基于单片机的加热炉温度控制系统毕业设计论文

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1、 本 科 毕 业 设 计（论文） 题目 基于单片机的加热炉温度控制系统 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设

2、计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解

3、学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法

4、的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导

5、教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日河南理工大学万方科

6、技学院本科毕业论文教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中

7、及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘 要 随着我国国民经济的快速发展，加热炉的使用范围越来越广泛。而加热炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响产品的质量和产量，人们需要对各中加热炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们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。 本文炉温在控制过程中

8、主要应用AT89C51、ADC0809、LED显示器、LM324比较器，而主要是通过 DS18B20数字温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过四位数码管显示实时温度的一种数字温度计。 关键词： 加热炉 单片机 温度控制 Abstract With the rapid development of Chinas national economy, the scope of application of heating furnace more and more widely. And heating furnace temperature control is in the pr

9、ocess of industrial production often met in process control, and some of the temperature of a process control has a direct effect on the quality of products and production，the people need to each heating furnace the temperature carry on the monitor and the control. Not only uses the monolithic integ

10、rated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility big and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification, thus can big enhance the product the quality and quantity. In this paper, in the control of the

11、 main application of the process of AT89C51, ADC0809, LED display, LM324 comparator, but mainly through the digital temperature sensor DS18B20 collecting ambient temperature to single-chip microcomputer as the core control components, and through four real-time digital display of a digital thermomet

12、er temperature. Key words: heating furnace Single chip microcomputer Temperature control 目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪 论11.1 课题的背景11.2 课题研究的目的及意义21.3 课题研究的内容及要求31.4 课题的研究方案4第2 章 硬件设计62.1 单片机的发展概况62.2 AT89C51系列单片机介绍72.2.1 AT89C51系列基本组成及特性72.2.2 AT89C51的工作原理82.2.3 AT89C51的复位电路112.2.4 AT89C51的引脚功能112.3

13、数据存储器的扩展142.4 ADC0809模数转换器182.4.1 ADC0809与AT89C51单片机的接口设计202.5 运算放大器LM324212.6 移位寄存器74LS164242.7 数码显示管LED252.8 数字温度计DS18S20262.9 电路设计272.9.1 电源电路设计272.9.2 单片机控制单元272.9.3 温度采样部分282.9.4 模数转换部分282.9.5 显示部分292.9.6 调节执行单元30第3章 软件设计313.1 主程序流程图313.2 中断子程序流程图323.3 按键流程图333.4 显示流程图34第4章 系统调试及结论分析354.1 硬件调试3

14、64.1.1 硬件电路故障及解决方法364.1.2 硬件调试方法364.2 软件调试374.2.1 软件电路故障及解决方法374.2.2 软件调试方法384.3 结论分析39第5张 总结与展望405.1 总 结405.2 展望41参考文献43致 谢45附 录46VI第1章 绪 论1.1 课题的背景 二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术等的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的工业之中，利

15、用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。 温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。 随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。 温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用

16、的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。1.2 课题研究的目的及意义 加热炉是将物料或工件加热的设备。

17、按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。它的应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。但对于加热炉这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，一方面耗能大另一方面控制起来困难，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果，一直是自动化生产中急需解决的问题之一。 目前国内任然有大量的加热炉停留在简单的人工控制或者电子仪表进行手工电动操作，这种操作方式劳动强度大、控制粗糙、节能效果差，温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，已不能满足高精度、高速度的控制要求

18、，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。本设计使用单片机作为核心进行控制，不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且大大的提高了控制精度，使系统控制变得简便，使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。 1.3 课题研究的内容及要求 本文所要研究的课题是基于单片机的加热炉温度控制系统的设计，主要是介绍了对加热炉温度的显示、控制及报警，实现了温度的实时显示及控制。 加热炉温度控制部分，提出了用DS18S20、AT89C51

