1、畢畢業業設設計計說說明明書書 小型電加熱熱水控制器小型電加熱熱水控制器 班級班級電信 09-2 學號學號 姓名姓名 專業專業電子信息工程 指導教師指導教師 完成日期完成日期2012 年 2 月 29 日 蘭州工業高等專科學校 基于單片機的電加熱恒溫控制器的設計基于單片機的電加熱恒溫控制器的設計 摘 要:隨著國民經濟的發展，人們需要對各中加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐 中溫度進行監測和控制。采用單片機來對他們控制不僅具有控制方便，簡單和靈 活性大等優點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大的提高 產品的質量和數量。 介紹了一種以at89s52為主要控制器件，以ds18b20為溫度傳

2、感器的新型數 字溫度計設計方法，其硬件電路包括主控制器，測溫電路和顯示電路等。該溫度 計用于軟件編寫過程中對上下報警溫度值設置，當溫度不在設置范圍內時，可以 報警。與傳統的溫度計相比，該數字溫度計減少了外部硬件電路，具有低成本和 易使用的特點。 關鍵詞：單片機；恒溫控制器；ds18b20 based on monolithic integrated circuits electric heating constant temperature controllers design abstract : along with national economy development, the pe

3、ople need to each heating furnace、the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry on the monitor and the control. not only uses the monolithic integrated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility big and so on merits, m

4、oreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification, thus can big enhance the product the quality and quantity. a new type digital thermometer is introduced, which take a micro controller unit as primary control component andds18b20 as temperature sensor. the hardware

5、circuit mainly includes master controller, temperature measurement circuit and display circuit. the software development can be made up from temperature，when the temperature is not in the rank of written in，the thermometer can warning. compared with the traditional thermometer, this digital thermome

6、ter can reduce external hardware circuit, and it features low lost and easily use. key words: monolithic integrated circuit; heating constant; ds18b20 目目 錄錄 1 概 述.1 1.1 課題研究的背景.1 1.2 課題研究的意義.1 1.3 課題研究的內容.2 2 系統的方案設計.3 2.1 系統設計要求.3 2.2 方案設計.3 2.2.1 控制電路和溫度設定電路方案與選擇.3 2.2.2 測溫電路方案選擇.4 2.2.3 顯示模塊的選擇方案

7、和論證.4 2.2.4 加熱電路方案選擇.4 2.2.5 單片機的選擇.5 2.2.6 單片機 at89s52 .5 2.2.7 總體電路設計.8 3硬件電路的設計.9 3.1 電路總體原理框圖.9 3.2 系統各功能模塊電路設計.9 3.2.1 最小系統.9 3.2.2 溫度采集電路的設計.11 3.2.3 鍵盤和顯示的設計.11 3.2.4 加熱控制電路的設計.12 3.2.5 報警及指示燈電路的設計.13 3.2.6 時鐘電路及外部復位電路.14 3.2.7 電源電路.15 3.3 原理圖的設計.16 4軟件系統的設計.19 4.1. 主程序模塊.19 4.2. 溫度采集模塊.19 4.

8、3 鍵盤模塊.20 4.4 顯示模塊.21 4.5 中斷模塊.22 4.6. 運算控制模塊.23 5設計總結.25 參考文獻.26 致 謝.27 附錄 1 基于單片機的電加熱恒溫控制器的設計電路原理圖.28 附錄 2 基于單片機的電加熱恒溫控制器的設計的 pcb 圖 .29 附錄 3 程序清單.30 基于單片機的電加熱恒溫控制器的設計基于單片機的電加熱恒溫控制器的設計 1 概概 述述 隨著現代信息技術的飛速發展和傳統工業改造的逐步實現，能夠獨立工作的 溫度檢測和顯示系統應用于諸多領域。對于不同場所、不同工藝、所需溫度高低 范圍不同、精度不同，則采用的測溫元件、測溫方法以及對溫度的控制方法也將

9、不同；產品工藝不同、控制溫度的精度不同、時效不同，則對數據采集的精度和 采用的控制算法也不同。因而，對溫度的測控方法多種多樣。隨著電子技術和微 型計算機的迅速發展，微機測量和控制技術也得到了迅速的發展和廣泛的應用。 利用微機對溫度進行測控的技術，也便隨之而生，并得到日益發展和完善，越來 越顯示出其優越性。然而現有的溫度傳感元件大多為模擬器件（熱電耦）體積大、 應用復雜、而且不容易實現數字化等缺點，阻礙了應用領域的擴展。從實際應用 出發選取了體積小、精度相對高的數字式溫度傳感元件 ds18b20 作為溫度采集器， 單片機 at89s52 作為主控芯片，數碼管作為顯示輸出，實現了對溫度的實時測量

