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1、毕业设计毕业设计智能电加热炉定时温控系统Intelligent Controller Regular Furnace System 2010 届 电气工程 系专 业 电气工程及其自动化学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2010年6月 1 日摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动温度控制检测的日新月异。在自动控制和实时检测的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个主要部件来使用。我们设计的内容为智能电加热炉定时控制系统。本设计介绍了采用AT89C51芯片、A/D转换、LCD显示技术以及AD590温度传感器等组成的智能电加热炉定时控制系统的设计方法和工作原理。该设
2、计给出了单片机测量温度的基本电路，分析了测量算法，给出了软件流程图，并汇出了部分汇编的原程序。噪音小，电路简单可靠，使用效果非常好。传感器将模拟信号输送给芯片ADC0809，进行A/D转换把模拟信号转换成为数字信号,软件实现24小时计时，加热炉会在6-8点,18-22点自动启动加热，在此期间如果温度超过90停止加热，低于75启动加热。报警系统在智能加热炉温度高于95时发声报警，提醒主人及时进行处理。温度感应器选用高度集成的AD590，对LED八段数码管显示温度值组成的数字温度计的硬件和软件进行了探讨和研究。实现了测量范围0+100，精度0.5，能一目了然被测物体温度的LED数码显示温度计。在当
3、今重视环境和提高人民生活水平的氛围下，温度的准确测量影响着人们的生活和生产，准确快速的测出物体温度然后对温度进行有效的控制是必要的，所以对定时控制的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。关键字：MCS-51；自动控制系统； LCD静态显示；温度传感器。AbstractThese years along with computer in social various domains seepage,The monolithic integrated circuit application unceasingly is movingtowards thoroughly，Simultaneously
4、 brings the temperature examination the timed controlheating furnace technology date crecent moon profit renewal. In real-time examination and in automatic control monolithicintegrated circuit application system, The monolithic integrated circuit often is took a core part uses.This design content is
5、 the Electric heating stove .It makes up of four parts that the show of the AD590 temperature measure and detect, A/D transform, AT89C51chip, LCD display .The arithmetic of measuring temperature is analyzed .The flow chart of soft is mentioned. It a lists sectional assembly sourer program fore refer
6、ence.with low noises,it is reliable that the circuit is simple, the result of use is very good.The Temperature gathering give the voltage signal after the operational amplifier the simulated signal transportation for chip ADC0809, carries on A/D to transform the simulated signal transforms into the
7、digital signal, The alarm system is higher than 95 when the temperature emits sound reports to the police, reminds the master promptly to carry on processing, when the electric refrigerator gate opens the time to surpass the 2min Times alarm also to remind should promptly close a door.The temperatur
8、e sensor then chooses the high degree that gather with the AD590,adoption LED eight figureless tube manifestation temperature value. Completed diagraph 0100, accuracy 0.5 . It is clear at a glance to is measured the arithmetic figure thermometer of the object temperature.A practical circuit base on
