烘箱温度单片机控制系统

单片机应用课程设计任务书一、课程设计目的（1）通过烘箱测试单片机控制系统的硬件设计和软件设计，巩固所学的知识；（2）学习和掌握单片机应用系统的设计方法；（3）熟练掌握仿真开发系统的使用，培养和提高学生微机和单片机的应用能力；（4）通过设计，掌握温度伟感器测量原理、特性以及A/D接口的扩展；（5）掌握显示接口和键盘接口的设计方法；（6）掌握A/D控制程序的设计方法，动态显示控制程序的设计方法，键盘扫描控制程序的设计方法。（7）应用软件：1．Protel992．MicrosoftOfficeVisio2003二、课程设计内容用MCS-51单片机设计一个烘箱温度单片机控制系统。三、设计要求要求对烘箱温度进行实时测量，当烘箱内温度高于设定上限温度时，停止电炉丝加温；当烘箱内温度低于设定下限温度时，启动电炉丝加温。用LED七段数码管显示测量的温度值。用片外RAM来记录所测温度值。四、所需设备与器件ATMEL89C52单片机；实验板（可自制）及相关器件；温控接口板；微机1台；直流电源；通用单片机开发工具。五、任务进度安排表1、下达课程设计任务（6月14日）2、设计前期准备工作阶段（6月15日—6月16日）（1）查找、借阅、下载相关资料（2）熟悉单片机仿真实验设备器材（单片机实验箱/微机等）3、设计阶段（6月19日—6月21日）（1）硬件设计阶段（2）程序编写阶段4、实验仿真、程序调试阶段（6月22日—6月23日）（1）实验仿真（2）程序调试5、总结、书写报告阶段（6月26日—6月27日）

目录§1总体设计……………………1§2硬件设计……………………2§2.1单片机系统………………2§2.2烘箱温度检测电路设计…………………5§2.3烘箱温度加热电路设计…………………8§2.4动态显示及键盘接口电路………………9§2.5RAM扩展……………………12§3软件设计……………………14§4总结…………19参考文献………20§1总体设计根据课程设计内容，对烘箱温度进行实时测量，当烘箱内温度高于设定上限温度时，停止电炉丝加温；当烘箱内温度低于设定下限温度时，启动电炉丝加温。用LED七段数码管显示测量的温度值。用片外RAM来记录所测温度值。因此，该烘箱温度单片机控制系统设计原理的框图为：具体设计分为：硬件设计与软件设计两个部分。

§2硬件设计§2.1单片机系统一、单片机系统介绍1、ATMEL89C52单片机的结构（1）单片机的功能中央处理器CPU中央处理器CPU是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的主要功能特性，由运算器和控制器两大部分组成。运算器是计算机的运算部件，用于实现算术逻辑运算、位变量处理、移位和数据传送等操作。它是以算术逻辑单元ALU为核心，加是累加器ACC、寄存器B、程序状态字PWS以及十进制调整电路和专门用于位操作的布尔处理器等组成，。控制器是计算机的控制部件，它包括程序计数器PC、指令译码器ID、数据指针DPTR、堆栈指针SP以及定时控制与条件转移逻辑电路等。它对来自存储器中的指令进行译码，并通过定时和控制电路在规定的时刻发出各种操作所需要的控制信号，使各部件协调工作，完成指令所规定的操作。定时器/计数器8051单片机内有两个16位的定时器/计数器：定时器/计数器0和定时器/计数器1。它们分别由两个8位寄存器组成；即T0由THO和TLO构成，同样T1由THI和TLI构成，地址依次是8AH～8DH。串行口单片机内部有一个串行数据缓冲寄存器SBUF，它是可直接寻址的特功能寄存器，地址为99H，在机器内部实际是由两个8位寄存器组成，一个作发送缓冲寄存器，另一个作接收缓冲寄存器，二者由读写出信号区分，但都是使用同一个地址99H。中断系统8051单片机共有5个中断源，每个中断分为高级和低级两个优先级别。它可以接收外部中断申请、定时器/计数器申请和串行口申请，常用于实时控制、故障自动处理、计算机与外设间传送数据及人机对话等。（2）单片机的特点单片机是在一块超大规模集成电路芯片上，集成了CPU、存储器、I/O接口、定时器/计数器、串行通讯接口等电路。