文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評(píng)與關(guān)注！文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評(píng)與關(guān)注！29/29文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評(píng)與關(guān)注！實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院自動(dòng)化工程學(xué)院專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)名稱：測(cè)控系統(tǒng)控制原理與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目：電冰箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師目錄一、引言 2二、電冰箱溫度控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 31.總體設(shè)計(jì)方案 32.主控制部分方案 42.1AT89S51主要性能特點(diǎn) 42.2管腳說(shuō)明 52.3下載程序 72.4AT89S51單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 92.5AT89S51單片機(jī)的優(yōu)勢(shì) 113.測(cè)溫模塊的選擇方案 123.1DS18B20簡(jiǎn)介 123.2DS18B20的工作時(shí)序 163.3DS18B20的連接電路 174.各單元的設(shè)計(jì) 184.1單片機(jī)時(shí)鐘電路及復(fù)位電路 184.2鍵盤 204.3溫度控制及超溫和超溫警報(bào)單元 214.4數(shù)碼管的顯示電路 224.5蜂鳴器電路 244.6接口通訊單元 245.程序設(shè)計(jì) 265.1程序結(jié)構(gòu)分析 265.2主程序 27三、課程設(shè)計(jì)總結(jié)及心得 27參考文獻(xiàn) 28一、引言電冰箱是每個(gè)家庭現(xiàn)代化廚房必備的家用電器之一，它是利用電能在箱體內(nèi)形成低溫環(huán)境,用于冷藏冷凍各種食品和其他物品的家用電器設(shè)備。它的主要任務(wù)就是控制壓縮機(jī)、化霜加熱等來(lái)保持箱內(nèi)食品的最佳溫度達(dá)到食品保鮮的目的，即保證所儲(chǔ)存的食品在經(jīng)過冷凍或冷藏之后保持色、味、水分、營(yíng)養(yǎng)基本不變。從1918年世界上第一臺(tái)電機(jī)壓縮式電冰箱研制成功，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展電冰箱也在不斷的演變和更新尤其是近年來(lái)高新技術(shù)的迅猛崛起更使得電冰箱的發(fā)展日新月異。

現(xiàn)代社會(huì)每一個(gè)家庭都處在快節(jié)奏的生活中人們大多已無(wú)閑暇的時(shí)間和精力花費(fèi)在經(jīng)常性的采購(gòu)日常生活用品上。因此集中時(shí)間大量采購(gòu)的新型生活方式已為越來(lái)越多的人所接受從而決定了大容量電冰箱將是一種國(guó)際化的發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)的機(jī)械式直冷式電冰箱的控制原理是根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮機(jī)的啟、停,使電冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。一般,當(dāng)蒸發(fā)器溫度升至3~5℃時(shí)啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷;當(dāng)溫度低于-10~-20℃時(shí)停止制冷,關(guān)斷壓縮機(jī)。隨著微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,單片機(jī)以其體積小、價(jià)格低、應(yīng)用靈活等優(yōu)點(diǎn)在家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。采用單片機(jī)進(jìn)行控制,可以使電冰箱的控制更準(zhǔn)確、靈活、直觀。本次所設(shè)計(jì)的就是基于51單片機(jī)的電冰箱溫度控制系統(tǒng)，以AT89C51單片機(jī)為核心控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停止，解決了傳統(tǒng)電冰箱控制系統(tǒng)存在的不足，可以使控制更準(zhǔn)確、更靈活。本次設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，要求：利用鍵盤分別控制冷藏室、冷凍室溫度（0~5℃，-7~-18℃）；顯示各室的溫度值；制冷壓縮機(jī)運(yùn)行后若突然斷電要有30秒延時(shí)；各個(gè)門開后超過2分鐘要報(bào)警。本次設(shè)計(jì)的意義是通過此次設(shè)計(jì)加深對(duì)測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)課程的理解，掌握微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路，了解一般設(shè)計(jì)過程。二、電冰箱溫度控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)1.總體設(shè)計(jì)方案以AT89S51單片機(jī)為核心，來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。