 口 1 1 控制寄存器 当 A1 1 A0 1 时 选择控制寄存器 控制字格式由 D7 决定 当 D7 1 时 控制字代 表 8255 A 组和 B 组的工作模式控制字 而当 D7 0 时 控制代表 PC 口位的设定或清除 可作为 PA 口与 PB 口的控制信号 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 5 3 温度传感器芯片 DS18B20 如图 4 所示 图 4 DS18B20 芯片 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司新近推出的单线数字化测温集成电路 它具有独 特的单线接口方式 即与微处理器接口时仅需占用 1 个 I O 端口 支持多节点 使分布 式温度传感器设计大为简化 测温时无需任何外部原件 可以通过数据线直接供电 具 有超低功耗工作方式 测温范围为 55 125 测温精度为 0 5 可直接将温度转换 值以 9 位数字码的方式串行输出 将温度转化为数字编码只需 200ms 因此该温度传感器 特别适合与各种微处理器接口时需要 A D 转换器和较复杂的外围电路的弊端 可广泛用 于工业控制 消费类电子产品 电子测温计 医疗仪器等各种温度测控系统中 可提高 产品的可靠性 降低成本 缩小体积 DS18B20 的性能与特点 1 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信 2 多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上 实现多点组网功能 3 无须外部器件 4 可通过数据线供电 电压范围为 3 0 5 5V 5 零待机功耗 6 温度以 9 或 12 位数字 7 用户可定义的非易失性温度报警设置 8 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度 温度报警条件 的器件 负电压特性 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 DS18B20 各引脚功能说明如表 2 所示 表 2 引脚 8 脚 SOIC 引脚 PR35 符号说明 51GND地 42DQ单线运用的数据输入 输出引脚 33VDD可选 VDD 引脚 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 6 4 LED 七段数码管 LED 显示器是于发光二极管组成的 用来显示特定的的显示器 7 段数码管发光二极 管使用灵活 简单方便 当有电流通过时 相应的发光二极管就点亮 当电流消灭没有 电流时 发光二极管就灭 同样 共阳极 LED 显示器 就是将所有发光二极管的阳极接 到一起 接到电源正极 这样 当某个发光二极管的阴极加有低电平 该发光二极管即 被点亮 常用 7 段数码管 LED 显示器 共阴极和共阳极结构如图 5 所示 图 5 七段数码管结构图 LED 显示器字符段码表如表 3 所示 表 3 示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码 03FHC0HC39HC6H 106HF9HD d 5EHA1H 25BHA4HE79H86H 34FHB0HF71H8EH 466H99H 80H7EH 56DH92HP73H82H 67DH82HU3EHC1H 707HF8HT31HCEH 87FH80HY6EH91H 96FH90H8 FFH00H A77H88H 灭 00HFFH B b 7CH83H 通过 a b c d e f g dp 各点和公共点的电位 就可以控制个发光二极管的亮暗 而 不同的发光的亮暗组合就可以显示不同的数字 dp 点是来表示小数点 在显示数字中不 起作用 比如 要显示 3 则只需点亮 a b c d g5 个发光二极管 而其他均为暗 对于共阴极 LED 显示器来说 就是在在这些引脚上输入高电平即可 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 7 5 BCD 七段译码器 74LS47 7447 有 4 个 BCD 码输入端 A B C 和 D 其中 D 为最高有效位 A 为最低有效位 它们分别与输出端口中的 4 位相连 7447 的 7 个输出引脚 a g 直接与 LED 的相应引脚 相连 每个段中都串接一个限流电阻 其阻值为 100 当灭灯输入 动态灭灯输出 BI RBO 开路或为高电平而试灯输入为低电平 则所有输出端都为 1 BI RBO 是线与 逻辑 作灭灯输入 BI 或动态灭灯 RBO 之用 或者兼为二者之用 74LS47 芯片图如图 6 所示 图 6 74LS47 芯片 7447 功能表如表 4 所示 表 4 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 8 1 要求 0 15 时 灭灯输入 BI 必须开路或保持高电平 如果不要灭十进制数零 则动态灭灯输入 RBI 必须开路或为高电平 2 将一低电平直接输入 BI 端 则不管其他输入为何电平 所有的输出端均输出为低 电平 3 当动态灭灯输入 RBI 和 A B C D 输入为低电平而试灯输入为高电平时 所有各 段输出都为 0 并且动态灭灯输出 RBO 为低电平 响应条件 4 