温度测控系统设计自动化毕业论文

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1、 自动化学院 本科毕业设计（论文） 题目： 温度测控系统设计 专 业： 自动化 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点： 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）摘 要温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。本温度设计采用现在流行的AT89S52单片机，配以AD5

2、90数字温度传感器，可设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。本设计还加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设计更加完整，更加灵活。关键词： AT89S52；控制；温度；AD590目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 课题背景与意义21.3 温度控制系统完成的功能2第二章 方案设计与论证32.1 数字传感器设计方案论证32.2 单片机设计方案论证4第三章 系统硬件设计63.1系统整体结构布局63.2 AT89C52芯片介绍63.2.1 AT89S52芯片功能63.2.2 AT89S52芯片引脚介绍83.2.

3、3 AT89S52单片机时钟和复位电路83.3 温度采集模块的设计103.3.1 传感器AD590芯片简介103.3.2 传感器AD590接口电路103.4 显示模块设计113.4.1 数码管的分类113.4.2 数码管的驱动方式123.4.3 数码管的接口电路123.4.4 74LS245简介133.5 控制模块和超温报警模块设计143.6 数模转换模块设计153.6.1 ADC0809芯片简介153.6.2 ADC0809与单片机的接口电路173.7 接口通讯模块设计193.7.1 MAX232芯片简介193.7.2 MAX232与单片机的接口电路19第四章 系统软件设计214.1 软件语

4、言的选择214.2 程序结构分析214.3 系统软件设计224.3.1 主程序设计224.3.2 系统初始化234.3.3按键程序设计234.3.4 数码管显示程序设计244.3.5 继电器控制程序25第五章 系统硬件及软件调试265.1 电路制作与调试265.1.1 焊接电路265.1.2 硬件调试265.2 软件调试27第六章 结 论30致 谢31参 考 文 献32附录A：硬件设计原理图与PCB图33附录B：软件程序清单35III第一章 绪论1.1 引言随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已

5、成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开

6、发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度监控系统。文中传感器理论单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用AD590作为温度传感器探测环境温度的过程，以及实现热电转换的原理过程。本设计应用性比较强，设计系统可以作为

7、生物培养液温度监控系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统等等。课题主要任务是完成环境温度检测，利用单片机实现温度调节并通过计算机实施温度监控。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。本课题的题目是“温度测控系统的设计”，主要论述了环境温度实时测控装置的硬件部分的设计，包括核心元器件的选取和介绍、单片机控制系统的电路设计。系统包括温度传感器，A/D转换模块，输出控制模块，温度显示模块和温度调节驱动电路五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题所有要求。1.2 课题背景与意义随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领

8、域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和

9、压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态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，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。1.3 温度控制系统完成的功能温度测控系统的设计，是

10、以AT89S52单片机为控制核心，以AD590为温度检测核心构成的一个环境温度的实时测量与控制系统。该装置可实现的功能如下：1、 自动显示当前温度。用4位LED显示器显示当前实时测量的温度，温度显示值保留到小数点后一位。2、 设置温度上下限报警功能。3、 温度上下限调整也可通过串行通信接口来实现。4、当前温度可通过串行通信接口送给计算机5、温度超限报警。当温度超过设定的上下限时，系统进行声音报警，同时启动升温或降温控制。第二章 方案设计与论证2.1 数字传感器设计方案论证方案一：采用Pt100铂热电阻温度传感器采集温度数据。PT100温度传感器0时电阻值为100，电阻变化率为0.3851/。由

11、于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差。电桥输出电压是mv级，再后级采用仪用放大器对信号进行放大，为了能在ADC采样后得到的数字值是从零开始。还需在放大电路后面加上调零电路。然后得到一个05V 的电压信号，输入A/D转换器之后将模拟电压变成便于单片机处理的数字信号。方案二：采用DS1820数字传感器采集温度数据，然后送入单片机进行数据处理。通过一个单线接口发送或接收数据，因此单片机与DS18B20之间仅需一条连线（加上地线）。作为温度采集芯片，可直接将采集值进行处理得到数字量送入单片机数码管显示并通过串口送至上位机。采用此芯片做温度采