溫度傳感器模塊、鍵盤輸入模塊作為系統(tǒng)的輸入模塊，液晶顯示模塊、溫度控制器模塊、報(bào)警模塊作為系統(tǒng)的輸出模塊，構(gòu)成基本電路，原理框圖如圖2-1所示：溫度傳感器（經(jīng)指導(dǎo)老師建議，使用DS18B20，因其自帶A/D轉(zhuǎn)換模塊）從設(shè)備環(huán)境的不同位置采集溫度，單片機(jī)AT89S51獲取采集的溫度值，經(jīng)處理得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，通過加熱和降溫對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過設(shè)定溫度上限時(shí)，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開啟降溫設(shè)備(壓縮制冷器)，當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度下限時(shí)，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開啟升溫設(shè)備(加熱器)。PCPC機(jī)MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片LED數(shù)據(jù)顯示復(fù)位電路鍵盤電路AT89S51復(fù)位電路鍵盤電路AT89S51時(shí)鐘電路DS18B20時(shí)鐘電路DS18B20溫度芯片數(shù)據(jù)傳輸報(bào)警電路報(bào)警電路輸入電源輸入電源壓縮制冷器繼電器1壓縮制冷器繼電器1加熱器繼電器加熱器繼電器2圖2-1冰箱控制原理圖當(dāng)由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時(shí)候，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出警笛聲。系統(tǒng)中將通過串口通訊連接PC機(jī)存儲(chǔ)溫度變化時(shí)的歷史數(shù)據(jù)，以便觀察整個(gè)溫度的控制過程及監(jiān)控溫度的變化全過程。2.主控制部分方案AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。2.1AT89S51主要性能特點(diǎn)1、4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；2、128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；3、32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口；4、2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、2層中斷嵌套中斷；5、6個(gè)中斷源；6、2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；7、2個(gè)全雙工串行通信口；8、看門狗（WDT）電路；9、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；10、與MCS-51兼容；11、全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz；12、三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定；13、可編程串行通道；14、低功耗的閑置和掉電模式。2.2管腳說(shuō)明VCC：電源電壓輸入端。GND：電源地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。PDIP封裝的AT89S51管腳圖P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（T0定時(shí)器的外部計(jì)數(shù)輸入）P3.5T1（T1定時(shí)器的外部計(jì)數(shù)輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。89C51的P0、P1、P2、P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。除了P1口外P0、P2、P3口都還有其他的功能。RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：地址鎖存允許/編程脈沖信號(hào)端。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，低電平有效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：外部程序存儲(chǔ)器訪問允許。當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。2.3下載程序AT89SXX系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了ISP下載功能，故而取代了89CXX系列的下載方式，也是因?yàn)檫@樣，ATMEL公司已經(jīng)停止生產(chǎn)89CXX系列的單片機(jī)，現(xiàn)在市面上的AT89CXX多是停產(chǎn)前的庫(kù)存產(chǎn)品。1.控制線，共4根。（1）輸入：RST——復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在振蕩器工作時(shí)，在RST上作用兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。EA/Vpp——片外程序存儲(chǔ)器訪問允許信號(hào)，低電平有效。在編程時(shí)，其上施加12V的編程電壓。（2）輸入，輸出：ALE/PROG——地址鎖存允許信號(hào)，輸出。用做片外存儲(chǔ)器訪問時(shí)，低字節(jié)地址鎖存。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用做對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)。在EPROM編程期間，作輸入。輸入編程脈沖。ALE可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。（3）輸出：PSEN——片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在從片外程序存儲(chǔ)器取指期間，在每個(gè)機(jī)器周期中，當(dāng)PSEN有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。