基于c8051f020单片机的温度测控系统的设计

基于c8051f020单片机的温度测控系统的设计内容摘要：

计数进而完成温度测量。 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－ 55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器 温度寄存器中，计数器 1和温度寄存器被预置在－ 55℃所对应的一个基数值。 减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1 的预置 值减到 0时，温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1的预置将重新被装入，减法计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到 0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。 其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。 另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。 系统对 DS18B20 的各种操作按协议进行。 操作协议为：初使化 DS18B20（发复位脉冲）→发 ROM 功能命令→发存储器操作命令→处理数据。 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 12 页 共 38 页 3． 3 固态继电器 固态继电器（亦称固体继电器）英文名称为 Solid State Relay，简称 SSR。 它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相 SSR 为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。 固态继电器工作可靠，寿命长，无噪声，无火花，无电磁干扰，开关速度快，抗干扰能力强，且体积小，耐冲击，耐振荡，防爆、防潮、防腐蚀、能与 TTL、DTL、 HTL 等逻辑电路兼容，以微小的控制信号达到直接驱动大电流负载。 主要不足是存在通态压降（需相应散热措施），有断态漏电流，交直流不能通用，触点组数少，另外过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。 固态继电器的类型 按其所控制的负载 电源 进行区分有 交流固态继电器(ACSSR)和百流田态继电器 (DCSSR)。 交流固态继电器能够控制 交流负载 电源的接通与断开，其输出开关器件多为双向 晶闸管。 直流固态继电器 能够控制 直流负载 电源的接通与断开，其输出开关器件多为大功 率晶闸管。 根据本设计需要选择 SSR10DA。 产品特点： 双向可控硅输出，零电压开启，零电流关断； 输入回路与输出回路之间光隔离； 输入端 输出端之间隔离耐压 2500V； 100%负载电流老化试验，通过欧共体 CE认证，国际 ISO9000认证，国内3C认证。 SSR10DA 技术参数 (如表 33)： 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 13 页 共 38 页 表 33 SSR10DA技术参数及内部结构图 控制方式 直流控交流 (DCAC) 负载电流 10A 负载电压 24380VAC 控制电压 332VDC 控制电流 DC:325mA 通态漏电流 ≤ 2mA 通态降压 ≤ 断态时间 ≤ 10ms 介质耐压 2500VAC 绝缘电阻 500MΩ /500VDC 环境温度 30℃ +75℃ 安装方式 螺栓固定 工作指示 LED 3． 4 数码管 选型 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。 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出 我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 14 页 共 38 页 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 5 8=40 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 1～ 2ms，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。 数码显示器接法 ： LED 数码显示器有两种连接方法：如图 ： 共阴极接法 ： 把发光二极管的阴极连接在一起为公共阴极，每个二极管使用时阳极通过电阻与输入端相连。 共阳极接法：把发光二极管阳极连在一起作为公共阳极，使用时阳极接5V，每 个管子阴极通过电阻与输入端相连。 本设计采用共 阳 极： 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 15 页 共 38 页 图 数码管连接方法 3． 5 EEROM 选型 AT24C02 是一个 2K 位串行 CMOS E2PROM， 内部含有 256 个 8 位字节，CATALYST 公司的先进 CMOS 技术实质上减少了器件的功耗。 AT24C02 有一个 16字节页写缓冲器。 该器件通过 IIC 总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。 AT24C02支持 IC，总线数据传送协议 IIC，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。 