多点温度控制系统

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1、武汉理工大学多点温度控制系统课程设计说明书1多点温度控制系统多点温度控制系统1.概述电子技术的飞速发展，给人类的生活带来了根本的的变革，特别是随着大规模集成电路的产生而出现了微型计算机，更是将人类社会带入了一个新的时代。利用微机的强大功能。人们可以完成各种各样的控制。然而，微机造价高，对于大多数的工业控制来说，也并不需要微机那样强大的功能，于是单片机就运用而生了。单片机其实就是一个简化的微机，将微机的 CPU，存储器，I/O 接口。定时器/计数器等集成在一片芯片上就是单片机了，它主要用来完成各种控制功能。相对微机来说，单片机价格低，非常适合于应用在简单的控制场合以降低成本。另外，单片机是按照工

2、业控制要求设计的，其可靠性很高，可在工业现场复杂的环境下运行。单片机依靠其高的可靠性和极高的性价比，在工业控制，数据采集，智能化仪表，家用电器等方面得到极为广泛的应用。现代工业设计，工程建设及日常生活中温度控制都起着重要的作用，早期的温度控制主要用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提高生产效率，产品质量之用。随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房以及家庭生活中，在有些应用中，如高精度的生产厂房，对温度的要求极其严格，温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响。因此，这就需要一种能够及时检测温度变化以及温度变化的设备，提供温度数据值，使人们

3、对温度的变化做及时的调整，多点温度控制可根据人们不同的应用环境自行设置该环境的温度值，及时反映生产，生活中温度变化使人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示人们温度变化情况，协助人们能及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好的服务于社会生产，生活。武汉理工大学多点温度控制系统课程设计说明书22.总体设计2.1 硬件要实现多点温度控制，必需有主机部分、测温电路、键盘输入电路、温度显示电路以及报警电路。主机部分：用于协调控制各电路正常工作，实现温度控制，某点温度超过设定正常值时，控制相应装置进行加热或降温。测温电路：多点温度测量，输入主机。键盘输入电路：设计上下限温度，通过主机对温度进行控制。

4、温度显示电路：对设定温度值进行显示。报警电路：当测得温度超过所限值，进行报警提示。为了方便起见，由主机控制的相应装置省略。 2.1.1 系统框图由分析可得出系统框图如图 1 所示。图 1 系统框图2.1.2 芯片的选择1.本设计选用普通的 89C51 作为单片机芯片。89C51 芯片图如图 2 所示：图 2 89C51显示电路报警电路测温电路晶振电路复位电路键盘输入89C51单片机武汉理工大学多点温度控制系统课程设计说明书3（1）电源引脚:VCC（第 40 引脚）：接电源+5VGND （第 20 引脚）：接电源负极，即接地。（2）外接晶振引脚:XTAL1（第 19 脚）：片内反相放大器输入端X

5、TAL2（第 18 脚）：片内反相放大器输出端（3）输入输出引脚:P0.0P0.7（第 3932 脚）：P0 口的 8 个引脚。P0 口是一个漏极开路的 8 位准双向I/O 口，每位驱动 8 个 LSTTL 负载。在访问外部存储器或进行 I/O 口扩展时，它分时作为低 8 位地址总线和双向数据总线。P1.0P1.7（第 1-8 脚）：P1 口的 8 个引脚。P1 口是一个 8 位的准双向 I/O 口，每一位可直接驱动 4 个 LSTTL 负载。P2.0-P2.7（第 2128 脚）：P2 口的 8 个引脚。P2 口也是一个 8 位双向 I/O 口，每一位可直接驱动 4 个 LSTTL 负载，在