2.I/O口：4個(gè)口，32根單片機(jī)51系列共有四個(gè)8位雙向并行I/O通道口，分別是P0、P1、P2、P3，各具有特殊的電路結(jié)構(gòu)，每位均有自己的鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。這種結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)輸出時(shí)可鎖存，即輸出新的數(shù)據(jù)之前，通道口上原數(shù)據(jù)一直保持不變，但對(duì)輸入信息是不鎖存的，因此從外部輸入的信息必須保持到取數(shù)指令執(zhí)行完為止。在這四個(gè)8位雙向并行I/O通道口中，我們應(yīng)該選擇哪一個(gè)通道口作為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的端口呢？下面我們先來(lái)了解一下四個(gè)通道口的結(jié)構(gòu)。（1）P0口介紹P0口在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口既是一個(gè)真正的雙向數(shù)據(jù)總線口，又是從分時(shí)輸出8位地址口。它包括一個(gè)輸出鎖存器，兩個(gè)三態(tài)緩沖器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)輸出控制電路（2）P1口介紹P1口是專門為用戶使用的I/O口，是準(zhǔn)雙向口，P1口為8位準(zhǔn)雙向口，每一位均可單獨(dú)定義為輸入或輸出口。在編程校驗(yàn)期間，用做輸入低位字節(jié)地址。P1口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。（3）P2口介紹P2口也是雙向口。它是供系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)輸出高8位地址。如果沒有系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，也可以作為用戶的I/O口使用。P2口作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器的地址總線的高8位輸出口AB8-AB15，P0口由ALE選通作為地址總線的低8位輸出口AB0-AB7。外部的程序存儲(chǔ)器由PSEN信號(hào)選通，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則由WR和RD讀寫信號(hào)選通，因?yàn)?=64k，所以89S51最大可外接64kB的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（4）P3口介紹P3口是個(gè)雙功能口，第一功能作通用I/O口，第二功能是作變異功能用，為適應(yīng)引腳的第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯，在真正的應(yīng)用電路中，第二功能顯得更為重要。由于第二功能信號(hào)有輸入輸出兩種情況，我們分別加以說(shuō)明。P3口的輸入輸出及P3口鎖存器、中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和特殊功能寄存器有關(guān)，P3口的第一功能和P1口一樣可作為輸入輸出端口，同樣具有字節(jié)操作和位操作兩種方式，在位操作模式下，每一位均可定義為輸入或輸出。表2-1P3口的第二功能端口引腳功能特征P3.0串行輸入口（RXD）P3.1串行輸出口(TXD)P3.2外中斷0(INT0)P3.3外中斷1(INT1)P3.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的外部輸入口(T0)P3.5定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的外部輸入口(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通(WR)P3.7外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通(RD)現(xiàn)在我們已經(jīng)對(duì)四個(gè)8位雙向并行I/O口有了初步的了解。根據(jù)以上的介紹我們知道只有P1口是標(biāo)準(zhǔn)的I/O口，所以我們選用P0口作為數(shù)據(jù)端口，P0口可逐位分別定義各口線為輸入或輸出線。2.4AT89S51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)的報(bào)警器是利用外部中斷觸發(fā)單片機(jī)中斷處理程序，以實(shí)現(xiàn)報(bào)警的功能。所以，以下內(nèi)容是對(duì)89S51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)的介紹。1.中斷：程序執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件打斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向?yàn)樘幚韮?nèi)部事件的中斷服務(wù)程序中去；完成中斷服務(wù)的程序后，CPU繼續(xù)原來(lái)被打斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。2.中斷源：能產(chǎn)生中斷的外部和內(nèi)部事件。89S51有5個(gè)中斷源：(1)INT0：外部中斷0請(qǐng)求，低電平有效。通過P3.2引腳輸入。(2)INT1：外部中斷1請(qǐng)求，低電平有效。通過P3.3引腳輸入。(3)T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0溢出中斷請(qǐng)求。(4)TI：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1溢出中斷請(qǐng)求。(5)TXD/RXD：串行口中斷請(qǐng)求。當(dāng)串行口完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收時(shí)，便請(qǐng)求中斷。