第一章 课程设计目的与要求1.1 课程设计目的“单片机与接口技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学知识，设计与制造出具有较复杂功能的小型单片机系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。 能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。 培养独立思考、独立收集资料、独立设计规定功能的单片机系统的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。1.2 课程设计的实验环境利用windows操作系统及应用软件进行绘图和编程。1.3 课程设计的预备知识熟悉单片机与接口技术课程的相关知识及电子线路CAD工具软件。1.4 课程设计要求按课程设计指导书提供的课题，根据第二章给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容： 1、对设计课题进行简要阐述，并说明设计任务及具体要求。 2、论述系统设计方案，并画出总体电路结构图及功能分割图。3、能够较熟练地应用电子线路CAD工具完成单片机系统的硬件设计任务。4、各功能模块设计说明、设计实现过程及源程序。 5、能够较熟练地应用一种编辑软件编写程序，掌握单片机系统软件设计的基本方法6、课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。7、课程设计总结8、字数4000左右，有系统电气原理图。第二章 课程设计内容设计技术参数1、使用1只传感器选择。2、控制温度小于50。3、3位数码管显示。4、CPU采用51兼容型。5、加热器1000W工作量1温度传感器选择。2温度测量通道设计。3显示电路设计。4 CPU及按键电路设计。5温度控制电路设计6写出程序流程图及汇编程序。工作计划第一天第二天第三天第四天第五天第二周温度传感器选择，温度测量通道设计。显示电路设计。CPU及按键电路设计。温度控制电路设计写出程序流程图及汇编程序。画原理图、打印第3章 课程设计的考核3.1 课程设计的考核要求课程设计采用五级(优、良、中、及格、不及格)评分制。最后成绩依据课程设计论文及平时成绩决定，其中平时考核成绩占20%。3.2 课程性质与学分单片机与接口技术课程设计的课程性质：考查学分：2分第四章 设计4.1设计思路本设计采用89C-51单片机系统来实现孵化场温度的自动控制。单片机软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。单片机系统可用数码管显示现场温度，孵化场温度的上下限能用键盘设定，并可实现报警、控制等多种功能。本方案选用89C-51芯片（内部含有4KB的EEPOM），不需要向外扩展程序存储器，可使系统整体结构更为简单，控制系统结构如图4.1所示。键盘设定系统复位数据采集89C-51单片机数据显示报警系统驱动器可控硅负载图4.1 控制系统结构4.2系统硬件设计4.2.1 89C-51单片机简介本设计决定用单片机作为中心控制器。现流行的单片机有很多种，其中MCS-51系列以较高的性价比博得很多用户的青睐。所以，本系统采用美国Intel公司生产的89C-51型单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉等优点并具有4K字节的程序存储器，使得它应用起来更加方便。4.2.2数据存储器扩展 89C-51型单片机片内有128B的RAM，在实际应用中仅靠这256B的数据存储器是远远不够的。这种情况下可利用MCS-51单片机所具有的扩展功能扩展外部数据存储器。MCS-51系列单片机最大可扩展64KB。6264是8K8位静态随机存储器，采用CMOS工艺制造，单一+5V电源供电，额定功率200mW，典型存取时间200ns，为28线双列直插式封装，其引脚如图4.2所示,工作方式选择如表4.1所示：A0A12地址线I/00I/07双向数据线片选线1片选线2写允许线读允许线 表4.1工作方式选择 图4.2引脚图4.2.3传感器的选择热电阻传感器主要用于测量温度及与温度有关的参数,在工业生产中被广泛用于测量-200+500范围内的温度.按照热电阻的热度不同,热电阻可以分为金属热电阻和半导体热电阻两类,前者称为热电阻,后者称为热敏电阻。以热电阻或热敏电阻为主要器件制成的传感器称为热电阻传感器或热敏电阻传感器。根据本设计中所需要测量的温度范围、敏感度、精确度以及考虑其经济性，热敏电阻传感器为最合适的测温元件。温度检测电路设计本设计采用的是热敏电阻电桥接口变换，热敏电阻电桥与运放级联传感器电路如图4.3所示。电桥输出构成运放差输入，可获得对地为零输出电压。取，；输出电压值如列表，输出电压特性:输出为S形曲线；具有S形非线性误差，最大误差为+150mv。图中用于零点调整，用于温度调整。图4.3 传感器电路图输入温度050，输出电压0V到10V。为避免热敏电阻加热效应取。热敏电阻参数如表4.2。表4.2 热敏电阻参数及输出电压温度（）07.05810.0000105.97431.856204.98263.928254.54025.000304.13816.071403.45688.133502.927410.0004.2.4 A/D转换电路A/D转换接口是系统数据采集前向通道的一个重要环节。