基于16f877单片机的散热器控制系统毕业设计说明书

基于16f877单片机的散热器控制系统毕业设计说明书内容摘要：

Microchip公司生产的系列单片机。 Microchip公司是一家专门致力于单片机开发，研制和生产的制造商，其产品设计起点高，技术领先，性能优越。 PIC系列单片机的硬件系统设计简洁，指令系统设计精炼。 在所有的单片机品种中， PIC具有性能完善，功能强大，学习容易，开发应用方便，人机界面友好等突出的特点。 PIC系列单片机不是在一般的微型计算机 CPU的基础上加以改造的，而是独树一帜，采用全新的流水线结构、单字节指令体系、嵌入内存以及 10位 A/D转换器，使之具有卓越的性能 ，代表着单片机发展的新方向。 PIC系列单片机具有高、中、低 3个档次，可以满足不同用户开发的需要，适合在各个领域中应用。 PIC系列单片机采用哈佛总线结构，在芯片内部，数据总线和指令总线分离，容许采用不同的字节宽度。 这样，就实现了在执行一条指令的同时，可对下一条指令进行取指令操作，也为实现全部指令的单字节化周期化创造了条件，从而大大提高了 CPU执行指令的速度和工作效率。 PIC16F87X系列单片机概述 PIC16F87X系列单片机是一种具有 FLASH程序存储器的 8位 COMS单片机，品种有 28引脚采用双 列直插和表面封装的 16F870、 16F87 16F873和 16F876四种型号及 40引脚采用双列直插和表面封装等 3种封装形式的 16F87 16F874和16F877。 它们属于 PIC单片机的中档产品，可以满足不同的应用要求。 表 21 PIC16F87X 单片机分类表 PIC16F873 PIC16F874 PIC16F876 PIC16F877 FLASH 程序存储器 数据存储器 EEPROM 数据存储器 中断源个数 引脚数目（ DIP） I/O 口 并行通信端口 10 位 AD 通道 4K*14 192 128 13 28 A， B， C NO 5 4K*14 192 128 14 40 A， B， C， D， E YES 8 8K*14 368 256 13 28 A， B， C NO 5 8K*14 368 256 14 40 A， B， C， D， E YES 8 16F87X系列单片机是一种高速、低功耗及功能齐全的微处理芯片，内部含有 FLASHROM、 RAM、 EEPROM、 I/O端口、 A/D转换器，捕捉器 /比较器 /PWM、串行通信端口、定时器 /计数器、中断控制器和中央处理器，以及数据总线、数据存储器总线和程序存储器总线。 其中， 数据总线和数据存储器总线是 8位宽，程序存储器总线是 14位宽。 集成于片内的数据存储器通过片内的 8位总线与算术毕业设计说明书 7 逻辑单元 ALU连接，可以直接通过内部总线传送信息，以寄存器方式工作和寻址。 PIC16F87X系列单片机的内部结构，该芯片集成了 FLASH程序存储器，算术逻辑单元 ALU、 13位指令计数器 PC、 14位指令寄存器 2R、指令译码器 ID、 8级 13位的堆栈、文件寄存器 RAM、特殊功能寄存器 SFR、程序状态寄存 STATUS、多通道 10位 A/D转换器，数据 EEPROM、定时器 /计数器、多功能可编程输入 /输出端口、串行 /并行通信端口、捕捉器 /比较器 /PWM、上电和掉电复位电路、看门狗 WDT和振荡器和时序发生器等部件，按功能可以分为两大组件，即内部 CPU核心模块和外围功能模块。 PIC单片机基本信号引脚 PIC16F87X系列单片机的引脚分为两种：一种是 40脚、另外一种是 28脚的。 基本功能如下： 1）电源和地线引脚 PIC单片机一般采用 +5V供电，电源正极为 Vdd，地线为 Vss。 为防止电源的躁声干扰和影响，一般将电源线引脚和地线引脚放置在芯片中间。 2）时钟振荡器输入 /输出引脚 因为 PIC单片 机可以采用不同的振荡器，所以设置两根引脚将外部振荡元件与内部电路相连，一根是振荡器输入引脚 OSC1/CLKIN，一根是振荡器输出引脚OSC2/CLKOUT。 对于不同的振荡器类型，两根引脚的功能也不同。 3）复位电路和编程输入引脚 外部电路产生的复位信号输入端 MCLR，低电平有效，可使单片机复位。 当对 CPU编程时，这个引脚作为编程电压的输入端 Vpp。 4）输入 /输出端口和第 第 3功能引脚 PIC16F87X系列单片机有多个端口，而且大部分端口都是第 2，第 3功能复用口。 端口 A、 B、 C、 D和 E都是双向 I/O口，通过编程可以设置成输入或输出口。 第 2，第 3功能复用口指的是用于 A/D转换的模拟电压输入端和参考电压输出端，用于定时器的时钟输入端和振荡器输出端，以及用于串口和并口的信号输入 /输出端等。 PIC单片机是目前比较先进和流行的一种微处理器，它变成语言简单，内部结构严密，复用功能口多。 PIC 系单片机与 MCS51 系列单片机的区别 ： (1)总线结构 :MCS51 的总线结构是冯 诺依曼型 ,计算机在同一个存储空间取指令和数据 ,两者不能同时进行。 而 PIC 的总线结构是哈佛结构 ,指令和数据空间是完全分开 的 ,一个用于指令 ,一个用于数据 ,由于可以对程序和数据同时进行访问 ,所以提高了数据吞吐率。 正因为在 PIC 系列单片机中采用了哈佛双总毕业设计说明书 8 线结构，所以与常见的微控制器不同的一点是：程序和数据总线可以采用不同的宽度。 数据总线都是 8 位的，但指令总线位数分别位 1 1 16 位。 (2)流水线结构 :MCS51 的取指和执行采用单指令流水线结构 ,即取一条指令 ,执行完后再取下一条指令。 而 PIC 的取指和执行采用双指令流水线结构 ,当一条指令被执行时 ,允许下一条指令同时被取出 ,这样就实现了单周期指令。 (3)寄存器组 :PIC 的所 有寄存器 ,包括 I/O 口 ,定时器和程序计数器等都采用RAM 结构形式 ,而且都只需要一个指令周期就可以完成访问和操作。 而 MCS51需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。 经过上述方案论证，综合考虑，我选用了 PIC16F877 作为单片机的控制核心。 它具有 8 个模拟量输入通道和 10 位分辨率的模 /数转换器，用于将外部的模拟量变换成单片机可以接收和处理的数字量。 程序存储器共有 8Kb 14 位单元空间，即 0000H— 1FFFH。 PIC16F877 单片机是 Microchip 公司于 1998 年年底推出的新产品，它可以实现在 线调试和在线编程。 