|
第1章 緒論 1.1課題背景 測量控制的作用是從生產(chǎn)現(xiàn)場中獲取各種參數(shù)，運(yùn)用科學(xué)計(jì)算的方法，綜合各種先進(jìn)技術(shù)，使每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都能夠得到有效的控制，不但保證了生產(chǎn)的規(guī)范化、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，還確保了生產(chǎn)安全。所以，測量控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煉油、化工、冶金、電力、電子、輕工和紡織等行業(yè)。
隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速興起與蓬勃發(fā)展，其穩(wěn)定、安全、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)十分突出，所以其應(yīng)用也十分廣泛。單片機(jī)已經(jīng)無處不在、與我們生活息息相關(guān)，并且滲透到生活的方方面面。
單片機(jī)的特點(diǎn)是體積較小，也就是其集成特性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡化，增加一些外圍電路，就能夠組成一個(gè)完整的小系統(tǒng)，單片機(jī)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。它具有和普通計(jì)算機(jī)類似的、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，通過使用一些科學(xué)的算法，可以獲得很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力[2]。所以單片機(jī)在工業(yè)中應(yīng)用中，可以極大地提高工業(yè)設(shè)備的智能化、數(shù)據(jù)處理能力和處理效率，而且單片機(jī)無需占用很大的空間。
隨著溫度檢測理論和技術(shù)的不斷更新, 溫度傳感器的種類也越來越多，在微機(jī)系統(tǒng)中使用的傳感器，必須是能夠?qū)⒎请娏哭D(zhuǎn)換成電量的傳感器，目前常用的有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和半導(dǎo)體集成傳感器等，每種傳感器根據(jù)其自身特性，都有它自己的應(yīng)用領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)STC8052，測溫傳感器使用DS18B20用1602C以串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。 1.2溫度檢測與及報(bào)警系統(tǒng)的國內(nèi)外狀況 溫度是一個(gè)非常重要的物理量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵⒒瘜W(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對溫度的檢測的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時(shí)候都需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。
溫度采集控制系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源 于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性，都無法滿足廣大對象對嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。單片機(jī)誕生于二十世紀(jì)七十年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU和SOC三大階段。 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用MCS-51單片機(jī)來對溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。同時(shí)溫度也是生活中最常見的一個(gè)物理量，也是人們很關(guān)心的一個(gè)物理量，它與我們的生活息息相關(guān)，有著十分重要的意義，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度過高或過低會(huì)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、對機(jī)械設(shè)備和控制系統(tǒng)中的各種元器件造成一定的損壞，嚴(yán)重的會(huì)影響到生產(chǎn)安全。在日常生活中，溫度過高或過低同樣會(huì)造成一些不良影響。 在實(shí)際生產(chǎn)、生活等各個(gè)領(lǐng)域中，溫度是環(huán)境因素的不可或缺的一部分，對溫度及時(shí)精確的控制和檢測顯得尤為重要。比如，農(nóng)業(yè)上土壤各個(gè)層面上的溫度將會(huì)影響植物的生長；在醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中也用到溫度的測量。在工業(yè)中，料桶里外上限溫度要求不一，以及熱處理中工件各個(gè)部位的溫度對工件形成后的性能至關(guān)重要等等。現(xiàn)代電子工業(yè)的飛速發(fā)展對自動(dòng)測試的要求越來越高。采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制,不僅具有控制方便和組態(tài)簡單的優(yōu)點(diǎn),而且可以提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。針對以上情況，在控制成本的前提下，通過本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一款能夠?qū)崟r(shí)檢測控制溫度，又具有對系統(tǒng)設(shè)定不同的報(bào)警溫度的溫度控制報(bào)警系統(tǒng)功能。