基于AT89S51单片机炉温控制系统的模块电路设计

２ｏ１３。１９　基于ＡＴ８９Ｓ５　１单片机炉温控制系统的模块电路设计　曲全鹏　（郑州华信学院机电工程学院，河南郑州，４５１１００）　摘要：本文详细介绍了利用单片机结合传感器技术开发设计的温度控制系统中，如何采用ＡＴ８９Ｓ５１单片机设计模块电路。　关键词：单片机；温度控制：模块电路　中图法分类号：ＴＰ２９　文献标识码：Ａ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＡＴ８９Ｓ５　１　ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｍｏｄｕｌｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ　Ｑｕ　Ｑｕａｎｐｅｎｇ　（Ｍａｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｈｕａｘｉｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５１１００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉＳ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｉｎ　ｄｅｔａｉＩ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　Ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ　ｓｅｎｓｏｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｈｏｗ　ｔｏ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ＡＴ８９Ｓ５１　ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｏｄｕｌｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｉｎｇｌｅ　ｃｈｉｐ　ｍｉｃｒｏｃ０ｎｔｒｏｌｌｅｒ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ：ｍｏｄｕｌｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　０　引言　采用单片机与高精度温度传感器结合的方式。即用单片机完　在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处　成人机界面，系统控制，信号分析处理，由前端温度传感器完成信　　理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温　号的采集与转换。系统主要包括温度采集模块，单片机控制模块，显示模块和　度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可　驱动电路五个部分。其中数据采集模块负责实时　以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的　温度设置模块，质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中　采集温度数据，采集到的温度数据传输到单片机，由单片机处理　经常会遇到的控制问题。　后的数据送显示部分显示。设置模块可设置预定温度，当检测到　的温度低于设定温度时，单片机控制驱动电路启动加热；当检测　１　设计要求　设计一个基于单片机的温度控制系统，能够对炉温进行控　制。炉温可以在一定范围内由人工设定，并能在炉温变化时实现　自动控制。若测量值高于温度设定范围，由单片机发出控制信号，　经过驱动电路使加热器停止工作。当温度低于设定值时，单片机　发出一个控制信号，启动加热器。通过继电器的反复开启和关闭，　使炉温保持在设定的温度范围内。　ｉ）温度设定范围为０～９９＂Ｃ，最小区分度为１℃，温度控制　的误差≤１℃　温度高于设定温度时，停止加热。系统框图如图１所示。　温度采集模块　＝　堕　＝＝　片　机　显示模块　控　制　模　块　２）能够用数码管精确显示当前实际温度值　３）按键控制：设置复位键、加一键、减一键　４）越限处理　ｌ温度设置模块Ｌ—　图１系统框图　Ｉ　驱动电路　２设计方案　Ｆｉｇｕｒｅ　１　ｂｌｏｃｋ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　２Ｄ，３．旭　３单片机选择　口可以作为通用Ｉ／Ｏ口使用，ＰＯ．Ｏ－ＰＯ．７用于传送ＣＰＵ的输入　本设计选择ｋＴ８９Ｓ５１作为主控芯片。ＡＴ８９Ｓ５１单片机的４Ｏ　／输出数据。第二种情况是８９Ｓ５１带片外存储器，Ｐ０．Ｏ—ＰＯ．７在　个引脚中有２个专用于主电源引脚，２个外接晶振的引脚，４个　ＣＰＵ访问片外存储器时用于传送片外存储器的低８位地址，然后　传送ＣＰＵ对片外存储器的读写数据。　