12、集，使得硬件电路结构简单，同时也避免了使用多级电路出现前后级阻抗不匹配的问题，不但节约了硬件部分的成本，提高了采集数据的可靠度。方案三：采用AD590温度传感器采集温度数据，然后送入单片机进行数据处理。AD590温度传感器是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转化成电流。温度每增加1度，它会增加1uA输出电流。可测温度范围-55到150。供电电压范围+4V至+30V。三种方案进行比较：DS18B20温度范围只能在-55度到+125度之间。由集成的数字温度传感器DS18B20完成温度的采集，/D自动转换等工作，减少了硬件电路的搭建，更加便于设计。Ptl00铂电阻具有抗震性能好、测温范围广、测量

13、精度高等优点，使得测量更加的准确，但它所采集的温度信号需要经过仪用放大器处理，还要经过专门的A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号。采用AD590增加了硬件的投入，同时也引入一些不稳定的因素造成的误差。方案的确定：通过比较，最后采用AD590设计，它精度高、价格低、不需辅助电源、线性好是比较理想的测温元件,故确定此次课程设计为基于温度传感器AD590的智能测温电路。基于AD590的测温电路为首先将采集到的温度值送给温度传感器,模拟信号进入A/D转换器ADC0809转变为数字量送给单片机进行分析和处理。然后单片机将处理好的数字量送入LED显示器显示，从而与实际温度进行比较得到控制量，调节实际温度

14、使之与设定温度逼近。2.2 单片机设计方案论证方案一：传统形式为广大嵌入式系统设计人员熟知的形式，在很多教科书及应用系统中有着详细的介绍。在主控方面，一般采用以应用最广的8051+EPROM程序存储器或带有大容量FLASH ROM 的CPU如SST89C58或P89C51RD2。在系统扩展方面，2片74HC138用于译码，1片74HC373用于地位地址锁存，1片74HC245用于总线驱动，3片74HC377用于信号输出，4片74HC244用于信号输入。存储方面，一片628128用于存储事件信息和外部变量，一片28SF040或39SF040用于存储各种有效卡片、非法卡片信息。时钟方面，采用一片串

15、行方式的DS1302或并行数据方式的DS12C887。通讯方面，2片485芯片，一片用于和上位机通讯，一片用于和RS485读卡器通讯。这种方式具有芯片价格较便宜，供货渠道广泛，编程调试较容易等优点，但其体积庞大，芯片多，硬件故障点增多，而且由于任务众多，导致CPU工作繁忙，软件中的各种中断处理容易干扰，虽然现在已有基于8051的实时多任务操作系统可以解决此问题,但是这要求设计者一方面要选择价格相对高的CPU，另一方面也要学习消化RTX51,而将其正确的应用到系统中去需要更高的软件技巧和更多的调试时间。否则软件的可靠性无法保证。这对于产品的快速市场化是不利的。方案二：ARM芯片及CPLD芯片是最

16、近几年流行起来的嵌入式系统的构成部件，他们将可能成为后PC时代嵌入式系统设计的首选。ARM是一款32位的精简指令集（RISC）处理器架构，以其高性能、低功耗、低成本占有市场。 以PHILIPS的LPC2104为例，它具有128K 片内Flash程序存储器、最多64K静态RAM、双UART、两个定时器、具有4路捕获/比较通道、多达6路输出的PWM单元、实时时钟、看门狗定时器、通用I/O口、CPU操作频率可达60MHz等特点。 CPLD是复杂可编程逻辑阵列的简称，它具有口线多、速度快、可编程、纯硬件电路等特点。 根据我们提出的4门控制器的功能，一片ARM及一片CPLD，加上少许外围电路，即可实现。

17、这样不仅使系统板的体积大大减少，而且增加了可靠性，这是其他方式所不能比拟的。但是，由于ARM及CPLD均是新兴的技术，对于一些基于8051单片机经验丰富的设计者而言，却需要有一个不短的时间去学习消化实践，另外，有关ARM及CPLD的开发工具，如仿真器、集成开发环境IDE都在一个比较高的价位上，且学习及使用都比8051难多了。这不仅对产品的快速市场化不利，而且也不适合对某些场合灵活多变的设计。而且，目前这两种芯片的价格较8051组成的系统价格仍偏高，这也不太适合应用于本设计。 方案的确定：在经过对上述两种方案的比较后，是否还有其他某种使用芯片数量最少、价格最便宜、功能最齐全、设计灵活多变的方案呢

