2432.水溫控制系統(tǒng)設計 單片機課程設計論文包含源碼

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1、XXX科技大學畢業(yè)論文 摘要 本例是一個典型的檢測、控制型應用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從水溫檢測、信號處理、輸入、運算到輸出、控制電爐加熱以實現(xiàn)水溫控制的全過程。因此，應以單片微型計算機為核心組成一個專用計算機應用系統(tǒng)，以滿足檢測、控制應用類型的功能要求。本設計采用80C51單片機通過對前向通道的分析，控制電路的加熱過程，該過程用到AD590溫度傳感器，通過8279可編程的鍵盤顯示接口芯片來設定溫度范圍，由LED顯示控制溫度，到達所設定的溫度后由蜂鳴器和報警燈發(fā)出警報信號。本設計采用的是以單片機為核心的直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）。 關鍵字

2、：水溫；控制；單片機；8051；AD590 ；8279；ADC0809 遠程通信 Summary A whole process for is a typical examination, control type applying system, it requesting system completing from the water temperature examining, signal handles, input, carries calculating exportation, control electric stove heating to realizing

3、 water temperature controling.Therefore, at the request of regard single a microcomputer as the core constitute an appropriation calculator application system, to satisfy examination, control application the function of the type.This design adopts an analysis for the single a machine passes to ex-ly

4、 facing the passage, the heating process of the control electric circuit, that process uses to spreads to feel to the temperature of AD590 machine, pass 8279 programmable keyboard manifestations connect a temperature for setting up temperature scope, from LED manifestation control temperature, arriv

5、ing setting up empress from the machine of 蜂鳴 with report to the police the light send out the alert signal.This design adoption of regard single a machine as the direct arithmetic figure control system of the core.( DDC) Key word:Water temperature;Control;Single a machine;8051;AD590;8279;ADC0809

6、 目 錄 摘要………………………………………………………… 3 1、緒論………………………………………………….. ... 3 2、設計任務與要求 …………………………………… 3 2.1、基本要求…………………………………………………… 3 2.2、主要性能指標……………………………………………… 3 2.3、創(chuàng)新部分…………………………………………………… 4 3、方案比較……………………………….…

7、…………. 4 3.1、比例控制（P控制）…………………………………………… 4 3.2、比例積分控制（PI控制）…………………………………… 4 3.3、比例積分加微分控制（PID）控制………………………… 4 4、系統(tǒng)設計……………………….……..………….…. 5 4.1、單片機系統(tǒng)………………………………………………… 5 4.2、前向通道…………………………………………………… 5 4.3、后向通道…………………………………………………… 5 4.4、人

8、機對話通道……………………………………………… 5 4.5、遠程通訊…………………………………………………… 6 5、硬件開發(fā)…………………………………………….. 6 5.1、系統(tǒng)配置與接口擴展……………………………………… 6 5.2、本設計所用的主要的芯片和器件………………………… 10 6、軟件開發(fā)、劃分程序模塊、編寫程序流程圖 ………. 18 6.1、主程序……………………………………………………… 18 6.2、鍵盤輸入中斷服務程序…………………………………… 18

9、 6.3、修改PID參數(shù)子程序………………………………………… 18 6.4、設定溫度子程序……………………………………………… 19 6.5、運行子程序…………………………………………………… 19 6.6、定時中斷服務程序…………………………………………… 19 6.7、連機調試……………………………………………………… 19 7、心得體會……………………………………….……….. 20 8、參考文獻………………………………………………… 20 附錄 ：水溫控制系統(tǒng)原理總圖

10、 1、緒論 普通熱水器的加熱常常需要較長的時間。該作品設計有遠程通訊的能力，可實現(xiàn)遠程的控制與檢測。利用此項功能人們在下班回家之前，便可進行洗浴用水的提前加熱，回到家即可洗上舒服的熱水澡。避免了長時間的等待。如果長時間不用水，恰巧本人又不在家，可利用此遠程通訊的功能通過因特網(wǎng)、手機短信和移動／固定電話等網(wǎng)絡，在任何時間、任何地點遠程操作家里的熱水器，實現(xiàn)遠程關斷，以達到科學合理用電，節(jié)約能源的目的。另外，該作品還具有隨環(huán)境溫度變化，能自動的進行水溫調整的功能，使水溫能長時間保持一定的穩(wěn)定性。滿足了人們日常生活和生產(chǎn)過程中對水溫的特定要求?？傊?，該產(chǎn)品既能有助于人們生活和生

11、產(chǎn)條件的改善，又能有效的節(jié)約電能，也迎合了建設節(jié)約型社會的要求，有著良好的市場前景。 2、設計任務與要求 2.1、基本要求 一升水由1KW的電熱爐加熱，要求水溫可以人為設定,并能夠自動保持設定溫度。 2.2、主要性能指標 2.2.1溫度設定范圍：0℃～100℃。 2.2.2控制精度：0.1℃。 2.2.3良好的人機交互界面：用十進制數(shù)碼管顯示實際溫度，鍵盤設定要求的溫度值，聲光報警系統(tǒng)。 2.2.4良好的通訊能力,可接受其他數(shù)據(jù)設備發(fā)來的命令以實現(xiàn)遠程控制，或將結果傳送到其它數(shù)據(jù)設備。 3、方案比較 由于水溫控制系統(tǒng)的對象具有熱儲存能力大，慣性也較大的特點，水在容器內的流動