此系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)代生產(chǎn)生活的需要，效率高，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和靈活性。因此，在生產(chǎn)和生活中要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)變化。通過本系統(tǒng)提高學(xué)生對于溫度控制的認(rèn)識。在學(xué)習(xí)實(shí)踐中提高對理論的認(rèn)知能力和動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力，達(dá)到教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合的目的。及采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，加以豐富的保安實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和知識，向社會(huì)提供各種超值安全設(shè)備服務(wù)，給用戶帶來安全和放心。
第2章系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)的組成
本系統(tǒng)集成了溫度報(bào)警及開機(jī)計(jì)時(shí)功能,必要時(shí),也可以將計(jì)時(shí)功能改為臨時(shí)時(shí)鐘的功能,這大大方便了我們的需要。 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架： 2.1 所需主要元件及芯片 l AT89C52單片機(jī)一片。 l 1302時(shí)鐘芯片一片。 l 18b20溫度傳感器一只。 2.2設(shè)計(jì)思想 l 溫度方面：18b20實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)加以計(jì)算并處理，單片機(jī)將處理好的數(shù)據(jù)通過LCD液晶顯示屏顯示出來，以便我們能夠直觀的測量數(shù)據(jù)。 l 時(shí)鐘方面：采用1302芯片通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信以實(shí)現(xiàn)對時(shí)間的調(diào)整，當(dāng)需要復(fù)位時(shí)只需按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)又可回到計(jì)時(shí)狀態(tài)，當(dāng)需要時(shí)鐘是也可以通過按鍵將計(jì)時(shí)改為鐘表。 l 輸出顯示：采用1602C液晶顯示器通過單片機(jī)P0口將所測溫度，以及時(shí)間顯示出來。 l 報(bào)警處理：通過所測溫度與預(yù)先設(shè)定的上下限的溫度進(jìn)行比較，如果大于或小于是就開始報(bào)警。報(bào)警顯示通過LED發(fā)光二極管顯示并通過揚(yáng)聲器發(fā)出警告。 2.3所需主要元件介紹 2.3.1 Stc89c52單片機(jī) STC89C52低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K的可以反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器PEROM和128B的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器RAM器件采用ATMAl公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器CPU和FLASH存儲單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要性能 l 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容。 l 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。 l 1000次擦寫周期。 l 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz。 l 三級加密程序存儲器。 l 32個(gè)可編程I/O口線。 l 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 l 八個(gè)中斷源。 l 全雙工UART串行通道。
l 低功耗空閑和掉電模式。 l 掉電后中斷可喚醒。
l 看門狗定時(shí)器。 l 雙數(shù)據(jù)指針。 l 掉電標(biāo)識符。 file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif 圖2-1 STC89C52引腳圖 VCC : 電源 GND: 地 P0 口： P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。 1 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）.在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳號 第二功能 P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）
P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用） P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用） P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用） 2 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR） 時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 3 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用.在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號。 引腳號 第二功能 P3.0------RXD（串行輸入） P3.1-------TXD（串行輸出） P3.2------- INT0(外部中斷0) P3.3------- INT0(外部中斷0) P3.4------- T0（定時(shí)器0外部輸入） P3.5------- T1（定時(shí)器1外部輸入） P3.6 -------WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) P3.7------- RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端