数据采集是在模拟信号源中采集信号,并将之转换为数字信号送入计算机的过程。AD574由两部分组成，一部分是模拟芯片，另一部分数字芯片，其中模拟部分由高性能的12位D/A转换器AD565和参考电压组成。数字部分由控制逻辑电路，逐次逼近型寄存器的三态缓冲器组成。AD574的引脚如图4.4所示。图4.4 AD574的引脚图 4.2.5显示接口电路设计LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。这种显示块有共阴极和共阳极两种。共阴极LED显示块的发光二极管共地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；本设计选用的显示块是共阴极的LED（共阴极LED显示块的发光二极管阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮）。将单片机I/O口的8位线与显示块的发光二极管的引出端（adp）相连，共阴极低电平有效，选通有效后8位并行输出口输出不同的数据就点亮相应的发光二极管，获得不同的数字或字符。本设计采用的芯片是74LS374。显示电路如图4.5所示：图4.5 显示电路原理图4.2.6输出控制电路设计在本设计系统中，需要控制高电压（220V），高电流的负载，这样大功率负载显然是不能用单片机的I/O线来直接驱动的，这就必须经过单片机的功率接口来驱动。此外，为了隔离和抗干扰，还需要加接光电耦合器。因为本设计采用的交流负载，所以选用双向可控硅。双向可控硅的内部结构如下图4.6。在设计当中，采纳了Motorola公司推出的单片集成可控硅驱动器件MOC3041作为为对输出的驱动和控制。由MOC3041组成的过零触发双向可控硅电路简单可靠，MOC3041和双向可控硅构成的输出通道电路如下图4.7所示。电极2 MT2门极G电极1 MT1 图4.6 双向可控硅的内部结构 图4.7 MOC3041和双向可控硅构成的输出通道电路 该部分的工作过程是：当单片机的P14口输出为低电平是，MOC3041内部导通，G端通道出现同步触发脉冲，控制可控硅导通，打开加热器；当P14为高电平时，MOC3041内部截止，可控硅断开，关闭加热器。本设计采用1000W加热器4.2.7简易式键盘接口电路设计8255可编程并行I/O接口设计MCS-51系列单片机共有4个8位并行I/O口，这些I/O口一般是不能完全提供给用户使用的，在外部扩展存储器时，提给用户使用的I/O口只有P1和P3口的部分口线。因此在大部分的MCS-51单片机应用系统中都免不了要进行I/O口的扩展。8255芯片引脚图如图4.8所示。图4.8 8255引脚图单片机也8255的接口比较简单，如图4.9所示，8255的片选信号及口地址选择线AO、A1分别由单片机的P0.7和P0.0、P0.1经地址锁存器提供.8255的A、B、C口及控制口地址分别为FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255的D0D7分别与P0.0到P0.7相连。图4.9 89C-51与8255的接口电路键盘功能说明：1号键：上升。2号键：下降。3号键：下限温度值确定。4号键：上限值确定。5号键：查询上下限值。使用1号键和2号键，设定需要的温度控制系统的上限值，然后按下4号键，将这个上限值确定，也就是将上限值保存到专用的寄存器里。在完成设定上限值的工作后，使用1号键和2号键设定需要的温度控制系统的下限值，然后按下3号键，将这个下限值确定，也就是将这个下限值保存到专用的寄存器里，然后系统进去实时的温度测量和控制工作中。键盘接口电路如图4.10所示： 图4.10 简易式键盘的接口电路4.2.8复位电路MCS-51复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式。该电路兼有上电复位和按钮复位。复位电路如图4.11所示。工作原理为：按钮按下后，RC电路充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST端保持10ms以上的高电平，就能用单片机有效的复位。该设计时钟频率为12MHz，C取22F，R取1K欧姆。复位电路如图2.20所示。图4.11 复位电路原理图 图4.12 声光报警电路接口电路 4.2.9报警电路本设计采用声光报警电路,接口电路如图4.12所示。 MCS-51的口线P11接报警电路的输入端,当P11口输出低电平时,7046输出为高电平,发光二极管两端电压差接近5V,发光报警.压电蜂鸣器两条引线加上近5V的直流电压，由压电效应而发出蜂鸣音报警。4.3系统软件设计4.3.1主程序设计主程序流程图如图4.13所示主程序完成的功能是：启动传感器测量温度，将测量温度与给定值比较进行PID运算，若，则进入加热阶段，置P13为高电平。在过程中继续对温度进行监测，当时，置P13为低电平断开可控硅，关闭加热器，等待下一次的启动命令。初始化按键设定温度上下限送显示键盘处理有键按下?开始显示正常温度等待下一个采样调温度子程序转换送显示PID运算高温报警并停止加热低温报警并加热YNYYNN送counter=3Ncounter-1=0?counter-1=0?Y图4.13 主程序流程图4.3.2控制部分程序这