12、或傳送都存在一定的阻力，因而可以將它歸于具有純滯后的一階大慣性環(huán)節(jié)，所以它對任何信號的響應都會延遲一些時間，故可采用以下方案控制： 3.1、比例控制（P控制） 比例控制的特點是控制器的輸出與偏差成比例，輸出量的大小與偏差之間有對應關系。當負荷變化時，抗干擾能力強，過渡過程時間短，但過程終了存在余差。因此它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大，允許被控量在一定范圍內變化的系統(tǒng)。應用時還應注意經(jīng)過一段時間后需將累積誤差消除。 3.2、比例積分控制（PI控制） 由于比例積分控制的特點是控制器的輸出與偏差的積分成比例，積分的作用使過渡過程結束時無余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。雖然加大比例度可使穩(wěn)定

13、性提高，但又使過渡過程時間加長。因此，PI控制適用于滯后較小，負荷變化不大，被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)，它是工程上應用最廣泛的一種控制方法。 3.3、比例積分加微分控制（PID）控制 比例積分加微分控制的特點是微分的作用使控制器的輸出與偏差變化的速度成例，它對克服對象的慣性有顯著的效果。在比例基礎上加入微分作用，使穩(wěn)定性提高，再加上積分作用，可以消除余差。因此，PID 控制適用于負荷變化大、慣性較大、控制品質要求又很高的控制系統(tǒng)。 在PID三種作用中，微分作用主要用來減少超調，克服震蕩，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，加快系統(tǒng)的動作速度，減少超調時間，用來改善系統(tǒng)的動態(tài)特性；積分作用主要用來消除靜差，

14、改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性；比列作用可對偏差做出及時響應。若能將三種作用的強度配合適當，可以使控制器快速，平穩(wěn)，準確，從而獲得滿意的控制效果。但實際PID在控溫中，只能精確的控制一個溫度點，它克服了傳統(tǒng)控溫中的熱慣性問題，有效的解決了系統(tǒng)溫度的在控溫點的溫度的漂移。對于復雜的系統(tǒng)，要求系統(tǒng)溫度可設定，設定溫度范圍較大，控溫精度較高的條件下。有效的解決一上問題還有一定的難度。也就是說單只用PID調節(jié)，在可設定的系統(tǒng)中，PID只解決了控溫中的熱慣性問題，沒有解決掉準確性的問題，為了提高準確性，必須在系統(tǒng)中添加不同的補充參數(shù)，補充參數(shù)要與系統(tǒng)可設定的參數(shù)有一定關系，實際編程中，如果溫度點超過200點，可采用

15、查表的補償方式，超過兩百，就需要分段查表，當然還有更好的辦法，如果系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度變化較大，引起系統(tǒng)散熱性異同，就需要進行溫度補償。 4、系統(tǒng)設計 根據(jù)系統(tǒng)總體方案，系統(tǒng)由4個主要功能模塊組成，總體框圖如圖4.1所示。 圖4.1　　水溫控制系統(tǒng)總體框 傳感器 電熱爐 信號放大 A/D 單片機基本系統(tǒng) 鍵盤 聲光報警

16、 功率放大 顯示 通訊 4.1、單片機系統(tǒng) 單片機系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的核心，它完成整個系統(tǒng)的信息處理及協(xié)調控制功能， 由于系統(tǒng)對控制速度、精度及功能要求都無特別之處，因此可選用目前廣泛使用MCS-51系列單片80C51。80C51可以提供系統(tǒng)控制所需的中斷、定時及存放中間運算結果的RAM電路，因此單片機基本系統(tǒng)中還有復位電路和晶振電路。 4.2、前向通道 前向通道是信息采集的通道，主要包括傳感器、信號放大、A/D轉換等電路。由于水溫變化是一個相對緩慢的過程，因此前

17、向通道中沒有使用采樣保持電路。另外，信號的濾波可由軟件實現(xiàn)，以簡化硬件、降低硬件成本。 4.3、后向通道 后向通道是用以實現(xiàn)控制信號輸出的通道，單片機系統(tǒng)產(chǎn)生的控制信號經(jīng)功率放大電路控制電熱爐的輸入功率，以實現(xiàn)控制水溫的目的。 4.4、人機對話通道 人機對話通道主要由鍵盤、LED顯示、報警燈和蜂鳴器組成。為了完成設定水溫、修改PID運算參數(shù)和報警等功能，鍵盤可由10個數(shù)字鍵及6個功能鍵組成。LED顯示由3位數(shù)碼管組成，分別顯示給定溫度和實測溫度，顯示范圍為0.0℃～99.9℃。 4.5、遠程通訊 為了使系統(tǒng)能夠實現(xiàn)遠程顯示和控制。我們采用串行通訊的方式，并通過RS-232接口線路與

18、微機系統(tǒng)進行連接，以實現(xiàn)遠程通訊的任務。 5、硬件開發(fā) 5.1、系統(tǒng)配置與接口擴展 5.1.1單片機基本系統(tǒng) 單片機基本系統(tǒng)以MCS-51系列單片機80C51為核心，它的好處在于不需要擴展內存，可以減少連線的麻煩。(80C51的簡介) 5.1.2前向通道部分 （1）溫度傳感器 根據(jù)本設計的要求，我們選用美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源—AD590。它的主要特性如下： ①流過器件的電流（mA) 等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)，即：Ir/T=1mA/K 式中：Ir－流過器件（AD590）的電流，單位為mA 　　　T－熱力學溫度，單位為K ②