10、與恒定控制。 1.1 課題研究的背景 溫度控制系統廣泛應用于社會生活的各個領域 ,如家電、汽車、材料、電力電 子等 ,常用的控制電路根據應用場合和所要求的性能指標有所不同。在工業企業中,如 何提高溫度控制對象的運行性能一直以來都是控制人員和現場技術人員努力解決 的問題。這類控制對象慣性大,滯后現象嚴重,存在很多不確定的因素,難以建立精確 的數學模型,從而導致控制系統性能不佳,甚至出現控制不穩定、失控現象。傳統的 繼電器調溫電路簡單實用 ,但由于繼電器動作頻繁 ,可能會因觸點不良而影響正常 工作。控制領域還大量采用傳統的pid控制方式,但pid控制對象的模型難以建立,并 且當擾動因素不明確時,參

11、數調整不便仍是普遍存在的問題。而采用數字溫度傳感 器ds18b20，因其內部集成了a/d轉換器，使得電路結構更加簡單，而且減少了溫 度測量轉換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。數字溫度傳感器ds18b20只 用一個引腳即可與單片機進行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具 有擴展性。由于ds18b20芯片的小型化，更加可以通過單跳數據線就可以和主電 路連接，故可以把數字溫度傳感器ds18b20做成探頭，探入到狹小的地方，增加 了實用性。更能串接多個數字溫度傳感器ds18b20進行范圍的溫度檢測。 1.2 課題研究的意義 隨著電子技術的發展和人們生活質量的提高，特別是隨著大規模集成電路的

12、 產生，給人們的生活帶來了根本性的變化。現代社會中，隨著社會的發展、科技 的進步以及工業水平的逐步提高，各種恒溫控制系統開始進人了工業以及其他領 域，以單片機為核心的電熱恒溫控制系統就是其中之一同時也標志了恒溫控制領 域成為了自動化時代的一員。它實用性強，功能比較齊全，使人們相信這是科技 進步的成果。 溫度控制是工業生產過程中經常遇到的過程控制，特別是在冶金、化工、建 材、食品、機械、石油等工業中，具有舉足重輕的作用，其溫度的控制效果直接 影響著產品的質量，因而設計一種較為理想的溫度控制系統是非常有價值的。 1.3 課題研究的內容 本課題主要完成以下內容： a. 在明確系統功能要求的前提下設計

13、出系統的總體結構； b. 方案設計，根據現場系統工作原理框圖和系統的結構圖以 at89s52 芯片為 控制核心，選擇控制系統所需的硬件并進行系統硬件電路的設計； c. 在原理圖的基礎上設計 pcb 圖； d. 完成系統的軟件設計； 2 系統的方案設計系統的方案設計 2.1 系統設計要求 a. 溫度控制范圍：室溫+10+90； b. 溫度控制精度：0.5； c. 溫度設置：可以由按鍵設置控制溫度； d. 顯示：四位有效值顯示。 2.2 方案設計 對課題進行深入的分析和思考，可將整個系統分區為以下幾部分：控制電路、 溫度設定電路、測溫電路、顯示電路、加熱電路 。 溫度傳感器 鍵盤 超越報警 顯示器

14、 控制器 加熱器單片機 圖 2-1 系統總體框圖 2.2.1 控制電路和溫度設定電路方案與選擇控制電路和溫度設定電路方案與選擇 控制電路可以用硬件的方式實現，也可以用軟件的方式實現，具體方案有三： a. 方案一 可可以用運放等模擬電路搭接一個控制器，用模擬方式實現pid控制，對純粹 的水溫控制這是足夠的。但是附加的顯示，溫度的設定等功能，還要附加許多電 路，稍顯麻煩。同樣也可以用邏輯電路實現，但總體的電路設計和制作繁瑣。 b. 方案二 可以使用fpga實現控制功能，使用fpga時，電路設計比較簡單，通過相應 的編程設計，可以很容易實現控制、顯示、鍵盤等功能。是一種可選的方案。但 與單片機相比較

15、，價格較高，顯得大材小用。 c. 方案三 可以使用單片機作為核心，同時可以實現控制、顯示、鍵盤等功能。電路設 計和制作比較簡單，是一種非常好的方案。 2.2.2 測溫電路方案選擇測溫電路方案選擇 a. 方案一 可以使用熱敏電阻作為測溫元件，熱敏電阻精度高，需要配合電橋電路，電 路設計比較麻煩。 b. 方案二 可以使用熱點偶作為測溫元件，熱電偶在工業上應用比較廣泛，測溫精度比 較高，性能可靠，并有專用的熱電偶測溫電路。 c. 方案三 采用半導體集成溫度傳感器作為測溫元件，半導體溫度傳感器應用也比較廣 泛，精度、可靠性都不錯，價格適中，使用比價簡單，是一種較好的方案。 2.2.3 顯示模塊的選擇方

16、案和論證顯示模塊的選擇方案和論證 a. 方案一 采用led液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強大，可顯示大量文字、圖形, 顯示多樣、清晰可見，但是價格昂貴，需要的接口線多，所以在此設計中不采用 led液晶顯示屏。 b. 方案二 采用點陣式數碼管顯示，點陣式數碼管是由八行八列的發光二極管組成，對 于顯示文字比較適合，如采用在顯示數字顯得太浪費，且價格也相對較高，所以 也不用此種作為顯示。 c. 方案三 采用led數碼管動態掃描,led數碼管價格適中，對于顯示數字最合適，而且 采用動態掃描法與單片機連接時，占用的單片機口線少。 綜上所述，所以采用了led數碼管作為顯示。 2.2.4 加熱電路方案選擇