当灭灯输入 动态灭灯输出 BI RBO 开路或为高电平而试灯输入为低电平 则所 有输出端都为 1 表中 H 高电平 L 低电平 BI RBO 是线与逻辑 作灭灯输入 BI 或动态灭灯 RBO 之用 或者兼为二者之用 2 1 3 部分硬件电路图 1 键盘控制输入和显示电路 8255 通过 D0 D7 与 CPU 连接 及时实现与 89C51 数据的传输 通过设置 8255 的控 制字 使得 PB 为输出口 PC 0 3 口为键盘行扫描 PC 5 7 口为设定为输入口 作 为键盘的列扫描 PB 0 3 与 7447 芯片 7 1 2 6 引脚连接实现扩展 PB 4 6 与 74LS138 芯片 1 2 3 引脚连接 输出 Y0 Y1 实现 LED 的显示 电路图如图 7 图 7 键盘控制输入和显示电路 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 9 2 89C51 与 8255 的连接 通过 P20 P21 分别与 A0 A1 连接 可以控制 8255 控制字的的设置 89C51 的 RD 与 8255 的 RD 连接 WR 与 WR 连接 实现 89C51 与 8255 数据的读入和写出 CS 信片 片选 电路图如图 8 图 8 8751 与 8255 的连接图 3 报警电路 该电路利用晶体三极管的特性 将单片机的 P3 7 脚接 NPN 三极管的基极 根据其性 质 当 P3 7 输出高电平时 三极管导通 从而驱动喇叭发出声音 否则蜂鸣器就不发声 在 右图所师电路中 由软件编程控制当周围的温度超过所设定的温度时 三极管基极就为高 电平 可以实现报警功能 反之 P3 7 保持低电平 三极管截止 蜂鸣器停止发声 电路图如 图 9 所示 图 9 报警电路 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 10 4 复位及时钟信号产生电路 本电路主要由 12M 晶振 30PF 的瓷片电容 电阻 开关组成 电路如图 11 所示 12M 晶振和 30PF 的瓷片电容构成稳定的自激振荡器 产生时钟信号 上电自动复位电路 则由 22uF 电容和两个电阻构成 加电瞬间电容通过充电实现正脉冲 用以复位 手动复 位则由开关和电阻组成 按下开关之后就产生一个正脉冲 就可以实现复位 本电路采 用的是二者的组合 如图 10 所示 图 10 复位及时钟信号产生电路 5 传感器与主机连接电路 在主机上可以挂接多个 DS18B20 从而构成多点温度测控系统 根据每个 DS18B20 把 温度采集后送给主机分析 从而控制环境温度 本图为了方便只给出一个 DS18B20 的连 接方式 电路图如图 11 所示 图 11 传感器与主机连接电路 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 11 2 1 4 总体硬件电路图 由上述分析可以得出总体硬件电路图如图 12 所示 图 12 总体硬件电路图 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 12 2 2 软件 2 2 1 程序流程图 系统程序流程图如图 13 所示 NO YES 图 13 系统程序流程图 开始 系统初始化 取温度 点 F1 F2 是否有按键 按键处理 继电器控制 温度显示 比较设置温度与当 前温度大小 温度数据送 PC 机 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 13 2 2 2 系统程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030H MAIN LCALL RESET MOV 40H 1 MOV 41H 1 MOV 42H 0 MOV 43H 0 设定温度上下限 MOV 44H 5 MOV 45H 0 MOV P2 0FBH JNB P2 6 PPP SJMP KKK PPP LJMP KEY KKK LCALL RESET LCALL RES18B20 START LCALL RESET MOV A 0CCH LCALL WRITE MOV A 44H LCALL WRITE LCALL RESET MOV A 0CCH LCALL WRITE MOV A 0BEH LCALL WRITE LCALL READ MOV 50H A LCALL READ MOV 51H A LCALL RESET LCALL TEMPER LCALL COM LCALL BEEP LCALL XIANSHI LJMP MAIN RESET CLR EA SETB P1 3 BACK MOV 60H 200 L1 CLR P1 3 DJNZ 60H L1 SETB P1 3 MOV 61H 30H DJNZ 61H CLR C ORL C P1 3 JC BACK MOV 61H 80 L2 ORL C P1 3 JC L3 DJNZ 61H L2 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 14 SJMP BACK L3 MOV 61H 240 DJNZ 61H RETI 重新写 DS18B20 暂存存储器设定值 RES18B20 JB 20H 1 RES1 RETI RES1 MOV A 0CCH