51单片机温控系统设计

1、第第 1 1 章章 绪论绪论课题的背景及其意义课题的背景及其意义二十一世纪是科技高速开展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断开展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋兴旺的工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量那么是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生

2、产平安、促进国民经济的开展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断开展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量那么是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。但温度是一个模拟量，如果采用适当的技术和

3、元件，将模拟的温度量转化为数字量虽不困难，但电路较复杂，本钱较高。1.1.2 2 课题研究的内容及要求课题研究的内容及要求本次的毕业设计的题目是单片机水温控制系统设计。它是多种技术知识的结合，不仅涉及到软件的设计，而且还将应用电子技术与单片机的应用技术有机结合，使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等特点。电路板的设计技术和机械加工工艺的巧妙结合，使其具备了显示直观、体积做工精细等特点，能为它在其它领域的广泛应用打下良好的根底。因为经过我们调查发现许多应用场合原来就有测温控温仪器，只是随着对生产质量与生产需要的要求在不断地提高，以往的那些测温控温的仪器根本不能满足现在的要求。其中，有局部应用场合

4、对精度提高的幅度要求也不是特别高。因此，为了提高性价比，我所设计的系统提出在原有系统的根底上进行一些简单的改进，以此为出发点，主要阐述的是水温自动控制系统的一种实现方法。1课题的主要研究的内容 本文所要研究的课题是基于单片机控制的水温控制系统的设计，主要是介绍了对水箱温度的显示、控制及报警，实现了温度的实时显示及控制。水箱水温控制局部，提出了用 DS18S20、AT89C51 单片机及 LED 的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，利用 DS18S20 与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现对加热电阻丝的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。而炉内温度控制局部，采用一套PID 闭环负反应控

5、制系统，由 DS18S20 检测炉内温度，用中值滤波的方法取一个值存入程序存取器内部一个单元作为最后检测信号，并在 LED 中显示。控制器是用89C51 单片机，用 PID 算法对检测信号和设定值的差值进行调节后输出控制信号给执行机构，去调节电阻炉的加热功率，从而控制炉内温度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点的温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片 DS18S20 都有唯一的产品号，可以一并存入其 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 DS18S20 芯片。从 DS18S20 读出或写入 DS1

6、8S20 信息仅需要一根口线，其读写及其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 DS18S20供电，而且不需要额外电源。同时 DS18S20 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。而且利用本次的设计主要实现温度测试，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动加热装置等功能。而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再加上温度控制局部和人机对话局部来共同实现温度的监测与控制。2用单片机实现其具体控制功能如下：1能够连续测量水的温度值，用十进制数码管来显示水的实际温度。2能够设定水的温度值3能够实现水温的自动控制，如果设定水

7、温为 85，那么能使水温保持恒定在 85的温度下运行。4用单片机 AT89C51 控制，通过按键来控制水温的设定值，数值采用数码管显示。1.1.3 3 国内外研究方向和开展趋势国内外研究方向和开展趋势随着国内外工业的日益开展，温度检测技术也有了不断的进步。温度测量系统主要由两局部组成，一局部是传感器，它将温度信号转换为电信号。另一局部是电子装置，它主要完成对信号的接收、处理、对测点进行控制、温度显示等功能。对应于不同的温度段及测量精度要求，测温装置也不尽相同，从传感器方面看，己出现有各种金属材料、非金属材料、半导体材料制成的传感器，也有红外传感器。仪器本身也趋向小型化，多采用集成度较高的芯片或

8、元件组成电路。对于测点较多，并具有报警、巡测、控制等多功能测温装置，一般采用单片机电路。目前的温度检测技术原理很多，大致包括以下几种:(1)物体热胀冷缩原理(2)热电效应(3)热阻效应(4)利热辐射原理。传统的温度传感器(如,热电偶、铂电阻、双金属开关等)虽然有着各自不可替代的优点,但由于自身因自热效应影响了测量精度,从而制约了它们在微型化高端电子产品中的应用。与之相比拟,半导体温度传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低、时间常数小、自热温升小、抗干扰能力强等诸多优点,无论是电压、电流还是频率输出,在相当大的温度范围内( - 55150 )都与温度成线性关系,适合在集成电路系统中应用。目前,半导体