17、加熱電路方案選擇 根據題目，可以使用電爐加熱，當水溫過高時，一般只能關掉加熱器，讓其 自動冷卻，加熱電源選用220v交流電。 a. 方案一 采用電力電子技術的pwm技術，控制其功率實現較好的精度，但電路設計比 較麻煩，制作難度比較大。 b. 方案二 可以使用固體繼電器控制加熱器工作。固態繼電器使用比較簡單，而且沒有 觸電，可以頻繁工作。是一個比較好的方案。 2.2.5 單片機的選擇單片機的選擇 a方案一 采用89c51作為硬件核心，采用flash rom，內部具有4kb rom存儲空間，能 于3v的超低壓工作，而且與mcs-51系列單片機完全兼容，但是運用于電路設計中 時由于不具備isp在線編

18、程技術，當在對電路進行調試時，由于程序的錯誤修改或 對程序的新增功能需要燒入程序時，對芯片的多次插拔會對芯片造成一定的損壞。 b. 方案二 采用at89s52,片內rom全都采用flash rom，能以3v的超低壓工作。同時， 也與mcs-51系列單片機完全兼容。該芯片內部存儲器為8kb rom存儲空間，同樣 具有89c51的功能，且具有在線編程可擦除技術，當在對電路進行調試時，由于程 序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，不需要對芯片多次拔插，所 以不會對芯片造成損壞。 所以，選擇采用at89s52單片機作為主控制系統。 2.2.6 單片機單片機 at89s52 a. 主要性能 a.

19、 與mcs-51單片機產品兼容 b. 8k字節在系統可編程flash存儲器 c. 1000次擦寫周期 d. 全靜態操作：0hz33hz e. 三級加密程序存儲器 f. 32個可編程i/o口線 g. 三個16位定時器/計數器 h. 八個中斷源 i. 全雙工uart串行通道 j. 低功耗空閑和掉電模式 k. 掉電后中斷可喚醒 l. 看門狗定時器 m. 雙數據指針 n. 掉電標識符 b. 功能特性描述 at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系統可編程 flash 存儲器。使用atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80c51產品 指令和引腳完全兼容。片上flas

20、h允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程 器。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu和在系統可編程flash，使得at89s52為眾多 嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52具有以下標準功能： 8k字節flash，256字節ram，32位i/o口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16 位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。 另外，at89s52可降至0hz靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模 式下，cpu停止工作，允許ram、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保 護方式下，ram內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切

21、工作停止，直到下一個 中斷或硬件復位為止。 圖 2-2 at89s52 引腳結構圖 a. vcc: 電源 b. gnd: 地 c. p0 口：p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅動8 個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問外部程序和數據存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種 模式下，p0具有內部上拉電阻。 在 flash編程時，p0口也用來接收指令字節；在程序校驗時，輸出指令字節。 程序校驗時，需要外部上拉電阻。 d. p1 口：p1口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1輸出緩沖器能 驅動4 個ttl 邏輯電平。

22、對p1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時 可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因， 將輸出電流。 此外，p1.0和p1.2分別作定時器/計數器2的外部計數輸入（p1.0/t2）和時器/計 數器2的觸發輸入（p1.1/t2ex）。 在flash編程和校驗時，p1口接收低8位地址字節。 e. p2 口：p2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向i/o 口，p2輸出緩沖器能 驅動4個ttl邏輯電平。對p2端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以 作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將 輸出電流。 在訪問外部程序存儲器或用

23、16位地址讀取外部數據存儲器（例如執行movx dptr）時 f. p2 口送出高八位地址。在這種應用中，p2口使用很強的內部上拉發送1。 在使用8位地址（如movx ri）訪問外部數據存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內 容。 在flash編程和校驗時，p2口也接收高8位地址字節和一些控制信號。 g. p3 口：p3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅 動4 個ttl邏輯電平。對p3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以 作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將 輸出電流（iil）。 h. p3口亦作為at89s52特殊功能（第

24、二功能）使用。 在flash編程和校驗時，p3口也接收一些控制信號。 i. rst: 復位輸入。晶振工作時，rst腳持續2 個機器周期高電平將使單片機 復位。看門狗計時完成后，rst腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器 auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能無效。disrto默認狀態下，復位高 電平有效。 j. ale/prog：地址鎖存控制信號（ale）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（prog）也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下，ale以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部 定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次

25、訪問外部數據存儲器時，ale脈沖 將會跳過。 如果需要，通過將地址為8eh的sfr的第0位置“1”，ale操作將無效。這一 位置“1”，ale僅在執行movx或movc指令時有效。否則，ale將被微弱拉高。 這個ale使能標志位（地址為8eh的sfr的第0位）的設置對微控制器處于外部執 行模式下無效。 k. psen: 外部程序存儲器選通信號（psen）是外部程序存儲器選通信號。 當 at89s52從外部程序存儲器執行外部代碼時，psen在每個機器周期被激活 兩次，而在訪問外部數據存儲器時，psen將不被激活。 l. ea/vpp: 訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000h到ffffh的