19、单片机及LED的硬件电路完成对炉温的实时检测及显示，利用DS18S20与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现对加热电阻丝的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。 炉内温度控制部分，采用一套PID闭环负反馈控制系统，由DS18S20检测炉内温度，用中值滤波的方法取一个值存入程序存取器内部一个单元作为最后检测信号，并在LED中显示。 控制器是用89C51单片机，用PID算法对检测信号和设定值的差值进行调节后输出控制信号给执行机构，去调节电阻炉的加热功率，从而控制炉内温度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点的温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字

20、信号供微机处理，而且每片DS18S20都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18S20供电，而且不需要额外电源。同时DS18S20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。利用本次的设计主要实现： 1）温度测试，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动加热装置等功能。 2）以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再加上温度控制部分和人机对话部分来共

21、同实现温度的监测与控制。 用单片机实现其具体控制功能如下： 1）能够连续测量加热炉的温度值，用十进制数码管来显示炉内的实际温度。 2）能够设定炉内的温度值，设定范围是01000。 3）能够实现炉温的自动控制，如果设定温度为400，则能使炉温保持恒定在400的温度下运行。 4）用单片机AT89C51控制，通过按键来控制炉温的设定值，数值采用数码管显示。1.4 课题的研究方案 温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统。温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，当今计算机控制技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用电子线路进行PID调节的控制效果要好得多，可控性方面也有

22、了很大的提高。 温度是一个非线性的对象，具有大惯性的特点，在低温段惯性较大，在高温段惯性较小。采取温度控制系统的方法是：首先,通过设置按键,设定恒温运行时的温度值，并且用数码管显示这个温度值.然后,在运行过程中将采样的温度模拟量送入A/D转换器中进行模拟-数字转换，再将转换后的数字量用数码管进行显示，最后用单片机来控制加热炉,进行加热或停止加热，直到能在规定的温度下恒温加热。系统框图如下： 此方案采用89C51单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。单片机系统可以用数码管来显示炉温的实际值，能用键盘输入设定值。采用以单片机为控制核心的控制系统，大

23、大提高了系统的智能化，也使得系统所测得结果的精度大大提高。 第2 章 硬件设计 本设计系统的基本组成单元包括：主机、温度采样单元、单片机控制单元、调节执行单元四部分，本章将逐一进行介绍。2.1 单片机的发展概况 1970年微型计算机研制成功之后，随之即出现了单片机（即单片微型计算机） 美国Intel公司1971年生产的4位单片机4004和1972年生产的雏形8位单片机8008，这也算是单片机的第一次公众亮相。1976年Intel公司首先推出能称为单片机的MCS-48系列单片微型计算机。它以体积小、功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用，同时一些与单片机有关公司都争相推出各自的单片机。 1978

24、年下半年Motorola公司推出M6800系列单片机，Zilog公司相继推出Z8单片机系列。1980年Intel公司在MCS-48系列基础上又推出高性能的MCS-51系列单片机。这类单片机均带有串行I/O口，定时器/计数器为16位，片内存储容量（RAM，ROM）都相应增大，并有优先级中断处理功能，单片机的功能、寻址范围都比早期的扩大了，它们是当时单片机应用的主流产品。 1982年Mostek公司和Intel公司先后又推出了性能更高的16位单片机MK68200和MCS-96系列，NS公司和NEC公司也分别在原有8位单片机的基础上推出了16位单片机HPC16040和PD783系列。 1987年In

25、tel公司又宣布了性能比8096高两倍的CMOS型80C196，1988年推出带EPROM的87C196单片机。由于16位单片机推出的时间较迟、价格昂贵、开发设备有限等多种原因，至今还未得到广泛应用。而8位单片机已能满足大部分应用的需要，因此，在推出16位单片机的同时，高性能的新型8位单片机也不断问世。 纵观这短短的20年，经历了4次更新换代，单片机正朝着集成化、多功能、多选择、高速度、低功耗、扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容的方向发展。新一代的80C51系列单片机除了上述的结构特性外，其最主要的技特点是向外部接口电路扩展，以实现微控制器（microcontroller）完善的控制功能为