9、温度传感器工作的温度范围还限于- 50150 。未来主要的研究方向将是如何扩大它的温度适用范围,以及智能化、网络化等方面2。近年来，在温度检测技术领域中，多种新的检测原理与技术的开发应用己取得了具有实用性的重大进展。新一代温度检测元件正在不断出现和完善化，主要包括以下几种。(1)晶体管温度检测元件(2)集成电路温度检测元件(3)核磁共振温度检测器(4)热噪声温度检测器(5)石英晶体温度检测器(6)光纤温度检测器(7)激光温度检测器。目前国内外的温度控制方式越来越趋向于智能化，温度测量首先是由温度传感器来实现的。测温仪器由温度传感器和信号处理两局部组成。温度测量的过程就是通过温度传感器将被测对象

10、的温度值转换成电的或其它形式的信号,传递给信号处理电路进行信号处理转换成温度值显示出来。温度传感器随着温度变化而引起变化的物理参数有: 膨胀、电阻、电容、热电动势,磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的开展,新型温度传感器还会不断出现,目前,国内外通用的温度传感器及测温仪大致有以下几种: 热膨胀式温度计、电阻温度计、热电偶、辐射式测温仪表、石英温度传感器测温仪第二章第二章 总体设计总体设计本温度控制系统是一个闭环反应控制系统，它用温度传感器将检测到的温度信号经放大，AD 转换后送入单片机中进行数据处理并显示当前温度值，用当前温度值与设定温度值进行比拟6。根据比拟的结果得到控制信号用以控

11、制继电器的通断，实现对加热器的控制。通过这种控制方式实现对保温箱的温度控制。本课题设计的内容主要包括硬件设计和软件设计两局部。系统功能由硬件和软件两大局部协调完成,硬件局部主要完成主机电路、数据采集电路、键盘显示电路、控制执行等电路的设计。软件程序编写主要用来实现对温度的检测、标度转换、LED 显示、继电器控制等数据处理功能。本次设计采用 MCS-51 单片机作为控制芯片，采用半导体集成温度传感器 AD590采集温度信号。通过温度传感器将采集的温度信号转换成与之相对应的电信号，经过放大处理送入 A/D 转换器进行 A/D 转换，将模拟信号转换成数字信号送入到控制芯片进行数据处理。通| | 过在

12、芯片外围添加显示、控制等外围电路来实现对保温箱温度的实时检测和控制功能。本系统功能由硬件和软件两大局部协调完成,硬件局部主要完成传感器信号的采集处理,信息的显示等;软件主要完成对采集的温度信号进行处理及显示控制等功能。系统结构框图如2.22.2 温度测量局部方案温度测量局部方案DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用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按 9 位二进制数字给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚 TO-92 小体积封装形式，温度测量范围551

13、25，可编程为 912 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 0.0625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个 DS18B20 可以并联到三根或者两根线上，CPU 只需一根端口线就能与多个 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出 DS18B20 可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。综上，在本系统中我采用温度芯片 DS18B20 测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在 0100 摄氏度时，最大线形偏差小于 1 摄氏度。该芯片直接向

14、单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。图 2-1 温度芯片 DS18B202.32.3 主控制局部方案主控制局部方案AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89

15、S51具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器RAM ，32 个外部双向输入/输出I/O口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗WDT电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等

16、三种封装形式，以适应不同产品的需求。由于系统控制方案简单 ,数据量也不大 ,考虑到电路的简单和本钱等因素 ,因此在本设计中选用 A TMEL 公司的 A T89S51 单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 A T89S51 芯片内含有 4 kB 的 E2PROM ,无需外扩存储器 ,电路简单可靠 ,其时钟频率为 024 MHz ,并且价格低廉 ,批量价在 10 元以内。其主要功能特性： 兼容 MCS-51 指令系统 4k 可反复擦写(1000 次ISP Flash ROM 32 个双向 I/O 口 2 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-33MHz 全双工 UART