片内各功能部件通过内部总线相互连接起来。就其组成而言，一块单片机芯片就是不带外部设备的微型计算机。下图为单片机的结构框图。单片机的特点有以下几个方面：集成度高、体积小、可靠性高。有优良的性能价格比。控制功能强。系统配置较典型、规范。低功耗。2、单片机引脚图及各引脚功能引脚图如下所示：各引脚功能如下：（1）VSS为电压接地端，VCC为+5V电源端；（2）XTAL1和XTAL2外接晶体引线端；（3）ALE/PROG引脚是地址锁存控制信号；（4）PSEN引脚是片外程序存储器选通信号，低电平有效；（5）EA/VPP引脚是访问外部程序存储器的控制信号；（6）RES/VPD引脚是复位信号，高电平有效。§2.2烘箱温度检测电路设计烘箱温度单片机控制系统中的烘箱温度检测电路是由温度传感器结合放大器电路、模拟数字转换电路组成，其中模拟数字转换电路是最重要的一环。由于本次课程设计采用八位的ATMEL89C52单片机，因此，8位分辨率的ADC0809完全能满足设计需要。1、ADC0809的结构ADC0809是一种8路模拟输入8位数字输出的A/D转换芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D转换的。ADC0809由单一+5V电源供电，此时输入范围为0～5V的输入模拟电压信号分时进行转换，三个地址信号A、B和C决定是哪一路模拟信号被选中并送到内部A/D转换器中进行转换，完成一次转换约需100us；片内具有多路开关、地址译码器和锁存电路以及逐次逼近寄存器。输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接接到单片机数据总路线上。2、ADC0809引脚图及各引脚功能ADC0809是28脚双列直插式封装，引脚图如下所示：各引脚功能如下：IN0～IN7：8路模拟量输入引脚。START：A/D转换启动信号输入端。当START为高电平时，A/D开始转换。ALE：通道地址锁存允许信号输入端，上升沿有效。EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端。D7～D0：8位数字量输出引脚。VR（+）：参考电压正端。一般接+5V高精度参考电源。VR（-）：参考电压负端。一般接模拟地。VCC，GND：电源电压VCC接+5V，GND为数字地。A、B、C：地址输入线，经译码后可选通IN0～IN7八通道中的一个通道进行转换。A为最低，C为最高。（如下图所示）被选通的通道CBAIN0000IN1001IN2010IN3011IN4100IN5101IN6110IN71113、ADC0809的主要特征如下：①分辩率：8位；②未未调整总误差±1/2LSB和±LSB；③转换时间：100微秒；④无零点和满刻度调整；⑤8通通多路转换器，带锁存控制逻辑；⑥用一组5V电源时，模拟输入电压范围为0。5V；⑦具有锁存三态输出，与TTL电容兼容，便于与微机接口。4、ADC0809与MCS-51单片机的硬件接口方式ADC0809与MCS-51单片机的硬件接口有三种方式：查询方式，中断方式和等待延时方式。本次课程设计在ADC0809与MCS-51单片机的硬件接口方式上采用了：查询方式与中断方式相结合的设计方法。ADC0809与MCS-51单片机的具体硬件接口图：（1）查询方式设计由于ADC0809片内一无时钟，可利用AT89C52提供的地址锁存允许信号ALE经D触发器二分频后获得，ALE脚的频率是AT89C52单片机的时钟频率的1/6。如果单片机时钟频率采用6MHZ，则ALE脚的输出频率为1MHZ，再二分频后为500KHZ，恰好符合ADC0809对时钟频率的要求。由于ADC0809具有输出三态锁存器，其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。地址译码脚A，B，C分别与地址总线的低三位A0，A1，A2相连，以选通IN0~IN7中的一个通通。将P2.7地址总线最高位A（5）作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号WR和P2.7控制ADC的地址锁存和转换启动，由于ALE和START连在一起，因此ADC0809在锁存器通通地址的同时，启动并运行转换。