存儲器結(jié)構(gòu) MCS-51器件有單獨(dú)的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以 64K尋址。 程序存儲器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始
對于 89S52，如果EA 接VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲器（地址為0000H～1FFFH）開 始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000H~FFFFH 。數(shù)據(jù)存儲器：AT89S52 有256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。 當(dāng)一條指令訪問高于7FH 的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定CPU 訪問高128 字節(jié)RAM 還是特 殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）。 例如，下面的直接尋址指令訪問0A0H（P2口）存儲單元 MOV 0A0H , #data 使用間接尋址方式訪問高128 字節(jié)RAM。例如，下面的間接尋址方式中，R0 內(nèi)容為 0A0H，訪問的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。 MOV @R0 , #data 堆棧操作也是簡介尋址方式。因此，高128字節(jié)數(shù)據(jù)RAM也可用于堆棧空間。 中斷 AT89S52 有6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷（INT0 和INT1），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器0、1、 2）和一個(gè)串行中斷。 符號 位地址 功能 EA IE.7 中斷總允許控制位。EA=0，中斷總禁止；EA=1，各中斷由各自的控制位設(shè)定 IE.6 預(yù)留 ET2 IE.5 定時(shí)器2中斷允許控制位 ES IE.4 串行口中斷允許控制位 ET1 IE.3 定時(shí)器1中斷允許控制位 EX1 IE.2 外部中斷1允許控制位 ET0 IE.1 定時(shí)器0中斷允許控制位 EX0 IE.0 外部中斷1允許控制位 晶振特性 AT89S52 單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。從外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件的話，XTAL2 可以不接，而從XTAL1 接入，由于外部時(shí)鐘信號經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時(shí)鐘電路輸入的，所以對外部
時(shí)鐘信號的占空比沒有其它要求，最長低電平持續(xù)時(shí)間和最少高電平持續(xù)時(shí)間等還是要 符合要求的。 2.3.2 1302時(shí)鐘芯片 DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM 通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒分時(shí)日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24 或12 小時(shí)格式DS1302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線1 RES 復(fù)位2 I/O 數(shù)據(jù)線3SCLK串行時(shí)鐘時(shí)鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信DS1302 工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW DS1302 是由DS1202 改進(jìn)而來增加了以下的特性雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)Vcc1 為可編程涓流充電電源附加七個(gè)字節(jié)存儲器它廣泛應(yīng)用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等 產(chǎn)品領(lǐng)域下面將主要的性能指標(biāo)作一綜合 實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算2100年之前的秒分時(shí)日日期星期月年的能力還有閏年調(diào)整的能力 31 8 位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM 串行 I/O 口方式使得管腳數(shù)量最少 寬范圍工作電壓2.0 5.5V
工作電流 2.0V 時(shí),小于300nA
讀/寫時(shí)鐘或RAM 數(shù)據(jù)時(shí)有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式8腳DIP 封裝或可選的8 腳SOIC 封裝根據(jù)表面裝配 簡單3線接口 與 TTL 兼容Vcc=5V 可選工業(yè)級溫度范圍-40 +85 與 DS1202 兼容 在 DS1202 基礎(chǔ)上增加的特性 對Vcc1 有可選的涓流充電能力