17、串行中断口线 128x8 bit 内部 RAM 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗WDT电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 ISP 字节和分页编程 双数据存放器指针 可以看出 AT89S51 提供以下标准功能：4K 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部RAM，32 个 I/O 口线，看门狗WDT，两个数据指针，两个 16 位定时器/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时, AT89S51可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许 RAM，定

18、时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。AT89S51 引角功能说明Vcc：电源电压GND：地P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址低 8 位和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带

19、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。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1 接收低 8 位地址。表 4-1 为 P1 口第二功能。表 2-1 P1 口第二功能端口引脚第二功能MOSI用于 ISP 编程MISO用于 ISP 编程SCK用于 ISP 编程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 4个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输

20、入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 I。在访问位地址的外部数据存储器如执行：MOVX Ri 指令时，P2 口线上的内也即特殊功能存放器，在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2 也接收高位地址和其它控制信号。 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。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端口时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流 I。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，

21、P3 口的第二功能如下表 4-2。 表 2-2 P3 口的第二功能 端口功能第二功能端口引脚第二功能RXDP3.0串行输入口T0P3.4定时/计数器 0 外部输入TXDP3.1串行输出口T1P3.5定时/计数器 1 外部输入INT0P3.2外中断 0WRP3.6外部数据存储器写选通INT1P3.3外中断 1RDP3.7外部数据存储器读选通RST：复位输入。当振荡工作时，RST 引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。WDT 益出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的 DISRTO 位地址 8EH可翻开或关闭该功能。DISRTO 位缺省为 RESET 输出高电平翻开状态。ALE/P

22、ROG：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。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6输出的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目地，要注意的是：第当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。如有必要，可通过对特殊功能存放器SFR区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位禁位后，只有一条 MOVX 和 MOVC指令 ALE 才会被激活。此外，该引脚伎被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 无效。PSEN：程序储存允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S51 由外部程

23、序存储器取指令或数据时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，高有两次有效的 PSEN 信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使 CPU 公访问外部程序存储器地址 0000HFFFFH ，EA 端必须保持低电平接地 。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平接 Vcc 端 ，CPU 那么执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时,该引脚加上12V 的编程电压 Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器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。AT89S51 单片机内部构造及功能：特殊功

24、能存放器：特殊功能存放器的片内空间分存如下列图3-2所示。这些地址并没有全部占用，没有占用的地址不可使用，读这些地址将得到一个随意的数值。而写这些地址单元将不能得到预期的结果。中断存放器：各中断允许控制位于IE存放器，5个中断源的中断优先级控制位于IP存放器。图2-2为AUXR辅助存放器。图2-2 AUXR辅助存放器双时钟指针存放器：为方便地访问内部和外部数据存储器，提供了两个16位数据指针存放储器：PD0位于SFR区块中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，当SFR中的位DPS=0时选择DP0,而DPS=1时选择DP1。在使用前初始化DPS。图2-3 双时钟指针存放器电源空闲标

25、志：电源空闲标志POF在特殊功能存放储器SFR中PCON的第4位PCON.4,电源翻开时POF置“1,它可由软件设置睡眠状态并不为复位所影响。存储器结构：MCS-51单片机内核采用程序存储器和数据存储器空间分开的结构，均具有64KB外部程序和数据的寻址空间。程序存储器：如果EA引脚接地GND，全部程序均执行外部存储器。在AT89S51,假设接至Vcc电源，程序首先执行从地址0000H0FFFH4KB内部程序存储器，再执行地址为1000HFFFFH60KB的外部程序存储器。数据存储器：在AT89S51的具有128字节的内部RAM，这128字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方

