毕业设计基于单片机的智能温度自动控制系统的设计精文档格式.docx
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该芯片直接向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DS18B20单片机/微机接口课程设计说明书32.2主控制部分方案AT89S51是一个低功耗高性能CMOS8位单片机片内含8kBytesISP(In-systemprogrammable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ISPFlash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。
AT89S51具有如下特点40个引脚4kBytesFlash片内程序存储器128bytes的随机存取数据存储器RAM32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成本等因素,因此在本设计中选用ATMEL公司的AT89S51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AT89S51芯片内含有4kB的E2PROM,无需外扩存储器,电路简单可靠,其时钟频率为024MHz,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
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1000次ISPFlashROM32个双向I/O口4.3-5.5V工作电压2个16位可编程定时/计数器时钟频率0-33MHz全双工UART串行中断口线128x8bit内部RAM2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寄存器指针可以看出AT89S51提供以下标准功能4K字节Flash闪速存储器128字节内部RAM32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电源电压单片机/微机接口课程设计说明书4GND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2-1为P1口第二功能。
表2-1P1口第二功能端口引脚第二功能P1.5MOSI用于ISP编程P1.6MISO用于ISP编程P1.7SCK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寄存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P3口的第二功能如下表4-2。
表2-2P3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SFRAUXR的DISRTO位地址8EH单片机/微机接口课程设计说明书5可打开或关闭该功能。
DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。
ALE/PROG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寄存器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0000HFFFFHEA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则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能寄存器特殊功能寄存器的片内空间分存如下图2-2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。
中断寄存器各中断
允许控制位于IE寄存器5个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。
图2-2为AUXR辅助寄存器。
单片机/微机接口课程设计说明书6图2-2AUXR辅助寄存器双时钟指针寄存器为方便地访问内部和外部数据存储器提供了两个16位数据指针寄存储器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双时钟指针寄存器电源空闲标志电源空闲标志POF在特殊功能寄存储器SFR中PCON的第4位PCON.4,电源打开时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,假如接至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。
单片机/微机接口课程设计说明书7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式进行128字节均可设置为堆栈区空间。
看门狗定时器WDTWDT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默认为关闭状态要打开WDT必按顺序将01H和0E1H写到WDTRST寄存器当启动了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2-4AT89S51单片机引脚图单片机/微机接口课程设计说明书83硬件电路设计3.1键盘单元单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。
键开关状态的可靠输入为了去抖动我采用软件方法它是在检测到有键按下时执行一个10ms的延时程序后再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态从而消除了抖动影响在这种行列式矩阵键盘非编码键盘的单片机系统中键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。
当确认有按键按下后下一步就要识别哪一个按键按下。
对键的识别通常有两种方法一种是常用的逐行扫描查询
法另一种是速度较快的线反转法。
对照图示的4*4键盘说明线反转法工作原理。
首先辨别键盘中有无键按下有单片机I/O口向键盘送全扫描字然后读入行线状态来判断。
方法是向行线输出全扫描字00H把全部列线置为低电平然后将列线的电平状态读入累加器A中。
如果有按键按下总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。
判断键盘中哪一个键被按下是通过将列线逐列置低电平后检查行输入状态来实现的。
方法是依次给列线送低电平然后查所有行线状态如果全为1则所按下的键不在此列如果不全为1则所按下的键必在此列而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。
键盘共有16个按键用于方便设定温度。
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数字按键输入数字0----9设置的确认修改设置温度时进行确认设置的清除修改设置温度时进行删除开启电源关闭电源显示及设置转换到温度点1按此按键后显示预设置温度的数码管F1确认清除09关闭开启单片机/微机接口课程设计说明书9闪烁显示及设置转换到温度点2按此按键后显示预设置温度的数码管闪烁表3-1键盘的按键分布P2.00123P2.14567P2.289F1F2P2.3清除开启关闭确定P2.4P2.5P2.6P2.7F2单片机/微机接口课程设计说明书103.2温度控制及超温和超温警报单元当采集的温度经处理后超过规定温度上限时单片机通过P1.4输出控制信号驱动三极管D1使继电器K1开启降温设备(压缩制冷设备当采集的温度经处理后低于设定温度下限时单片机通过P1.5输出控制信号驱动三极管D2使继电器K2开启升温设备(加热器1。
当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。
具体电路连接如图3-1所示。
图3-1具体电路连接图单片机/微机接口课程设计说明书113.3温度测试单元采用温度芯片DS18B20。
使用集成芯片能够有效的减小外界的干扰提高测量的精度简化电路的结构。
3.4温度控制器件电路单片机通过三极管控制继电器的通断最后达到控制电热器的目的。
当温度未达到要求时单片机发送高电平信号使三极管饱和导通继电器使电源与电热器接通电热器加热。
温度慢慢升高。
当温度上升到预定温度时单片机发送低电平信号三极管进入截止状态继电器的弹片打到另一侧使电热器与电源断开电热器停止加热。
继电器电路中有一个三极管8050的保护电路即将一个二极管反向接到三机管的两端。
连接方法如图3-2所示。
图3-2单片机控制信号其原理是当继电器突然断电时继电器产生很大的反向电流。
二极管的作用是将反向电流分流使流过三级管8050的电流比较小达到保护三极管8050的作用。
单片机/微机接口课程设计说明书123.5七段数码管显示单元本部分电路主要使用七段数码管和移位寄存器芯片74LS164。
单片机通过I2C总线将要显示的数据信号传送到移位寄存器芯片74LS164寄存再由移位寄存器控制数码管的显示从而实现移位寄存点亮数码管显示。
由于单片机的时钟频率达到12M移位寄存器的移位速度相当快所以我们根本看不到数据是一位一位传输的。
从人类视觉的角度上看就仿佛是全部数码管同时显示的一样。
具体见实际连线图如图3-3。
当清除端CLEAR为低电平时输出端QAQH均为低电平。
串行数据输入端AB可控制数据。
当A、B任意一个为低电平则禁止新数据输入在时钟端CLOCK脉冲上升沿作用下Q0为低电平。
当A、B有一个为高电平则另一个就允许输入数据并在CLOCK上升沿作用下决定Q0的状态逻辑封装图如图3-3图3-3逻辑封装图引出端符号CLOCK时钟输入端CLEAR同步清除输入端低电平有效AB串行数据输入端QAQH输出端。
真值表表3-2表3-2真值表单片机/微机接口课程设计说明书13123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:
22-Sep-2004SheetofFile:
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由于电脑串口rs232电平是-10v+10v而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl电平0+5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。
该器件符合TIA/EIA-232-F标准每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成3-VTTL/CMOS电平。
每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。
主要特点1、单5V电源工作2、LinBiCMOSTM工艺技术3、两个驱动器及两个接收器4、±
30V输入电平5、低电源电流典型值是8mA6、符合甚至优于ANSI标准EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.287、ESD保护大于MIL-STD-883方法3015标准的2000V51单片机有一个全双工的串行通讯口所以单片机和电脑之间可以方便
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