18、？答案是肯定的。那就是采用多CPU系统。基于8051芯片如AT89X52的广泛使用，使单片机的价格大大下降。目前，89S52的市场零售价已经低于8255、8279、8253、8250等专用接口芯片中的任何一种；而89S52的功能实际上远远超过以上芯片。因此，如把89S52作为接口芯片使用，在经济上是合算的。这样就解决了系统扩展芯片众多的缺点。一片89S52有32个I/O口，均可做输入输出，且有3个定时器和2个外部中断，完全可以解决对ABA/WIGEN/232不同串行信号的处理。 第三章 系统硬件设计3.1 系统整体结构布局本设计系统采用单片机作为微处理单元进行控制。其次由按键电路、温度采集电路

19、、显示电路、温控电路组成。系统总框图如图3.1所示。键盘设定89S52单片机数码显示数据采集电源电路串行接口控制电路 图3.1 系统机构图3.2 AT89C52芯片介绍3.2.1 AT89S52芯片功能AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有

20、以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52的结构如图3.2所示。由于它的广泛使用使得市面价格较8155、8255、8279要低，所以说用它是很经济的.该芯片具有如下功能：有1个专用的键盘/显示接口；

21、有1个全双工异步串行通信接口；有2个16位定时/计数器。这样，1个89S52，承担了3个专用接口芯片的工作；不仅使成本大大下降，而且优化了硬件结构和软件设计，给用户带来许多方便。89S52有40个引脚，有32个输入端口（I/O），有2个读写口线，可以反复插除，所以可以降低成本。 AT89S52单片机主要特征： (1)兼容MCS-51指令系统(2)32个可编程I/O口线 (3)3个16位可编程定时/计数器(4)全双工UART串行中断口线 图3.2 AT89S52的结构图(5)8个中断源(6)中断唤醒省电模式(7)看门狗（WDT）电路(8)灵活的ISP字节和分页编程 (9)4k可反复擦写(1000

22、次）ISP Flash ROM (10)4.5-5.5V工作电压(11)时钟频率0-33MHz (12)128x8bit内部RAM(13)低功耗空闲和省电模式(14)3级加密位(15)软件设置空闲和省电功能(16)双数据寄存器指针(17)全双工UART串行通道3.2.2 AT89S52芯片引脚介绍输入输出口线： 口8位双向口线 口8位双向口线 口8位双向口线 口8位双向口线ALE 地址锁存控制信号在系统扩展时,ALE用于控制把口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来,以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于ALE是以六分之一晶振频率的固定频率输出正脉冲,因此可作为外部定时脉冲使用。 外部程序存储器

23、读选通信号在读外部ROM时, 有效(低电平),以实现外部ROM单元的读操作。 访问程序存储区控制信号但信号为低电平时,对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当信号为高电平时,则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始,并可延续至外部程序存储器。RST 复位信号当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位操作。和 外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，此二引线端用语外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 地线 +5V电源3.2.3 AT89S52单片机时钟和复位电路时钟电路：单片机内部有一个高增益反向放大器，输入端为芯片引脚，输出端为引脚。

24、而在芯片外部和之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。晶体震荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快，但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印制电路板的工艺要求也高，所以，这里使用震荡频率为6MHz的石英晶体。震荡电路产生的震荡脉冲并不直接是使用，而是经分频后再为系统所用，震荡脉冲经过二分频后才作为系统的时钟信号。在设计电路板时，振荡器和电容应尽量靠近单片机，以避免干扰。需要注意的是：电路板时，振荡器和电容应尽量安装得与单片机靠近，以减小寄生电容的存在更好的保障振荡器稳定、可靠的工作电路图如图3.3所示。 图3.3 AT89S52时钟电路复位电路：单片机的