雙電源管用于主電源和備份電源供應(yīng) 備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入 附加的7字節(jié)暫存存儲器 1 DS1302的基本組成和工作原理 DS1302 的管腳排列及描述如下圖所示 管腳描述 X1 X2------- 32.768KHz 晶振管腳 GND------- 地 RST -------復(fù)位腳 I/O --------數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳 SCLK------- 串行時(shí)鐘 Vcc1,Vcc2 -------電源供電管腳 2. DS1302 內(nèi)部寄存器 CH: 時(shí)鐘停止位寄存器2 的第7 位12/24 小時(shí)標(biāo)志 CH=0 振蕩器工作允許bit7=1,12 小時(shí)模式 CH=1 振蕩器停止bit7=0,24 小時(shí)模式 WP: 寫保護(hù)位寄存器2 的第5 位:AM/PM 定義 WP=0 寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭?AP=1 下午模式 WP=1 寄存器數(shù)據(jù)不能寫入 AP=0 上午模式 TCS: 涓流充電選擇 DS: 二極管選擇位 TCS=1010 使能涓流充電 DS=01 選擇一個(gè)二極管 TCS=其它 禁止涓流充電 DS=10 選擇兩個(gè)二極管 DS=00 或11, 即使TCS=1010, 充電功能也被禁止 file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg 圖2-2DS1302時(shí)鐘芯片引腳示意圖 2.3.3 18b20介紹 特性 • 獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊 • 簡單的多點(diǎn)分布應(yīng)用 • 無需外部器件
• 可通過數(shù)據(jù)線供電 • 零待機(jī)功耗 • 測溫范圍-55~+125℃，以0.5℃遞增。華氏器件-67~+2570F，以0.90F 遞增 • 溫度以9 位數(shù)字量讀出 • 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms（典型值） • 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置 • 報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件 • 應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感測系統(tǒng) 說 file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.gif 圖2-3 DS18B20引腳示意圖 2.3.4 DS1602
特點(diǎn) 1602字符型LCD模塊的應(yīng)用非常廣泛，而各種液晶廠家均有提供幾乎都是同樣規(guī)格的1602模塊或兼容模塊，盡管各廠家的對其各自的產(chǎn)品命名不盡相同；1602字符型LCD模塊最初采用的LCD控制器采用的是HD44780，在各廠家生產(chǎn)的1602模塊當(dāng)中，基本上也都采用了與之兼容的控制IC，所以從特性上基本上是一樣的；當(dāng)然，很多廠商提供了不同的字符顏色、背光色之類的顯示模塊。 通常所見到的1602模塊的規(guī)格基本如表2-1所示 表2-1 DS1602主要技術(shù)參數(shù) DS1602引腳如表2-2所示 表2-2 DS1602接口信號說明
第3章系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)由單片機(jī)，LCD液晶顯示器，1302時(shí)鐘芯片，18B20溫度傳感器，以及報(bào)警裝置構(gòu)成。其工作過程為：18B20實(shí)時(shí)采集環(huán)境溫度，將處理好的二進(jìn)制信號經(jīng)串口線送至單片機(jī)加以處理運(yùn)算，單片機(jī)將處理后的結(jié)果通過LCD屏幕顯示出來，單片機(jī)在處理的同時(shí)，通過將測得的溫度，與系統(tǒng)設(shè)定的上下限溫度加以比較，如果超過設(shè)定溫度，則通過LED顯示燈語蜂鳴器發(fā)出超溫警告，并停止高溫環(huán)境下工作這的設(shè)備，起到保護(hù)設(shè)備的作用。 本系統(tǒng)同時(shí)加入了1302時(shí)鐘芯片，可以起到開機(jī)計(jì)時(shí)的作用，這可以很好的顯示系統(tǒng)的工作時(shí)間 3.1系統(tǒng)的工作方框圖 系統(tǒng)的總體工作方框圖如下 file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.giffile:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif 圖3-1 系統(tǒng)總體方框圖 3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖：
系統(tǒng)實(shí)際物品由萬能電路板焊接組成。 本系統(tǒng)的實(shí)際物品如下圖所示。 file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.jpg 圖3-2 系統(tǒng)實(shí)物圖 3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)線路圖： 本系統(tǒng)線路圖采用Proteus方針軟件所設(shè)計(jì)，可以隨心所欲的的對電路進(jìn)行改動(dòng)， file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image011.jpg 3-3系統(tǒng)仿真圖 3.4 硬件模塊分析與介紹： 總的來說本系統(tǒng)可分為 1處理模塊2顯示模塊，3溫度處理模塊4報(bào)警模塊 5 時(shí)鐘模塊五大部分，下面分別介紹各個(gè)模塊的工作情況。
3.4.1 處理模塊