26、外部 程序存儲器讀取指令，ea必須接gnd。 為了執行內部程序指令，ea應該接vcc。 在flash編程期間，ea也接收12伏vpp電壓。 m. xtal1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發生電路的輸入端。 n. xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。 2.2.7 總體電路設計總體電路設計 本著簡單實用的原則，最后選擇以下方案： a. 測溫電路選用ds18b20集成數字測溫電路。 b. 功率控制電路選用繼電器控制。 c. 控制芯片選用常見的at89s52。 d. 顯示方式選用數碼管顯示。 e. 鍵盤采用43的掃描鍵盤。 3硬件電路的設計硬件電路的設計 3.1 電路總體原理框圖 溫度測量及加熱系統控

27、制的總體結構如圖3-1所示。系統主要包括現場溫度采 集、實時溫度顯示、加熱控制參數設置、加熱電路控制輸出、與報警裝置和系統 核心at89s52單片機作為微處理器。 ds18b20 鍵盤 超越報警 led顯示 固態繼電器 ssr-40da 加熱器at89s52 圖 3-1 系統總體原理框圖 溫度采集電路以數字量形式將現場溫度傳至單片機。單片機結合現場溫度與 用戶設定的目標溫度，按照已經編程固化的模糊控制算法計算出實時控制量。以 此控制量控制固態繼電器開通和關斷，決定加熱電路的工作狀態，使水溫逐步穩 定于用戶設定的目標值。在水溫到達設定的目標溫度后，由于自然冷卻而使其溫 度下降時，單片機通過采樣回

28、的溫度與設置的目標溫度比較，做出相應的控制， 開啟加熱器。當用戶需要比實時溫度低的溫度時，此電路可以利用風扇降溫。系 統運行過程中的各種狀態參量均可由數碼管實時顯示。 3.2 系統各功能模塊電路設計 3.2.1 最小系統最小系統 at89s52單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個i/o口（p0、p1、p2、p3）， at89s52單片機共有4個8位的i/o口（p0、p1、p2、p3），每一條i/o線都能獨立地 作為輸出或輸入。 單片機的最小系統電路原理圖如圖3-2所示，18引腳和19引腳接時鐘電路， xtal1接外部晶振和微調電容的一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸入， xtal2接外部晶振

29、和微調電容的另一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸出。 第9引腳為復位輸入端，接上電容，電阻及開關后能夠形成上電復位電路。 圖 3-2 最小系統電路原理圖 3.2.2 溫度采集電路的設計溫度采集電路的設計 溫度采集電路模塊如圖3-3所示。ds18b20內部結構主要由四部分組成：64位 光刻rom、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器th和tl、配置寄存器。其中 dq為數字信號輸入/輸出端；gnd為電源地；vdd為外接供電電源輸入端。 圖 3-3 溫度采集電路原理圖 ds18b20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例:用16位符號 擴展的二進制補碼讀數形式提供，以0.0625/lsb

30、形式表達，其中s為符號位。 這是12位轉化后得到的12位數據，存儲在ds18b20的兩個8比特的ram中，二 進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數 值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數值需要取 反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。 3.2.3 鍵盤和顯示的設計鍵盤和顯示的設計 鍵盤采用行列式和外部中斷相結合的方法，圖3-4中各按鍵的功能定義如下表 1。其中設置鍵與單片機的int0腳相連,s0 - -s9、yes、no用四行三列接單片機p0 口，rest鍵為硬件復位鍵，與r、c構成復位電路。鍵盤模塊電路如圖3-4所示

31、。 表表 3-1：按鍵功能：按鍵功能 按鍵 鍵名功能 rest復位鍵使系統復位 ret設置鍵使系統產生中斷，進入設置狀態 s0s9 數字鍵設置用戶需要的溫度 yes確認鍵用戶設定目標溫度后進行確認 no清除鍵用戶設定溫度錯誤或按了 yes 鍵后使用 圖3-4 鍵盤接口電路原理圖 顯示采用4位共陽led顯示方式,顯示內容有溫度值的十位、個位及小數點后兩 位。用p2口作為段控碼輸出，并用74als244作驅動。p1.0p1.2和p0.7作為位控碼 輸出，用pnp型三極管做驅動。模塊電路如圖3-5所示。 圖 3-5 顯示接口電路原理圖 3.2.4 加熱控制電路的設計加熱控制電路的設計 用于在閉環控制

32、系統中對被控對象實施控制，被控對象為電熱杯，其功率為 400w，采用對加在電熱杯兩端的電壓進行通斷的方法進行控制，以實現對水加熱 功率的調整，從而達到對水溫控制的目的。對電爐絲通斷的控制采用ssr-40da固 態繼電器。它的使用非常簡單，只要在控制端ttl電平，即可實現對繼電器的開關， 使用時完全可以用npn型三極管接成電壓跟隨器的形式驅動。當單片機的p1.3為高 點平時，三極管驅動固態繼電器工作接通加熱器工作，當單片機的p1.3為低電平時 固態繼電器關斷，加熱器不工作。控制電路圖如圖3-6所示。 圖 3-6 加熱控制電路原理圖 3.2.5 報警及指示燈電路的設計報警及指示燈電路的設計 當設定