25、复位电路分上电复位和按键复位两种方式。 (a)上电复位：在加电之后通过外部复位电路的电容充电来实现的。当的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的初始化电路原理图。RST上的电压必须保证在斯密特触发器的阀值电压以上足够长时间，满足复位操作的要求。 图3.4 AT89S52复位电路(b) 按键复位：程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需按复位键以重新启动。RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效。按键复位又分按键脉冲复位（如图3.4所示）和按键电平复位。电平复位将复位端通过电阻与相连，按键脉冲复位是利用RC分电路产生正脉冲来达到复位

26、的。 (c) 注意：因为按键脉冲复位是利用RC微分电路产生正脉冲来达到复位的。所以电平复位要将复位端通过电阻与相连.如复位电路中R、C的值选择不当，使复位时间过长，单片机将处于循环复位状态。故本设计采用按键复位。3.3 温度采集模块的设计 3.3.1 传感器AD590芯片简介集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。 主要特性：AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。 根据特性分挡，AD590 的后缀以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般 用于精密温度测量电路，它采用金属壳 3 脚封装，其 中 1 脚为电源正端V+；2 脚

27、为电流输出端I0；3 脚为管壳，一般不用。1、流过器件的电流（A）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： I T/T=1A /K 式中：IT 流过器件（AD590）的电流，单位A。 T热力学温度，单位 K。2、 AD590的测温范围-55+150。3、 AD590的电源电压范围为4V-30V。电源电压可在4V-6V范围变化，电流IT变 化 1A，相当于温度变化 1K，AD590可以承受 44V正向电压和 20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。 4、输出电阻为710M。5、精度高。AD590共有 I、J、K、L、M 五档，其中 M 档精度最高，在-55+150 范围内，非线形误差0.

28、3。 3.3.2 传感器AD590接口电路AD590的输出电流值说明如下：其输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准,每增加1,它会增加输出电流,因此在室温25时,其输出电流。接口电路如图3.5所示。电路分析：1、AD590的输出电流（T为摄氏温度）,因此测量的电压U为。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来,我们使用电压跟随器其输出电压U2等于输入电压U。2、U1是U2的参考电压，因此。由于一般电源供应教多器件之后,电源是带杂波的,因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件,再利用可变电阻分压。3、接下来我们使用差动放大器，其输出U0为: (3-1) 有图3.5可知： (3-2) (3-3

29、) (3-4)由（3-1）（3-2）（3-3）（3-4）可得： (3-5)只要知道了的大小，便可求出U0的大小，从而讲温度值转化为了电压值。输出电压接AD转换器,那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。 图3.5 AD590接口电路3.4 显示模块设计3.4.1 数码管的分类数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。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

30、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。3.4.2 数码管的驱动方式静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编

31、程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要

32、将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.4.3 数码管的接口电路我的设计采用的是四位八段共阳数码管的动态显示，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

33、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。显示效果：由于发光二极管基本上属于电流敏感器件，其正向压降的分散性很大， 并且还与温度有关，为了保证数码管具有良好的亮度均匀度，就需要使其具有恒定的工作电流，且不能受温度及其它因素的影响。另外，当温度变化时驱动芯片还要能够自动调节输出电流的大小

34、以实现色差平衡温度补。所以在数码管的数据段加了74LS245驱动，在位选端加三极管放大。电路如图3.6所示： 图3.6 数码管接线图3.4.4 74LS245简介 图3.7 74LS245引脚图74LS245是我们常用的芯片，是用来驱动数码管从而显示热水器当前的温度，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当8951单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发

35、送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。 由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,/E端接地，保证数据现畅通。8951的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得/RD或/PSEN有效时，74LS245输入（P0.iDi），其它时间处于输出（P0.iDi）。74LS245（如图3.7）与74LS640逻辑功能相似，但74LS245具有原码（正相）输出。3.5 控制模块和超温报警模块设计温度控制分为高、低温控制。设计所要达到的效果就是，我们给单片机设置一个固定的温度范围，当温度传感器测量的温