每一個(gè)中斷源都對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，它們?cè)O(shè)置在特殊功能寄存器TCON和SCON中。當(dāng)這些中斷源請(qǐng)求中斷時(shí)，相應(yīng)的標(biāo)志分別有TCON和SCON中的相應(yīng)位來(lái)鎖存。3.AT89S51中斷系統(tǒng)有以下4個(gè)特殊功能寄存器：（1）定時(shí)器控制寄存器TCON（用6位）；（2）串行口控制寄存器SCON（用2位）；（3）中斷允許寄存器IE；（4）中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP。其中，TCON和SCON只有一部分用于中斷控制。通過對(duì)以上各特殊功能寄存器的各位進(jìn)行置位或復(fù)位等操作，可實(shí)現(xiàn)各種中斷控制功能。4.中斷的響應(yīng)過程及中斷矢量地址中斷處理過程可分為3個(gè)階段：中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。89C51的CPU在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間順序采樣每個(gè)中斷源，CPU在下一個(gè)機(jī)器周期S6期間按優(yōu)先級(jí)順序查詢中斷標(biāo)志。如查詢到某個(gè)中斷標(biāo)志為1，則將在接下來(lái)的機(jī)器周期S1期間按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行中斷處理。中斷系統(tǒng)通過硬件自動(dòng)將相應(yīng)的中斷矢量地址裝入PC，以便進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。表2既是各個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)的中斷矢量地址。由于89S51系列單片機(jī)的兩個(gè)相鄰的中斷源中斷服務(wù)程序入口地址相距只有八個(gè)單元，一般的中斷服務(wù)程序是容納不下的，通常是在相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址中放一條常跳轉(zhuǎn)指令LJMP，這樣就可以轉(zhuǎn)到64KB任何可用區(qū)域了。表2-2中斷源及其對(duì)應(yīng)的矢量地址中斷源中斷矢量地址外部中斷0（）0003H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（T0）000BH外部中斷1（）0013H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（T1）001BH串行口中斷（RI、TI）0023H中斷服務(wù)程序從矢量地址開始執(zhí)行，一直到返回指令RETI為止。RETI指令的操作一方面告訴中斷系統(tǒng)該中斷服務(wù)程序已執(zhí)行完畢，另一方面把原來(lái)壓入堆棧保護(hù)斷點(diǎn)地址從棧頂彈出，裝入程序寄存器PC，使程序返回到被中斷的程序斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。5.在編寫中斷服務(wù)程序時(shí)應(yīng)注意：（1）在中斷矢量地址單元處存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令（如LJMP××××H），使中斷程序可靈活的安排在64KB程序存儲(chǔ)器的任何空間。（2）在中斷服務(wù)程序中，用戶應(yīng)注意用軟件保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，以免中斷返回后丟失原寄存器、累加器中的信息。（3）若要在執(zhí)行當(dāng)前中斷程序時(shí)禁止更高優(yōu)先級(jí)中斷，則可先用軟件關(guān)閉CPU中斷或禁止某中斷源中斷，在中斷返回前在開放中斷。2.5AT89S51單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)1.性能強(qiáng)大 AT89S51具有完整的輸入輸出、控制端口、以及內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間。與我們通常意義上的微機(jī)原理類似，可以通過外接A/D，D/A轉(zhuǎn)換電路及運(yùn)放芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器傳送信息的采集，且能夠提供以點(diǎn)陣或LCD液晶及外接按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，能對(duì)內(nèi)部眾多I/O端口連接步進(jìn)電機(jī)對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行精確操控，具有強(qiáng)大的工控能力。2.易于學(xué)習(xí)AT89S51系列單片機(jī)編寫程序的基本流程。其語(yǔ)法結(jié)構(gòu)與我們常用的計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言基本相同，不同之處在于增加了控制具體引腳工作的語(yǔ)句和命令，相對(duì)于計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言，單片機(jī)C語(yǔ)言更簡(jiǎn)練和明確.可以控制每個(gè)引腳的輸入輸出狀態(tài)。其主要語(yǔ)句集中在例如：“ifelse”、“while”、“for”等循環(huán)與判斷語(yǔ)句上，相比計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言更簡(jiǎn)單。有過計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言學(xué)習(xí)經(jīng)歷經(jīng)過一段時(shí)間的熟悉就能夠熟練進(jìn)行編程.使用AT89S51系列單片機(jī)編程，可以在沒有實(shí)物單片機(jī)的情況下在普通電腦上進(jìn)行程序編寫甚至是調(diào)試工作。