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内容
1引言
现代信息技术的三大基础是信息采集控制(即温控器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。
温控器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温控器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量日渐上升。
近百年来,温控器的发展大致经历了以下二个阶段;
(1)模拟、集成温度控制器;
(2)智能数码温控器。
目前,国际上新型温控器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。
在20世纪90年代中期最早推出的智能温控器,采用的是8位A/D转换器,其测温精度较低,分辨力只能达到2℃。
目前,国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器,所用的是9~12位A/D转换器,分辨力一般可达0.5~0.0625℃。
为了提高多通道智能温控器的转换速率,也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。
本设计的温度控制器是以单片机为核心的。
单片微型计算机称为单片机,它在一片芯片上集成了中央处理器、存储器、定时器/计数器和各种输入输出设备等接口部件。
采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大的提高产品的质量和数量。
2设计方法和内容
本设计由硬件设计和软件设计两部分组成,总电路如图1所示,硬件设计主要包括单片机芯片选择,数码管选择及晶振,电容,电阻等元器件的选择及其参数的确定;软件设计主要是实现60秒倒计时程序的编写,包括利用中断实现1秒的定时及60秒的倒计时。
具体设计:
通过AT89C51型号单片机,由P1和P2两组I/O引脚分别控制两个7SEG–COM–ANODE型号数码管,分十位控制和个位控制,达到显示60秒倒计时的目的。
通过复位电路,在仿真过程中点击开关实现60复位。
图160秒倒计时总体电路设计
2.1硬件设计方法
2.1.1AT89C51的芯片概述
AT89C51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kByteISP(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AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
其工作电压在4.5-5V,一般我们选用+5V电压。
外形及引脚排列如图2所示:
2.1.2AT89C51主要特性
图2:
89C51的核心电路框图
与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
·寿命:
1000写/擦循环
·数据保留时间:
10年
·全静态工作:
0Hz-24MHz
·三级程序存储器锁定
·128×8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
AT89C51管脚说明
脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为低八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,(VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚备选功能 P3.0RXD(串行输入口) P3.1TXD(串行输出口) P3.2/INT0(外部中断0) P3.3/INT1(外部中断1) P3.4T0(记时器0外部输入) P3.5T1(记时器1外部输入) P3.6/WR(外部数据存储器写选通) P3.7/RD(外部数据存储器读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
2.1.3LED数码管显示器概述
本设计中采用的是7SEG–COM–ANODE型号数码管,它是一种半导体发光器件,其基本单元是发光二极管。
数码管的分类
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管;按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮。
。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上,当某一字段发光二极管的阳极为高电平时,相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时,相应字段就不亮。
LED数码管有两种连接方法如下:
共阳极接法。
把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极,使用时公共阳极接+5V,每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。
共阴极接法。
把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极,使用时公共阴极接地。
每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。
图3LED数码管的两种连接方法
测量数码管引脚,分共阴和共阳两类:
找公共共阴和公共共阳:
首先,我们找个电源(3到5伏)和1个1K(几百欧的也行)的电阻,VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上,组合有很多,但总有一个LED会发光的,找到一个就够了,然后GND不动,VCC(串电阻)逐个碰剩下的脚,如果有多个LED(一般是8个),那它就是共阴的了。
相反用VCC不动,GND逐个碰剩下的脚,如果有多个LED(一般是8个),那它就是共阳的。
也可以直接用数字万用表,红表笔是电源的正极,黑表笔是电源的负极。
2.2软件设计方法
图4程序框图
定时/计数器初值计算
(1)本电路应用TIMER0MODE16位计数器的计时中断法。
(2)1秒等于1000000微秒,而每一计时脉冲是1微秒,因此需输入100000个计时脉冲,方可达到1秒的时间。
本设计中,设定中断每次溢出时间50ms。
(3)由上式得知,循环20次即可达到1秒定时,即:
N=t/Tcy=0.05s/0.000001=5000
X=65536-5000=15536=3CB0H
(4)由上式得知5000个脉冲,首先需设定TL0=3CH,TH0=0B0H,此时第1次只要输入5000个脉冲输入,就会溢出;第2次至第20次,则需每1000000个计时脉冲,定时1秒。
(5)上电时,显示60,开始倒数计时按下开关实现复位。
2.2.1软件程序
ORG00H
SJMPSTAR
ORG1BH
SJMPT1S;转T1中断服务程序
ORG30H
STAR:
MOVR2,#60;倒计时初值
MOVR4,#20;定时中断溢出计数器R4初值为20
MOVIE,#88H;T1开中断
MOVTMOD,#10H;T1方式1
MOVTH1,#3CH;定时初值
MOVTL1,#OBOH;定时初值
SETBTR1;启动T1
ACALLDIS;调用显示子程序
SJMP$
TIS:
MOVTH1,#3CH;中断程序
MOVTL1,#0B0H;重装初值
DJNZR4,T1S1;定时1S到否
MOVR4,#20;到1S,重置R4=20
DJNZR2,T1S0;倒计时递减
CLRTR1;倒计时结束,关定时器
T1S0:
ACALLDIS;调显示
T1S1:
RETI;中断返回
SEG7:
INCA;A的值加一
MOVCA,@A+PC;取显示断段
RET
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H;0至3的共阳型显示码
DB99H,92H,82H,0F8H;4至7的共阳型显示码
DB80H,90H,88H,83H;8至B的共阳型显示码
DB0C6H,0A1H,86H,8EH;C至F的共阳型显示码
DIS:
MOVA,R2;单字节十六进制数转为十进制数
MOVB,#10
DIVAB
ACALLSEG7
MOVP1,A;显示十位
MOVA,B
ACALLSEG7
MOVP2,A;显示个位
RET;子程序返回
END
3软件调试过程
系统调试工具PROTEUS
Proteus是一款EDA软件,该软件具有模拟电路仿真,数字电路仿真,单片机以及外围电路组成的系统的仿真,RS-232动态仿真,I2C调试器,SPI调试器,键盘和LCD系统的仿真,以及各种虚拟仪器,如示波器,逻辑分析仪,信号发生器等。
该软件目前支持的单片机类型有:
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM以及各种外围芯片。
该软件还支持大量的存储器和外围芯片,所以,该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件。
调试方法:
首先用Keil软件将C编译成HEX文件,打开Keil软件,新建一个文档,输入C程序,保存成C格式文件,然后新建工程,连接单片机为AT89C51,选择Optionsfortarget,选择OUTPUT子菜单,在CreateHEXFi前打钩,DeBug子菜单中,Settings选择ProteusVSMSimulator,USE前打钩,再次运行文件,成功后在目录下会生成HEX文件,打开Proteus软件,或直接点击DSN文件,双击单片机模板,点击文件夹式样的图标选择对应的HEX驱动文件,然后点击开始,进行调试。
图5仿真图
参考文献
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水利电力出版社.2002.
[5]李朝清.单片机原理及口技术.北京航空航天大学出版社.2005.
[6]高卫东.51单片机原理与实践.北京航空航天大学出版社.2008.
[7]江志红.51单片机技术与应用系统开发.青华大学出版社.2008.
[8]王守中.51单片机应用开发速查手册.人民邮电出版社.2009.
[9]徐建民.汇编语言程序设计.电子工业出版社.2007
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