任何从总线接收数据的器件为接收器。 数据传送是由产生串行时钟和所 有起始停止信号的主器件控制的。 主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，通过器件地址输入端 A0、 A1 和 A2可以实现将最多 8个 AT24C02 器件连接到总线上。 图 AT24C02 管脚图 SCL串行时钟 ： AT24C02 串行时钟输入管脚用于产生 器件所有数据发送或接收的时钟，这是一个输入管脚。 SDA串行数据 /地址 ： AT24C02 双向串行数据 /地址管脚用于器件所有数据的发送或接收，SDA 是一个开漏输出管脚，可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或（ wireOR）。 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 16 页 共 38 页 A0、 A A2 器件地址输入端 ： 这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默认值为 0。 当使用 AT24C02 时最大可级联 8 个器件。 如果只有一个 AT24C02被总线寻址，这三个地址输入脚（ A0、 A A2 ）可悬空或连接到 Vss，如果只有一个 AT24C02 被总 线寻址这三个地址输入脚（ A0、 A A2 ）必须连接到 Vss。 WP写保护 ： 如果 WP管脚连接到 Vcc，所有的内容都被写保护只能读。 当 WP 管脚连接到 Vss 或悬空允许器件进行正常的读 /写操作。 3． 6 锁存器选型 所谓锁存器，就是输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，仅在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号到来时才改变。 典型的锁存器逻辑电路是 D 触发器电路。 在某些应用中，单片机的 I/O 口上需要外接锁存器。 例如，当单片机连接片外存储器时，要接上锁存器，这是为了实现地址的复用。 假设， MCU 端口其中的 8 路的 I/O 管脚既要用于地址信号又要用于数据信号，这时就可以用锁存器先将地址锁存起来。 8051访问外部存储器时 P0口和 P2 口共做地址总线， P0 口常接锁存器再接存储器。 以防止总线间的冲突。 而 P2口直接接存储器。 因为单片机内部时序只能锁住 P2 口的地址，如果用 P0 口传输数据时不用锁存器的话，地址就改变了。 看看 8051 单片机总线操作的时序图对我们很有帮助。 由于数据总线、地址总线共用 P0口，所以要分时复用。 先送地址信息，由 ALE 使能锁存器将地址信息锁存在外设的地址端，然后送数据信 息和读写使能信号，在指定的地址进行读写操作。 在 LED 和数码管显示方面，要维持一个数据的显示，往往要持续的快速的刷新。 尤其是在四段八位数码管等这些要选通的显示设备上。 在人类能够接受的刷新频率之内，大概每三十毫秒就要刷新一次。 这就大大占用了处理器的处理时间，消耗了处理器的处理能力，还浪费了处理器的功耗。 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 17 页 共 38 页 锁存器的使用可以大大的缓解处理器在这方面的压力。 当处理器把数据传输到锁存器并将其锁存后，锁存器的输出引脚便会一直保持数据状态直到下一次锁存新的数据为止。 这样在数码管的显示内容不变之前，处理器的处理时间和 IO引 脚便可以释放。 可以看出，处理器处理的时间仅限于显示内容发生变化的时候，这在整个显示时间上只是非常少的一个部分。 而处理器在处理完后可以有更多的时间来执行其他的任务。 这就是锁存器在 LED 和数码管显示方面的作用 :节省了宝贵的 MCU 时间。 本设计借用了这种思想，不过没有使用总线模式，而是自己模拟的时序，将数码管的位选和段选复用 P0 口，以此来接与 IO资源。 本设计选用的锁存器是 74LS163，其管脚如图 所示。 图 74LS164管脚图 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 18 页 共 38 页 4 系统硬件设计 4． 1 单片机最小系统 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 22 M a y 20 11 S he e t o f F i l e : D : \我的文档 \桌面 \项目 \抽油烟机 \原理图 .D db D r a w n B y:TMS1TCK2TDI3TDO4RST5CP16CP1+7CP08CP0+9AGND10AV+11VREF12AGND13AV+14VREFD15VREF016VREF117AIN0.018AIN0.119AIN0.220AIN0.321AIN0.422AIN0.523AIN0.624AIN0.725X T A L 126X T A L 227M O N E N28A I N 1. 7/ A 15 / P 1. 729A I N 1. 6/ A 14 / P 1. 630A I N 1. 5/ A 13 / P 1. 531A I N 1. 4/ A 12 / P 1. 432A I N 1. 3/ A 11 / P 1. 333A I N 1. 2/ A 10 / P 1. 234A I N 1. 1/ A 9/ P 1. 135A I N 1. 0/ A 8/ P 1. 036V D D37D G N D38A 15 m / A 7/ P 2. 739A 14 m / A 6/ P 2. 640A 13 m / A 5/ P 2. 541A 12 m / A 4。