6、访问外部存储器时它作为高 8 位地址总线。P3.0P3.7（第 10-17 脚）：P3 口 8 个引脚。P3 口除作为普通 8 位准双向 I/O 口外，还具有第二功能。P3.0 ：RXD（串行输入口，串行通信时，信号由此输入单片机）。 P3.1： TXD（串行输出口，串行通信时，单片机由此把信号输出）。P3.2：/INT0（外部中断 0 输入口）。P3.3：/INT1（外部中断 1 输入口）。P3.4：T0（定时器 0 外部输入口）。P3.5：T1（定时器 1 外部输入口）。P3.6；/WR（片外数据存储器写选通输出口）。P3.7：/RD（片外数据存储器读选通输出口）。（4）控制引脚:/PRO

7、G（第 30 引脚）：地址锁存有效信号输出端。/EA（第 31 脚）：外部程序存储器选用端。/PSEN（第 29 脚）：程序存储允许输出端。RST（第 9 脚）：复位信号输入端。武汉理工大学多点温度控制系统课程设计说明书42.本设计中 8255 可编程并行接口芯片如图 3 所示：图 3 8255 芯片(1)D0-D7：8 位三态双向输出/输入通道是 8255 与 CPU 接口的数据总线。(2) RESET：高电平动作。复位时，8255 的 PA，PB，PC 口与控制寄存器将被取消，PA，PB，PC 口皆为设定为输入口模式。(3)/CS；芯片选择。低电平动作。当/CS=0 时，8255 被选择；

8、/CS=1 时，8255 无法与 CPU做数据传输。(4)/RD：读取使能，低点平动作。/RD=0，且/CS=0 时，CPU 从 8255 读取数(5)/WR：写入使能，低点平动作。/WR=0，且/CS=0 时，CPU 将数据写入 8255(6) A0，A1：地址选择线，用来选择 8255 的 PA 口，PB 口，PC 口和控制寄存器。A0、A1 的端口选择如表 1 所示：表 1A1 A0被选中的端口名0 0PA 口0 1PB 口1 0PC 口1 1控制寄存器当 A1=1，A0=1 时，选择控制寄存器，控制字格式由 D7 决定。当 D7=1 时。控制字代表 8255 A 组和 B 组的工作模式

9、控制字，而当 D7=0 时，控制代表 PC 口位的设定或清除。可作为 PA 口与 PB 口的控制信号。武汉理工大学多点温度控制系统课程设计说明书53.温度传感器芯片 DS18B20 如图 4 所示：图 4 DS18B20 芯片DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司新近推出的单线数字化测温集成电路。它具有独特的单线接口方式，即与微处理器接口时仅需占用 1 个 I/O 端口，支持多节点，使分布式温度传感器设计大为简化；测温时无需任何外部原件，可以通过数据线直接供电，具有超低功耗工作方式；测温范围为-55+125，测温精度为 0.5，可直接将温度转换值以 9 位数字码的方式串行输出，将温度

10、转化为数字编码只需 200ms。因此该温度传感器特别适合与各种微处理器接口时需要 A/D 转换器和较复杂的外围电路的弊端，可广泛用于工业控制、消费类电子产品、电子测温计、医疗仪器等各种温度测控系统中，可提高产品的可靠性，降低成本，缩小体积。DS18B20 的性能与特点：（1）独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信（2）多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能（3）无须外部器件（4）可通过数据线供电，电压范围为 3.05.5V（5）零待机功耗（6）温度以 9 或 12 位数字（7）用户可定义的非易失性温度报警设置（8）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）

11、的器件，负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20 各引脚功能说明如表 2 所示：表 2引脚8 脚 SOIC引脚PR35符号说明51GND地42DQ单线运用的数据输入/输出引脚33VDD可选 VDD 引脚武汉理工大学多点温度控制系统课程设计说明书64. LED 七段数码管LED 显示器是于发光二极管组成的，用来显示特定的的显示器。7 段数码管发光二极管使用灵活，简单方便，当有电流通过时，相应的发光二极管就点亮；当电流消灭没有电流时，发光二极管就灭。同样。共阳极 LED 显示器。就是将所有发光二极管的阳极接到一起，接到电源正极。这样，当某个发光二极管的阴极