26、己任。这一系列单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展和配置打下了良好的基础。由于80C51系列单片机所具有的一系列优越的特点，获得广泛使用指日可待。 下面我们就来重点介绍一下本毕业论文讨论的系统所用的AT89C51系列单片机。2.2 AT89C51系列单片机介绍2.2.1 AT89C51系列基本组成及特性 AT89C51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。而在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的AT89C

27、51更实用，也是一种高效微控制器，因为它不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器，用户可以用电的方式达到瞬间擦除、改写。而这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。 AT89C51基本功能描述如下：AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，而且在其片种还有4k字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。 AT89C51可构成真正

28、的单片机最小应用系统，缩小系统体积, 增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要程序长度小于4k, 四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且写入时间仅10毫秒, 仅为8751/87C51 的擦除时间的百分之一，与8751/87C51的12V电压擦写相比, 不易损坏器件, 没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。AT89C51 芯片提供三级程序存储器锁定加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段, 能完全保证程序或系统不被仿制。另外,AT89C51 还具有MCS-51系列单片机的所有优点。1288 位内部RAM, 32 位双向输入输出线, 两个十六位定时器/计时器, 5个

29、中断源, 两级中断优先级, 一个全双工异步串行口及时钟发生器等。 AT89C51有间歇、掉电两种工作模式。间歇模式是由软件来设置的, 当外围器件仍然处于工作状态时, CPU可根据工作情况适时地进入睡眠状态, 内部RAM和所有特殊的寄存器值将保持不变。这种状态可被任何一个中断所终止或通过硬件复位。掉电模式是VCC电压低于电源下限, 当振荡器停止振动时, CPU 停止执行指令。该芯片内RAM和特殊功能寄存器值保持不变, 一直到掉电模式被终止。只有VCC电压恢复到正常工作范围而且在振荡器稳定振荡后，通过硬件复位、掉电模式可被终止。2.2.2 AT89C51的工作原理 1 . CPU的结构 CPU是单

30、片机内部的核心部分，是单片机的指挥和执行机构，它决定了单片机的主要功能特性。从功能上看，CPU包括两个基本部分：运算器和控制器。下面说明控制器和运算器。 1）运算器 运算器包括算术逻辑运算部件ALU、累加器ACCC、B寄存器、暂存寄存器TMP1和TMP2、程序状态寄存器PSW、BCD码运算调整电路等。 2）时钟电路AT89C51芯片内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器。反向放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。在TXAL1和XTAL2两端跨接由石英晶体及两个电容构成的自激振荡器，如图2-1所示。电容器C1和C2通常都取30pF左右，选用不同的电容量对振荡频率有微调作用。但石英晶

31、体本身的标定频率才是单片机振荡频率的决定因素。其振荡频率范围是112MHz。图2-1 时钟电路本设计考虑系统的独立完整性，选用内部时钟方式，石英震荡频率选用12MHZ，ALE信号频率为2MHZ。2 . I/O口结构：AT89C51单片机有4个8位并行I/O接口，记作P0、P1、P2和P3，每个端口都是8位准双向口，共占32根引脚。每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。每个端口都包括一个锁存器（即特殊功能寄存器P0P3），一个输出驱动器和输入缓冲器，作输出时数据可以锁存，作输入时数据可以缓冲，但是这四个通道的功能完全不同。3. 程序存储器及数据存储器1）程序存储器对AT89C51芯片来说，片内

