基于80C51的数字温度控制器设计.docx
- 文档编号:27711953
- 上传时间:2023-07-04
- 格式:DOCX
- 页数:9
- 大小:154.04KB
基于80C51的数字温度控制器设计.docx
《基于80C51的数字温度控制器设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于80C51的数字温度控制器设计.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于80C51的数字温度控制器设计
基于80C51的温度控制系统设计
1引言
1.1研究背景
温度控制系统在国内各行各业的应用虽然己经十分广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比,仍然有着较大的差距。
成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主,它们只能适应一般温度系统控制,而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表,国内技术还不十分成熟,形成商品化并广泛应用的控制仪表较少随着我国经济的发展及加入WTO,我国政府及企业对此都非常重视,对相关企业资源进行了重组,相继建立了一些国家,企业的研发中心,开展创新性研究,使我国仪表工业得到了迅速的发展。
2方案的选择
方案一:
进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。
方案二:
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦
2.1系统框图
图1系统框图
3硬件电路设计
3.1最小化电路设计
主控芯片要能正常工作,首先要提供电源,除其次要有晶振电路提供时钟脉冲信号,除此之外还要有复位电路使单片机或系统其它部件处于某种确定的初始状态,最后还要是单片机有程序。
3.11主控芯片简介
此部分是电路的核心部分,系统采用了51系列单片机。
在众多的51单片机系列中,AT89系列单片机在我国得到及其广泛的应用,越来越受到人们的瞩目。
AT89系列单片机是美国ATMEL公司的8位Flash单片机产品。
它的最大特点是在片内含有Flash存储器,在系统的开发过程中修改程序容易,使开发调试更为方便。
AT89系列单片机以8031为内核,是与8051系列单片机兼容的系列,其型号可以分为标准型、低档型和高档型3类。
高档型单片机有AT89S51、AT89S52、AT89S53和AT89S8252等型号,其中AT89S52为ATMEL所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,内部有8KB的可下载Flash存储器,2KB的EEPROM,提高了存储容量,系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。
因此,本系统使用80C51单片机作为微处理器.
3.1.2最小化电路
单片机工作需要3个基本条件:
接电源、接石英晶体振荡器和复位电路、单片机内装入程序.
(1)接石英晶体振荡器
将单片机第19脚(XTAL1)与18脚(XTAL2)分别接外部晶体的两个引脚,由石英晶体组成振荡器,保证单片机内部各部分有序工作。
晶振电路如图2所示。
图2晶振电路
单片机运行程序的速度与振荡器的频率有关。
单片机在读、写操作时都需要消耗一定的时间。
机器周期是指单片机完成一个基本操作所用的时间,当外接石英晶体为12MHz时,1个机器周期为1ms;当外接石英晶体为6MHz时,1个机器周期为1ms。
(2)复位电路
在实际应用中,复位电路有两种基本形式:
一种是上电复位,另一种是上电与按键均有效的复位。
上电复位要求接通电源后,单片机自动实现复位操作。
常用的上电复位电路如图3所示。
上电瞬间RST引脚获得高电平,随着电容C1的充电,RST引脚的高电平将逐渐下降。
RST引脚的高电平只要能保持足够的时间(2个机器周期),单片机就可以进行复位操作。
该电路典型的电阻和电容参数为:
晶振为12MHz时,C1为10uF,R1为8.2KΩ;晶振为6MHz时,电容C1为22uF,R1为1KΩ。
上电与按键均有效的复位电路如图4所示。
上电与按键均有效的复位电路原理与上电复位原理相同,不同的是上电与按键均有效的复位电路在单片机运行期间,能用按键来控制复位操作晶振为6MHz时,电容C1为22uF,R2为200Ω。
图3图4
本设计中使用后者电路复位,就是可以在单片机运行期间可以人工的复位。
这样是比较方便。
3.2温度采集电路设计
跟以往的采用A/D转换器进行温度测量不同的是,本系统采用的是一线协议器件DS18B20进行温度测量,测量的方法不同,温度采集不同。