9、SCM to measure temperature is given .Key words: MCS-51; automatic control system;LCD static vision ;emperature transducer目录第1章 绪论11.1 智能电加热炉定时控制系统的目的和意义11.2 国内外研究现状21.3 论文研究内容及创新点21.4 本章小结3第2章 智能电加热炉定时控制系统硬件选择42.1 选择温度传感器42.2 选择A/D转换器72.3 选择单片机92.3.1 核心部件单片机的选择92.3.2 AT89C51单片机简介112.4 键盘电路132.5 输出负载
10、电路142.6 安全报警电路142.7 显示电路142.8 振荡器的特性152.9 本章小结15第3章 智能电加热炉定时控制软件选择与设计163.1 主程序介绍163.2 24小时记时173.3 模拟信号的A/D转换以及数据采集193.4 中断处理和键盘防抖203.5 LED数码管显示程序223.6 本章小结23第4章 结论与展望24参考文献25致谢26附录A27附录B32附录C33第1章 绪论1.1 智能电加热炉定时控制系统的目的和意义加热炉在冶金、化工等工业生产过程中广泛地使用，加热炉的温度是生产工艺的一项重要指标，温度控制的好坏将直接影响产品的质量。热处理加热炉是一种能改善金属材料及其制
11、品(如机器零件、工具等)性能的工艺。本设计介绍了智能电加热炉定时控制系统的计算机控制过程。实现了全数字化的控制。系统具有实时显示温度，超限报警，在指定的时间内进行智能温度控制。根据加热炉温度控制过程的特点和要求研制了具有定时控制和温度智能控制的微型计算机炉温控制系统，编制了基于单片机平台的控制程序。系统能按照输入的控制时间、温度自动实现炉温状态的长期实时准确的智能控制,系统由AT89C5151单片机，LED数码显示管，ADC0809模数转换器，AD590温度传感器，独立式键盘，故障声光报警等电路组成。系统具有结构先进合理、控制精度高、抗干扰能力强、功能完善、通用性好、价格低，调试和使用方便、控
12、制方案合理、稳态精度高、超调小、结构简单等特点。由于现代工艺越来越多的需要对实时温度进行监测和控制，而且需要的精度越来越高。所以温度控制系统国内外许多有关人员的重视，得到了十分广泛的应用。温度控制系统发展迅速，而且成果显著。温度控制系统是利用下位机设置温度上下限，和实时温度的采集，传输到上位机。以达到对温度的比较、控制。本设计用MCS51单片机为主要硬件，并设计了相应的复位电路，振荡器和时钟电路。为实现设计目的此设计还设计了包括温度采集，温度显示，系统控制，串口通信等外围电路。而且对所设计电路给出了相应的软件设计，包括定时器初始化，串行口初始化和数据传输等程序。以简单说明了温度控制系统的工作原
13、理。随着单片机技术的迅猛发展,用单片机来作实时处理已成为当今和未来技术发展的一个新热点。由于工业过程控制的需要,温度控制器的应用也十分广泛。如何设计出控制精度高、满足生产高质量要求的温度控制器已成为目前的研究热点之一。本文以常规电阻工业加热炉为背景,设计了一个基于AT89C51单片机的多回路温度控制器。由于温度控制系统为纯滞后系统,纯滞后会引起系统的不稳定或降低系统的工作性能。如果进一步改善,本系统可以应用到大多数需要温度检测与信号处理的工业以及商业应用领域当中。1.2 国内外研究现状电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国
14、民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统集成于同一硅片的器件。单片机发展迅速，各类产品不断涌现，出现了许多好性能新兴机种，现已成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。由于生产工艺和
15、设计能力的不断提高，单片机也在向着更高集成化、更多位多功能，更强化处理控制问题的能力、更快的运算速度、更廉价低功耗、更兼容开发和更好的软件固有化的方向发展。单片机是所有微处理机中性价比最高的一种，随着种类的不断增加，功能不断加强，其应用领域也迅速扩大。单片机在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、家用电器等方面都有相当的应用领域。当前，8位单片机主要用于工业控制，如温度、压力、流量、计量和机械加工的测量和控制场合；高效能的16位单片机（如MCS-96、MK-68200）可用在更复杂的计算机网络。单片机用于控制有利于实现系统控制的最小化和单片化，简化一些专用接口电路，如编程计数器、锁相环（P
16、LL）、模拟开关、A/D和D/A变换器、电压比较器等组成的专用控制处理功能的单板式微系统。随着电子技术的飞速发展，电子控制器件不断向着小型化、智能化方向发展，同时可应用性不断提高，单片机由于具有集成度高、功能强、通用性好、可应用性高、抗干扰能力强、体积小、使用方便灵活等特点，无论是在国防工业、通讯尖端技术领域，还是在智能仪器、民用电器中都使用的越来越多。可以说，微机测控技术的应用已渗透到国民经济的各个部门，微机测控技术的应用是产品提高档次和推陈出新的有效途径。1.3 论文研究内容及创新点本设计主要研究智能加热炉定时控制器系统，通过处理数据的单片机，转化数据的A/D转换器，采集数据的温度传感器，