LCALL WRITE MOV A 4EH LCALL WRITE MOV A 00H LCALL WRITE MOV A 00H LCALL WRITE MOV A 7FH LCALL WRITE RETI WRITE CLR EA MOV R3 08H WR1 SETB P1 3 MOV R4 8 RRC A CLR P1 3 DJNZ R4 MOV P1 3 C MOV R4 20 DJNZ R4 DJNZ R3 L1 SETB P1 3 RET READ CLR EA MOV R6 08H RD1 CLR P1 3 MOV R4 4 NOP SETB P1 3 DJNZ R4 MOV C P1 3 RRC A MOV R5 30 DJNZ R5 DJNZ R6 RD1 SETB P1 3 RET 键盘扫描子程序 KEY MOV P2 0F0H MOV R7 0FFH MOV R0 40H MOV 63H 07H KEY1 DJNZ R7 KEY1 MOV A P2 ORL A 0FH CPL A 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 15 JZ EKEY LCALL DELAY SKEY1 MOV A 00H MOV R5 A MOV R7 A MOV R3 0FEH SKEY2 MOV A R3 MOV P2 A NOP NOP NOP MOV A P2 MOV R7 A ORL A 0FH CPL A S123 JNZ SKEY3 INC R5 SETB C MOV A R3 RLC A MOV R3 A MOV A R4 CJNE A 04H SKEY1 EKEY RET SKEY3 MOV A R1 JNB ACC 4 SKEY5 JNB ACC 5 SKEY6 JNB ACC 6 SKEY7 JNB ACC 7 SKEY8 AJMP EKEY SKEY5 MOV A 00H MOV R2 A AJMP DKEY SKEY6 MOV A 01H MOV R2 A AJMP DKEY SKEY7 MOV A 02H MOV R2 A AJMP DKEY SKEY8 MOV A 03H MOV R2 A AJMP DKEY 键位置译码 DKEY MOV A R5 ACALL DECODE AJMP EKEY 键值译码 DECODE MOV A R5 MOV B 04H MUL AB ADD A R2 MOV R0 A INC R0 DJNZ 63H KEY 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 16 RET 将从 DS18B20 中读出的温度数据进行转换 TEMPER MOV A 0F0H ANL A 50H SWAPA MOV 53H A MOV A 50H JNB ACC 3 COV1 INC 53H COV1 MOV A 51H ANL A 07H SWAPA ORL A 53H MOV 53H A MOV B 64H DIV AB MOV 46H A MOV A 0AH XCH A B DIV AB MOV A 47H MOV B 48H RET 温度值与上下限比较 COM MOV A 46H CJNE A 40H LOOP1 MOV A 47H CJNE A 41H LOOP2 MOV A 48H CJNE A 42H LOOP3 LOOP3 JC COML1 SJMP SPEAKER LOOP2 JC COML2 SJMP SPEAKER LOOP1 JC COML3 SJMP SPEAKER COML1 CJNE A 45H LOOP4 LOOP4 JC SPEAKER COML2 CJNE A 44H LOOP5 LOOP5 JC SPEAKER COML3 CJNE A 43H LOOP6 LOOP6 JC SPEAKER SPEAKER SETB P1 6 RET 蜂鸣器响铃子程序 BEEP LCALL DEX1 CPL P1 6 LCALL DELAY MOV R6 100 DJNZ R6 DEL2 RET DEL2 MOV R7 180 武汉理工大学 多点温度控制系统 课程设计说明书 17 NOP DJNZ R7 DEL2 RET DELAY MOV R6 50 MOV R5 1O DEX1 MOV R7 100 DJNZ R7 DJNZ R6 DEX1 DJNZ R5 DELAY RET 74LS164 驱动 4 个 LED XIANSHI MOV TMOD 01H MOV TL0 00H MOV TH0 4BH MOV R0 48H MOV 70H 04H MOV SCON 00H SETB TR0 SETB ET0 SETB EA SJMP 中断子程序 ORG 000B INTT0 PUSH ACC PUSH PSW CLR EA CLR TR0 MOV TL0 00H MOV TH0 4BH SETB TR0 DJNZ 70H EXIT SJMP QQQ EXIT MOV DPTR TABLE MOV A R0 MOVC A A DPTR CLR TI MOV SBUF A DEC R0 DJNZ 70H EXIT RETI QQQ SETB EA POP PSW POP ACC TABLE DB 11H 77H 92H 32H 74H 38H 18H 7