36、度高于我们设置的最高数值时，这时单片机指令控制P2.5口产生一个低电平信号送给固态继电器，是继电器的常开开关闭合，使开关打开通电,控制一个降温装置的开启（本设计中考虑到成本和技术问题，采用电风扇进行降温控制）。相反，当温度传感器测量的温度低于设置的最低数值的时候，这时单片机又控制P2.4口产生一个低电平送给继电器，使开关打开从而控制升问装置进行加热（本系统采用电热丝进行加热）。通过一个升温和一个降温装置，就能实现温度的调节。只要通过程序，将我们所要达到的温度控制在一个恒温状态下。控制电路的原理图如图3.8所示,继电器的正极接电源电压,负极接三极管的集电极,之所以采用三极管,就是继电器一般是需要

37、驱动电流的。而单片机的管脚不能提供那么高的电流（不大于5mA），这样就会导致即使单片机送出了高电平也无法将继电器开关打开。当接上三极管后就能将输入信号的发送到继电器当中，驱动开关使温度调节器改变温度。继电器电路中有一个三极管8550的保护电路，即将一个二极管反向接到三机管的两端。连接方法如图3.8所示。其原理是：当继电器突然断电时，继电器产生很大的反向电流。二极管的作用是将反向电流分流，使流过三级管8550的电流比较小，达到保护三极管8550的作用。当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三

38、极管驱动扬声器发出警笛声。具体电路连接如图3.9 所示。图3.8 控制电路原理图图3.9 报警器原理图3.6 数模转换模块设计3.6.1 ADC0809芯片简介ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作，输入输出与TTL兼容。本设计就是用AT89S52和ADC0809直接相连的。ADC0809采用双列直插式封装，图3.10为ADC0809引脚图，共有28条引脚，主要引脚

39、功能为： 图3.10 ADC0808/0809外部引脚图1、IN0IN78路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。2、D7D0A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。3、ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表3.1所示。4、VR(+)、VR(-)正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。

40、 5、ALE地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。6、STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。 表3.1 地址信号与选中通道的关系地 址选中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN77、EOC转换结束信号，高电平有效。该信号在A/

41、D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。8、OE输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。3.6.2 ADC0809与单片机的接口电路AT89S52与ADC0809的连接方法如图3.11所示，AT89S52通过地址线P2.7和写控制信号线用一个或非门联合控制启动转换信号

42、端(START)和地址锁存信号端(ALE)。地址线P2.7和读控制信号线用一个或非门联合控制输出允许控制端(OE)。低三位地址线加到ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC端，所以选中ADC0809的IN0通道的地址为7FF8H。首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出

43、到数据总线上。 图3.11 AT89C51与ADC0809连接图转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式：（1）定时传送方式 对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 （2）查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC080

44、9的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。 （3）中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。本设计采用的是定时方式，ADC0809的IN0和变送器输出端线连，故IN0上输入的0V5V范围的模拟电压经A/D转换后可由AT89S52通过程序从P0口输入到它的内部RAM单元。ADC0809所需时钟信号可以由AT89S52的ALE信号提供。AT89C51的

45、ALE信号通常是每个机器周期出现两次，故它的频率是单片机时钟频率的1/6。本系统AT89S52主频是12MHZ，ALE信号频率为2MHZ，使AT89S52的ALE上信号经过4分频后接到ADC0809的CLOCK输入端，就可获得500KHZ的A/D转换脉冲，当然，ALE上脉冲会在MOVX指令的每个机器周期少出现一次，但通常情况下影响不大。3.7 接口通讯模块设计3.7.1 max232芯片简介该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口RS232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0 到+5v,max232就是用来进行电平转换的

46、,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。主要特点 ：1、单5V电源工作2、LinBiCMOSTM工艺技术3、两个驱动器及两个接收器4、30V输入电平5、低电源电流：典型值是8mA6、符合甚至优于ANSI标准EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.287、ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2000V3.7.2 max232与单片机

47、的接口电路5 1单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。在本设计中采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。这是最简单的连接方法，但是对我来说已经足够使用了，电路如下图所示，MAX232的第11脚和单片机的11脚连接，第12脚和单片机的10脚连接，第15脚和单