19、AD590的測溫范圍為－55℃～+150℃。 ③AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V~6V范圍變化，電流變化1μA，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 ④輸出電阻為710MΩ。 ⑤精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內，非線性誤差為0.3℃。 （2）AD590的應用電路 攝氏溫度測量電路如圖5.1所示，電位器R2用于調整零點，R4用于調整運放LF355的增益。調整方法如下：在0℃時調整R2，使輸出=0，然后在100℃時調整R4使=100mV。如此反復

20、調整多次，直至0℃時，=0mV，100℃時，=100mV為止。最后在室溫下進行校驗。 例如，若室溫為25℃，那么應為25mV。冰水混合物是0℃環(huán)境，沸水為100℃環(huán)境。 圖5.1 前向通道原理圖 前向通道中電阻值的計算： 按照設計的要求，信號轉換和放大電路應將0℃～100℃的溫度信號轉化為0V～5V的電壓信號。查得AD590在0℃和100℃的電流分別是273.2μA和373.2μA，于是電阻值可按如下進行確定： 取R1=30KΩ，R2=10 kΩ（滑變）。 取R3=47KΩ，R4=10KΩ（滑變）。 5.1.3后向通道 為了實現(xiàn)水

21、溫的PID控制，功率放大電路的輸出不能是個簡單開關量，輸入電熱爐的加熱功率必須連續(xù)可調。一般來說，改變輸入電路的電壓平均值就可以改變電路的輸入功率，而比較簡單的調壓方法有相位控制調壓和通斷控制調壓法。本例采用通斷控制調壓法控制電熱爐的輸入功率。后向通道原理圖如圖5.2所示。 圖5.2 后向通道原理圖 　 MC3041是耐壓為400V的光電耦合器，它的輸出經(jīng)由過零觸發(fā)的雙向晶閘管構成，它控制著主電路雙向晶閘管的導通與關斷。1kΩ電阻與0.01uF電容組成雙向晶閘管的保護電路。 5.1.4人機對話通道 系統(tǒng)人機對話通道主要由行列式鍵盤、LED顯示器等組成，鍵盤的掃描輸入和顯示的輸出

22、可以直接由單片機承擔，但考慮到鍵盤與顯示接口需要較多的I/O線，如直接由單片機控制，一方面必須擴充I/O口，另一方面鍵盤與LED顯示的掃描處理需要占用大量的機時，增加軟件編程負擔，為此在組成系統(tǒng)人機對話通道時，采用了可編程鍵盤、顯示接口芯片8279，由8279負責鍵盤的掃描、消抖處理和顯示輸出工作，減輕了CPU在掃描鍵盤或刷新顯示時的負擔，也減輕了編程。 鍵盤面版布置圖如圖所示： 4 6 7 5 6 7 確定 設定 溫度 1 0 4 3 2 取消 參數(shù)修改 聲光報警系統(tǒng)如圖5.4所示： 5 7 運行 6 8 9 數(shù)據(jù)

23、發(fā)送 圖5.3 鍵盤面版布置圖 圖5.4 聲光報警原理圖 當水溫到達設定溫度時，聲光報警系統(tǒng)啟動，以提示人們可以對加熱后的水進行使用。用聲音或燈光報警時，連續(xù)的聲響或常亮的燈光往往不易引起人們的注意，只有斷續(xù)的聲音或閃爍的燈光才能取得最佳的報警效果。本設計規(guī)定：燈光閃爍頻率為1Hz,周期約1s。采用金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSSFET）IRF540（最大負載100 V，3A）驅動報警燈。聲音報警振蕩頻率為1kHz。由定時器T1輸出1kHz的方波，由驅動器7407驅動蜂鳴器發(fā)出斷續(xù)的“滴、滴．．．．．．”報警聲。按取消鍵可停止報警。 5.1.5遠程通訊 隨著工控技術的

24、發(fā)展，搭建工控系統(tǒng)逐漸走向標準化、通用化、多元化，降低成本、提高性能是設計系統(tǒng)時所遵循的基本原則。 在系統(tǒng)中，作為下位機的單片機通常用來完成數(shù)據(jù)的采集和上傳，因為51子系列單片機價格低、功能強、抗干擾能力強、適應溫度范圍寬和豐富的控制端口等優(yōu)點。由PC、網(wǎng)絡設備、數(shù)據(jù)庫服務器組成的后臺應用部分組成的上位機，對下位機的上傳數(shù)據(jù)進行分析并處理,現(xiàn)在的PC普及、功能強，采用視窗操作系統(tǒng)，具有多任務自動內存管理，硬盤容量大，應用軟件豐富等特點。分布式控制系統(tǒng)能充分發(fā)揮了單片機在實時數(shù)據(jù)和PC對圖形處理、顯示以及數(shù)據(jù)庫管理上的優(yōu)勢。使的單片機的應用不局限于自動檢測或控制，形成了向以PC為網(wǎng)絡核心的的分

25、布式多點工控系統(tǒng)發(fā)展。 在實際的工作中，計算機的CPU與外部設備之間常常要進行信息交換，一臺計算機與其他計算機之間也往往要交換信息，:所有這些信息交換均可稱為通信。 串行通信是指:數(shù)據(jù)是一位一位按順序傳送的通信方式.它的突出優(yōu)點是只需一對傳輸線(利用電話線就可以作為傳輸線)，這樣就大大降低了成本，特別適用與遠距離 通信:其缺點是傳送速度低。 遠程通訊原理如圖5.5所示： 圖5.5 遠程通訊原理圖 5.2、本設計所用的主要的芯片和器件 5.2.1、80C51的簡介 80C51引腳如圖5.6 圖5.6 80C51內部引