一般工作中使用Keil公司開發(fā)的51單片機(jī)編程軟件進(jìn)行編程，它采用目前流行的開友環(huán)境，集編輯，編譯和仿真于一體。在該軟件上用戶可以編寫匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言源程序，并利用該軟件生成單片機(jī)能運(yùn)行的程序。3.價(jià)格低廉AT89S51芯片價(jià)格便宜，適合對(duì)大批量的計(jì)量?jī)x器進(jìn)行規(guī)模化改造，其單片售價(jià)不超過5元。3.測(cè)溫模塊的選擇方案3.1DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20是一種單端通信的數(shù)字式溫度傳感器，這就大大減小了溫度測(cè)量電路的復(fù)雜程度。我們把單片機(jī)的一條I/O分配給溫度傳感器，即可完成溫度采集。單片機(jī)通過對(duì)溫度傳感器的初始化，發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，寫入和讀出數(shù)據(jù)的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。本系統(tǒng)在溫度采集中使用的DS18B20測(cè)溫原理圖如圖3-1所示：圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)，送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振振蕩頻率隨著溫度變化，變化明顯，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量，計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定。每次測(cè)量前，首先將-55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中。圖3-1DS18B20測(cè)溫原理圖DS18B20是一種使用方便的溫度傳感器，其性能特點(diǎn)如下：（1）具有獨(dú)特的單線接口方式，只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信；（2）內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM；（3）在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)；（4）實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫；（5）測(cè)量溫度范圍在－55℃到＋125℃之間，測(cè)量分辨率為0.0625℃；（6）數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇；（7）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置，用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限；（8）支持多接點(diǎn)；（9）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3.0～5.5V；（10）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。系統(tǒng)所選的是3腳的PR-35封裝DS18B20數(shù)字溫度傳感器，引腳功能如表3所示。表3-1DS18B20詳細(xì)引腳功能描述DS18B20的內(nèi)部有一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL。高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表3.2所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第1和第2個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。第3和第4字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失性的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新，第5字節(jié)為配置寄存器，它主要用來(lái)確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。6、7、8字節(jié)保留未用，為全邏輯1，第9字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)訂的操作。表3-2DS18B20暫存寄存器分布表3-3ROM指令表3-4RAM指令主CPU將數(shù)據(jù)下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)等待16到60微秒，然后發(fā)出60到240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。ROM指令如表3-3所示，RAM指令如表3-4所示。DS18B20的溫度采集過程：如圖3-2所示。3.2DS18B20的工作時(shí)序DS18B20的工作時(shí)序主要包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序、讀時(shí)序。初始化時(shí)序下：（1）先將數(shù)據(jù)線置高電平；（2）延時(shí)2ms；（3）數(shù)據(jù)線拉到低電平；（4）延時(shí)750us（從480us到960us）；（5）數(shù)據(jù)線拉到高電平；（6）延時(shí)等待。如果初始化成功，在15到60us時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20返回的低電平，據(jù)該狀態(tài)可以來(lái)確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無(wú)限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)判斷；（7）若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第五步的時(shí)間算起）最少要480us；（8）將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平1后結(jié)束。