32、有4K字节ROM/EPROM，片外可扩展60K字节EPROM，片内和片外程序存储器统一编址。在程序存储器中，有6个地址单元被保留用于某些特定的地址，如下表2-1所示。2）数据存储器AT89C51数据存储器空间也分为内片和外片两大部分，即片内数据存储器RAM和片外数据存储器RAM。如何区别片内、片外RAM空间呢？片内数据存储器最大可以寻址256个单元，片外最大可扩展64K字节RAM，并且片内使用的是MOV指令，片外64K ROM空间专门为MOVX指令所用。4 . 定时器AT89C51单片机的内部有两个16位可变成定时器0（T0）和定时器1（T1），它们都有定时或是事件计数的功能，可用于定时控制、

33、延时、对外部事件计数和检测等场合。表2-1 AT89C51的复位、中断入口地址 入口地址 说明 0000H复位后，PC=0000H 0003H外部中断 入口 000BH定时器T0溢出中断入口 0013H外部中断 入口 001BH 定时器T1溢出中断口 0023H串行口中断入口它们具有计数和定时两种工作方式以及四种工作模式。定时器T0具有方式0、方式1、方式2和方式3四种工作方式。T1具有方式0、方式1和方式2三种工作方式。5 . 中断系统AT89C51单片机有五个中断请求源。其中，两个外部中断源；两个片内定时器/计数器（T0、T1）的溢出中断源TE0和TF1；一个片内串行口接受或发送中断源RI

34、或TI。这些中断请求分别由单片机的特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。当几个中断源同时向CPU请求中断，要求CPU提供服务的时候，就存在CPU优先响应哪一个中断请求，于是一些微处理器和单片机规定了每个中断源的优先级别。2.2.3 AT89C51的复位电路AT89C51单片机通常采用上电自动复位和开关手动复位两种方式。本设计采用上电复位电路，所谓上电复位，是指单片机只要一上电，便自动地进入复位状态。在通电瞬间，电容C通过电阻R充电，RST端出现正脉冲，用以复位。图2-2 复位电路2.2.4 AT89C51的引脚功能AT89C51的40条引脚中，有2条专用于主电源的引脚，4条控制和其他电

35、源复用的引脚，32条输入/输出引脚。如图2-3所示，下面介绍主要引脚的名称和功能：1）主电源引脚Vcc和VssVcc：接+5V电源。Vss：接电源地。2）时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶体的一端。在单片机内部，它是反相放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。在采用外部时钟电路时，对于HMOS单片机上，此引脚必须接地；对AT89C51单片机，此引脚作为驱动端。 XTAL2：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端，振荡器的频率是晶体振荡频率。若采用外部时钟电路时，对于HMOS单片机上，该引脚输入外部时钟脉冲；对AT89C51单片机，此引脚应悬空

36、。图2-3 AT89C51主要引脚图3）控制信号引脚RST/、ALE/、和/RST/：复位/备用电源输入端。单片机商店后，只要在该引脚上输入24个振荡周期（2个机器周期）宽度以上的高电平就会使单片机复位；若在RST与Vcc之间接一个10F的电容，而在RST与Vss之间接一个8.2k的下拉电阻，则可实现单片机上电自动复位。4）输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2和P3P0.0P0.7：P0口是一个8位双向I/O端口。在访问片外存储器时，它分时提供低8位地址和作8位双向数据总线。在EOROM编程时，从P0口输入指令字节；在验证程序时，则输出指令字节（验证时，要接上拉电阻）。P0口能以吸收电流的

37、方式驱动8个LSTTL负载。P1.0P1.7：P1是8位准双向I/O端口。在EPROM编程和程序验证时，它输入低8位地址。P1口能驱动4个LSTTL负载。P2.0P2.7：P2是8位准双向I/O端口。在CPU访问外部存储器时，它输出高8位地址，在对EPROM编程和程序检验时，它输入高8位地址。P2口可驱动4个LSTTL负载。P3.0P3.7：P3是8位准双向I/O端口。它是一个复用功能口，作为第一功能使用时，为普通I/O口，其功能和操作方法与P1口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如下表。P3口的每一条条引脚均可以独立的定义为第一功能的输入输出或第二功能。P3口能驱动4个LSTTL负载。