26、式进行，128字节均可设置为堆栈区空间。看门狗定时器WDT：WDT是为了解决CPU程序运行时可能进入混乱或死循环而设置，它由一个14bit计数器和看狗复位SFRWDTRST构成。外部复位时，WDT默认为关闭状态，要翻开WDT，必按顺序将01H和0E1H写到WDTRST存放器，当启动了WDT，它会随晶体振荡器在每个机器周期计数，除硬件复位或WDT溢出复位外没有其它方法关闭WDT，当WDT溢出，将使RST引脚输出高电平的复位脉冲。引脚图详见图2-4 图 2-4 AT89S51 单片机引脚图 第三章第三章 系统主要硬件电路设计及功能系统主要硬件电路设计及功能3-1 单片机主机系统电路图时钟电路时钟电

27、路时钟电路就是产生象时钟一样 图准确的振荡电路 。任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。时钟电路一般由晶体震荡器、晶震控制芯片和电容组成。单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到 :内部振荡和外部振荡。 MCS-51 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比拟稳定，实际使用中常采用这种方式，如图 3-2 所示在其外接晶体振荡器 (简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反应元件的

28、片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。图3-2 中外接晶体以及电容 C2 和 C1 构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为 30P 左右，晶振频率选 6MHz。图 3-2 时钟电路复位电路复位电路为确保微机系统中 电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一局部，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当 VCC 超过 4.75V 低于 5.25V 以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。目前

29、为止，单片机复位电路主要有四种类型： 1微分型复位电路； 2积分型复位电路； 3比拟器型复位电路； 4看门狗型复位电路。 ISA 总线的复位信号到南桥之间会有一个 非门。如果主板上没有 ISA 总线，也就是 8XX 系列芯片组的主板， IDE 的复位直接来自于南桥，在两者之间通常也会有一个非门或是反向电子开关，PCI 总线的复位直接来自于南桥，有些主板会在两者之间加有跟随器，此跟随器起缓冲延时作用。且 PCI 的常态为 3.3V 或 5V，复位时为 0V,AGP 总线的复位信号和 PCI 总线的复位信号是同路产生。也有的主板 AGP 总线的复位也是由南桥直接供应，常态时为高电平，复位时为低电平

30、，对于北桥的复位信号也是和PCI 总线的复位信号同路产生，也就是说 PCI 总线的复位信号， AGP 总线的复位信号和北桥的复位信号通常是串在一根线上的，复位信号都相同，对于CPU 的复位信号，不同的主板都是由北桥供应， I/O 的复位信号是由南桥直接供应，通常是3.3V 或 5V。在 8XX 系列芯片组的主板中， 固件中心B205和时钟发生器芯片也有复位信号，且复位信号由南桥直接供应，常态为 3.3V，复位时为 0V。 复位电路工作原理如右图所示， VCC 上电时，C 充电，在 200 电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后， C 充满，200 电阻上电流降为 0，电压也为0，使得单片机

31、 进入工作状态 。工作期间，按下 S，C 放电。 S 松手，C 又充电，在 10K 电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。 图 3-3 复位电路AT89C51 单片机外接数据 RAM 时，PZ 口输出存储器地址的高 8 位，PQ 口分时输出地址的低 8 位和传送指令字节或数据。PQ 口先输出低 8 位地址信号，在 ALE 有效时将它锁存到外部地址锁存器中，然后 PQ 口作为数据总线使用，此处地址锁存器选用74LS373，实际电路图连接如图 3-4 所示。图 3-4 数据存储器的扩展电路LED 显示以其使用方便，价格低廉等优点而得到广泛应用。它的显示接口按驱动方式可分为

32、静态显示和动态显示两种。静态显示虽然亮度高，无闪动，但具有功耗大，占 IO 口多，本钱高等缺点。在 IO 口紧张的情况下大多采用动态显示方式。目前，市场上有许多专用的动态显示接口芯片可供选择。但是，这些芯片价格普遍较高，而不适合在廉价系统中应用。有些专用芯片(如 MC14489)采用硬件译码方式，显示的信息量有限，难以满足各种要求，影响了它的应用。在此介绍一种价格低廉，效果良好的 LED 动态显示电路，通过软件译码，串行显示方式，节省大量 IO 线，不仅能显示数字，而且可以显示大局部英文字母。微机化测控系统中常用的测量数据的显示器有发光二极管显示器(简称 LED 或数码管)和液晶显示器(简称