26、腳排列圖 （1)、主電源引腳VCC和VSS VCC——接+5V電壓； VSS——接地。 （2）、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2（晶振引腳） XTAL1接外部晶體的一個引腳。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。當采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，此引腳應接地；對CHMOS單片機，此引腳作為驅動端。 XTAL2接外晶體的另一端。在單片機內部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS，此引腳應懸浮。

27、 （3）、控制或與其它電源復用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP ①RST/VPD當振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個約10μF的電容，以保證可靠地復位。 VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（50.5V）內，VPD就向內部RAM提供備用電源。 ②ALE/PROG：當訪問外部存貯器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位

28、字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。 　 ③PSEN：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅動（吸收或輸出）8個LS型的TTL輸入。 ④EA/VPP：當EA端保持高電平時，訪問內部程序

29、存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過0FFFH（對8051/8751/80C51）時，將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器內的程序。當EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內部程序存儲器。 對于EPROM型的單片機（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）。 （4）、輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根） MCS-51單片微型芯片有32根輸入/輸出線，組成4個8位并行輸入/輸出接口，分別稱為P0口、P1口、P2口、P3口。這4個接口可以并行輸入或輸出8位數(shù)據(jù)也可可按位使用，既每一根輸入/輸出線都能獨立的用作

30、輸入或輸出，各個口在結構和用途上又有一定的差別。 ①P0口 P0口中的V1、V2構成輸出驅動器，與門3、倒相器4及模擬開關構成輸出控制電路，三態(tài)門1是輸入緩沖器。 P0口有兩種功能：地址/數(shù)據(jù)分時復用總線和通用I/O接口。 地址/數(shù)據(jù)分時復用總線： 單片機系統(tǒng)擴展片外存儲器時，P0口作為地址/數(shù)據(jù)分時復用總線使用。在訪問片外存儲器時，CPU送來的控制信號為高電平，模擬開關打在上方。如果執(zhí)行輸出數(shù)據(jù)的指令，分時輸出的地址/數(shù)據(jù)經(jīng)倒相器4、驅動器V1、V2送到因腳上。當?shù)刂泛蛿?shù)據(jù)信號為1時，V1截止而V2導通，管腳上出現(xiàn)高電平；當?shù)刂窋?shù)據(jù)信號為0時，V1導通而V2截止，管腳上出現(xiàn)低

31、電平。如果執(zhí)行取指操作或輸入數(shù)據(jù)的指令，地址仍經(jīng)V1、V2輸出，而輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)輸入緩沖器1進入內部總線。 通用I/O接口： 假如系統(tǒng)未擴展片外存儲器，P0口作為準雙向通用I/O口使用。此時控制信號為0，開關打在下方。輸入時V1、V2截止，管腳處在懸浮狀態(tài)，如果輸入由集電極開路或漏極開路驅動，應外加上拉電阻。輸出時由于V2截止，如果負載是MOS電路，應當外加上拉電阻。 P0口輸出時能驅動8個LS TTL負載，輸出電流不小于800Μa。 ②P1口 結構： P1口中的鎖存器起輸出鎖存作用。P1口的8個鎖存器組成特殊功能寄存器，該寄存器也用符號P1表示。場效應管V1與上拉電阻組成輸出驅動器

32、，以增大負載能力。三態(tài)門1是輸入緩沖器，三態(tài)門2在端口操作時用。 功能： 8031單片機的P1口只有一種功能—通用輸入輸出接口。通用I/O接口有輸出、輸入、端口操作3種工作方式。 輸出方式：計算機執(zhí)行寫P1口的指令如MOV P1，#data時，P1口工作于輸出方式。 此時寫鎖存信號使內部總線的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器鎖存， 狀態(tài)經(jīng)V1輸出。 輸入方式：計算機執(zhí)行讀P1口的指令如MOV A，P1時，P1口工作于輸出方式?？刂破靼l(fā)出的讀信號打開三態(tài)門1，引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)三態(tài)門進入芯片的內部總線，并送到累加器A，因此輸入時無鎖存功能。在執(zhí)行輸入操作時如果鎖存器原來寄存的數(shù)據(jù)Q=0，那么由于=1將使V1

33、導通，引腳始終被嵌位在低電平上，不可能輸入高電平。為此，用做輸入前，必須先用輸出指令置Q=1，使V1截止。正因為如此，P1口稱為準雙向接口。單片機復位后，P1口線的狀態(tài)都是高電平，可以直接用做輸入。 輸入操：。MCS——51單片機有不少指令可以直接進行端口操作，例如， ANL P1，#data ORL P1, #data XRL P1, A INC P 這些指令的執(zhí)行過程分為“讀——修改——寫”三步。先將P1口的數(shù)據(jù)讀入CPU，在ALU中進行運算，運算結果再送回P1。進行“讀——修改——寫”類指令時，CPU

34、通過三態(tài)門2讀鎖存器Q端的數(shù)據(jù)。假如通過三態(tài)門1從引腳上讀回數(shù)據(jù)，有時會發(fā)生錯誤。例如，用一根口線去驅動一個晶體管的基極在向此口線輸出1時，鎖存器Q=1，但晶體管導通后，引腳上的電平以拉到低電平（0、7V），從引腳讀數(shù)據(jù)會錯讀為0。8032/8052單片機P1口中的P1、0和P1、1具有兩重功能，除了用做通用I/O接口外P1、0（T2）還作為定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)脈沖輸入端，P1、1還作為定時器/計數(shù)器2的外部控制輸入端（T2EX）。 能力： P1口輸出時能驅動4個LSTTL負載。通常把100μA的輸入電流定義為一個TTL負載的輸入電流，所以P1口輸出電流不小于400μA。P1口內部有