33、的目標溫度達到時需用聲音的形式提醒用戶，此時蜂鳴器為三聲斷續 的滴答滴答的叫聲。系統中我們設計了越限報警，當溫度低于設置的目標溫度10 度或高于10度時蜂鳴器為連續不斷的滴答滴答叫聲。當單片機p1.7輸出高電平時， 三極管導通，蜂鳴器工作發出報警聲。p1.7為低電平時三極管關斷，蜂鳴器不工作。 d1為電熱杯加熱指示燈，p1.5低電平有效；d0為檢測到ds18b20的指示，高 電平有效；d10為降溫指示燈，低電平有效。報警及指示燈電路如圖3-7所示。 圖 3-7 報警及指示燈電路原理圖 3.2.6 時鐘電路及外部復位電路時鐘電路及外部復位電路 單片機內部有一個高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳

34、，輸出端為引腳 。而在芯片外部 和 之間跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩定的自激 振蕩器。晶體震蕩頻率高，則系統的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快，但 反過來運行速度快對存儲器的速度要求就高，對印制電路板的工藝要求也高，所 以，這里使用震蕩頻率為12mhz的石英晶體。震蕩電路產生的震蕩脈沖并不直接 是使用，而是經分頻后再為系統所用，震蕩脈沖經過二分頻后才作為系統的時鐘 信號。在設計電路板時，振蕩器和電容應盡量靠近單片機，以避免干擾。需要注 意的是：電路板時，振蕩器和電容應盡量安裝得與單片機靠近，以減小寄生電容 的存在更好的保障振蕩器穩定、可靠的工作電路圖如圖3-8所示。 圖3-8 時

35、鐘電路原理圖 單片機的復位電路分上電復位和按鍵復位兩種方式。 a. 上電復位： 在加電之后通過外部復位電路的電容充電來實現的。當vcc的上升時間不超過 1ms，就可以實現自動上電復位，即接通電源就完成了系統的初始化電路原理圖。 rst上的電壓必須保證在斯密特觸發器的閥值電壓以上足夠長時間，滿足復位操作 的要求。 b. 按鍵復位： 程序運行出錯或操作錯誤使系統處于死鎖狀態時，為了擺脫困境，也需按復 位鍵以重新啟動。rst引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效。按鍵復 位又分按鍵脈沖復位（圖3-9）和按鍵電平復位。電平復位將復位端通過電阻與 vcc相連，按鍵脈沖復位是利用rc分電路產生正脈沖

36、來達到復位的。 c. 注意： 因為按鍵脈沖復位是利用rc微分電路產生正脈沖來達到復位的。所以電平復 位要將復位端通過電阻與vcc相連.如復位電路中r、c的值選擇不當，使復位時間 過長，單片機將處于循環復位狀態。故本設計采用按鍵復位。 圖 3-9 外部復位電路原理圖 3.2.7 電源電路電源電路 控制系統主控制部分電源需要用5v直流電源供電，其電路如圖3-10所示，把 頻率為50hz、有效值為220v的單相交流電壓轉換為幅值穩定的5v直流電壓。其主 要原理是把單相交流電經 過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓電路轉換成 穩定的直流。 由于輸入電壓為電網電壓，一般情況下所需直流電壓的數值和電網電

37、壓的有 效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現出來起到降壓作用。降壓后還是交流 電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉換成直流電壓。由于經整流電路整流后的 電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。需通過低通濾波電路 濾波，使輸出電壓平滑。穩壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網電壓波 動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩定性足夠高的直流電壓。電路使用集成穩 壓芯片lm7805解決了電源穩壓問題。 圖 3-10 電源部分連線原理圖 3.3 原理圖的設計 a. 使用protel進行電路板設計原理圖，步驟如圖3-11所示。 開始 添加元件庫add/ remove library 調出元件fi

38、nd- place 元件布局 連線 設置元件屬性 結束 新建原理圖new- sch 存盤save 圖 3-11 protel 設計的流程圖 b. 在完成原理圖的基礎上生成pcb，其步驟如圖3-12所示。 開始 結束 規劃電路板 添加元件庫 add/remove 更新pcb 元件布局 走線 設置絲印字 新建印制板 圖new-pcb 存盤save 圖 3-12 制作 pcb 板的流程 4軟件系統的設計軟件系統的設計 系統的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、溫度采集模塊、鍵盤模塊、顯示 模塊、中斷模塊和運算控制模塊。 4.1. 主程序模塊 主程序主要完成加熱控制系統各部件的初始化和實現各功能子程序的調