17、安全报警，键盘电路，输出显示的显示器等硬件设施和一些程序等软件设施实现自动化控制。控制过程中应用先进的传感器技术和A/D转换技术。使得设计结果稳态精度高、超调小、调试方便、抗干扰性强。1.4 本章小结本设计以单片机AT89C51为核心，与温度传感器和数据转换器等相结合，通过软件实行智能控制。它具有高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点。控制器采用新型的智能控制算法，因而系统升温快，控温精度高，稳态误差可达5以内，满足系统要求。整个系统操作简便,抗干扰能力强、运行可靠。本章对设计进行初步介绍，对智能电加热炉定时控制系统的目的和意义，国内外研究现状，论文研究内容及创新点进行简单介绍。
18、使得对本设计有初步了解。第2章 智能电加热炉定时控制系统硬件选择智能电加热炉定时控制系统主要分为硬件部分和软件部分，这章主要论述硬件的选择，本设计用到的硬件部分主要有采集数据的温度传感器，转化数据的A/D转换器，处理数据的单片机，键盘电路，安全报警电路和输出显示的显示器。2.1 选择温度传感器现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)
19、；(2)模拟集成温度传感器控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正由模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。集成温度传感器的产品分类：模拟集成温度传感器：集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成
20、传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。模拟集成温度控制器：模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。智能温度传感器：智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器发展的新趋势：进
21、入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。本文将传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热敏电阻作为热敏传感器探测炉内温度的过程，以及实现热电转换的原理过程。传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器
22、应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来。传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器就是其中重要的一类传感器。传感器是借助于检测元件，接受一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置。它获取的信息，可以是各种化学量和生物量，物理量，而转换后的信息也有各种形式。目前大多数的传感器将获取的信息转换为电信号。具体本设计用到的温度传感器,由于温度分布范围极宽，加上被测对象繁杂、多样，因此只能根据不同的温度范围和不同的被测对象，
23、适当的选择不同的传感器。传感器从原理上分为：热阻变化、热电效应、P-N结电压变化、频率变化、晶体管特性变化压电效应、热辐射等多种。其中又分为接触式和非接触式，非接触式如：热辐射传感器、红外测温传感器，它们通常用于高温测量，如：炼钢、炼铁炉内的温度测量。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发
24、水平。传感器的主要性能参数有：线性度，线性度传感器测出的输入、输出曲线与某以规定直线不吻合的程度，称为非线性误差，或称为线性度，如图2-1所示。在输出特性与规定直线间，垂直方向上的最大偏差与最大输出的百分比，即为非线性误差。线性度的考虑在选择传感器中很重要，采用线性度高的传感器，在电路上处理较方便，测量精度也高。而线性度不高，则需要加入线性转化的硬件或在软件中处理。测量范围（量程），各种传感器都有一定的测量范围，超过规定的测量范围，测量结果会有较大的误差或造成传感器的损坏。有的传感器允许过载（即允许超过测量范围），但过载范围不作为测量范围。在选用传感器时，传感器的测量范围应稍大于实际测量范围，
25、以防止万一超量程时，不致损坏传感器。其它如：重复性，滞后（迟滞），精确度（精度），灵敏度（传感器系数），零点温度漂移，灵敏度漂移，零点时间漂移，工作环境条件，响应速度等参数应该综合考虑。 图2-1传感器的线性化曲线综上所述，设计为日常生活测温，再考虑小型化，使用方便，故选择晶体管特征变化的集成传感器为最佳，它是温度传感器（热敏晶体管）、放大电路等后续电路，利用集成化技术做在同一芯片上的功能器件，这种传感器输出信号大，与温度有较好的线性关系，小型化、成本低、使用方便、测温精度高，得到广泛的使用。再根据设计所要求的测量范围，选择了比较常用的AD590单片集成温度传感器。AD590是美国模拟器件公司
26、生产的单片集成两端感温电流源。图2-2为其接线图。 图 2-2 AD590 接线图它的主要特性如下：1、AD590的测温范围为-55+150。2、AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V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。3、输出电阻为710MW。4、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。2.2 选择A/D转换器选择适当的A/D转换器，主要从它的性能指标中来选择。对于任何一个转换器都有：转换时间、分辨率、增益误差、非线性误