DS18B20寫數(shù)據(jù)時(shí)序如下：（1）數(shù)據(jù)線先置低電平；（2）延時(shí)時(shí)間為15us；（3）按從低位到高位的順序發(fā)送數(shù)據(jù)（一次只發(fā)送一位）；（4）延時(shí)時(shí)間為45us；（5）將數(shù)據(jù)線拉到高電平；（6）重復(fù)上述步驟，直到發(fā)送完整個(gè)字節(jié)；（7）最后將數(shù)據(jù)線拉高。從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)序如下：（1）將數(shù)據(jù)線拉高；（2）延時(shí)2us；（3）將數(shù)據(jù)線拉低；（4）延時(shí)6us；（5）將數(shù)據(jù)線拉高；（6）延時(shí)4us；（7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；（8）延時(shí)30us；（9）重復(fù)上述步驟，直到讀取完一個(gè)字節(jié)。3.3DS18B20的連接電路DS18B20的常用連接電路圖如圖3-3所示。圖3-3DS18B20連接電路4.各單元的設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)時(shí)鐘電路及復(fù)位電路（1）時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)而言是必須的，因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部是由各種各樣的數(shù)字邏輯器件構(gòu)成，而這些器件又必須按時(shí)間順序完成。所以在管腳的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體和倆個(gè)諧振電容，電容采用2個(gè)30u電容，采用12M的石英晶體。這樣就可以構(gòu)成單片機(jī)的基本時(shí)鐘電路，時(shí)鐘頻率為12M。電路圖如圖4-1所示：圖4-1單片機(jī)時(shí)鐘電路（2）復(fù)位電路復(fù)位電路是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化操作，使單片機(jī)處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)。而要AT89S51復(fù)位得在RESET引腳上加5V的高電平信號(hào)就可以了。復(fù)位電路參數(shù)為30U的電解電容和10kΩ的電阻。如圖4-2為單片機(jī)的復(fù)位電路。圖4-2復(fù)位電路復(fù)位電路的作用是使單片機(jī)實(shí)行位操作，復(fù)位主要操作是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從程序存儲(chǔ)器的0000H單元開始執(zhí)行程序。程序存儲(chǔ)器的0003H單元即MCS-51單片機(jī)的外部中斷0的中斷處理程序的入口地址留出的0000H~00002H三個(gè)單元地址，僅能夠放置一條轉(zhuǎn)移指令，因此，單片機(jī)的主程序的第一條指令通常情況下是一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令。除PC之外，復(fù)位還對(duì)其他一些特殊功能的寄存器也有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如下表所示。利用它們的復(fù)位狀態(tài)，可以減少應(yīng)用程序中的初始化編程，如表4-1所示，SP=07H，P0-P4的鎖存器均為FFH外，其他所有的寄存器均為0.單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)不影響片內(nèi)RAM的狀態(tài)。表4-1寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HPSW00HTL000HSP07HTH000HDPTR0000HTL100HP0`P3FFHTH100HIP0xx00000BSCON00HIE0xx00000BPCON0xx00000B（3）單片機(jī)最小系統(tǒng)根據(jù)AT89S51的引腳定義，單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路構(gòu)成了單片機(jī)最小系統(tǒng)，如圖4-3所示：圖4-3單片機(jī)的最小系統(tǒng)4.2鍵盤單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路,以及專一的復(fù)位功能外,其它的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入：為了去抖動(dòng)我采用軟件方法，它是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響在這種行列式矩陣鍵盤非編碼鍵盤的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無(wú)按鍵按下的程序段。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識(shí)別哪一個(gè)按鍵按下。對(duì)鍵的識(shí)別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。對(duì)照?qǐng)D示的4*4鍵盤，說(shuō)明線反轉(zhuǎn)法工作原理。首先辨別鍵盤中有無(wú)鍵按下，有單片機(jī)I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來(lái)判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00H，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤中哪一個(gè)鍵被按下是通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。