毕业论文鸡雏恒温孵化器设计Word格式.docx
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1.3.289C51单片机的基本结构
89C51由8个部件组成,即中央处理器(CPU),片内数据存储器(RAM),片内程序存储器,输出/输入接口(I/O,分为P0口、P1口、P2口、P3口),可编程串行口,定时/计数器,中断系统及特殊功能寄存器。
1.3.389C51单片机引脚功能
(1)XTAL1:
接外部晶体和微调电容的一端。
在89C51片内,它是振荡电路反向放大器的输入端及内部时钟发生器的输入端,振荡电路的频率就是晶体的固有频率。
当采用外部振荡器是次引脚输入外部时钟脉冲。
(2)XTAL2:
解外部晶体和微调电容的另一端。
在89C51片内,它是振荡电路反向放大器的输出端。
在采用外部振荡器时此引脚应悬浮。
通过示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出,可以确认89C51的振荡电路是否正常工作。
(3)RST:
复位信号输入端,高电平有效。
当振荡器工作时,在此引脚上出现两个机器周期一上的高电平,就可以使单片机复位。
(4)ALE/:
地址锁存允许信号。
ALE锁存P0口传送的低8位地址信号,实现低8位地址与数据的分离。
(5):
外部程序存储器的读选通信号。
当89C51由外部程序存储器取指令(或常数)时,每个机器周期内两次有效输出。
(6)/VPP:
内,外ROM选择端。
当端接高电平时,CPU访问并执行内部ROM的指令;
但当PC值超过4KB时,将自动转去执行外部ROM中的程序。
但端接低电平时,CPU只访问外部ROM中的指令。
(7)P0口:
双向8位三态I/O口,在访问外部存储器时,可分时用做低8位地址线和8位数据线。
无上拉电阻,能驱动8个LSTTL门电路。
P1口:
8位双向I/O口,用做普通I/O口。
有上拉电阻,能驱动4个LSTTL门电路。
P2口:
8位双向I/O口,做高8位地址线。
P3口:
8位双向I/O口,具有第二功能。
89C51单片机的引脚图(40脚双列直插封装)如下
图2.289C51单片机的引脚图
1.4数据存储器扩展
89C-51型单片机片内有128B的RAM,在实际应用中仅靠这256B的数据存储器是远远不够的。
这种情况下可利用MCS-51单片机所具有的扩展功能扩展外部数据存储器。
MCS-51系列单片机最大可扩展64KB。
6264是8K×
8位静态随机存储器,采用CMOS工艺制造,单一+5V电源供电,额定功率200mW,典型存取时间200ns,为28线双列直插式封装。
图2.36264引脚图
6264的特性及引脚信号
6264的容量为8KB,是28引脚双列直插式芯片,采用CMOS工艺制造
A12~A0:
地址线,可寻址8KB的存储空间。
D7~D0:
数据线,双向,三态。
:
读出允许信号,输入,低电平有效。
写允许信号,输入,低电平有效。
CE1:
片选信号1,输入,在读/写方式时为低电平。
CE2:
片选信号2,输入,在读/写方式时为高电平。
VCC:
+5V工作电压。
GND:
信号地。
6264的操作方式
6264的操作方式由CE1、CE2的共同作用决定
写入:
当和为低电平,且和CE2为高电平时,数据输入缓冲器打开,数据由数据线D7~D0写入被选中的存储单元。
读出:
当和为低电平,且和CE2为高电平时,数据输出缓冲器选通,被选中单元的数据送到数据线D7~D0上。
保持:
当为高电平,CE2为任意时,芯片未被选中,处于保持状态,数据线呈现高阻状态。
89C51单片机与6264的接口,如下图:
图2.489C51单片机扩展
74LS373是一种带三态门的8D锁存器,其管脚示意图如下图所示:
图2.574LS373引脚图
其中D0~D7为8个输入端;
,
Q0~Q7为8个输入端;
LE为数据打入端:
当LE为“1”时,锁存器输出状态同输入状态:
当LE“0”时,数据打入端锁存器;
为输出允许端:
当
=0时,三态门打开;
=1时,三态门关闭,输出高阻。
1.5复位电路设计
单片机复位电路图2.6为单片机复位电路。
单片机在开机时都需要复位,以便中央处理CPU以及其他功能部件都处于一个
确定的初始状态,并从这个状态开始工作。
单片机的复位后是靠外部电路实现的,在时钟电路工作后,只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲(2个机器周期)以上的高电平,单片机便可实现初始化状态复位。
MCS-51单片机的RST引脚是复位信号的输入端。
例如:
若MCS-51单片机时钟频率为12MHz,则复位脉冲宽度至少应该为2μs。
图2.6复位电路原理图
1.6时钟电路设计
片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路,CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。
片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率,一般多在1.2MHz~24MHz之间选取。
C1、C2是反馈电容,其值在20pF~100pF之间选取,典型值为30pF。
本电路选用的电容为30pF,晶振频率为12MHz。
振荡周期=
;
机器周期
指令周期=
图2.7时钟电路原理图
1.7CPU最小系统图
本设计中的89C51的最小系统包括89C51单片机,6264可编程I/O接口,晶振电路,按键复位电路.