控制或与其它电源复用的引脚，以及３２条输入输出Ｉ／０引脚。　３．１电源引脚Ｖｃｃ和Ｖｓｓ　Ｖｃｃ（４０脚）：接＋５Ｖ电源正端；　Ｖｓｓ（２０脚）：接＋５Ｖ电源正端。　Ｐ１口（１脚～８脚）：这８条引脚和ＰＯ口的８条引脚类似，　Ｐ１．７为最高位，Ｐ１．０为最低位。当Ｐ１口作为通用Ｉ／Ｏ口使用时，　Ｐ１．Ｏ－Ｐ１．７的功能和ＰＯ口的第一功能相同，也用于传送用户的　输入和输出数据。　Ｐ２口（２１脚～２８脚）：这组引脚的第一功能和上述两组引脚　３．２外接晶振引脚ＸＴＡＬ１和ＸＴＡＬ２　ＸＴＡＬＩ（１９脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它　是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成外部时钟时，对于　ＣＨＭＯＳ单片机，该引脚接地；对于ＣＨＯＭＳ单片机，该引脚作为外部　振荡信号的输入端。　ＸＴＡＬ２（１８脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至　片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于　ＣＨＭＯＳ单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于ＣＨＭＯＳ　芯片，该引脚悬空不接。　３．３　控制信号或与其它电源复用引脚有ＲＳＴ／ＶＰＤ、　ＡＬＥ／Ｐ、ＰＳＥＮ和ＥＡ／ＶＰＰ等４种形式　ＲＳＴ／ＶＰＤ（９脚）：ＲＳＴ即为ＲＥＳＥＴ，ＶＰＤ为备用电源，所以该　引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作　时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操　作，使单片机复位到初始状态。　当ＶＣＣ发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可　接上备用电源ＶＰＤ（＋５Ｖ）为内部ＲＡＭ供电，以保证ＲＡＭ中的数据　不丢失。　ＡＬＥ／Ｐ（３０脚）：当访问外部存储器时，ＡＬＥ（允许地址锁存　信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在ＰＯ口的地　址信号。　ＰＳＥＮ（２９脚）：片外程序存储器读选通输出端，低电平有效。　当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期ＰＥＳＮ　两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据　存储器期间，ＰＥＳＮ信号将不出现。　ＥＡ／Ｖｐｐ（３１脚）：ＥＡ为访问外部程序储器控制信号，低电平　有效。当ＥＡ端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器４ＫＢ　（Ｍｓ一５２子系列为８ＫＢ）。若超出该范围时，自动转去执行外部程　序存储器的程序。当ＥＡ端保持低电平时，无论片内有无程序存储　器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有ＥＰＲＯＭ的单片机，在　ＥＰＲＯＭ编程期间，该引脚用于接２１Ｖ的编程电源Ｖｐｐ。　３．４　输入／输出（Ｉ／０）引脚Ｐ０口、Ｐ１口、Ｐ２口及　Ｐ３口　ＰＯ口（３９脚～２２脚）：这８条引脚有两种不同功能，分别适　用于两种不同情况。第一种情况是８９Ｓ５１不带片外存储器，Ｐ０　的第一功能相同，既它可以作为通用Ｉ／Ｏ口使用。它的第二功能　和Ｐ０口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高８位　地址。　Ｐ３口（１０脚～ｌ７脚）：Ｐ３．０～Ｐ３．７统称为Ｐ３口。它为双功　能口，可以作为一般的准双向Ｉ／Ｏ接口，也可以将每１位用于第　２功能，而且Ｐ３口的每一条引脚均可独立定义为第１功能的输　入输出或第２功能。Ｐ３口的第２功能见表１。　引脚　第２功能　Ｐ３。０　ＲＸＤ（串行口辘入端８）　Ｐ３．１　ＴｘＤ（串行口输出糍）　Ｐ３。２　ＩＮＴ８（部中断ｅ请求输入端，低电平有效）　Ｐ３．３　ＩＮＴ１（中断１请求输入鲻，低电平有效）　Ｐ３。４　Ｔｅ（时器／计数器ｅ计数脉冲端）　Ｐ３．５　丁ｌ（时器／计数器１数脉冲端）　Ｐ３．６　ｗＲ（舛部数据存储器写选通佰号输出崩，低电平有效）　Ｐ３．７　ＲＤ（外部数据存储器读选通僵号输出嫱，低电平有效）　表１单片机Ｐ３口管脚第２功能　Ｔａｂｌｅ　１　ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ　Ｐ３　ｍｏｕｔｈ　ｓｅｃｏｎｄ　ｐｉｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ＡＴ８９Ｓ５１单片机引脚图如图２所示　ＢｌＯ　ＶＣＣ　Ｈ１　Ｈ｝ｏ　Ｐｌ２　Ｉ　１　Ｐｌ３　ｌｌｏ２　ｎ４　１＠３　ｌ　５　ＨＩ４　ＰＩ６■　Ｈｌ５　Ｐｌ７　ＲＥｓＥＴ　∽　Ｉ１ｏ７　砌　ｃ，、　Ｐ　ＴⅫ９Ｏ　ＡＬＥ　ＩＭ０卜　ＰＳＥＮ　ＴＯ　ｌ２６　Ｔｌ　ｌ２５　Ｗ裒　ＲＤ　ＥＩ３　勉　您２　Ｘｌ　ｌ　ｌ　ＶＳＳ壬２０　图２单片机引脚图　２ｏ１３．