第一章 課程設(shè)計(jì)目的與要求1.1 課程設(shè)計(jì)目的“單片機(jī)與接口技術(shù)”課程設(shè)計(jì)是在教學(xué)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)課程所學(xué)理論知識(shí)的深化和提高因此，要求學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)與制造出具有較復(fù)雜功能的小型單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練 能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“單片機(jī)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法 培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立收集資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)規(guī)定功能的單片機(jī)系統(tǒng)的能力；培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫(xiě)技術(shù)報(bào)告的能力1.2 課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境利用windows操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件進(jìn)行繪圖和編程1.3 課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)熟悉單片機(jī)與接口技術(shù)課程的相關(guān)知識(shí)及電子線路CAD工具軟件1.4 課程設(shè)計(jì)要求按課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)提供的課題，根據(jù)第二章給出的基本要求及參數(shù)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括以下內(nèi)容： 1、對(duì)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，并說(shuō)明設(shè)計(jì)任務(wù)及具體要求 2、論述系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并畫(huà)出總體電路結(jié)構(gòu)圖及功能分割圖3、能夠較熟練地應(yīng)用電子線路CAD工具完成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)任務(wù)4、各功能模塊設(shè)計(jì)說(shuō)明、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程及源程序 5、能夠較熟練地應(yīng)用一種編輯軟件編寫(xiě)程序，掌握單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的基本方法6、課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊規(guī)范、數(shù)據(jù)詳實(shí)。

7、課程設(shè)計(jì)總結(jié)8、字?jǐn)?shù)4000左右，有系統(tǒng)電氣原理圖第二章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1、使用1只傳感器選擇2、控制溫度小于50℃3、3位數(shù)碼管顯示4、CPU采用51兼容型5、加熱器1000W工作量1溫度傳感器選擇2溫度測(cè)量通道設(shè)計(jì)3顯示電路設(shè)計(jì)4 CPU及按鍵電路設(shè)計(jì)5溫度控制電路設(shè)計(jì)6寫(xiě)出程序流程圖及匯編程序工作計(jì)劃第一天第二天第三天第四天第五天第二周溫度傳感器選擇，溫度測(cè)量通道設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì)CPU及按鍵電路設(shè)計(jì)溫度控制電路設(shè)計(jì)寫(xiě)出程序流程圖及匯編程序畫(huà)原理圖、打印第3章 課程設(shè)計(jì)的考核3.1 課程設(shè)計(jì)的考核要求課程設(shè)計(jì)采用五級(jí)(優(yōu)、良、中、及格、不及格)評(píng)分制最后成績(jī)依據(jù)課程設(shè)計(jì)論文及平時(shí)成績(jī)決定，其中平時(shí)考核成績(jī)占20%3.2 課程性質(zhì)與學(xué)分單片機(jī)與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)的課程性質(zhì)：考查學(xué)分：2分第四章 設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)采用89C-51單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)孵化場(chǎng)溫度的自動(dòng)控制單片機(jī)軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制單片機(jī)系統(tǒng)可用數(shù)碼管顯示現(xiàn)場(chǎng)溫度，孵化場(chǎng)溫度的上下限能用鍵盤(pán)設(shè)定，并可實(shí)現(xiàn)報(bào)警、控制等多種功能本方案選用89C-51芯片（內(nèi)部含有4KB的EEPOM），不需要向外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。

鍵盤(pán)設(shè)定系統(tǒng)復(fù)位數(shù)據(jù)采集89C-51單片機(jī)數(shù)據(jù)顯示報(bào)警系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器可控硅負(fù)載圖4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.2.1 89C-51單片機(jī)簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)決定用單片機(jī)作為中心控制器現(xiàn)流行的單片機(jī)有很多種，其中MCS-51系列以較高的性價(jià)比博得很多用戶的青睞所以，本系統(tǒng)采用美國(guó)Intel公司生產(chǎn)的89C-51型單片機(jī)，由于其具有集成度高、處理功能強(qiáng)、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)并具有4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，使得它應(yīng)用起來(lái)更加方便4.2.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 89C-51型單片機(jī)片內(nèi)有128B的RAM，在實(shí)際應(yīng)用中僅靠這256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的這種情況下可利用MCS-51單片機(jī)所具有的擴(kuò)展功能擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器MCS-51系列單片機(jī)最大可擴(kuò)展64KB6264是8K×8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功率200mW，典型存取時(shí)間200ns，為28線雙列直插式封裝，其引腳如圖4.2所示,工作方式選擇如表4.1所示：A0～A12地址線I/00～I(xiàn)/07雙向數(shù)據(jù)線片選線1片選線2寫(xiě)允許線讀允許線 表4.1工作方式選擇 圖4.2引腳圖4.2.3傳感器的選擇熱電阻傳感器主要用于測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù),在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛用于測(cè)量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度.按照熱電阻的熱度不同,熱電阻可以分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩類(lèi),前者稱為熱電阻,后者稱為熱敏電阻。