38、表2-2 功能表 口线 第二功能 P3.0RXD（串行口输入） P3.1TXD（串行口输出） P3.2（外部中断0输入） P3.3（外部中断1输入） P3.4T0（定时器0的外部输入） P3.5T1（定时器1的外部输入） P3.6（外部数据存储器“写”信号输出） P3.7（外部数据存储器“写”信号输出）2.3 数据存储器的扩展AT89C51片内喊有28字节的数据存储器RAM，主要用工作寄存器、堆栈、软件标志和数据缓冲器。对于简单的测控系统，用它存放运算的中间结果，容量是够用的。但是对于大量数据采集处理系统，则需要在片外扩展RAM。由于本设计采用大量温湿度传感器，所以一片AT89C51芯片是不够

39、用的，所以要对AT89C51的数据存储器进行扩展，因此，选用6264数据存储器一片。6264可以直接和存储器的地址线并联，数据地址线也同样可以并联连接。6264的写选通信号信号连接到AT89C51的上，读选通信号连接到AT89C51的上，这样单片机就能把程序采集来的数据。经过变换最终转换成数字温度量存放到6264中，也可以6264中读取数据7，具体的连接如下图2-4所示：8255A中的控制寄存器很少，所以初始化程序设计简单。对于方式0，如果不要设定C口的联络信号，则只需要设置方式控制字；如果要设定C口的某些位为联络信号，则只需设置C口的位置/复位控制字。对于方式1和方式2，因为都要用到控制信号

40、，所以必须设置两个控制字，即设置方式选择控制字和C口复位控制字。8255有40个引脚，下面根据功能分类说明。图2-4 AT89C51与地址6264的连接1） 数据线 数据线有D7D0，PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，均为双向三态，其中D7D0与CPU数据总线相连，用于传递CPU与8255之间的命令和数据；PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，分别与A、B、C三个端口相对应，用于8255A与外设之间的传送数据。2） 寻址线寻址线、和，用于选择8255的三个端口和控制寄存器。：片选信号，输入，低电平有效。有效时表示选中本片。和：输入，通常与系统地址总县的和对应相连。当有效时，和的四种

41、组合00、01、10、11分别选择A、B、C、口和控制寄存器，所以一片8255A共有4个I/O地址。3） 控制线：读信号，输入，低电平有效。当为低电平时，表示CPU对8255A进行读操作。：写信号，输入，低电平有效。当为低电平时，表示CPU对8255A进行写操作。RESET：复位信号，输入，高电平有效。当RESET为高电平时， 8255A内部所有寄存器清零。各端口都自动设置为输入方式，24条I/O引脚均为高租态8。4） 电源和地线采用单一+5V电源。8255A的控制信号和传输动作之间的关系如表2-3所示 表2-3 8255的控制信号和传输动作对应关系 传输说明0 0 00 0 10 1 00

42、0 00 0 10 1 00 1 11 0 1 10 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 11 1A口数据数据总线B口数据数据总线C口数据数据总线数据从数据总线A口数据从数据总线B口数据从数据总线C口数据从数据总线控制寄存器进入高阻态非法进入高阻态 AT89C51和8255A的接口：8255A可以直接与MCS-51总线接口，其接口电路如图2-6所示图2-7中，8255A的片选信号及口地址选择线A0、A1分别由AT89C51的P2.7和P0.1、P0.0经地址锁存后提供，所以，8255A的A口、B口、C口及控制口的地址分别为6000H、6001H、6002H、6003H。

43、8255A的、分别与AT89C51的、相连，8255A的RESET与AT89C51的RST相连。都接到AT89C51的复位电路上。对8255初始化的程序如下：MOV A ，#80H ；置方式控制字 方式0MOV DPTR，#6003H ；指向8255口地址MOVX DPTR A本设计采用8255的A口B口连接LED显示器，用C口进行报警和相应设备的启动，所以PA口PB口PC口的地址分别为6000H，6001H和6002H。图2-5 8255A和AT89C51的连接2.4 ADC0809模数转换器 ADC0809是位A/D转换芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D转换的。ADC0809由单+5V