鍵盤共有16個(gè)按鍵，用于方便設(shè)定溫度。0909…：數(shù)字按鍵，輸入數(shù)字09；確認(rèn)確認(rèn)，：設(shè)置的確認(rèn)，修改設(shè)置溫度時(shí)進(jìn)行確認(rèn)；清除清除：設(shè)置的清除，修改設(shè)置溫度時(shí)進(jìn)行刪除；開啟開啟：開啟電源關(guān)閉關(guān)閉：關(guān)閉電源F1：顯示及設(shè)置轉(zhuǎn)換到溫度點(diǎn)1，按此按鍵后，顯示預(yù)設(shè)置溫度的數(shù)碼管閃爍；F1F2F2：顯示及設(shè)置轉(zhuǎn)換到溫度點(diǎn)2，按此按鍵后，顯示預(yù)設(shè)置溫度的數(shù)碼管閃爍；表4-1鍵盤的按鍵分布P2.00123P2.14567P2.289F1F2P2.3清除開啟關(guān)閉確定P2.4P2.5P2.6P2.74.3溫度控制及超溫和超溫警報(bào)單元當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過規(guī)定溫度上限時(shí)，單片機(jī)通過P1.4輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管D1，使繼電器K1開啟降溫設(shè)備(壓縮制冷設(shè)備)：當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度下限時(shí)，單片機(jī)通過P1.5輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管D2，使繼電器K2開啟升溫設(shè)備(加熱器1)。當(dāng)由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時(shí)候，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出警笛聲。具體電路連接如圖4-1所示。圖4-1具體電路連接圖4.4數(shù)碼管的顯示電路(1)LED顯示器LED顯示器是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的顯示字段的顯示器件，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光，控制不同組合的二極管導(dǎo)通就能顯示不同字符。LED顯示器有多種形狀，如：米字型顯示器、點(diǎn)陣顯示器和七段數(shù)碼顯示器等，在單片機(jī)系統(tǒng)中使用最多的是七段數(shù)碼管顯示器。七段LED數(shù)碼顯示器是由a、b、c、d、e、f、g、h這8段發(fā)光二極管組成的“8”字型顯示器件。根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的連接形式不同，LED有共陰極和共陽(yáng)極兩種。所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起稱共陽(yáng)極LED；陰極連在一起稱共陰極LED。LED的結(jié)構(gòu)及連接圖如圖4-2圖4-2LED結(jié)構(gòu)及連接圖（2）LED的工作原理當(dāng)選用共陰極的LED顯示器時(shí)，所有發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極接高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管點(diǎn)亮。因此要顯示某字型的相應(yīng)段的二極管點(diǎn)亮，實(shí)際上就是送一個(gè)用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)字來(lái)控制LED的顯示，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼或字形碼。字形碼與LED顯示器各段的關(guān)系如表4-2所示：表4-2字形碼與LED顯示器各段的關(guān)系D7D6D5D4D3D2D1D0dpgfedcba（3）LED的接口電路LED數(shù)碼顯示接口電路分靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。所謂靜態(tài)顯示，就是每個(gè)顯示器都要占用獨(dú)立的具有鎖存功能的I/O接口，顯示的字型碼送到接口電路。在字位數(shù)較多時(shí)，電路比較復(fù)雜，需要的接口芯片較多，成本也較高。因此在實(shí)際應(yīng)用中常常應(yīng)用動(dòng)態(tài)顯示器接口電路如圖4-9所示。它是把所有顯示器的同名字段互相連接在一起，并把它們連到字形口上。每個(gè)數(shù)碼管的公共端受單片機(jī)的I/O口控制。CPU送出字段碼，只有公共端符合條件的數(shù)碼管才顯示。根據(jù)這個(gè)原理，采用分時(shí)導(dǎo)通的辦法，利用人眼的滯留性，達(dá)到動(dòng)態(tài)掃描的目的。圖4-3數(shù)碼管的顯示電路4.5蜂鳴器電路本次設(shè)計(jì)采用蜂鳴器電路如圖4-11所示作為報(bào)警裝置。圖4-4蜂鳴器電路4.6接口通訊單元（1）max232資料簡(jiǎn)介：該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v+10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0+5v,max232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-VTTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。（2）主要特點(diǎn)：1）、單5V電源工作2）、LinBiCMOSTM工藝技術(shù)3）、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器4）、±30V輸入電平5）、低電源電流：典型值是8mA6）、符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.287）、ESD保護(hù)大于MIL-STD-883（方法3015）標(biāo)