file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image013.jpg 圖3-4 處理模塊 本系統(tǒng)處理模塊采用STC89C52單片機(jī)，STC89C52單片機(jī)具有P0，P1，P2，P3，四個(gè)I/O，可根據(jù)不同需要使用其端口進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入與輸出，關(guān)于STC89C52單片機(jī)的詳細(xì)說明前面以經(jīng)介紹，此處略。 本系統(tǒng)采用P0口為數(shù)據(jù)的顯示接口，通過8跟數(shù)據(jù)線，與LCD液晶屏幕相連接 來顯示數(shù)據(jù)。 采用P2口來連接外部的報(bào)警裝置，通過P2.5，P2.6，P2.7與LED相接，P2.4與揚(yáng)聲器相接來完成報(bào)警功能。 通過P2.4作為傳感器采集信號的輸入斷，將輸入的信號進(jìn)行處理后輸出。 以P1.0---P1.3作為時(shí)鐘芯片輸入信號與輸出信號，時(shí)鐘信號短，以完成系統(tǒng)的時(shí)鐘功能。 3.4.2 顯示模塊：使用12864LCD 顯示部分采用DS1602液晶顯示器，具有工作電壓范圍寬，工作電流小，低功耗，工作穩(wěn)定，無需軟件動(dòng)態(tài)掃描的優(yōu)點(diǎn)，大大節(jié)省了程序運(yùn)行時(shí)間，提高了工作效率，被各個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用。
file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image015.gif 圖3-5 DS1602實(shí)物圖 file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image017.jpg 圖3-6 DS1602仿真圖 本系統(tǒng)中單片機(jī)P0接口所輸出的數(shù)據(jù)由D0———D7信號線輸入LCD屏幕
最終顯示所需的數(shù)據(jù)，以P2.0作為數(shù)據(jù)/命令選擇端口，以P2.1作為讀寫選擇端口，以P2.2作為使能信號輸入端。 3.4.3 溫度處理模塊： 本系統(tǒng)的溫度處理模塊采用18B20溫度傳感器為工作核心，因其具有只需一個(gè)獨(dú)立的通訊端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，無需外部通電，無需外部器件，測溫范圍大，工作效率高的優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用。 環(huán)境溫度被18B20傳感器以二進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式采集，然后交付單片機(jī)處理，然后通過顯示器將被測溫度以十進(jìn)制數(shù)的形式顯示出來。 本系統(tǒng)中以單片機(jī)的P2.3端口作為溫度數(shù)據(jù)輸入端與傳感器的DQ數(shù)據(jù)輸出線相連，從而實(shí)現(xiàn)溫度信號的傳輸功能， file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image019.gif 圖3-7 溫度測量模塊仿真圖 3.4.4 報(bào)警模塊， 本系統(tǒng)采用LED發(fā)光二極管，與蜂鳴器為報(bào)警裝置，當(dāng)所測溫度超過設(shè)定溫度時(shí)，LED將發(fā)光，同時(shí)蜂鳴器將發(fā)出報(bào)警聲音。 本模塊中以P2.5，P2.6，P2.7作為報(bào)警信號的控制端口接LED等的陰極， LED陽極通過串接330歐姆電阻接5V電源（因?yàn)長ED燈可以發(fā)光的電流范圍為5——20毫安，故串入330歐姆電阻，），因?yàn)榉澍Q器可發(fā)聲工作的電流范圍
為約100毫安，但單片機(jī)引腳最大輸出電流為5毫安，所以不能直接驅(qū)動(dòng)，再此需加三極管放大電路來提高驅(qū)動(dòng)能力。 下圖為此模塊的仿真電路，由于用proteus仿真時(shí)無需驅(qū)動(dòng)，故此電路未加三極管驅(qū)動(dòng)電路。蜂鳴器的控制接口為P2.4接口，當(dāng)P2.4為低電平的時(shí)候，蜂鳴器開始工作
file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image021.gif 圖3-8 蜂鳴器報(bào)警仿真圖 3.4.5 時(shí)鐘模塊 由于本系統(tǒng)集成了時(shí)鐘系統(tǒng)，所以就需要有一個(gè)時(shí)鐘處理模塊。由于1302時(shí)鐘芯片具有一年不差一秒的很好的工作穩(wěn)定性，本系統(tǒng)的時(shí)鐘模塊以1302為工作核心，并配以鍵盤來對時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整，
file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image023.gif 圖3-9 時(shí)鐘模塊仿真圖
file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image025.gif 圖3-10按鍵仿真圖 本模塊中以P1.0作為數(shù)據(jù)的輸入端口，以P1.1作為時(shí)鐘信號的入端口。P3.3 P3.4，P3.5作為按鍵控制端來對時(shí)鐘進(jìn)行操作。
第4章 系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)程序采用單片機(jī)C語言編寫，單片機(jī)C語言與匯編語言相比，具有很大的優(yōu)點(diǎn)。 1．語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活 2. 運(yùn)算符豐富 3．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富。具有現(xiàn)代化語言的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 4．可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。 5．可以直接對計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行操作。 6．生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。 7．可移植性好。 4.1總體模塊介紹 本系統(tǒng)程序部分由溫度處理模塊，鍵盤掃描模塊，顯示模塊，報(bào)警模塊組成，由于C語言編寫的程序最大優(yōu)點(diǎn)是可以模塊化，所以在此將各個(gè)模塊進(jìn)行一一介紹。 程序總模塊： 執(zhí)行順序 u 開始 u 中斷初始化 u 液晶初始化 u 1302初始化 u 讀取溫度 u 判斷溫度 u 顯示溫度 u 讀取時(shí)間 u 顯示時(shí)間 u 重新開始 注:本程序使用while死循環(huán)，即程序循環(huán)體重復(fù)執(zhí)行，也就實(shí)現(xiàn)了重復(fù)讀取數(shù)據(jù)，重復(fù)顯示數(shù)據(jù)的目的。程序過程如下： Main（） While(1) { 讀取溫度，同時(shí)定時(shí)中斷； 顯示溫度； 讀取時(shí)間； 顯示時(shí)間； } 主程序模塊流程圖如圖所示：