Microchip 公司还为PIC16F877 系列单片机开发出一套小巧廉价的在线调试工具 MPLABICD 和相应的开发平台。 借助于这套在线调试工具，它既可以实现硬件仿真，又可以实现程序固化。 因此我选用该单片机作为本设计的主控制芯片。 其结构引脚图如 22 所示 : 图 22 PIC16F877 引脚排列图 毕业设计说明书 9 温度采集模块的设计方案 本次设计中，温度的采集主要分两部分，即对室内温度的采集和采暖表面温度的采集。 在温度采集电路的设计中，我们既要考虑到满足设计采集温度的精度要求，又 要符合控制器即 PIC16F877 单片机的端口承受的电压或电流值，在本设计中控制器 PIC16F877 的端口承受的最大电压是 ，所以在设计上要合理地选择温度传感器和温度电路的设计 ,对此我提出以下几种方案： 方案一：采用电阻分压，电容隔离干扰的，阻容温度采集电路，在这种电路中我们采用热敏电阻作为温度传感器，接 +5V 电压，当温度传感器即热敏电阻受到温度的变化而阻值发生变化的时候，在分压电阻上的电压值就发生了变化，这样一来，在控制器的端口即 PIC16F877 的 RA 口就能根据不同的电压值，进行 AD 转换后送到控制器 中进行处理。 方案二：采用 温度传感器 AD590 进行温度的测量 AD590 是美国模拟器件公司生产的单片集成电路温度传感器 ， AD590 是 测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路， 它 广泛应用于不同的温度控制场合。 它的主要特性如下： （ 1） 流过器件的电流（ mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。 （ 2） AD590 的测温范围为 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，电流变化 1mA，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被损坏。 （ 4） 输出电阻为 710MW。 （ 5） 精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五档，其中 M 档精度最高， 基于上述对 AD590 的了解，我们知道， AD590 精度 很 高、不需辅助电源、且 线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。 但是本 次 设计中 ， 如果选用AD590，其外部电路 必然非常 复杂，并且由于它是集成电路型温度传感器，在应用中，必须外加 A/D 转换电路 才能 保证它的正常运行。 方案三 ：采用 智能温度传感器 DS18B20 来 进行温度的测量： DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后最新推出的一种改 进型智能温度传感器。 与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9～ 12 位的数字值读数方式。 可以分别在 ms 和 750 ms 内完成 9 位和 12 位的数字量，并且从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息仅需要一根口线（单线接口）读写 ,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。 因而使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单， 可靠性更高。 它在测温精度、转毕业设计说明书 10 换时间、传输距离、分辨率等方面较 DS1820 有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 （ 1）、管脚图如下所示 : 管脚功能 : GND: 地 DQ : 数字输入输出 VDD: 可选的 VDD NC : 空引脚 DNC: 不连接 图 23 DS18B20 管脚 （ 2） DS18B20 的内部结构 DS18B20 采用 3 脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图所示 : 1） 64 b 闪速 ROM 如下： 毕业设计说明书 11 开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。 2） 非易市失性温度报警触发器 TH 和 TL，可通过软件写入用户报警上下限。 3） 高速暂存存储器 DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 E 2RAM。 后者用于存储 TH， TL 值。 数据先写入 RAM，经校验后再传给 E 2RAM。 而配置寄存器为高速暂存器中的第 5 个字节，他的内容用于确定温度值的数字转换分辨率， DS18B20 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。 该字节各位的定义如下： 低 5 位一直都是 1， TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。 在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动， R1 和R0 决定温度转换的精度位数，即是来设置分辨率，如表 22 所示（ DS18B20出厂时被设置为 12 位）。 表 22 温度和数字量的关系 由表 2 可见，设定的分辨率越高，所需要的温度 数据转换时间就越长。 因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他 8 个字节组成，其分配如下所示。 其中温度信息（第 1， 2 字节）、 TH 和 TL 值第 3， 4 字节、第 6～8 字节未用，表现为全逻辑 1；第 9 字节读出的是前面所有 8 个字节的 CRC码，可用来保证通信正确。 当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。 转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的 第毕业设计说明书。