1.复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间,一般采用10~30uF,容值越大需要的复位时间越短。
2.晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz,在正常工作的情况下可以采用更高频率的的晶振,晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度,频率越大单片机处理速度越快。
本设计采用110592MHz,图中用约等于12MHz。
3.起振电容C2、C3一般采用15~33uF,并且电容离晶振越近越好,晶振离单片机越近越好。
本设计中C2、C3采用33uF。
CPU最小系统图如图2.8
图2.8CPU最小系统图
第2章CPU输入输出接口电路设计
2.1温度传感器的选择
本设计采用智能温度传感器DS18B20,它的最高分辨率为12位,可识别0.0625
的温度。
它具有直接输出信号和数据处理功能,并且它和单片机的接口只需要一位I/O口,因此有塔构成系统简单实用。
DS18B20按照工业设计要求,抗干扰性能强,温度测量范围为
。
DS18B20是采用“1-wire”,即一线总线传输数据的集成温度传感器,信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出,因此从中央处理器到DS18B20仅需要连接一条线。
可采用外部电源供电,也可采用总线供电方式,此时,把VDD连在一起作为数字电源。
因为每一个DS18B20有唯一的系列号(siliconserialnumber),因此多个DS18B20可以存在同一条单线总线上,这允许在许多地方放置温度灵敏器件。
此特性的应用范围包括HVAC环境控制,建筑物,设备或机械内的温度检测,以及过程检测和控制中的温度检测。
DS18B20内部结构如图3.1,DS18B20引脚说明如表3.1,主要由4部分组成:
61为ROM,温度窗前,非挥发的温度报警触发器TH和TL,配置寄存器。
图3.1DS18B20内部结构图
表3.1DS18B20的引脚说明
引脚
符号
说明
1
GND
地
2
DQ
单线运输的数据输入/输出引脚
3
VCC
可选VDD引脚两种供电方式
器件从单线的通信线去得其电源,在信号线为高电平的时间周期内,把能量贮存在内部的电容器中,在单信号线为低电平的时间期内断开此电源,直到信号线变为高电平重新接上寄生电源为止。
作为另一种可供选择的方法,DS18B20也可用外部5V电源供电。
DS18B20与89C51接线方式如图3.2。
图3.2DS18B20与89C51接线方式
2.2温度检测接口电路A/D转换器选择
A/D转换接口是系统数据采集前向通道的一个重要环节。
数据采集是在模拟信号源中采集信号,并将之转换为数字信号送入计算机的过程。
AD574由两部分组成,一部分是模拟芯片,另一部分数字芯片,其中模拟部分由高性能的12位D/A转换器AD565和参考电压组成。
数字部分由控制逻辑电路,逐次逼近型寄存器的三态缓冲器组成。
AD574的引脚如图3.2所示。
功能特性
分辨率:
12位;
非线性误差:
小于±
0.5LSB或±
1LSB;
转换速率:
25μs;
模拟电压输入范围:
0-10V,0-20V;
电源电压:
±
15V和5V;
数据输出格式:
12位/8位
芯片工作模式:
全速工作模式和单一
工作模式。
图3..2AD574的引脚图
2.3人机对话接口电路设计
2.3.1显示接口电路设计
显示电路如图3.3所示。
LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。
这种显示块有共阴极和共阳极两种。
共阴极LED显示块的发光二极管共地。
图3.3显示电路原理图
当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮;
本设计选用的显示块是共阴极的LED(共阴极LED显示块的发光二极管阴极接地,当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮)。
将单片机I/O口的8位线与显示块的发光二极管的引出端(a~dp)相连,共阴极低电平有效,选通有效后8位并行输出口输出不同的数据就点亮相应的发光二极管,获得不同的数字或字符。
2.3.2简易式键盘接口电路设计
8255可编程并行I/O接口设计
MCS-51系列单片机共有4个8位并行I/O口,这些I/O口一般是不能完全提供给用户使用的,在外部扩展存储器时,提给用户使用的I/O口只有P1和P3口的部分口线。
因此在大部分的MCS-51单片机应用系统中都免不了要进行I/O口的扩展。
8255芯片引脚图如图3.4所示。
图3.48255引脚图
图3.5I/O口扩展电路
单片机也8255的接口比较简单,如图3.5所示,8255的片选信号
及口地址选择线AO、A1分别由单片机的P0.7和P0.0、P0.1经地址锁存器提供.