33、LCD)。这两种显示器都具有线路简单、耗电少、本钱低、寿命长等优点，本系统输出结果选用 4 个 LED 显示。数码管有共阴共阳之分，本系统采用 8 段共阴型 LED，其原理图如图 3-5 所示，每位数码管内部有 8 个发光二极管，公共端由 8 个发光二极管的阴极并接而成，正常显示时公共端接低电平(GND)，各发光二极管是否点亮取决于 a-dp 各引脚上是否是高电平。图 3-5 LED 显示系统电路数据采集电路即数模转换电路。ADC0809 是一种 8 位逐次逼近式刀 D 转换器，内部具有锁存控制的 8 路模拟开关，外接 8 路模拟输入端，可同时对 8 路 O-5V 的输入模拟电压信号分时进行采

34、集转换，本系统只用到 INO 和 INI 两路输入通道。ADC0809 转换器的分辨率为 8 位，最大不可调误差小于1LSB，采用单一+5V 供电，功耗为 15mW，不必进行零点和满度调整。由于 ADC0809 转换器的输出数据存放器具有可控的三态输出功能，输出具有TTL 三态锁存缓冲器，故其 8 位数据输出引脚可直接与数据总线相连。A/D 转换器需外部控制启动转换信号方能进行转换，这一启动转换信号可由 CPU 提供，不同型号的A/D 转换器，对启动转换信号的要求也不同，分脉冲启动和电平启动两种，ADC0809采用脉冲启动转换，只需给 A/D 转换器的启动控制转换的输入引脚 S(TART)上，

35、参加正脉冲信号，即启动 A/D 转换器进行转换，转换开始后，转换结束信号输出端(EOC)信号变低，转换结束时，EOC 返回高电平，以通知主机读取转换结果的数字量，这个信号可以作为 A/D 转换器的状态信号供查询，也可以用作中断请求信号。本系统中 ADC0809 与 AT89C51 单片机的接口如图 3-6 所示，采用等待延时方式。ADC0809 的时钟频率范围要求在 10-1280kHz，AT89C51 单片机的 AEL 脚的频率是单片机时钟频率的 1/6，因此当单片机的时钟频率采用 6MHz，ADC0809 输入时钟频率即为 CLK=1MHz，发生启动脉冲后需延时 100us 才可读取 A/

36、D 转换数据。如图 3-6 连接方式，ADC0809 的 8 位数据输出引脚可直接与数据总线相连，地址译码引脚 A、B、C 分别与 74LS373 的 A、B、C 相连，以选通 INO-IN7 中的一个通道。AT89C51 的 P2.6 作为片选信号，在启动 A/D 转换时，由单片机的写信号 WR 和 P2.6控制 ADC 的地址锁存和转换启动。由于 ALE 与 START 连在一起，因此 ADC0809 在锁存通道地址的同时也启动转换，在读取转换结果时，用单片机的读信号 RD 和 P2.6引脚一级或非门产生的正脉冲作为 OE 信号，用以翻开三态输出锁存器。 图 3-6 数模转换电路直流稳压电

37、路分为以下四种类型：一.稳压二极管稳压电路 这种稳压电路中利用硅稳压二极管的稳压特性，实现直流工作电压的稳压输出。这种直流稳压电路的稳压特性一半，往往只用于稳定局部的直流电压。在整机电源电路中一般不用。 二.串联调整管稳压电路 这种稳压电路利用了三极管集电极与发射极之间阻抗随基极电流大小变化而变化的特性，进行直流输出电压的自动调整，实现直流输出电压的稳定。在这种稳压电路中的三极管 调整管一直处于导通状态。 三.开关型稳压电路 这是一种高性能的直流稳压电路，稳压原理比拟复杂，在这种电路中的三极管开关管处于导通、截止两种状态的转换中，即工作在开关状态，所以开关型稳压电路由此得名。 四.三端集成稳压