39、用， 以及實際測量中各個功能模塊的協調在無外部中斷申請時，單片機通過循環對外 部溫度進行實時顯示。把設置鍵作為外部中斷0，以便能對數字按鍵進行相應處理。 主程序流程圖如圖4-1所示。 開始 系統初始化 讀取溫度 溫度顯示 調比較程序 是否有鍵按下？按鍵處理 報警越限？ 繼電器控制 y y n n 圖 4-1 主程序流程圖 4.2. 溫度采集模塊 溫度測量通過ds18b20數字溫度傳感器測量將測得量轉換為數字量接入 at89s52單片機中。在通過與控制溫度比較對固態繼電器進行控制。 溫度采集流程圖如圖4-2所示。 開始 ds18b20初始化 跳過rom 溫度轉換指令 延時等待 ds18b20初始

40、化 匹配rom 讀出溫度指令 讀出溫度值 結束 圖 4-2 溫度采集流程圖 4.3 鍵盤模塊 系統設置了14鍵的鍵盤用于實現人機交換。用戶可以通過鍵盤直接設置和查 詢考勤機的相關參數。14個按鍵分為4排，在 p1口高4位和低4位的邏輯控制下輪 流掃描。對應代表 09 十個數字鍵及“set”等4個功能鍵。 鍵盤掃描流程圖如圖4-3所示。 開始 返回 鍵盤掃描 建立有效標志 計算鍵值 建立無效標志 掃描鍵盤 延時去鍵抖動 有鍵閉合？ 找到閉合鍵？ 閉合鍵釋放？ n y y y n n 圖 4-3 鍵盤掃描流程圖 4.4 顯示模塊 4位led數碼管顯示，采用的是動態掃描，其中不同位顯示時間間隔可以通

41、過 調整延時程序的延時長短來完成。數碼管顯示的時間間隔也能確定數碼管顯示時 的亮度，若顯示的時間間隔長，顯示時數碼管的亮度將亮些。若顯示時間間隔過 長的話，數碼管顯示時將產生閃爍現象。所以，在調顯示時間間隔時要考慮到數 碼管的亮度和不產生閃爍現象，其流程圖如圖4-4所示。 開始 置七段碼首地址 調延時1us子程序 將七段碼送 顯示端口 送位掃描信號 四個端口的數據 全送完否？ 四位掃描完否？ 置下一組七段 碼起始位置 y n y n 圖 4-4 顯示流程圖 4.5 中斷模塊 圖4-5為中斷子程序流程圖，程序執行過程中，允許外部或內部事件通過硬件 打斷程序的執行，使其轉向為處理外部或內部事件的中

42、斷服務程序中去；完成中 斷服務程序后，cpu繼續原來被打斷的程序，這個主要是為了保障整個軟件程序 在運行時可以達到中斷從而使系統進一步達到完善。 開始中斷 保護寄存器 內容 調顯示子程 序 調鍵處理子 程序 調溫度處理 子程序 返回 恢復寄存器 內容 調鍵掃描子 程序 調比較子程 序 溫度設定完？ y n 圖 4-5 中斷流程圖 4.6. 運算控制模塊 系統為一溫度控制系統，由于無法確切確定電爐的物理模型，因而無法建立 其數學模型和傳遞函數。加熱器為一慣性系統，采用模糊控制的方法，通過多次 溫度測量模糊計算當用戶設定目標溫度時需提前關斷加熱器的溫度，利用加熱器 自身的熱慣性使溫度上升到其設定溫

43、度。每隔5 攝氏度我們進行一次溫度測量， 并當達到其溫度時關斷加熱器記錄下因加熱器的熱慣性而上升的溫度值。從而可 以建立熱慣性的溫度差值表，在程序中利用查表法，查出相應設定溫度對應的關 斷溫度。通過對設置的目標溫度與溫控系統監測溫度進行差值處理就可近似的求 出單片機的提前關斷溫度。程序流程圖如圖4-4所示。 開始 設溫（38h）實溫（29h單元）？ 設溫25度？設溫50度？設溫80度？設溫90度？ 設溫-實溫3？設溫-實溫3？設溫-實溫3？設溫-實溫3？ 設溫設 溫-2度 設溫實 溫+1.4度 設溫實 溫+1度 設溫設 溫-1度 設溫實 溫+1.2度 設溫設 溫-2度 設溫實 溫+1.5度 設

44、溫設 溫-2度 返回 y yy yyy y y y n nnnn nnnn 圖 4-6 模糊控制算法子程序流程圖 設計總結設計總結 在剛一拿到這個設計題目時，我很茫然，不知道怎么著手去弄，有時候感覺 自己就快堅持不下去了，感覺很辛苦，還產生了放棄了的念頭，但是我還是堅持 下來了，因為我知道它對我來說具有很大的挑戰性，我要去克服我的薄弱環節， 我選擇了拼搏，后來就慢慢的進入了狀態，思路也逐漸的清晰了，歷經了幾個月 的奮戰，緊張而又充實的畢業設計終于落下了帷幕。回想這段日子的經歷和感受， 我感慨萬千，在這次畢業設計的過程中，我擁有了無數難忘的回憶和收獲。 在感覺自己做的差不多的時候，我就將初稿拿給