35、上拉電阻，因此在輸入時，即使由集電極開路或漏極開路電路去驅動，也無須外接上拉電阻。 ③P2口 P2口有兩種用途：通用I/O接口或高8位地址總線。P2口中的模擬開關受內部控制信號控制，用于選擇P2口的工作狀態(tài)。 地址總線狀態(tài)： 計算機從片外ROM中取指令，或者執(zhí)行訪問片外RAM指令時，模擬開關打在右邊，P2口上出現(xiàn)程序計數(shù)器PC的高8位地址或數(shù)據(jù)指針DPTR的高8為地址（A15-A8）。上述情況下，鎖存器的內容不受影響。所以，取指或訪問外部程序存儲器結束后，由于模擬開關打向左邊，使輸出驅動器與鎖存器Q端相連，引腳上將恢復原來得數(shù)據(jù)。 一般地說，如果系統(tǒng)擴展了外部ROM

36、，取指的操作將連續(xù)不斷，P2口不斷送出高8位地址，這時P2口不斷就不應再作通用I/O口使用。如果系統(tǒng)僅僅擴展外部RAM，情況應具體分析：當片外RAM容量不超過256字節(jié)時，可以使用寄存器間接尋址方式的指令由P0口送出低8位地址，P2口引腳上原有的數(shù)據(jù)在訪問片外RAM期間不受影響，故P2口仍可用做通用I/O接口；當片外RAP2口M較大需要有P2口、P0口送出16位地址時，P2口不在用作I/O接口；當片外RAM的地址大于8位而小于16時，可以通過軟件從P1、P2、P3口中的某幾根地址線送出高位地址，從而保留P2的全部或部分口線作為通用I/O接口。 通用I/O接口狀態(tài)： P2作準雙向通用I/O接

37、口使用時，其功能與P1口相同，有輸入輸出及端口操作3種工作方式，負載能力也相同。 ④P3口 P3口除了作為準雙向通用I/O口使用外，每一根線還具有第二功能。P3口用作I/O接口時，其功能與P1口相同。 P3口作為第二功能使用時，其鎖存器Q端必須為高電平，否則V1管導通，引腳被嵌位在低電平，也無法輸入或輸出第二功能信號。單片機復位時，鎖存器輸出端為高電平。P3口第二功能中輸入信號RD、INT0、INT1、T0、T1經(jīng)緩沖器3輸入，可直接進入芯片內部。 P3各口線的第二功能定義： P3.0 10 RXD（串行輸入口） P3.1 11 TXD（串行輸出口）

38、 P3.2 12 INT0（外部中斷0） P3.3 13 INT1（外部中斷1） P3.4 14 T0（定時器0外部輸入） P3.5 15 T1（定時器1外部輸入） P3.6 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖） P3.7 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖） （5）、復位電路 圖5.7　80C51復位電路圖 8051的復位引腳（Reset）是第9引腳，當此引腳連接高電平超過2個機器周期（1個機器周期為6個時鐘脈沖），即可產(chǎn)生復位的動作。以12MHz的時鐘脈沖為例，每個時鐘脈沖1μs，兩個機器周期為2μs ，因此，在第9腳上連

39、接一個2μs以上的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復位動作。 電源接上瞬間，電容C上沒有電荷，相當于短路，所以第9腳直接連接到Vcc，即8051執(zhí)行復位動作。隨著時間的增加，電容上的電壓逐漸增加，而第9腳上的電壓逐漸下降，當?shù)?腳上的電壓降至低電平時，8051恢復正常，稱之為“Power On Reset”在此使用10kΩ左右的電阻，10μF電容，其時間常數(shù)為1ms，所以第9腳上的電壓可保持2μs 以上的高電平，足以使系統(tǒng)復位。而約1ms（一個時間常數(shù)）的時間內系統(tǒng)處于復位狀態(tài)。 通常還會在電容兩端并連一個按鈕開關，此按鈕開關是手動的Reset開關（強制Reset）。 5.2.2.ADC0809

40、 ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉換器，可以和微機直接接口。 （1）ADC0809的內部結構和外部引腳 （2）ADC 0809共有28引角。各引腳功能如圖5.8: 引腳IN0~IN7，8路模擬電壓輸入端。 A、B 、C：模擬輸入通道的地址選擇線。這3根地址線用于對8路模擬通道進行選擇。 ALE：地址鎖存信號。該端接高電平時有效，僅當該信號有效時，才能將地址信號鎖存，經(jīng)譯碼后選中一個通道。 圖5.8 ADC 0809芯片引腳圖 START：轉換啟動信號。在其上跳沿時，ADC所有片內寄存器清零，在其下降沿時，開始進行轉換，在此期間，START保持高電平。 D0

41、~D7：數(shù)據(jù)輸出線，該輸出線為三態(tài)緩沖輸出方式，可以和單片機的數(shù)據(jù)總線直接相連。 OE：輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉換后的數(shù)據(jù)，OE=1，輸出允許。 CLOCK： 時鐘信號，所需時鐘信號由外界提供。 EQC：轉換結束狀態(tài)信號。 V（+）、V（-）：參考電壓正端和負端。 5.2.3.芯片8279 8279是可編程的鍵盤和顯示接口器件。單個芯片可以實現(xiàn)鍵盤輸入和LED顯示控制兩種功能。使用它可以簡化系統(tǒng)的軟、硬件設計，充分提高CPU的工作效率。（內部管腳排列圖如圖5.9） （1）與CPU總線接口部分 ①D0~D7：雙向、三態(tài)數(shù)據(jù)總線，與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，用于C