在读取转换结果时，用单片机的读信号RD和P2.7脚经一级成非门后，产生的正脉冲作为OE信号，可以打开三态输出锁存器。由上图可见，P2.7与ADC0809的ALE，START和OE之间有如下关系：ALE=START=WR+P2.7OE=RD=P2.7可见P2.7应设置为低电平。（2）中断方式设计ADC0809与MCS-51单片机的中断方式接口电路只需将图ADC0809的EOC的脚经过一非门连接到A789C52的INTO脚即可。采用中断方式可大大节省CPU的时间，当转换结束时，EOC发出一个脉冲问单片机提出中断请求，单片机响应中断请求，由外部中断1的中断服务程序读A/D结果，并启动0809的下一次转换，外部中断1采用边沿触发方式。§2.3烘箱温度加热电路设计本次课程设计在烘箱温度加热电路上采用光耦电路设计。一、光耦电路1、光耦电路工作原理光电耦合器是将发光器件（LED）和光敏器件，光电二极管或光电三极管等封装在同一个管壳内组成的电一光电器件。当在光电耦合器的输入端加电信号时，发光二极管发光，光电管受到光照后产生电流，由输出端引出，于是实现了电-光-电的传输和转换，符号见下图，左边是发光二极管，右边是光电三极管。2、光电耦合器的主要特点以光为媒介实现电信号传输输入端与输出端在电气上是缘绝的，因此能有效地抗干扰，隔噪声，而且具有响应快，寿命长等特点；它代替变压器耦合时，具有失真小的，工作频度高的优点；代替继电器使用时，没有机械触点疲劳问题，具有很高的可靠性；它还能实现电平转换,电位隔离等功能。二、烘箱温度加热电路设计本次设计烘箱加温电路中所用的光电耦合器，型号为3041。烘箱温度加热电路设计如下图：§2.4动态显示及键盘接口电路对键盘/显示器接口的设计应满足两个要求：功能技术要求；可靠性高。因此，在本次课程设计中，动态显示及键盘接口电路采用一处8155或8255作接口芯片。电路图如下：一、LED显示器的工作原理LED显示器是由若干发光二极管组成的。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划点亮。控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。这种显示器有共阳极和共阴极两种。常用七段显示器结构及外形如下图所示。共阳极LED显示器的发光二极管的阳极（二极管正端）连在一起如下图（b）所示。当某个发光二极管的负端低电平时，发光二极管点亮，相应段被显示。通常此公共阳极接高电平。同样，共阴极LED显示器的发光二极管的阴极（二极管的负端）连在一起如下图（a）所示。通常此公共阴极接低电平。当某个发光二极管的正端接高电平时，发光二极宇航局被点亮，相应的段被显示。点亮显示器有静态和动态两种方法。所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。当显示位数较多时，用静态显示所需的I/O端口太多，一般采用动态方法，所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮显示器各个位（扫描），对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。动态显示时将多个显示器的段码同名端连在一起，用一个I/0端口驱动（称段码口）；位码用另一个I/Ｏ端口分别控制（称位扫描口）。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现高度较高较稳定的显示。二、键盘接口电路在键盘扫描子程序中需完成下述几个功能：①判断键盘上有无键按下。其方法为，PA口输出全扫描字00H，读PC口状态，若PC0～PC3为全1则键盘无键按下，若不全为1则有键按下。②去键的机械抖动影响。其方法为，在判断有键按下后，软件延时一段时间再判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，PC0～PC3不全为1。