44、电源供电；片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路05V的输入模拟电压分时进行转换，完成一次转换约需100S；片内具有多路开关的地址译码器和锁存器、高阻抗斩波器、稳定的比较器，256电阻T型网络和树状电子开关以及逐次逼近寄存器。ADC0809芯片的引脚如图2-6所示，引脚功能说明如下；图2-6 ADC0809内部结构图：8路模拟信号输入端。：8位数字量输出端。START：启动控制输入端，高电平有效，用于启动ADC0809内部的A/D转换过程。ALE：地址锁存控制输入端。ALE端可与START端接在一起，通过软件输入一个正脉冲，可立即启动A/D转换。CLK：时钟信号输入端。ADDA（ADDB

45、、ADDC）：8路模拟选通开关的3位地址选通输入端；：供电电源输入端。（+）：参考电压正端。（）：参考电压负端。其地址码与输入通路的对应关系如表2-4所示。表2-4 地址和通道的对应关系地址码ADDC ADDB ADDA对应的输入通道 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 1 1 1 IN72.4.1 ADC0809与AT89C51单片机的接口设计ADC0809与单片机AT89C51的硬件接口方式有：查询方式、中断方式和等待延时方式。采用中断方式不浪费CPU的等待时间，但是如果A/D转换时间较

46、短，也可以用程序查询方式和等待查询延时方式。下面介绍两种最常用的方式：查询方式和中断方式。1） 查询方式 ADC0809与单片机AT89C51的硬件接口如图所示图2-7 ADC0809与单片机AT89C51的硬件接口电路由于ADC0809具有三态输出数据锁存器，其8位数据输出端可以与数据总线相连。地址选通端ADDA、ADDB、ADDC分别与AT89C51地址总线的低三位、相连，用于选通中的某一个通道。由于ALE和START连在一起，ALE=START=，ADC0809在锁存通道地址的同时启动A/D转换。在读取A/D转换结果时。OE=产生的正脉冲信号用于打开三态输出锁存器。ADC0809的EOC

47、信号与AT89C51的P1.0相连，作为A/D转换是否结束的状态信号供T89C51查询。采用查询方式分别对8路模拟信号顺序采样，并依次把A/D转换结果转存到数据存储区，其采样转换程序如下： MOV TEMPL0 ，#08H ；设置通道个数 MOV R1 ，2AH ；置数据区首地址 MOV DPTR ，#5000H ；指向通道0START： MOVX DPTR ， A ；启动A/D转换 MOV R3 ， #32 ；设置延时LOOP100： DJNZ R3 ，LOOP100 ；延时完成 TEST： NB P3.3 ，TEST ；标志位为1？不为等待 MOVX A ，DPTR ；取出A/D转换值 M

48、OV R1 ， A ；送入数据区 INC R1 ；指针加1 CJNE R1 ，#2FH， START； 判断数据区满？2） 中断方式ADC0809作为AT89C51单片机的一个外部扩展并行口I/O口，口地址取决于所连接的中断口，选通通道取决于地址地位，中断方式的主要特点是将转换完成信号接在单片机的中断口上，转换完成A/D转换器发出信号单片机把它当作一个中断来处理。所以本设计中A/D转换器连接成查询方式。2.5 运算放大器LM324 本次设计所用的运算放大器是LM324，而LM324的系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四

49、放大器可以工作在低到3伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。它的性能特点是短跑保护输出、真差动输入级、底偏置电流为最大100mA、每封装含四个运算放大器、具有内部补偿的功能、共模范围扩展到负电源、行业标准的引脚排列、输入端具有静电保护功能。运算放大器LM324的引脚图如图2-5：图2-8 运算放大器LM324的引脚图 由于本次设计中采集电路所采集到的信号值与我们所预期的结果有时会有很大的差距，因此信号值要被真实地反映出来，须采用放大电路进一步处理。按比例将信号放大的电路，称为比例运算放大