以熱電阻或熱敏電阻為主要器件制成的傳感器稱為熱電阻傳感器或熱敏電阻傳感器根據(jù)本設(shè)計(jì)中所需要測(cè)量的溫度范圍、敏感度、精確度以及考慮其經(jīng)濟(jì)性，熱敏電阻傳感器為最合適的測(cè)溫元件溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是熱敏電阻電橋接口變換，熱敏電阻電橋與運(yùn)放級(jí)聯(lián)傳感器電路如圖4.3所示電橋輸出構(gòu)成運(yùn)放差輸入，可獲得對(duì)地為零輸出電壓取，，，；輸出電壓值如列表，輸出電壓特性:輸出為S形曲線；具有S形非線性誤差，最大誤差為+150mv圖中用于零點(diǎn)調(diào)整，用于溫度調(diào)整圖4.3 傳感器電路圖輸入溫度0℃～50℃，輸出電壓0V到10V為避免熱敏電阻加熱效應(yīng)取熱敏電阻參數(shù)如表4.2表4.2 熱敏電阻參數(shù)及輸出電壓溫度（℃）07.05810.0000105.97431.856204.98263.928254.54025.000304.13816.071403.45688.133502.927410.0004.2.4 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換接口是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集前向通道的一個(gè)重要環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集是在模擬信號(hào)源中采集信號(hào),并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程AD574由兩部分組成，一部分是模擬芯片，另一部分?jǐn)?shù)字芯片，其中模擬部分由高性能的12位D/A轉(zhuǎn)換器AD565和參考電壓組成。

數(shù)字部分由控制邏輯電路，逐次逼近型寄存器的三態(tài)緩沖器組成AD574的引腳如圖4.4所示圖4.4 AD574的引腳圖 4.2.5顯示接口電路設(shè)計(jì)LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件這種顯示塊有共陰極和共陽(yáng)極兩種共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管共地當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；本設(shè)計(jì)選用的顯示塊是共陰極的LED（共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮）將單片機(jī)I/O口的8位線與顯示塊的發(fā)光二極管的引出端（a～dp）相連，共陰極低電平有效，選通有效后8位并行輸出口輸出不同的數(shù)據(jù)就點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管，獲得不同的數(shù)字或字符本設(shè)計(jì)采用的芯片是74LS374顯示電路如圖4.5所示：圖4.5 顯示電路原理圖4.2.6輸出控制電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，需要控制高電壓（220V），高電流的負(fù)載，這樣大功率負(fù)載顯然是不能用單片機(jī)的I/O線來(lái)直接驅(qū)動(dòng)的，這就必須經(jīng)過(guò)單片機(jī)的功率接口來(lái)驅(qū)動(dòng)此外，為了隔離和抗干擾，還需要加接光電耦合器因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用的交流負(fù)載，所以選用雙向可控硅雙向可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖4.6在設(shè)計(jì)當(dāng)中，采納了Motorola公司推出的單片集成可控硅驅(qū)動(dòng)器件MOC3041作為為對(duì)輸出的驅(qū)動(dòng)和控制。