42、PU與8279之間傳送、狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息。 ②CLK：系統(tǒng)的時鐘輸入線，用于產(chǎn)生內部時鐘。 ③RESET：復位信號，輸入線，高電平有效。 ④：片選信號，低電平有效。 ⑤A0：數(shù)據(jù)選擇輸入線。當A0=0，表示數(shù)據(jù)傳送的是數(shù)據(jù)；當A0=1，表示I/O命令或狀態(tài)。 ⑥：讀控制信號，低電平有效。 ⑦:寫控制信號，低電平有效。 ⑧IRQ：中斷請求信號，高電平有效。在鍵盤工作方式中，當FIFO/傳感器RAM 存有數(shù)據(jù)時，IRQ為高電平。CPU每次從RAM中讀出數(shù)據(jù)時，IRQ變?yōu)榈碗娖健? ⑨GND：地線。 （2）、數(shù)據(jù)顯示接口部分 ①OUTA0 ～ OUTA3：A組顯示信號輸出線。OUT

43、B0～OUTB3： B組組顯示信號輸出線。 ②：顯示器消隱指示輸出線。用于在數(shù)字轉換時指示消隱，或用于由顯示消隱命令控制下的消隱指令 圖5.9 8279內部引腳排列圖 （3）、鍵盤接口部分 ①SL0～ SL3：用于鍵盤/傳感器矩陣或顯示器的掃描輸出線，可編程設定編碼方式或內部譯碼方式。 ②RL0～RL7：返回輸入線，是鍵盤陣列或傳感器陣列的列的輸入線。平時保持為“1”，當矩陣結點上有開關閉合時變?yōu)?。 ③SHIFT：移位輸入線。在鍵盤工作方式時，當按鍵按下閉合時，該輸入信信時號 8279鍵盤數(shù)據(jù)的次高位（D6），通常用來擴充鍵功能，可以用作鍵盤上、下?lián)豕δ苕I。 ④

44、CNTL/STB：控制/選通輸入線。在鍵盤工作方式時，該 控制信號是鍵盤數(shù)據(jù)的最高位，通常用來擴充鍵開關的控制功能，作為控制功能鍵使用。 5.2.4光電耦合器MC3041 光電耦合器，是近幾年發(fā)展起來的一種半導體光電器件，由于它具有體積小、壽命長、抗干擾能力強、工作溫度寬及無觸點輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點，被廣泛地應用在電子技術領域及工業(yè)自動控制領域中，它可以代替繼電器、變壓器、斬波器等，而用于隔離電路、開關電路等。 光電耦合器是一種以光為控制信號的器件，在輸入端由發(fā)光二極管組成，輸出端為光敏三極管，因而，在電氣上輸入和輸出是完全隔離的，所以輸入信號與輸出信號互無影響。 光電耦合

45、器目前已向集成化、小型化方向發(fā)展，它把發(fā)光器件、光路和光敏期間匹配組合在同一封閉的管殼中，發(fā)光器件通常用砷化鎵紅外發(fā)光二極管；而光敏器件則可用光敏二極管、光敏三極管及復合三極管輸出形式。 5.2.5芯片RS-232C 1）引腳定義 RS-232C接口規(guī)定使用25針“D”型口連接器，連接器的尺寸及每個插針的排列位置都有明確的定義。在微型計算機通信中，通常使用的有9根信號引腳，所以常用9針“D”型口連接器替代25針連接器。連接器引腳定義如圖5.10 圖5.10 RS-232C連接器引腳排列圖 RS-232C接口的主要信號線的

46、功能定義如下表: 插針序號 信號名稱 功能 1 DCD 載波檢測 2 RXD 接受數(shù)據(jù)（串行輸入） 3 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)（串行輸出） 4 DTR DTE就緒（數(shù)據(jù)終端準備就緒） 5 SGND 信號接地 6 DSR DCE就緒（數(shù)據(jù)建立就緒） 7 RTS 請求發(fā)送 8 CTS 允許發(fā)送 9 RI 振鈴指示 2）電氣特性 RS-232C采用負邏輯電平，規(guī)定DC（-3～-15V）為邏輯1，DC（+3～+15V）為邏輯0。通常RS-232C的信號傳輸最大距離為30m，最高傳輸速率為20kbit/s。 RS-232C的邏輯電平與通

47、常的TTL和MOS電平不兼容，為了實現(xiàn)與TTL或MOS電路的連接，要外加電平轉換電路。 3）RS-232C電平與TTL電平轉換驅動電路 如上所述，80C51單片機串行口與PC的RS-232C接口不能直接對接，必須進行電平轉換。TTL到RS-232C的電平轉換器用MAX232 5.2.6芯片MAX232 MAX232芯片內部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源電壓變換為RS-232C輸出電平所需的+-10V電壓，所以，采用此芯片接口的此溫度控制系統(tǒng)只需要單一的+5V電源即可。 5.2.7 地址鎖存器--74LS373 74LS373是帶有三態(tài)門的八D鎖存器，當使能信號