27、差、量化误差、偏置误差、精度误差、失码和单调性等各项性能指标。转换时间是完成一次A/D转换所需要的时间,指从启动转换开始到获得相应数据所需总时间。分辨率是指使A/D转换器输出数字量最低位变化1时所对应的输入模拟电压变化的大小值，用位数来表示，即通常我们说的几位数模转换器。根据本设计的要求，测温量程为200，精度为0.5以上。若使用8位A/D转换器，则Nm为28，Am-Ao为200。用温度范围200除以256（即每个十六进制数的温度增长率），然后乘以模拟转换的数字量，即得到升高的温度，结果极可能大于0.5。这样温度每次的变化大于0.5。显然精度不满足要求。同理计算，选用12位的A/D转换器，它的
28、Nm为212，经计算满足此精度要求。其余几个指标为A/D内部转换误差，在考虑要求和价格的同时，尽量选用误差小的转换器。温度是一个变化比较稳定的量，且选用的传感器中已经有滤波、放大电路。所以我们选择了价格比较适中的，能满足设计要求精度的ADC0809。ADC0809：本设计使用的ADC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D转换芯片，片内有模拟量通道选择开关及相应的通道锁存、译码电路，A/D转换后的数据有三态锁存器输出，由于片内没有时钟须外接时钟信号。ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分
29、时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。如图2-3为该芯片的引脚图。图 2-3 ADC0809 引脚图各引脚功能如下：INOIN7：八路模拟信号输出端。D0D7： 数字量输出端。ADD-A、ADD-B、ADD-C：三位地址码输入端。八位模拟信号转换选择由这三个端口控制。CLOCK： 外部时钟输入端（小于1MHz）。OE： A/D：A/D转换结果输出端。当OE为高电平时，允许A/D转换结果从D0D7端输出。START： 启动A/D转换信号输入端。当START端输入一个正脉冲时，将进行A/D转换。Vre
30、f(+)、Vref(-): 正负基准电压输入端。基准正电压的典型值为+5V。ALE：地址锁存器允许信号输入端。八路模拟通道地址由A，B，ALE信号有效时将八路地址锁存。EOC：A/D转换结束信号输出端。当A/D转换结束后，EOC输出高电平。Vcc和GND：芯片的电源端和地端A/D转换电路采用了常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809，引脚图如图2-3所示。温度、烟雾传感器的输出分别接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道选择地址A，B，C分别由89C51的P0.0P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。图中ALE信
31、号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。例如，输出地址7FF8H可选通通道IN0，实现对温度传感器输出的模拟量进行转换；输出地址7FF9H可选通通道IN1，实现对烟雾传感器输出的模拟量进行转换。图中ADC0809的转换结束状态信号EOC接到89C51的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。ADC0809应用说明：ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。初始化时，使ST和OE信号全为低电平。送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。在ST端给出一
32、个至少有100ns宽的正脉冲信号。是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。2.3 选择单片机2.3.1 核心部件单片机的选择单片机系统(System On Chip)是21世纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108109元件/片，这将给IC产业及IC应用带来划时代的进步。以AT89C51单片机为该控制系统的核心，实现对温度的采集、检测和控制。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM
33、)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽小但完善的计算机系统。引脚图如图2-4所示。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 图 2-4 AT89C51 引脚图它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能。它的特点有：控制能力强。单片机虽然结构简单，但是它“五脏俱全”，已经具备了足够的控制功能。单片机具有较多的I/O口，CPU可以直接对I/O进行操作、算术操作、逻辑操作和
34、位操作，指令简单而丰富。所以单片机也是“面向控制”的计算机。低电压、低功耗。单片机可以在2.2V的电压下运行，有的已能在1.2V或0.9V下工作；功耗降至为A级，一颗纽扣电池就可长期使用。体积小、结构简单、可靠性高。它把各功能部件集成在一个芯片上，内部采用总线结构，减少了每个芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。优异的性能/价格比。由于单片机构成的硬件结构简单、开发周期短、控制功能强、可靠性高，因此，在达到同样功能的条件下，用单片机开发的控制系统比用其它类型的微型计算机开发的控制系统价格更便宜。由于以上特点，