8255的A、B、C口及控制口地址分别为FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。
8255的D0~D7分别与P0.0到P0.7相连。
键盘功能说明:
1号键:
上升。
2号键:
下降。
3号键:
下限温度值确定。
4号键:
上限值确定。
5号键:
查询上下限值。
使用1号键和2号键,设定需要的温度控制系统的上限值,然后按下4号键,将这个上限值确定,也就是将上限值保存到专用的寄存器里。
在完成设定上限值的工作后,使用1号键和2号键设定需要的温度控制系统的下限值,然后按下3号键,将这个下限值确定,也就是将这个下限值保存到专用的寄存器里,然后系统进去实时的温度测量和控制工作中。
键盘接口电路如图3.6所示:
图3.6键盘接口电路图
2.4报警与控制电路
该部分是单片机和外部报警与控制的接口部分,主要起报警、执行和电气隔离作用,其电路图如图3.7所示。
继电器采用SRD-D6VDC-SL-C型,240AC通断TA的电流。
其直流线圈电阻95欧,三极管Q1采用KTC9012,输出电流IC为150mA,放大系数β为60至1000范围内,若取β为200则Ic在5V下为50mA左右,则基极电流为0.25mA。
只有P0口在高点位输出时才能达到这样大的电流值。
因此把这两个口分别用P0和P01代替。
由于P0口属于三态输出输入口,因此,必须接上拉电阻,其阻值大小可计算为:
我们取10千欧的电阻让Q1在高电平时饱和导通,此时,基极电流为
二极管D1主要起保护作用,在Q1关断时续流,以免电感线圈断路时产生过压损坏三极管。
图3.8继电器、报警与执行电路
由于DS18B20自带了存储器,能够将设定的温度报警值自动存入DS18B20的EEROM中,永久保存,因此每次开机时系统都会自动从DS18B20的EEROM读出温度报警值.两个继电器中,K1接的是降温装置,K2接的是加热装置,当实际温度大于TH的设定值时,蜂鸣器响,表示超温,此时继电器K1吸合,接通降温装置进行降温;
当实际温度处于TL与TH的设定值之间时,继电器常闭。
第3章系统软件设计
3.1系统主程序设计
主程序流程图如图4.1所示主程序完成的功能是:
启动传感器测量温度,将测量温度与给定值比较进行PID运算,若
,则进入加热阶段,置P13为高
开始
初始化
按键设定温度上下限
送显示
送counter=3
调温度子程序
转换送显示
PID运算
N
显示正常温度
高温报警并停止加热
低温报警并加热
Y
键盘处理
有键按下?
counter-1=0?
等待下一个采样
图4.1系统主程序流程图
电平。
在过程中继续对温度进行监测,当
时,置P13为低电平断开可控硅,关闭加热器,等待下一次的启动命令。
3.2温度控制部分程序设计
这部分程序的功能是将采集到的温度值TX与TL比较,如果TX≤TL则报警,并置P3.1口为低电平,通过光耦合器打开可控硅,使加热器加热,并调显示,显示88.8。
否则将TX与TH比较,如果TX≥TH则报警,并置P13口为高电平,通过光耦合器关闭可控硅,停止加热器加热,并调显示,显示88.8。
否则,也就是
≤
当温度在正常范围内,调显示,显示采集到的温度值
加热程序流程图如图4.14所示。
地址和计数器换码送显存
显示灯亮、蜂鸣器响
置P1.3口为1,打开加热器
LED显示
返回
计数器换码送显存
有键按下?