38、电路 这是一种集成电路的稳压电路，其功能是稳定直流输出电压。这种集成电路只有三根引脚，使用很方便，在许多场合都有着广泛应用。因为是 220V 交流电输入，输出共 4 路:1 路 5V，1 路 10V，1 路 15V，1 路-15V，变压器为 C 型，空载电流为 15-20mA，并用环氧树脂封装，以防止在潮湿的环境下，特别是在梅雨季节出现漏电的不平安现象和事故。最终供电模块的稳压集成电路是采用三端稳压管 7805，7810,7815,7915 四种单片机。接下来进行电路设计，供电模块的电路如图 3-7 所示。电器元件的选择(1)电感选择根据输出电压+5V，最大输入电压，最大负载电流 1A 等参数

39、并查阅该器件的用户手册得知电感的大小为 330uH，本电感是由京口电子电器厂生产的，具有屏蔽磁性外壳，直径 14mm。(2)输入输出电容的选择输入电容为 C31 应大于 47uH，本应用选取了 220uF/25V，设计时要尽量靠近芯片，输出电容 C32 推荐的电容容量为:100uF-470uF，其耐压值应大于额定输出的 1.5-2 倍，本应用选取了 470uF/25V。(3)二极管的选择二极管选择的要求是额定电流值应大于最大负载电流的 1.2 倍，但考虑到负载短路的情况，二极管额定电流值应大于 7805、7810、7815、7915 的最大电流限制，另外二极管的反向电压值应大于最大输入电压的

40、1.25 倍。由这些约束条件我选取二极管1N5819。另外，整流桥选择的是 2W06 最大整流电流为 2A，电容 C30 为是用来抵消输入端的长线的电感效应，防止产生自激振荡，接线不长时，也可不用。图 3-7 直流稳压电路在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 功能：对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4 个功率元件组成的 H 桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM脉冲宽度调制调速。 性能：对于 PWM 调速的电机驱动电

41、路，主要有以下性能指标。1输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。2效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通H 桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路入手。3对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。4对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。5可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是平安的

42、第四章第四章 ProteusProteus 软件介绍软件介绍4.14.1 ProteusProteus 软件功能介绍及其使用方法软件功能介绍及其使用方法Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件该软件中国总代理为广州风标电子技术 。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机

43、与外围电路协同仿真，一键切换到PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2021 年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译器。 功能特点Proteus 软件具有其它 EDA 工具软件例：multisim的功能。这些功能是： 1原理布图 2PCB 自动或人工布线 3

44、SPICE 电路仿真 革命性的特点 1互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如 RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，局部 SPI 器件，局部 IIC 器件。 2仿真处理器及其外围电路 可以仿真 51 系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型 上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等， Proteus 建立了完备的电子设计开发环境。 功能模块1智能原理图设计 ISIS丰富的器件库：超过 27000 种元器件，可方便地创立新元件； 智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；

45、智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间； 支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰； 可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP 图纸，可以方便地供 WORD、POWERPOINT 等多种文档使用。 2完善的电路仿真功能 ProspiceProSPICE 混合仿真：基于工业标准 SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真； 超过 27000 个仿真器件： 可以通过内部原型或使用厂家的 SPICE 文件自行设计仿真器件， Labcenter 也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件； 多样的鼓励源： 包括直流、正弦、脉

46、冲、分段线性脉冲、音频 使用 wav 文件、指数信号、单频 FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入； 丰富的虚拟仪器： 13 种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压 /电流表、交流电压 /电流表、数字图案发生器、频率计 /计数器、逻辑探头、 虚拟终端、SPI 调试器、I2C 调试器等； 生动的仿真显示： 用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件 如电机、显示器件、按钮 的使用可以使仿真更加直观、生动； 高级图形仿真功能 ASF：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅

47、立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析； 3独特的单片机协同仿真功能 VSM支持主流的 CPU 类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430 等，CPU 类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持 CORTEX、DSP 处理器； 支持通用外设模型： 如字符 LCD 模块、图形 LCD 模块、LED 点阵、LED 七段显示模块、键盘 /按键、直流/步进/伺服电机、 RS232 虚拟终端、电子温度计等等，其 COMPIMCOM 口物理接口模型 还可以使仿真电路通过 PC 机串口和外

48、部电路实现双向 异步串行通信 ； 实时仿真：支持 UART/USART/EUSARTs 仿真、中断仿真、 SPI/I2C 仿真、MSSP 仿真、PSP 仿真、RTC 仿真、ADC 仿真、CCP/ECCP 仿真； 编译及调试： 支持单片机汇编语言的编辑 /编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC 的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境 如 IAR、Keil和 Hitech结合，进行高级语言的源码级仿真和调试； 4实用的 PCB 设计平台原理图到 PCB 的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入ARES 的PCB 设计环境，实现从概念到产品的完整设计； 先进的自动布局 /布线功能： 支

49、持器件的自动 /人工布局；支持无 网格自动布线或人工布线；支持引脚交换 /门交换功能使 PCB 设计更为合理； 完整的 PCB 设计功能：最多可设计 16 个铜箔层，2 个丝印层， 4 个机械层含板边，灵活的布线策略供用户设置，自动设计规那么检查，3D 可视化预览； 多种输出格式的支持： 可以输出多种格式文件，包括 Gerber 文件的导入或导出，便利与其它 PCB 设计工具的互转 如 protel和 PCB 板的设计和加工。 资源丰富1Proteus 可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有 30 多个元件库。 2Proteus 可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻

50、辑分析仪、虚拟终端、SPI 调试器、I2C 调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 3除了现实存在的仪器外， Proteus 还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。 4Proteus 可提供的调试手段 Proteus 提供了比拟丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。 电路仿真在 PROTEUS 绘制好原理图后，调入已编译

51、好的目标代码文件： *.HEX，可以在 PROTEUS 的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。 PROTEUS 是单片机课堂教学的先进助手。 PROTEUS 不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者那么是实物演示实验难以到达的效果。 它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。 课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTEUS 提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修

52、改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台 随着科技的开展， “计算机仿真技术 已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTEUS 也能茯得愈来愈广泛的应用。 使用 Proteus 软件进行单片机 系统仿真设计, 是虚拟仿真技术 和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计 和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用 Proteus 开发环境对学生

53、进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用 Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此，Proteus 有较高的推广利用价值。第五章第五章 总结总结在本次设计中，我们所学过的理论知识接受了实践的检验，增强我的综合运用所学知识的能力及动手能力，为以后的学习和工作打下了良好的根底。本文以 AT89C51系列单片机为核心，用 AT89C51 单片机作为控制器件，温度信号通过热敏电阻和放大器转换成电信号，再由 ADC0809 转换成为数字信号，测温电路采用桥式电路，温度设定采

54、用按键移位式设定方法，温度控制采用光耦和可控硅控制加热器。软件算法采用设定值和测量值相比拟的算法。在单片机应用的根底上，实现了一种用带有 EPROM的 AT89C51 单片机控制传感器的自动化温度监控系统。通过三个月的设计，我也有很深的感触：当今社会在飞速开展，科学技术开展的速度更是迅猛无比，尤其是单片机技术在未来社会开展中一定会起着十分重要的作用，而通过本次设计无论是从硬件实现还是到整个程序的完成，无不是对我个人专业能力的一次提高和表达。而本次设计主要是完成两方面工作，软件程序设计和硬件电路板设计。软件设计包括用单片机设计语言设计控制系统并仿真、实现。硬件设计包括绘制电路原理图，生成图后制作电路板、插件焊件、再做硬件测试。通过这些都使我对采用单片机设计方法有了更深的理解和掌握，同时也让我把所学的知识广泛的应用到了实践中，充分的做到了理论与实践相结合。无论从专业知识、动手能力，还是毅志品质，都使我受益非浅。当然，这与老师和同学的热心帮助也是分不开的