③求按下键的键号。④键闭合一次仅进行一次键功能操作，其方法为，等待键释以后再读键号。1、键盘接口电路：利用8155芯片实现键盘/显示接口上图是AT89052单片机扩展I/O接口芯片8155实现的6位LED显示和键盘/显示器接口电路。AT89052外扩一片8155H，8155H的RAM地址为7E00H~7EFFH，I/O口地址为7FOOH~7FO5H，8155的PA口为端出口，控制键盘的列线Y0~Y7的电位。PA口作为键扫描口，同时又是6位显示器的扫描口。PB口作为显示器的段数据口，8155H的PC口作为输入口，PC0~3接行线Y0~Y3，称为键输入口。键盘输入程序的功能有以下4个方面：①判断键盘上有无键闭合，其方法为扫描PA0~PA7输出全“0”，续PC口的状态，若PC1~PC3为全“1”，（键盘上行线全为高电平），则键盘上没有闭合键，若PC0~PC3不为全“②去除键的机械抖动，其方法为判别出有键闭合后，延迟一段时间再判别键盘的状态，若仍有键闭合，则认为键盘上有一个处于稳定的闭合期，否则认为是键的抖动。③判别闭合键的键号，方法为对键盘的列线进行扫描，扫描口PA0~PA7依次输出。相应地依次读PCD状态，若PC0~3为全“1”，则列线为“0④使用CPU对键的一次闭合作为一次处理，用的方法为等待闭合键释放以后再作处理。键输入程序采用显示等程序等程序作为延时程序，其优点是在进入键输入子程序后，显示器始终是亮的。其软件设计流程图为：对于上图中的6位显示器，在AT895C52内部RAM中设置6个显示器缓冲单元，79H~7EH，分别存放在显示器的6位数据，8155H的PA口扫描输出总是有一位为高电平，即显示器的6位中仅有一位公共阴极为低电平，其他位为高电平，8155的PB口输出相应位（阴极为低）的显示数据的段数据，使某一位显示出一个字段，其他位为暗，依次地改变PA口输出为高的位，PB口输出对应的段数据，显示器的6位就显示出由缓冲器中显示数据所确定的字符。§2.5RAM扩展一、外部数据存储器的扩展要点1、MCS-51单片机的外部数据存储器的地址空间为0000H—FFFFH。与程序存储器的地址空间完全重叠，但由于各自使用不同的指令和控制信号，因此实际上是分开的彼此间不会因地址重叠面发生冲突。另外，扩展的I/O接口和外围设备均占用外部数据存储器的地址，因此需要统筹考虑。2、扩展外部数据存储器也要在P0口连接锁存器，以锁低8位地址信号，当同时有外部程序存储时，地址锁存储器可合用一个。3、RD和WR信号作为外部数据存储器的读/写控制信号。4、外部数据存储器的扩展芯片大多采用SRAM芯片，根据需要也可采用EEPROM或其他芯片。二、数据存储器的扩展方法①在进行数据存储器的扩展时，控制信号WR与数据存储器的写允许信号连接，RD与数据存储器的读允许信号连接。②通过MOVX指令访问外部数据存储器，在扩展数据存储器时，由于数据存储器与外部I/0接口统一编址，因此要兼顾两者的地址范围，以免发生冲突，一般外部I/O接口地址放在地址的高端。三、62646264的结构6264是8K字节的静态随机存储器芯片，它采用CMOS控制器，由单一+5V供电，额定功耗200MV，典型存取时间200MV，为28脚双列直插式封装。2、6264的引脚图及各引脚功能引脚图如下所示：引脚功能：A0~An：地址输入线；对6116，n=10；6264，n=12；其他的类推。D0~D7：双向数据线；CE：是片选输入线，低平有效；6264的CS1为高电平，且CE为低电平时才选中该芯片。WE：写允许信号输入线，低电平有效；OE：读选通信号输入线，低电平有效；VCC：工作电源+5V。GND：电源地。四、RAM扩展设计根据上述思路，单片机RAM扩展设计电路如下图：