12、加有低电平，该发光二极管即被点亮。常用 7 段数码管 LED 显示器，共阴极和共阳极结构如图 5 所示：图 5 七段数码管结构图 LED 显示器字符段码表如表 3 所示： 表 3示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FHC0HC39HC6H106HF9HD(d)5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99H.80H7EH56DH92HP73H82H67DH82HU3EHC1H707HF8HT31HCEH87FH80HY6EH91H96FH90H8.FFH00HA77H88H“灭“00HFFHB(b)7CH83H|通过 a,b,c,d,e,

13、f,g,dp 各点和公共点的电位，就可以控制个发光二极管的亮暗，而不同的发光的亮暗组合就可以显示不同的数字（dp 点是来表示小数点，在显示数字中不起作用） 。比如，要显示“3” ，则只需点亮 a,b,c,d,g5 个发光二极管，而其他均为暗，对于共阴极 LED 显示器来说，就是在在这些引脚上输入高电平即可。武汉理工大学多点温度控制系统课程设计说明书75. BCD 七段译码器 74LS477447 有 4 个 BCD 码输入端 A、B、C 和 D，其中 D 为最高有效位，A 为最低有效位，它们分别与输出端口中的 4 位相连。7447 的 7 个输出引脚 ag 直接与 LED 的相应引脚相连，每个

14、段中都串接一个限流电阻，其阻值为 100。当灭灯输入/动态灭灯输出（BI/RBO）开路或为高电平而试灯输入为低电平，则所有输出端都为 1。BI/RBO 是线与逻辑，作灭灯输入（BI）或动态灭灯（RBO）之用，或者兼为二者之用。74LS47 芯片图如图 6 所示：图 6 74LS47 芯片 7447 功能表如表 4 所示： 表 4武汉理工大学多点温度控制系统课程设计说明书8（1）要求 015 时，灭灯输入（BI）必须开路或保持高电平，如果不要灭十进制数零，则动态灭灯输入（RBI）必须开路或为高电平。（2）将一低电平直接输入 BI 端，则不管其他输入为何电平，所有的输出端均输出为低电平。（3）当动

15、态灭灯输入（RBI）和 A,B,C,D 输入为低电平而试灯输入为高电平时，所有各段输出都为 0，并且动态灭灯输出（RBO）为低电平（响应条件）。（4）当灭灯输入/动态灭灯输出（BI/RBO）开路或为高电平而试灯输入为低电平，则所有输出端都为 1。表中 H=高电平，L=低电平。BI/RBO 是线与逻辑，作灭灯输入（BI）或动态灭灯（RBO）之用，或者兼为二者之用。2.1.3 部分硬件电路图1. 键盘控制输入和显示电路8255 通过 D0D7 与 CPU 连接，及时实现与 89C51 数据的传输。通过设置 8255 的控制字，使得 PB 为输出口，PC（0-3）口为键盘行扫描，PC（5-7）口为设

16、定为输入口，作为键盘的列扫描。PB（0-3）与 7447 芯片 7，1，2，6 引脚连接实现扩展。PB（4-6）与74LS138 芯片 1，2，3 引脚连接。输出 Y0，Y1 实现 LED 的显示。电路图如图 7：图 7 键盘控制输入和显示电路武汉理工大学多点温度控制系统课程设计说明书92. 89C51 与 8255 的连接通过 P20，P21 分别与 A0，A1 连接，可以控制 8255 控制字的的设置，89C51 的/RD与 8255 的/RD 连接，/WR 与/WR 连接，实现 89C51 与 8255 数据的读入和写出，/CS 信片片选。电路图如图 8：图 8 8751 与 8255 的连接图 3.报警电路该电路利用晶体三极管的特性，将单片机的 P3.7 脚接 NPN 三极管的基极,根据其性质,当 P3.7 输出高电平时,三极管导通,从而驱动喇叭发出声音,否则蜂鸣器就不发声,在右图所师电路中,由软件编程控制当周围的温度超过所设定的温度时,三极管基极就为高电平,可以实现报警功能,反之 P3