48、線OE為低電平時，三態(tài)門處于導通狀態(tài)，允許1Q-8Q輸出到OUT1-OUT8，當OE端為高電平時，輸出三態(tài)門斷開，輸出線OUT1-OUT8處于浮空狀態(tài)。G稱為數(shù)據(jù)打入線，當74LS373用作地址鎖存器時，首先應使三態(tài)門的使能信號OE為低電平，這時，當G端輸入端為高電平時，鎖存器輸出（1Q-8Q）狀態(tài)和輸入端（1D-8D）狀態(tài)相同；當G端從高電平返回到低電平（下降沿）時，輸入端（1D-8D）的數(shù)據(jù)鎖入1Q-8Q的八位鎖存器中。 用74LS373作為地址鎖存器時，它們的G端可直接與單片機的鎖存控制信號端ALE相連，在ALE下降沿進行地址鎖存. 74LS373是一種8D鎖存器，具有三態(tài)驅動輸出，

49、，該鎖存器由8個D門組成，有8個輸入端1D一8D，八個輸出端1Q一8Q，2個控制端——G和OE，使能端G有效時，將D端數(shù)據(jù)打入鎖存器中D門，當輸出允許端前一單元有效時，將鎖存器中鎖存的數(shù)據(jù)送到輸出端Q。 74LS373的功能為：當使能端G為高電平時，同時輸出允許端 為低電平，則輸出Q等于輸入D；當使能端G為低電平，而輸出允許端 也為低電平時，則輸出Q=Qo(原狀態(tài)，即使能端G由高電平變?yōu)榈碗娖角?，輸出端Q的狀態(tài)，這就是“鎖存”的意義)：當輸出允許端 為高電平時，不論使能端G為何值。輸出端Q總為高阻態(tài)。 74LS373鎖存器主要用于鎖存地址信息、數(shù)據(jù)信息以及DMA頁面地址信息等。 三

50、態(tài)輸出：置數(shù)全并行存取；緩沖控制輸入；74LS363與74LS373相似，只是具有與MOS接口的較高的VOH 74LS373鎖存器功能表 輸出控制 允許G 輸出 L L L H H L H X H L Q0 Z 表中H為高電平，L 為低電平， Q0為原狀態(tài)，Z為高阻態(tài)，X表示任意值(即不論為“H”還是為“L”都一樣)。 6、軟件開發(fā)、劃分程序模塊、

51、編寫程序流程圖 6.1、主程序框圖如圖12，主要完成以下幾項任務： ①初始化。設定可編程芯片的工作方式，對內存中的參數(shù)進行初始化，顯示系統(tǒng)初始狀態(tài)。 ②在有鍵入操作時讀取鍵值，并調用相應功能的子程序中去。 N Y N 初始化 開始 有鍵入？ 調運行子程序 調設定溫度子程序 調修改PID參數(shù)子程序 輸入鍵值 跳轉到相應子程序 圖8 主程序圖 調發(fā)送子程序 有遠程數(shù)據(jù)送入 送溫度寄存器 調運行子程序 Y ③子程序執(zhí)行完畢返回主程序，等待下一次鍵入。

52、 6.2、鍵盤輸入中斷服務程序 當有鍵盤操作時8279通過INT0引發(fā)80C51的 圖13中斷流程圖 結束 恢復現(xiàn)場 設置鍵入標志 讀入鍵值 初始化 外部中斷0的中斷服務程序，中斷流程圖如圖13： 6.3、修改PID參數(shù)子程序 PID參數(shù)KC、KI、KD 可以依次修改，修改完的 數(shù)據(jù)可以按“確認”鍵確認修改，或按“取消”鍵取 消修改，流程圖如下圖14所示： N Y Y N N 圖14 修改PID參數(shù)子程序流程圖 取消鍵？ 確認

53、鍵？ … 存儲KC 顯示KI 開始 返回 顯示KC 數(shù)字鍵？ … 顯示KD 修改KC N Y 6.4、設定溫度子程序 設定溫度子程序流程與修改PID參數(shù)子程序類似，只有顯示參數(shù)的地址不同。 6.5、運行子程序 運行子程序將保持對水溫的檢測與控制作用，直到按下“取消”鍵， 程序才退回到主程序循環(huán)中去。流程圖如下圖15

54、所示：其中初始化包含對定時器工作方式和變量初值的初始化。 6.6、定時中斷服務程序 Ｎ Ｙ Ｙ Ｎ 圖15 運行子程序流程圖 返回 有鍵入？ 關輸出 取消鍵？ Ｙ 超過設溫度？ 調用水溫檢測子程序 調用PID算法子程序 顯示實測水溫 調用脈寬調制輸出子程序 Ｙ 定時時間到？ 初始化 Ｎ 調用聲光報警子程序 采樣定時由定時器0的定時操作完成，由T0溢出引發(fā)的中斷服務程序用于設置定時標志。

55、 Ｎ 6.7、數(shù)據(jù)發(fā)送子程序 按下數(shù)據(jù)發(fā)送鍵，可實時發(fā)送現(xiàn)場溫度，以備工作人員遠程監(jiān)視。用戶還可根據(jù)自己的需求自己編寫

56、該程序，如：每擱一段時間發(fā)送一次數(shù)據(jù)而不必需要按鍵動作，如此一來可實現(xiàn)無人現(xiàn)場監(jiān)視功能。流程圖如圖 初始化 接受數(shù)據(jù) 送溫度設定寄存器 返回 調運行子程序 初始化 將實測溫度被備好 發(fā)送 返回 6.8、數(shù)據(jù)接受子程序 溫度的設定除了可以通過現(xiàn)場按鍵設定外，還可以通過互聯(lián)網(wǎng)、手機短信等途徑按照預先設定的格式進行設定。由此可實現(xiàn)無人現(xiàn)場遠程控制功能。流程圖如圖 6.7、連機調試 連機調試就是在樣機中全速運行系統(tǒng)軟件，觀察系統(tǒng)運行情況，并根據(jù)結果修改控制參數(shù)，或對軟件、硬件方案作必要的修改，重復調試過程，直到系統(tǒng)能滿足各項性能指標要求