由MOC3041組成的過(guò)零觸發(fā)雙向可控硅電路簡(jiǎn)單可靠，MOC3041和雙向可控硅構(gòu)成的輸出通道電路如下圖4.7所示電極2 MT2門(mén)極G電極1 MT1 圖4.6 雙向可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖4.7 MOC3041和雙向可控硅構(gòu)成的輸出通道電路 該部分的工作過(guò)程是：當(dāng)單片機(jī)的P14口輸出為低電平是，MOC3041內(nèi)部導(dǎo)通，G端通道出現(xiàn)同步觸發(fā)脈沖，控制可控硅導(dǎo)通，打開(kāi)加熱器；當(dāng)P14為高電平時(shí)，MOC3041內(nèi)部截止，可控硅斷開(kāi)，關(guān)閉加熱器本設(shè)計(jì)采用1000W加熱器4.2.7簡(jiǎn)易式鍵盤(pán)接口電路設(shè)計(jì)8255可編程并行I/O接口設(shè)計(jì)MCS-51系列單片機(jī)共有4個(gè)8位并行I/O口，這些I/O口一般是不能完全提供給用戶使用的，在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，提給用戶使用的I/O口只有P1和P3口的部分口線因此在大部分的MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中都免不了要進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展8255芯片引腳圖如圖4.8所示圖4.8 8255引腳圖單片機(jī)也8255的接口比較簡(jiǎn)單，如圖4.9所示，8255的片選信號(hào)及口地址選擇線AO、A1分別由單片機(jī)的P0.7和P0.0、P0.1經(jīng)地址鎖存器提供.8255的A、B、C口及控制口地址分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。

8255的D0～D7分別與P0.0到P0.7相連圖4.9 89C-51與8255的接口電路鍵盤(pán)功能說(shuō)明：1號(hào)鍵：上升2號(hào)鍵：下降3號(hào)鍵：下限溫度值確定4號(hào)鍵：上限值確定5號(hào)鍵：查詢上下限值使用1號(hào)鍵和2號(hào)鍵，設(shè)定需要的溫度控制系統(tǒng)的上限值，然后按下4號(hào)鍵，將這個(gè)上限值確定，也就是將上限值保存到專(zhuān)用的寄存器里在完成設(shè)定上限值的工作后，使用1號(hào)鍵和2號(hào)鍵設(shè)定需要的溫度控制系統(tǒng)的下限值，然后按下3號(hào)鍵，將這個(gè)下限值確定，也就是將這個(gè)下限值保存到專(zhuān)用的寄存器里，然后系統(tǒng)進(jìn)去實(shí)時(shí)的溫度測(cè)量和控制工作中鍵盤(pán)接口電路如圖4.10所示： 圖4.10 簡(jiǎn)易式鍵盤(pán)的接口電路4.2.8復(fù)位電路MCS-51復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式該電路兼有上電復(fù)位和按鈕復(fù)位復(fù)位電路如圖4.11所示工作原理為：按鈕按下后，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持10ms以上的高電平，就能用單片機(jī)有效的復(fù)位該設(shè)計(jì)時(shí)鐘頻率為12MHz，C取22μF，R取1K歐姆復(fù)位電路如圖2.20所示圖4.11 復(fù)位電路原理圖 圖4.12 聲光報(bào)警電路接口電路 4.2.9報(bào)警電路本設(shè)計(jì)采用聲光報(bào)警電路,接口電路如圖4.12所示。

MCS-51的口線P11接報(bào)警電路的輸入端,當(dāng)P11口輸出低電平時(shí),7046輸出為高電平,發(fā)光二極管兩端電壓差接近5V,發(fā)光報(bào)警.壓電蜂鳴器兩條引線加上近5V的直流電壓，由壓電效應(yīng)而發(fā)出蜂鳴音報(bào)警4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.3.1主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖4.13所示主程序完成的功能是：?jiǎn)?dòng)傳感器測(cè)量溫度，將測(cè)量溫度與給定值比較進(jìn)行PID運(yùn)算，若，則進(jìn)入加熱階段，置P13為高電平在過(guò)程中繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)時(shí)，置P13為低電平斷開(kāi)可控硅，關(guān)閉加熱器，等待下一次的啟動(dòng)命令初始化按鍵設(shè)定溫度上下限送顯示鍵盤(pán)處理有鍵按下?開(kāi)始顯示正常溫度等待下一個(gè)采樣調(diào)溫度子程序轉(zhuǎn)換送顯示PID運(yùn)算高溫報(bào)警并停止加熱低溫報(bào)警并加熱YNYYNN送counter=3Ncounter-1=0?counter-1=0?Y圖4.13 主程序流程圖4.3.2控制部分程序這。