45、了我的老師，老師對我的設 計進行了仔細的研究，一項一項的對我講解，每一個部分都講解的很詳細透徹， 對我提出了寶貴的意見，后來張老師將初稿修改后及時反饋給我，看了之后才發 現論文中的論文漏洞很多，老師給了我很好的建議，至此，我發現，要干好一件 事并非那么簡單，但也不是很難，敷衍了事是萬萬不可的，對待任何事情都要認 真去思考，用思想來完成任務。 一篇好的畢業設計不是寫出來的，而是修改出來的，這需要的是耐心，還要 用心。在設計過程中，我遇到的問題很多，有些是在自己技術所在范圍之外，每 當無法實現自己的想法或者運行不下去的時候，我就會出現浮躁的情緒，但是我 沒有放棄，而是適時地調節自己的心態，在同學老

46、師的幫助下，完成了初次的設 計。越是不懂的東西才要去學，在學習的過程中你會收獲很多，其中一點就是互 相學習是最好的學習途徑，在學習之后你會感覺到很有成就感，這也是我在完成 設計之后體會到的。 我不會忘記這難忘的幾個多月的時間。畢業設計的制作給了我難忘的回憶。 在我徜徉書海查找資料的日子里，面對無數書本的羅列，最難忘的是每次找到資 料時的激動和興奮；親手設計電路圖的時間里，記憶最深的是每一步小小思路實 現時那幸福的心情；為了論文我曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心 里滿滿的只有喜悅毫無疲憊。這段旅程看似荊棘密布，實則蘊藏著無盡的寶藏。 我從資料的收集中，掌握了很多單片機的知識，讓我對我所

47、學過的知識有所鞏固 和提高，并且讓我對當今單片機的最新發展技術有所了解。在整個過程中，我學 到了新知識，增長了見識。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實自己，爭取在 所學領域有所作為。 在整個畢業設計的過程中我學到了做任何事情所要有的態度和心態，首先我 明白了做學問要一絲不茍，對于出現的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確 的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓， 只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學會與人合作的態度， 認真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事半功倍。 參考文獻參考文獻 1 李廣弟. 單片機基礎北京：北京航空航天大學出版社，200

48、1 2 王福瑞. 單片微機測控系統設計大全北京：北京航空航天大學出版社，1997 3 趙茂泰. 智能儀器原理及應用（第 2 版）北京：電子工業出版社，2004 4 賴壽濤. 微型計算機控制技術北京：機械工業出版社，2000 5 沙占友. 模擬與數字萬用表檢測及應用技術北京：電子工業出版社 1999 6 孫育才. atmel 新型 at89s52 系列單片機及其應用 m.北京清華大學出版社, 2005 7 豈興明, 唐杰等. 51 單片機編程基礎與開發實例詳解m. 人民郵電出版社,2008 8 李群芳. 單片微型計算機機與接口技術m.北京: 電子工業出版社, 2001 9 張毅剛. 新編 mcs

49、-51 單片機應用設計m. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學出版社, 2003 10 朱定華. 單片微機原理與應用m. 北京: 北京清華大學出版社, 北京: 北京交通大學出版, 2003 11 李維祥. 單片機原理與應用m.天津: 天津大學出版社, 2001 12 錢逸秋. 單片機原理與應用m.北京: 電子工業出版社, 2002 13 李廣弟. 單片機基礎m. 北京航空航天大學出版社， 1999.10 14 胡漢才. 單片機原理及其接口技術m. 清華大學出版社，2002.12 15 張毅剛, 彭喜元, 董繼成. 單片機原理及應用m, 北京: 高等教育出版社, 2004. 16 吳金戌, 沈慶陽, 郭庭

50、吉. 8051 單片機實踐與應用m. 北京:清華大學出版社, 2002, 188191. 致致 謝謝 本研究在張美琪老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他對我們的耐心指導。 引導我們，讓我學會了解決問題的方法。在這次畢業設計過程中，我知道光靠我 個人的力量是不可達到的，同時要有學校給我們這個機會，我的組員給我的幫助 與大力支持這樣我才能將課程設計順利地做完。 非常感謝學校給我們這個機會，培訓的機會，讓我們有一個動手的機會，讓 我們得到實踐的機會。 同時感謝何堅強老師、顧春雷老師、王阿根老師、王建岡老師、輔小榮、沈 翠鳳、陸廣平等老師的精心授課，為我們打下了自動化專業知識的基礎。正是由 于他們的辛

51、勤教育，此次畢業設計才能順利完成。 有了學校及系給的機會及條件、老師的熱心指導和大力支持、同學互相幫助 和團結協作，才有了這次畢業設計的成功，我在這里忠心地感謝學校、老師還有 同學們！謝謝你們！ 經過此次的畢業設計，我受益非淺，也翻閱了大量的書籍和瀏覽了無數的網 頁。這次的設計是我的一次實踐，也剛剛打開科技的大門，今后我還想擁有更多 的機會去實踐，讓我得到更多的鍛煉！ 最后我還要感謝培養我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們! 2010-6-8 附附 錄錄 附錄 1 基于單片機的電加熱恒溫控制器的設計電路原理圖 附錄 2 基于單片機的電加熱恒溫控制器的設計的 pcb 圖 鹽 城 工 學 院 專業自動化