57、。 7、致謝 通過此次設計，我們受益匪淺，我們非常感謝陸翔老師在百忙之中給了我們極大的幫助，我們從中學習了許多東西，總結如下： （1）、通過參加本次設計，使我們熟悉了搞設計的整個流程，系統(tǒng)了所學知識，拓寬了對單片機的認識。 （2）、能夠更加熟練的運用 protel 99 se繪圖軟件繪制原理圖。 （3）、網(wǎng)絡檢索信息能力有所增強。除了利用當今大眾化了搜索軟件(如：百度、GOOGLE)還學會并能熟練使用更為專業(yè)的數(shù)據(jù)庫（如：中國碩博期刊網(wǎng)等）。 其次，非常感謝我們的陸 老師在百忙之中，抽出時間給我們解讀設計要求及設計中的重點、難點，使我們茅舍頓開，受益非淺。 最后，在陸老師的指導下

58、我們完成了本次設計，但由于時間緊、任務重，自己的能力有限，不足之處在所難免，懇請各位老師批評指正。 8、參考文獻 [1] 魏立峰、王寶興 單片機原理與應用技術[M]。北京 ： 北京大學出版社 ，2006.8 [2] 張毅坤、陳善久、裘雪紅 單片微型計算機原理及應用[M]。西安：西安電子科技大學出版社，1998.8 [3] 閻石 數(shù)字電子技術基礎[M]。 北京 ： 高等教育出版社 ，1998.12 [4] 及力 protel 99 se原理圖與PCB設計教程[M]。北京：電子工業(yè)出版社，2004.1 [5] 李洋 EDA技術實用教程[M]。北京：機械工業(yè)出版社，200

59、4.7 [6] 童詩白、華成英 模擬電子技術基礎[M]。 北京：高等教育出版社，2001 [7] 中國碩博期刊論文庫[J]。 [8] . [9] ATMEL.8-bit microcontroller with 4K Flash AT89C51. 附錄 溫度控制器是一種溫度控制裝置，它根據(jù)用戶所需溫度與設定溫度之差值來控制中央空調末端之水閥（風閥）及風機，從而達到改變用戶所需溫度的目的。實現(xiàn)以上目的的方法理論上有很多，但目前業(yè)界主要有機械式溫度控制器及智能電子式兩大系列。 現(xiàn)代信息技術的三大基礎是信息采集控制(即溫度控制器技

60、術)、信息傳輸(通信技術)和信息處理(計算機技術)。溫度控制器屬于信息技術的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農業(yè)生產(chǎn)、科學研究和生活等領域，數(shù)量日漸上升。近百年來，溫度控制器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下階段： (1)模擬、集成機械式溫度控制器； (2) 電子式智能溫度控制器。目前，國際上新型溫度控制器正從模擬式向數(shù)字式、電子式由集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。 溫度控制器發(fā)展初期是機械式溫度控制器，這類溫度控制器采用雙金屬片或充氣膜盒感測室內溫度，使用波段開關直接調整風速。雙金屬片溫度控制器現(xiàn)基本已淘汰，只使用在一些要求不高較低檔場合；充氣膜盒溫度控制器當前較流行，但總體

61、來講機械式溫度控制器缺點十分明顯： １．機械式溫度控制器外觀陳舊呆板。 ２．機械式溫度控制器控溫精度差。 ３．容易打火（直接切換強電）。 ４．極易在一個極小溫差范圍內頻繁開關水閥（風閥）。 ５．功能比較單一。 在當今電子信息時代，電子自動化、信息采集控制在任何行業(yè)都是不可逆轉的潮流，電子式溫度控制器全面取代機械式溫度控制器將在未來很短時間內實現(xiàn)，有人會問：“市場為什么目前看來機械式溫度控制器比電子式可靠？”，只是因你使用的電子溫度控制器沒作好，一個設計精湛考慮周全的智能電子溫度控制器絕對比機械式溫度控制器可靠。 The temperature controller

62、 is a bad value that a kind of temperature control equip, it according to the temperature that customer need and set up the temperature to the valve of water( breeze valve) and breeze machines that control the central air condition bitter ends, from but attain the purpose of the changes the temperat

63、ure that customer need.Method that realizes the above purpose has theoretically a lot of, but current commerce primarily contain machine type temperature controller and intelligence electronics type two greatest serieseses. Technical three greatest foundations in modern information are an informati

64、on to collect the control( namely temperature controller technique), information deliver( correspondence technique) to handles with the information.( calculator technique)The temperature controller belongs to the technical front in information along the most sophisticated product, is a temperature c

65、ontroller particularly drive extensive used for the work agriculture produce, science research with live to wait the realm, the quantity rises gradually.In the last a hundred years, the development of the temperature controller experienced mostly below stage: (1) imitate, gather machine type tem

66、perature controller; (2) electronics type intelligence temperature controller.Current, international ascend the new temperature controller from the emulation type direction arithmetic figure type, electronics type from gather turn to turn to intelligence, the direction development that network turn. The temperature controller development early is a machine type temperature controller, this type of temperature controll