１９　Ｆｉｇｕｒｅ　２　ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌ　ｌｅｒ　ｐｉｎ　ｄｉａｇｒａｍ　［２］　王文海．单片机应用于实践项目化教程［Ｍ］．北京：化学工　业出版社，２０１０，２３—３８　Ｗａｎｇ　Ｗｅｎ—ｈａｉ．ＳＣＭ　ａｐｐｌ　ｉｅｄ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｔｕｔｏｒｉａｌ　４单片机控制模块电路设计　控制模块是整个设计方案的核心，它控制了温度的采集、处　理与显示、温度值的设定与温度越限时控制电路的启动。本控制　［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ，２０１０，２３—３８　蔡美琴，毛敏．ＭＣＳ一５１系列单片机系统及其应用［Ｍ］．北京：　模块由单片机ＡＴ８９Ｓ５１及其外围电路组成，电路如图３所示。　该电路采用按键加上电复位，ｓ２为复位按键，复位按键按　下后，复位端通过５１Ｑ的小电阻与电源接通，迅速放电，使　高等教育出版社，２００９，２８－４６　Ｃａｉ　Ｍｅｉ—ｑｉｎ，Ｍａｏ　ｍｉｎ．ＭＣＳ一５１　ｓｅｒｉｅｓ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｈｉｐ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｍ］．ＢｅｉＪｉｎｇ：Ｈｉｇｈｅｒ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｐｒｅｓｓ，２００９，２８—４６　ＲＳＴ引脚为高电平，复位按键弹起后，电源通过８．２ＫＱ的电阻　对ＩＯＫｕＦ的电容ｃ５重新充电，ＲＳＴ引脚端出现复位正脉冲．　张齐，杜群贵．单片机应用系统设计技术［Ｍ］．北京：电子工　业出版社，２００７，３２－３５　Ｚｈａｎｇ　Ｑｉ，ＤＵ　Ｑｕｎ—ｇｕｉ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ　５结束语　本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡器，然后　在引脚ＸＴＡＬＩ和ＸＴＡＬ２两端跨接晶体振荡器，就构成了稳定的　自激振荡器，发出的脉冲直接送入内部时钟电路，Ｃ６和ｃ７的值　通常选择为３０ｐＦ左右，晶振Ｙ１选择１２ＭＨｚ．为了减小寄生电容，　ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］．　Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｈｏｕｓｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ，　２００７，３２—３５　更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器电容应尽可能安装　得与单片机引脚ＸＴＡＬ１和ＸＴＡＬ２靠近。　杨金岩．８０５　１单片机数据传输接口扩展技术与应用实例［Ｍ］　嘲　．北京：人民邮电出版社，２００５，５５－５７　Ｙａｎｇ　Ｊｉｎ—ｙａｎ．８０５１　ｃｈｉｐ　ｄａｔａ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　参考文献　［１］李虹，温秀梅，高振天．基于ＭＳＰ４３０单片机和ＤＳ１８Ｂ２０的小　型测温系统［Ｊ］．微计算机信息，２００６，２２（２）：１３７—１３８　Ｌｉ　Ｈｏｎｇ，Ｗｅｎ　Ｘｉｕ－ｍｅｉ，Ｇａｏ　Ｚｈｅｎ—ｔｉａｎ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＳＰ４３０　ＭＣＵ　ｅｘｐａｎｄｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　［Ｍ］．ＢｅｉＪｉｎｇ：Ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ　ｐｏｓｔ　ａｎｄ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｈｏｕｓｅ，２００５，５５—５７　作者简介　ａｎｄ　ＤＳ１８Ｂ２０　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｓｍａｌｌ　［Ｊ］．ｍｉｃｒｏ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，２００６，２２（２）：１３７—１３８　＿ｌ曲全鹏（１９８１一），男，河南周口人，助理实验师，郑州华信学院　机电工程学院，研究方向：机电一体化技术　Ｊ■