50、电路，简称比例电路。对于比例电路，在实际应用中可分为以下几种，下面也做一些简单的介绍。1反相比例放大器 如图2-4所示，集成运放的同相输入端通过电阻R接地，电阻与信号源串联，另一端接到运放的反相输入端，运放的输出端与反相输入端之间接有电阻，为保证集成运放输入级两边对称， （2-1）比例电路输出电压与输入电压之间的函数关系为： （2-2） （2-3）图2-9 反向比例电路 注意：反相比例电路的特点是深度电压并联负反馈电路。因此，集成运放的反相输入端为“虚地”点，它的共模输入电压可视为零，对运放的共模抑制要求低；比例电路的输入电阻小，可视为，因此对输入电流有一定要求；输出电阻视为零，在适应不同大小

51、负载的能力较强。2同相比例放大器如图2-9所示，为同相比例电路，为保证电路输入对称仍要求： （2-5）输出电压与输入电压的函数关系为： （2-6） （2-7） 图2-10 同相比例电路 注意：同相比例电路的特点是深度电压串联负反馈电路。电路的输入电阻很大，可达100M以上；输出电阻很小可视为零，因此有较强的带负载能力。由于，集成运放的共模抑制比要求较高，这是缺点。2.6 移位寄存器74LS164移位寄存器74LS164的引脚如图2-11所示： 图2-11 移位寄存器74LS164引脚图74LS164为串行输入、并行输出移位寄存器，其引脚功能如下：A、B 串行输入端；Q0Q7 并行输出端； 清除

52、端，低电平有效；CLK 时钟脉冲输入端，上升沿有效。多片74LS164串联，能实现多位LED静态显示。每扩展一片164就可增加一位显示。MR接+5V，不清除。2.7 数码显示管LED图2-12 数码显示管LED引脚图 LED显示器是单片机应用系统中常见的输出器件，而在单片机的应用上也是被广泛运用的。如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。 LED数码管作为显示字段的数码型显示器件，它是由若干个发光二极管组成的。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发亮，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字

53、符，常用的LED数码管有7段和“米”字段之分。这种显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极接在一起，通常此共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。本次设计所用的LED数码管显示器为共阳极。 LED数码管的使用与发光二极管相同，根据材料不同正向压降一般为1.52V，额定电流为10MA，最大电流为40MA。静态显示时取10MA为宜，动态扫描显示可加大脉冲电流，但一般不超过40MA。2.8 数字温度

54、计DS18S20 在传统的模拟信号远距离的温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术。另外考虑到一般的测量现场的电磁环境非常的恶劣，各种干扰信号较强，模拟信号很容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力较强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效的方案。在实际的温度测量过程中被广泛应用，同时也取得了良好的测量效果。DS18S20数字温度计的主要特性：1DS18S20的适应电压范围更宽，其范围为：3.0-5.5V，而且它能够直接由数据线获取电源(寄生电源)，无需外部工作电源。2DS18S20提供了9位摄氏温度测量，具有非易失性、上下触发门限用户可编程的报警功能。3DS18S20通过1-Wire总线与中央微处理器通信，仅需要单根数据线(或地线)。同时，在使用过程中，它不需要任何的外围的元件，全部的传感元件和转换电路集成在形状如一只三极管的集成电路内。4DS18S20具有-55C至+125C的工作温度范围，在-10C至+85C温度范围内精度为0.5C。5每片DS18S20具有唯一的64位序列码，这些码允许多片DS18S20在同一条1-Wire总线上工作，因而，可方便地使用单个微处理器控制分布在大范围内的多片DS18S20器件。6DS18S2