48、片机的20脚连接，串口通讯具体如图3.12。 图3.12 max232与单片机的接口楼电路第四章 系统软件设计4.1 软件语言的选择单片机开发过程中往往使用汇编和C语言两种语言，就本设计而言我们要择优选择一种，下面是两种语言的优缺点对比： （1）汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言，是最接近机器码的一种语言。其主要优点是占用资源少、程序执行效率高。但是不同的CPU，其汇编语言可能有所差异，所以不易移植。 而 C语言是一种结构化的高级语言。其优点是可读性好，移植容易，是普遍使用的一种计算机语言。缺点是占用资源较多，执行效率没有汇编高。 对于目前普遍使用的RISC架构的8bit MC

49、U来说，其内部ROM、RAM、STACK等资源都有限，如果使用C语言编写，一条C语言指令编译后，会变成很多条机器码，很容易出现ROM空间不够、堆栈溢出等问题。而且一些单片机厂家也不一定能提供C编译器。而汇编语言，一条指令就对应一个机器码，每一步执行什幺动作都很清楚，并且程序大小和堆栈调用情况都容易控制，调试起来也比较方便。所以在单片机开发中，我们还是建议采用汇编语言比较好。 （2）C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。C语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性，而且可以直接实现对系统硬件的控制。C语言是一种结构化程序设计语言，

50、它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。此外，C语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。因此，使用C语言进行程序设计已成为软件开发的一个主流。用C语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而研制出规模更大、性能更完备的系统。 综上所述，虽然用C语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。但是作为本设计我们还是选择汇编语言，来达到减少资源的占用，提高程序执行效率的目的。4.2 程序结构分析主程序调用了5个子程序，分别是数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继

51、电器控制程序、单片机与PC机串口通讯程序。程序结构如图4.1所示。程序结构LED显示数码管显示程序键盘扫描程序键值处理程序串口通讯程序温度芯片传数据程序与当前温度相比较程序继电器控制程序报警 图4.1 程序结构框图键盘扫描电路及按键处理程序：实现键盘的输入按键的识别及进入相应的程序。温度信号处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示。数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。继电器控制程序：控制继电器动作串口通讯程序：实现PC机与单片机通讯，将温度数据传送给PC机。4.3 系统软件设计4.3.1 主程序设计主程序模块对子程序模块的调用进行管理，它主要负责初始化IO口；

52、等待键盘被按下，并调用相应的模块进行处理；在适当的时候接受A/D采样的数据，并与所设定的值进行比较，然后通过调用温度信号处理程序，处理后来控制继电器的通断，从而达到控制温度的目的。主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理AD590的测量的当前温度值，温度测量每隔一段时间进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图4.2 所示。否是否是开始初始化AD590设定温度上、下限显示当前温度判断当前温度值启动风扇降低温度启动电热炉升高温度超过设定温度上限低于设定温度下限 图4.2 主程序流程图4.3.2 系统初始化系统初始化包括A/D口初始化、按键初始化等。对端口的初始化即是对端

53、口相应位进行设置，这些初始化程序都嵌入在各个子程序里面。4.3.3按键程序设计按键扫描：由于机械触点有弹性，在按下或弹起按键时会出现弹跳抖动过程，从最初按下到接触稳定要经过数毫秒的弹跳时间，因此为了保证探险键识别的准确性，必须消除抖动。对键值的处理流程图如图4.3所示。是否有键按下延时去抖该键依然按下 执行相应子程序开始否是否是结束 图4.3是对键值的处理流程图4.3.4 数码管显示程序设计本设计中，本文采用的四位数码管动态显示，首先关闭数码管的位选端，然后将数据给数码管的段选端，再打开所需要显示的数码管的位选端，将温度传感激采集的温度的数据显示出来，此时调用延时程序。调用延时子程序是为了让数

54、码管有足够的时间显示，由于延时时间比较短，肉眼是看不出来的。程序流程图如图4.4所示。关闭所有位选端P1口赋值打开位选端调用延时程序 图4.4 数码管显示程序流程图4.3.5 继电器控制程序继电器控制程序，先将温度传感器采集的数据存入存储单元，在将预设温度的数据存入另一存储单元，在用这两存储单元中的数据进行比较，通过比较结果来控制继电器的吸合。流程图如图4.5所示。开始采集温度数据并存储采集预设温度数据并存储实温与预设温度的比较返回主程序输出低电平控制继电器否是 图4.5 继电器控制程序流程图第五章 系统硬件及软件调试5.1 电路制作与调试5.1.1 焊接电路一个牢固的焊接点要求使用一个上锡良