延时20ms
判别键号
执行键处理子程序
图4.2温度控制程序流程图图4.3键盘处理子程序流程图
3.3键盘部分程序设计
本部分主要是实现输入设定温度和查询设定温度的功能。
该部分的子程序流程图如图4.3所示。
在键盘的控制方面,由于采用了5个单键,因此使得键值识别的问题也比较简单。
在执行程序的时候只需要逐位判断PA0,PA1,PA2,PA3,PA4口是高电平还是低电平,若为高电平,则表示没有按键按下,若为低电平,则表示已经有键按下,于是执行键的处理子程序。
在程序的设计当中,考虑了键的去抖动问题。
在发现有键闭和时,不是立即读入该键值,而是延时一段时间以后,再进行键闭和与否的判断,确认此时真的有键按下,有则进行该按键的处理,没有则不进行处理。
3.4温度显示子程序设计
此模块采用的是动态扫描的方法,依次改变P0口输出高电平的位和P2口输出对应的数据段,就可以轮流点亮显示器的各位数码管。
动态显示是把十六进制数(或BCD码)转换为相应字形码,故它通常需要在RAM区建立一个显示缓冲区。
显示部分流程图如图4.4所示。
显示缓冲区指针置初值30H送R0
扫描模式置初值FEH送R1
R1送P2口
取显示数据查表转换为段数据送P0口
延时1ms
显示缓冲器指针R0+1
R1=0?
R1左移一位
图4.4显示子程序流程图
3.5数据采集模块程序设计
数据采集的主要任务是巡回检测三点的温度参数并把它们存在外部RAM指定单元,采样程序如图4.17所示。
采样程序
各通道都采集一次?
输出通道号
启动A/D转换
读A/D数据
修改通道及通道号
重装定时器0常数
启动
图4.5温度采样程序流程
第4章单片机程序
单片机程序如下:
ORG0000H
SJMPMAIN
ORG0003H
LJMPINT
ORG0025H
MAIN:
MOVSP,#60H
MOV20H,#00H
MOV21H,#08H
MOV29H,#0FEH
LCALLZIJIAN
LCALLREADTHTL
LCALLTESTRANGE
LCALLDISP
SETBINT0
SETBEX0
SETBEA
LOOP:
LCALLDELAY
LCALLGET_TEMP
LCALLTURN
LCALLDISPLAY
CLRC
MOVA,24H
CJNEA,2EH,LOOP1
SJMPHOTTING
LOOP1:
JCHOTTING
CJNEA,2DH,LOOP2
SJMPSTOPHOT
LOOP2:
JNCSTOPHOT
SJMPKEEP
HOTTING:
CLRP3.1
CLRP1.5
SETBP1.6
KEEP:
SJMPLOOP
STOPHOT:
SETBP3.1
SETBP1.5
CLRP1.6
ZIJIAN:
MOV30H,#08H
MOV31H,#08H
MOV32H,#13H
MOV33H,#08H
MOV34H,#13H
CLRP1.4
CLRP1.7
MOVR3,#0FFH
WAIT0:
ACALLDISPLAY
DJNZR3,WAIT0
SETBP1.7
RET
TURNTH:
MOV2DH,27H
MOV2EH,28H
MOV24H,27H
ACALLTURN
MOV2AH,30H
MOV2BH,31H
MOV2CH,32H
MOVA,2CH
SUBBA,#0BH
MOV2CH,A
MOV33H,#00H
MOV34H,#15H
TESTRANGE:
MOVA,2AH
CJNEA,#01H,NOMAX
MOV22H,#08H
SJMPEXITTEST
NOMAX:
MOVA,2BH
CJNEA,#00H,MIDD
MOV22H,#02H
MIDD:
MOV22H,#04H
EXITTEST:
DISPLAY:
MOVR0,#03H
DIS:
MOVDPTR,#TAB
MOVA,@R0
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#7FFFH
MOVX@DPTR,A
INVR0
MOVDPTR,#0BFFFH
MOVA,29H
HERE:
DJNZR4,HERE
SETBC
RLCA
MOV29H,A
JBACC.5,DIS
MOV29H,#OFEH
TAB:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H,OBFH
DB86H,0DBH,0CFH,0E6H,0EDH,0FDH,87H,0FFH,0EFH,79H
GET_TEMP:
CLREA
ACALLINI
MOVA,#0CCH
ACALLWRITE
MOVA,#44H
MOVA,@0CCH
ACALLREAD
MOV24H,A
SETTHTL:
MOVA,#4EH
MOVA,2DH
MOVA,2EH
MOVA,#48H
ACALLREADTHTL
MOVA,27H
CJNEA,2KH,SETTHTL
MOVA,28H
CJNEA,2EH,SETTHTL
READTHTL:
MOVA,#0B8H
MOCA,#0BEH
AC
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