file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image026.gif
圖4-1 4.2各個(gè)模塊分別介紹
4.2.1 溫度處理模塊簡介： 溫度處理模塊的工作過程為傳感器先給單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，然后單片機(jī)判斷溫度標(biāo)志位，如果標(biāo)志位為1，說明傳感器采集的為負(fù)溫度，主函數(shù)則調(diào)用負(fù)溫度處理函數(shù)，如果為0則說明采集的是正溫度，則調(diào)用正溫度處理函數(shù)。 溫度處理模塊流程圖如圖4-2所示。
file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image027.gif 圖4-2 4.2.2 鍵盤掃描模塊 鍵盤掃描模塊采用定時(shí)中斷，每50毫秒掃描鍵盤一次，先判斷AN1鍵盤按下幾次，這樣是為了判斷將要調(diào)整時(shí)，分，還是秒，然后判斷是AN2按鍵按下還是AN3按鍵按下，這樣用來判斷是將此時(shí)選定調(diào)整項(xiàng)目的是增還是減，這樣就完成了時(shí)鐘的調(diào)整問題。 鍵盤掃描模塊流程圖如圖4-3所示 file:///D:/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.gif 圖4-3
4.2.3 顯示模塊 現(xiàn)實(shí)模塊僅為數(shù)據(jù)的直接讀出，故不詳細(xì)介紹。
4.2.4 報(bào)警模塊 報(bào)警模塊采用比較判斷的方法來實(shí)現(xiàn)所測溫度與設(shè)定溫度當(dāng)達(dá)到時(shí)即報(bào)警的作用，程序僅為幾個(gè)if語句，故程序簡單明了。比較程序如下 while(1) { Read_Temperature();//讀取溫度 i=conver(); //轉(zhuǎn)換溫度 if(biaozhi==1) //標(biāo)志位為1為負(fù)溫度反之為正溫度 { fuwendu(i); if(i>10) AQ=0; else AQ=1; biaozhi=0; } else
{ if(i>30) { BQ=0; AQ=1; } elseif(i>28) { AQ=0; BQ=1; } else { AQ=1; BQ=1; } if(i>32) { CQ=1; QQ=0; } else { CQ=0;
QQ=1;
}
zhengwendu(i); }
第5章 硬件調(diào)試近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。在實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障。可見硬件的調(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設(shè)計(jì)則是無從做起。 1. 排除邏輯故障
這類故障往往由于設(shè)計(jì)和加工制板過程中工藝性錯(cuò)誤所造成的。主要包括錯(cuò)線、開路、短路。排除的方法是首先將加工的印制板認(rèn)真對照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互之間短路或與其它信號線路短路。必要時(shí)利用數(shù)字萬用表的短路測試功能，可以縮短排錯(cuò)時(shí)間。
2. 排除元器件失效
造成這類錯(cuò)誤的原因有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買來時(shí)就已壞了；另一個(gè)是由于安裝錯(cuò)誤，造成器件燒壞。可以采取檢查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無誤后，用替換方法排除錯(cuò)誤。
3. 排除電源故障
在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在5V～4．8V之間屬正常。若有高壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時(shí)，將會(huì)損壞仿真器等，有時(shí)會(huì)使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。
結(jié)論本系統(tǒng)基于STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)而成，通過DS18B20溫度傳感器采集環(huán)境溫度然后將所采集的溫度與預(yù)先設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，根據(jù)判斷條件完成報(bào)警功能。 系統(tǒng)仿真 本系統(tǒng)通過proteus仿真軟件仿真，并逐步調(diào)整原設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，加以改正，最終使系統(tǒng)像預(yù)想那樣正常工作。 硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用的是多功能電路板設(shè)計(jì)，由于硬件原因，本電路板設(shè)計(jì)外觀欠佳。由于此系統(tǒng)信號傳輸基本為二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸，故不用過分考慮干擾問題，可完成預(yù)定功能。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵一步，我們預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)仿真可以通過，但硬件不一定通過，這還涉及到元件的質(zhì)量問題，很可能工作一小段時(shí)間就出現(xiàn)問題。我在此硬件的調(diào)試中通過與仿真的對比，仔細(xì)查看焊接問題與接線問題最終完成了硬件的調(diào)試。
| 