55、好的、保持良好的烙铁头，温度在焊锡的液化温度之上大约100F。烙铁头上的焊锡改善来从烙铁的快速热传导，预热工件。建立良好的流动和熔湿都要求预热。具有良好可焊性特征的焊盘、孔和元件引脚将有助于在最短的时间内形成良好的焊接点。在升高的温度下，时间短是避免对基板的损伤、对焊盘与基板接合的损伤和过多的金属间增长的关键。暴露在焊锡和/或基板的Tg的液化温度之上的重复温度循环中的焊锡点，可能遭受可靠性累积的降级。最好的方法是在少于5秒的时间内完成焊接点，最好是大约3秒钟。这个时间包括要求产生连接的所有必要操作。焊接还要避免虚焊，所以焊接完成后要用万用表检查。实物图如图5.1所示。焊接技巧和注意的事项:1从

56、焊接面看，组件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修。 2各组件排列，分布要合理和均匀，力求整齐，美观，结构严谨的工艺要求。 3电阻，二极管的放置方式：分为平放与竖放两种4设计布线图时要注意管脚排列顺序，组件脚间距要合理。5在保证电路性能要求的前提下，设计时应力求走线合理，少用外接跨线，并按一定顺充要求走线，力求直观，便于安装，高度和检修。 6设计布线图时走线尽量少拐弯，力求线条简单明了。 7布线条宽窄和线条间距要适中，电容器两焊盘间距应尽可能与电容引线脚的间距相符； 8设计应

57、按一定顺序方向进行，例如可以由左往右和由上而下的顺序进行。5.1.2 硬件调试在样机加电之前，首先用万用表等工具，根据硬件电器原理图和装配图仔细检查样机线路的正确性，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求。应特别注意电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误，并重点检查扩展系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）是否存在相互间的短路或与其它信号线的短路。第二步是加电后检查各个插件上引脚的电位，仔细测量各点电位是否正常，尤其应注意单片机插座上的各点电位，若有高压，联机时将会损坏仿真器。第三步是在不加电情况下，除单片机以外，插上所有的元器件，最后用仿真适配器将样机的单片机插座和仿真器的仿真接口相

58、连，为联机调试做准备。 图5.1 实物图5.2 软件调试1.程序的调试方法:计算程序的错误是一种静态的固定的错误，因此主要用单拍或断点运行方式来调试。根据计算程序的功能，事先准备好一组测试数据。调试时，用防真器的写命令，将数据写入计算程序的参数缓冲单元，然后从计算程序开始运行到结束，运行的结果和正确数据比较，如果对有的测试数据进行测试，都没有发生错误，则该计算程序调试成功；如果发现结果不正确，改用单步运行方式，即可检查出错误所在。计算程序的修改视错误性质而定。若是算法错误，那是根本性错误，应重新设计该程序；若是局部的指令有错，修改即可。如果用于测试的数据没有全部覆盖实际计算的原始数据的类型，调

59、试没有发现错误可能在系统运行过程中暴露出来。在完成了各个模块程序（或各个任务程序）的调试工作以后，便可进行系统的综合调试。综合调试一般采用全速断点运行方式，这个阶段的主要工作社排除系统中遗留的错误以提高系统的动态性能和精度。在综合调试的最后阶段，应在目标系统的晶振频率工作，使系统全速运行目标程序，实现了预定功能技术指标后，便可将软件固化，然后在运行固化的目标程序，成功后目标系统便可脱机运行。一般情况下，这样一个应用系统就算研制成功了。2. 编译与调试设计采用的是WAVE6000作为编译软件，伟福软件操作简单，界面清晰，便于管理。在程序编写完后，我们就可以对程序进行编译了，选择项目编译，如图5.2所示，在编译过程出现错误必须要一一修改，下面举两个例子：出现如图5.3所示的错误时，是因为位寻址是指令输成MOVX。 图5.2 编译程序 图5.3 编译错误还有一种就是虽然编译正确，但是调试的时候出现错