基于A(yíng)T89S51單片機(jī)爐溫控制系統(tǒng)的模塊電路設(shè)計(jì)

曲全鵬

（鄭州華信學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,河南鄭州，451100）

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類(lèi)加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問(wèn)題。

1 設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)t溫進(jìn)行控制。爐溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在爐溫變化時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。若測(cè)量值高于溫度設(shè)定范圍，由單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路使加熱器停止工作。當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)，啟動(dòng)加熱器。通過(guò)繼電器的反復(fù)開(kāi)啟和關(guān)閉，使?fàn)t溫保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。

1）溫度設(shè)定范圍為0～99℃，最小區(qū)分度為1℃，溫度控制的誤差≤1℃

2）能夠用數(shù)碼管精確顯示當(dāng)前實(shí)際溫度值

3）按鍵控制：設(shè)置復(fù)位鍵、加一鍵、減一鍵

4）越限處理

2 單片機(jī)選擇

本設(shè)計(jì)選擇AT89S51作為主控芯片。AT89S51單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專(zhuān)用于主電源引腳，2個(gè)外接晶振的引腳，4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。

1）電源引腳Vcc和Vss

Vcc（40腳）：接+5V電源正端；

Vss（20 腳）：接 +5V 電源正端。

2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2

XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于CHMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHOMS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。

XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于CHMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。

3）控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。

RST/VPD（9腳）：RST即為 RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。

當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。

ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的地址信號(hào)。

PSEN(29腳):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期PESN兩次有效，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，PESN信號(hào)將不出現(xiàn)。

EA/Vpp（31腳）：EA為訪(fǎng)問(wèn)外部程序儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4KB（MS—52子系列為8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，無(wú)論片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器，均只訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。

4）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口

P0口（39腳～22腳）：這8條引腳有兩種不同功能，分別適用于兩種不同情況。第一種情況是89S51不帶片外存儲(chǔ)器，P0口可以作為通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)。第二種情況是89S51帶片外存儲(chǔ)器，P0.0-P0.7在CPU訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)用于傳送片外存儲(chǔ)器的低8位地址，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。

P1口（1腳～8腳）：這8條引腳和P0口的8條引腳類(lèi)似，P1.7為最高位，P1.0為最低位。當(dāng)P1口作為通用I/O口使用時(shí)，P1.0-P1.7的功能和P0口的第一功能相同，也用于傳送用戶(hù)的輸入和輸出數(shù)據(jù)。

P2口（21腳～28腳）：這組引腳的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，既它可以作為通用I/O口使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位地址。

P3口（10腳～17腳）：P3.0～P3.7統(tǒng)稱(chēng)為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見(jiàn)表1。

表1 單片機(jī)P3口管腳第2功能Table 1 singlechip P3 mouth second pin function AT89S51單片機(jī)引腳圖如圖1所示

圖1 單片機(jī)引腳圖Figure 1 microcontroller pin diagram

圖2 單片機(jī)控制模塊電路Figure. 2 single chip control module circuit

3 單片機(jī)控制模塊電路設(shè)計(jì)

控制模塊是整個(gè)設(shè)計(jì)方案的核心，它控制了溫度的采集、處理與顯示、溫度值的設(shè)定與溫度越限時(shí)控制電路的啟動(dòng)。本控制模塊由單片機(jī)AT89S51及其外圍電路組成，電路如圖2所示。

該電路采用按鍵加上電復(fù)位，S2為復(fù)位按鍵，復(fù)位按鍵按下后，復(fù)位端通過(guò)51Ω的小電阻與電源接通,迅速放電,使RST引腳為高電平,復(fù)位按鍵彈起后,電源通過(guò)8.2KΩ的電阻對(duì)10KμF的電容C5重新充電,RST引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖.

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式,利用芯片內(nèi)部的振蕩器,然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器,就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器,發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路,C6和C7的值通常選擇為30pF左右,晶振Y1選擇12MHz.為了減小寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2靠近。

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