35、完全体现了我们设计所需，所以我们选择AT89C51单片机。在一些运算量较大，速度要求较高的系统中，可以采用16位单片机MCS-96或IBMPCLXT及其兼容机。在较小的测控系统中，特别是在智能化仪器，仪表和装置中，例如，打印机控制，洗衣机控制，电冰箱，空调控制，智能电加热炉定时控制装置中，就采用8位单片机MCS48和MCS51。选择AT89C51单片机构成炉温控制系统。它具有8位CPU，32根I/O线，4kB片内ROM存储器，128kB的RAM存储器。AT89C51对温度是通过可控硅调功器实现的。在系统开发过程中修改程序容易，可以大大缩短开发周期。同时，系统工作过程中能有效地保存一些数据信息，
36、不受系统掉电或断电等突发情况的影响。AT89C51单片机内部有128B的RAM存储器，如果不够本系统使用，可以采用6264(8 kB)的RAM作为外部数据存储器。AT89C51单片机内的I/O口的数量和种类较多且齐全，51系列有32根I/O口线，尤其是它有一个全双工的串行口。该串行口是利用两根I/O口线构成的，有四种工作方式，可编程工作，在此不做一一赘述。在设计中用到的将在电路设计中具体说明。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器
37、，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2.3.2 AT89C51单片机简介2.3.2.1 主要特性与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器，寿命：1000写/擦循环，数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2.3
38、.2.2 管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P
39、2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被
40、内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG
41、：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器
42、时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.3.2.3 振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内
43、部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.3.2.4 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能。2.4 键盘电路采用独立式键
44、盘的接口设计。独立式按键的数量较少，并且各按键相互独立，每一个按键由一个单独的I/O口控制，一个按键改变的是一个相应I/O口的输入电平，而不会对其他I/O口电平产生影响。这样，通过检测各I/O口电平变化，即可以容易的确定是否有键按下以及是何按键按下。下面以实例的方式给出简单的独立式键盘应用设计方法。假设要求用3个按键控制LED数码管显示数字，每个键功能如下：“加1”键：每按下一次，LED数值加1。“减1”键：每按下一次，LED数值减1。“清零”键：按下后，LED数值清0。 图 2-5 独立键盘电路硬件电路设计如图2-5所示，P1.3用于退出键盘操作。用4个独立的I/O口P1.0,P1.1,P1
45、.2，P1.3分别连接到4个按键，接收按键的输入。4个电阻为上拉电阻，其阻值一般取10千欧。上拉电阻的作用是保证当没有按键按下时，I/O口的电平稳定为高。MCS-51单片机中有的I/O口有内部上拉电阻，这时可以不加外部上拉电阻。这种按键形式电路简单，配置灵活，但是因为每一个键需要占用一个I/O口，所以，I/O口占用量很大，它只适合于按键数量少的情况使用。2.5 输出负载电路一般来说，单片机都是数字型集成电路，而要保证这种类型集成电路的正常工作，一般需要直流电源；当要驱动交流220V负载时，还应选择合适的执行部件来设计相应的驱动电路。直流电源的设计有多种方案，常用的有交流220V/直流电源模块、
46、由整流电路和三端稳压器件组成的电路模块以及专门设计的光电隔离开关电源电路等三种。相比来说，第一种电路的优点是简单、方便、可靠，但价格稍高；第二种电路虽然性能较好，但调试比较费事，且成本稍高；而第三种比较成熟而且简单、方便，抗EMI能力强。所以本系统采用光电隔离的电源电路。如图2-6。 图 2-6 输出负载电路2.6 安全报警电路如图2-7。P1.4输出报警信号，当P1.4由低电平变为高电平时BELL发出报警信号。 图 2-7 报警器2.7 显示电路AT89C51片内有一个全双工的串行口, RXD为串行输入端,TXD为串行输出端。以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。串行口控制电路主要包括串
47、行控制寄存器SCON、串行缓冲寄存器SBUF等，用于对串行口工作方式、数据的接收与发送等进行控制。设计中AT89C51的串行口不作通信使用，串行口工作于移位寄存器，用来驱动LED静态显示，这样可以充分利用串行口，而将并行口用到最需要的地方去。只要向LED送人相应的命令和数据便可实现所需要的显示，使用特别方便灵活。2.8 振荡器的特性AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入端和输出端。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不连接。输入至内部的时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求。2.9 本章小结本章主要介绍了智能电加热炉定时控制系统硬件方面的选择，先后介绍了温度传感器，A/D转换器，单片机，键盘电路，安全报警，和输出显示的显示器。并给出了各器件的使用