3.2.1工作原理
测温原理
测温原理如图5所示。
图5测温原理
3.2.2温度采集电路
DS18B20工作可采用两种供电方式,外接供电电源供电和寄生电源供电。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时,总线上必须有强上拉。
(1)采用寄生电源供电
采用寄生电源供电,如图6所示。
P2.0口接单线总线,为保证在有效DS18B20时钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFET管和80C51的p2.0来完成对总线的上拉。
采用寄生电源供电方式图6寄生电源供电
时VDD和CND端均接地。
由于单线制只有一根线,因此发送接收口必须是二态的。
(2)采用外部电源供电的方式
采用寄生电源供电,外部电源部连接到VDD,引脚如图7所示。
图7外部电源供电
3.3存储电路设计
系统通过AT24C02存储温度信息,AT24C02内部存储地址0x00和0x01分别存储温度上下限数据信息;温度上下限数据可通过外部按键进行修改,并通过数码管实时显示
3.3.1存储芯片简介
CAT24WC02是一个2K位串行CMOSE²PROM内部含有256个8位字节CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗,CAT24WC02有一个16字节页写缓冲器该器件通过C总线接口进行操作有一个专门的写保护功能。
3.3.2工作原理
只有在总线非忙时才被允许进行数据传送。
在数据传送时,当时钟线为高电平,数据线必须为固定状态,不允许有跳变。
时钟线为高电平时,数据线的任何电平变化将被当作总线的启动或停止条件。
启始条件:
起始条件必须在所有操作命令之前发送。
时钟线保持高电平期问,数据线电平从高到低的跳变作为I²C总线的启动信号。
CAT24C02一直监视SDA和SCL电平信号直到条件满足时才响应。
停止条件:
时钟线保持高平期问,数据线电平从低到高的跳变作为I²C总线的停止信号。
操作结束时必须发送停止条件。
器件地址的约定:
主器件在发送启动命令后开始传送,主器件发送相应的从器件的地址,8位从器件地址的高4位固定为1010。
接下来的3位无意义。
最后一位为读写控制位。
"1”表示对从器件进行读操作,"0”表示对从器件进行写操作。
在主器件发送启动命令和发送一字节从器件地址后,如果从器件地址相吻合,CAT24C02发送一个应答信号(通过SDA线)。
然后CAT24C02再根据读/写控制位进行读或写操作。
4系统软件设计
4.1主程序流程
如图8所示,对程序参数、端口、7219显示初始化,读取EEPROM中的数据,开中断,调用键盘扫描,调用温度监控,跳转到调用键盘扫描。
4.2子程序流程
子程序流程包括中断程序、键盘扫描程序、温度检测与报警程序、温度采集程序、存储程序。
4.2.1中断流程
如图9所示,判断500MS是否到,如果500MS到了则DS18B20连续采集三次数据并通过中值滤波取中间值送到相应寄存器中,然后刷新显示缓冲,中断返回。
4.2.2键盘扫描流程
如图10所示,判断s1有没有按下,如果s1按下则判断温度上限值是否等于99,若等于99,则返回。
若不等于99,EEPROM中的温度上限值加1并通过7219刷新温度上限值并在数码管上显示。
如果s1没有按下则判断s2是否按下,如果s2按下则判断温度上限值是否等于温度下限值,若等于下限值则返回,若不等于下限值,EEPROM中的温度上限值减1并通过7219刷新温度上限值并在数码管上显示。
如果s2没有按下则判断s3是否按下,如果s3按下则判断温度下限值是否等于温度上限值,若等于上限值则返回,若不等于上限值,EEPROM中的温度下限值加1并通过7219刷新温度下限值并在数码管上显示。
如果s3没有按下则判断s4是否按下,如果s4按下则判断温度下限值是否等于0,若等于0则返回,若不等于0,EEPROM中的温度下限值减1并通过7219刷新温度下限值并在数码管上显示。
如果s4没有按下则返回。
图8主程序流程图图9500MS中断流程
图10温度监控与报警流程
参考文献
【1】廖德荣.《自动控制温度的方法》.北京航空航天大学出版社.
【2】李军.《检测技术及仪表》.中国轻工业出版社.
【3】徐爱钧.《智能化测量控制仪表原理与设计》.北京航空航天大学出版社.
【4】汪吉鹏.《微机化原理与接口技术》.高等教育出版社.
【5】王义军.《单片机原理及应用习题与实验指导书》.中国电力出版社.
【6】杨宁.《微机控制技术》.高等教育出版社.
【7】潘新民.《微机计算机控制技术》.高等教育出版社.
【8】刘丹.《例说8051》.人民邮电出版社.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 80 C51 数字 温度 控制器 设计