52、 0610630132 班級 姓名 b自動化061 圖號a4 共 1 張第1張 課題 名稱 基于單片機的電加熱恒溫控 制器的設計 比例 圖名pcb圖 設計 審核 日期2010.6.8 學號楊國強 楊國強 附錄 3 程序清單 temper_l equ 29h ;用于保存讀出溫度的低8位 temper_h equ 28h ;用于保存讀出溫度的高8位 flag equ 38h ;是否檢測到ds18b20標志位 dayu equ 44h ;設溫實溫 xiyu equ 45h ;設溫實溫 deyu equ 46h ;設溫=實溫 gaole equ 47h ;溫度高于最高溫度 dile equ 48h ;

53、溫度低于最低溫度 a_bit equ 79h ;數碼管個位數存放內存位置 b_bit equ 7ah ;數碼管十位數存放內存位置 c_bit equ 78h ;數碼管小數存放內存位置 org 0000h ajmp start org 0003h ajmp pito org 0030h start: clr p1.7 clr p1.3 clr p1.5 setb p1.6 mov r4, #00h mov sp, #60h ;確立堆棧區 mov psw, #00h ; mov r0, #20h ;ram ;區首地址 mov r7, #60h ;ram ;區單元個數 ml: mov r0, #00

54、h inc r0 djnz r7, ml clr it0 main: lcall get_temper ;調用讀溫度子程序進行溫度顯示,這里我們考 ;慮用網站提供的四位數碼管來顯示溫度顯示 ;范圍00.00到99.99度,顯示精度為1 度因為12 位轉 ;化時每一位的精度為0.0625 度 lcall display ;調用數碼管顯示子程序 jnb 00h, main clr 00h mov a, 38h cjne a, #00h, ss ajmp main ss: lcall get_temper lcall display ;調用數碼管顯示子程序 lcall bijiao lcall xi

55、aoyu lcall jixian jnb deyu ,loop clr p1.3 ;關加熱器 setb p1.6 ;關藍燈 clr deyu lcall get_temper lcall display ajmp tt2 loop: jnb dayu, tt clr dayu setb p1.3 setb p1.6 setb p0.7 clr p1.7 lcall get_temper lcall display ajmp tt2 tt: jnb xiyu, tt2 clr xiyu clr p0.7 clr p1.6 clr p1.3 clr p1.7 lcall get_temper l

56、call display tt2: mov a, 29h clr c cjne a, 50h, jx mov a, 30h clr c cjne a, 51h, jia1 ajmp ys2 jia1: jc jx mov a, 51h mov 52h, a add a, #2 mov 52h, a clr c mov a, 30h cjne a, 52h, jia2 jia2: jnc jx ys2: setb p1.7 clr p1.6 mov r5, #20h ys: lcall get_temper lcall display djnz r5, ys clr p1.7 setb p1.6

57、 mov r5, #20h ys1: lcall get_temper lcall display djnz r5, ys1 ys3: setb p1.7 clr p1.6 mov r5, #20h ys0: lcall get_temper lcall display djnz r5, ys0 clr p1.7 setb p1.6 mov r5, #20h ys01: lcall get_temper lcall display djnz r5, ys01 ys4: setb p1.7 clr p1.6 mov r5, #20h ys02: lcall get_temper lcall di

58、splay djnz r5, ys02 clr p1.7 setb p1.6 mov r5, #20h ys03: lcall get_temper lcall display djnz r5, ys03 jx: mov a, 29 cjne a, 31h, jx00 jx01: setb p1.7 clr c ajmp last jx00: jc jx01 clr p1.7 cjne a, 32h, jx03 jx02: setb p1.7 clr c ajmp last jx03: jnc jx02 clr p1.7 last: lcall get_temper lcall display

59、 ajmp ss ;*常數表格區* tab:db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h ;0-8 db 90h,88h,83h,0c6h,0a1h,86h,8eh,0ffh,0ch ;9,a,b,c,d,e,f,滅,p. tab1:db40h,79h,24h,30h,19h,12h,02h,78h,00h,10h, ;0.-9. tab2:db 0, 0, 1, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 8, 9, 9, ;小數點 ;*1ms 延時程序* ;*中斷服務程序* ; 完成按鍵識別,鍵值求取,按鍵實時顯示等功能; ;* p

60、ito: push acc push psw setb rs0 clr rs1 setb 00h main1: mov r7 , #0fh ;顯示位數為4位 mov r0, #7ah mov 78h, #00h mov 79h, #00h mov 7ah, #00h kk: lcall dir lcall key1 loop1:cjne a, #11, loop2 ajmp last0 loop2:cjne a, #12, loop3 ljmp last3 loop3: cjne a, #10, l4 mov a, #00h l4: mov r0, a lcall dir dec r0 djn