§3软件设计温控系统采用模块化程序结构，可以分成以下程序模块：1、系统初始化程序：首先完成变量的设定、中断入口的设定、堆栈、输入输出口及外部部件的初始化工作。2、主程序MAIN：完成键盘扫描、温度值采集及转换、温度值的显示。当温度值高于设定最高限时或当温度值低于设定最低限时，作相应处理。3、键盘扫描程序KEYI：完成键盘4的扫描并根据确定的键值执行相应的功能，主要完成最高温度、最低温度的设定。4、温度测量程序CL：完成1个通道的温度测量及A/D转换5、延时程序DELAY、DELAY1满足要求的延时间隔及程序中的延时功能。部分子程序如下：一、系统初始化程序CHUENX： MOV 53H，79H MOV 52H，7AH MOV 51H，7BH MOV 50H，7CH LCALL IDTB； MOV 31H，R3； MOV 30H，R4； RET；CHUENS： MOV 53H，79H MOV 52H，7AH MOV 51H，7BH MOV 50H，7CH LCALL IDTB MOV 33H，R3； MOV 32H，R4； RET；二、测量程序：CL： MOV R1，#00HLOOP： JB P3.5，CLE； MOV PORT1，R1； CJNE R1，#01H，NEXT4 LJMP CLE；NEXT4： NOPSADC： MOV DPTR，#PORT MOV @DPTR，A； SETB FOLOOP3： LCALL DIR； JNB F0，NEXT5； SJMP LOOP3；NEXT5： LCALL XZB； CLR C MOV A，40H SUBB A，30H JB C，YXXBJ； CLR C MOV A，32H SUBB A，40H JB C，YSXBJDISS： LCALL DIR INC R1 LJMP LOOP2YSXBJ： CLR P1.2 SJMP DISSYXXBJ: SETB P1.2 SJMP DISSCLE: RET三、INTO中断服务程序：将A/D转换结果送入40HPINTO: PUSH A PUSH DPH PUSH DPL MOV DPTR,#PORT2 MOVX A,@DPTR MOVX 40H,A CLR FO; POP DPL POP DPH POP A RETI;四、键盘输入子程序KEYI: PUSH PSW SETB RS1 CLR RS0KEYII: ACALL KS1 JNZ LK1NI: ACALL DIR AJMP KEYIILK1: ACALL DIR ACALL DIR ACALL KS1 JNZ LK2 ACALL DIR AJMP KEYIILK2: MOV R2,#0FEH MOV R4,#00HLK4: MOV DPTR,#7F01H MOV A,R2 MOVX @DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,@DPTR JB ACC.0,LONE MOV A,#00H AJMP LKPLONE: JB ACC.1.LTWO MOV A,#05H AJMP LKPLTWO: JB ACC.2,LTHR MOV A,#0AH AJMP LKPLTHR: JB ACC.3,NEXT1 MOV A,#0FHLKP: ADD A,R4 PUSH ACCLK3: ACALL DIR ACALL KS1 JNZ LK3 POP ACC POP PSW RETNEXT1: INC R4 MOV A,R2 JNB ACC.4,KND RL A MOV R2,A AJMP LK4KND: AJMP KEYIIKS1: MOV DPTR,#7F01H MOV A,#00H MOVX @DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,@DPTR CPL A ANL A,#0FH RET五、显示子程序DIR: PUSH A PUSH PSW SETB RS0 CLR RS1 MOV R0,#79H MOV R3,#20H MOV A,R3LD0: MOV DPTR,#7F01H MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,@R0 ADD A,#0DH MOVC A,@A+DPTRDIR1: MOVX @DPTR,A ACALL DL1 INC R0 MOV A,R3 JB ACC.5,LD1 RR A MOV R3,A SJMP LD0 POP