多路单片机温度控制系统设计说明

一、单片机的发展及其应用

1.1 单片机的简介及发展

1）单片机的简介：

单片机又称微控制器，是在一块硅片上集成了各种部件化微型计算机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。单片机体积小、重量轻、具有很强的灵活性而且价格不高，越来越得到广泛的应用。8051在小中型应用场合很常见，已成为单片机领域的实际标准。80年代中期，Intel公司将8051核使用权以专利互换或出售形式转给世界许多著名IC制造厂商，如PHILIPS、西门子、AMD、OKI、NEC、Atmel等，这样8051就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百个品种的大家族。90年代，PHILIPS推出支持16位计算的X4系列。XA 系列是16位单片机，又可完全兼容8051的指令系统。Intel 推出的80C51也是与8051在机器代码级兼容，这样保证了8051用户到21世纪技术的领先性。随着硬件的发展，8051软件工具已有C级编译器及实时多任务操作系统（RIOS），单片机的程序设计更简单、更可靠、实时性更强。因而8051系列是单片机教学的首选机型。而有部可擦写RAM的89C51/52是目前我们常用的芯片。

2）单片机的应用领域：

按照单片机的特点，单片机可分为单机应用和多机应用。

1.单机应用

在一个应用系统中，只使用一片单片机，这是目前应用最多的方式，单片机应用的主要领域：

（1）测控系统。用单片机可以构成各种工业控制系统、自适应控制系统等。例如，温室人工气候控制、水闸自动控制、电镀生产线自动控制、汽轮机电液调节系统、车辆检测系统、机器人轴处理器等等。

（2）智能仪表。用单片机改造原有的测量、控制仪表,能促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔软化发展。如温度、压力、流量、浓度显示、控制仪表等。通过采用单片机软件编程技术，使长期以来测量仪表中的误差修正、线性化处理等难题迎刃而解。

（3）机电一体化产品。单片机与传统的机械产品结合，使传统机械产品结构简化，控制智能化，构成新一代的机、电一体化产品。例如，在电传打字机的设计中由于采用了单片机，取代了近千个机械部件；在数控机床的简易控制机中，采用单片机可提高可靠性及增强功能，降低控制机成本。

（4）智能接口。在计算机系统，特别是较大型的工业测、控系统中，如果用单片机进行接口的控制与管理，单片机与主机可并行工作，可以大大提高系统的运行速度。例如，在大型数据

采集系统中，用单片机对模/数转换接口进行控制不仅提高采集速度，还可以对数据进行预处理，如数字滤波、线性化处理、误差修正等。

2．多机应用

单片机的多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。

（1）功能集散系统：多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能要求而设置的多机系统。例如一个加工中心的计算机系统除完成机床加工运行控制外，还要控制对刀系统、坐标指示、刀库管理、状态监视、伺服驱动等结构。

（2）并行多机控制系统。并行多机控制系统主要解决工程应用系统的快速性问题，以便构成大型实时工程应用系统。典型的有快速并行数据采集、处理系统、时时图像处理系统等。

（3）局部网络系统。单片机网络系统的出现，使单片机的应用进入一个新的水平。目前单片机构成的网络系统主要是分布式测、控系统。单片机主要用于系统中的通信控制，以及构成各种测、控用子级系统。

典型的分布式测控系统有两种类型：树状网络系统与位总线（BIT BUS）网络系统.

位总线分布式测、控系统是Intel公司于1984年推出的一个典型的通用分布式微计算机控制系统。构成该系统的核心芯片

是Intel公司PUPI-44系列单片机8044/8744/8344。它是一个双单片机结构，其中一个为8051/8751，另一个用以构成SDLC/HDLC 串行接口部件（SIU）。片程序存储器中装有加电诊断、任务管理、数据传送和对用户透明的并行、串行通讯服务程序。

1.2单片机的开发与开发系统

将一个单片机应用系统从提出任务到正式投入运行(或组织批量生产)的过程称为单片机应用系统的开发。

单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件包括核心部件微控制器芯片，也称(单片机)和其他必需的元器件、设备，如传感器、显示器、打印机、继电器、马达及各种接口电路等；其软件也称系统的应用程序。单片机应用系统单靠硬件并不能实现任何功能，必须配置适当的应用程序才能完成规定的操作，具有特定的功能。因此，单片机应用系统的开发包括硬件开发和软件开发两个部分。

单片机应用系统的开发必须借助于特殊的工具才能完成，这是由单片机系统的特性决定的。一台PC机，我们可以直接在其上面编程开发软件或对系统进行扩展，但单片机系统自身并不具备这种自开发功能。单片机系统的软件必须借助特定的工具才能烧录（固化）到单片机中去，而且在烧录之前一般都需要调试，以便纠正程序中的错误。另一方面，单片机硬件系统也不同于晶体管收音机之类的普通电子装置，单片机部功能多，结构复杂，外

部测试点少，不能全靠万用表、示波器等工具,像调试晶体管收音机那样调试单片机硬件系统。借助于特殊的工具则可排除应用系统中的硬件故障。这种用于单片机应用系统开发的特殊工具称为单片机开发工具。

单片机开发工具常以PC机为基础构成，它包括PC机、单片机在线仿真器、编程器和单片机应用系统（也称用户系统），它是一个特殊的计算机系统。因此也将用于单片机应用系统开发的工具称为单片机开发系统。典型单片机开发系统结构如下图所示。与一般通用计算机系统相比较，单片机开发系统在硬件上增加了应用系统的仿真器、编程器等部件，在软件方面除一般计算机所具有的操作系统、编译程序等以外，还增加了仿真器与PC机通信的软件、应用系统的汇编程序、编译程序和调试程序等。

图1 单片机开发系统

单片机开发系统有通用和专用两大类。专用开发系统只用于某种特殊的单片机，而通用开发系统配备多种在线仿真器和相应的开发软件，使用时针对不同类型的开发对象，只要更换相应的

CPU卡即可。

1.3 单片机的工作过程

单片机的工作过程实质上是执行用户编制程序的过程，一般程序的机器码都已固化到存储器中（例如实训1中的步骤2），因此开机复位后，就可以执行指令。执行指令又是取指令和执行指令的周而复始的过程。

1.4单片机应用系统的性能要求

单片机应用系统通常工作于现场环境，用于各种检测或控制。在实现测控功能、尽量降低成本之外，还要强调一下几项性能要求。

1.可靠性高

如果单片机应用系统质量较差、关键时刻出现故障，则有可能造成重大损失。因此，可靠性高是对其十分重要的要求。而且许多生产过程是日夜不停地连续进行，用于这些生产过程的单片机应用系统也必须随之连续运行，这就要求单片机应用系统的平均无故障时间要长。

2．能适应现场工作环境

单片机应用系统通常工作在生产现场，各种电器设备的频繁启停造成的高低频电磁干扰和大幅度电网电压波动，都直接影响其正常运行。另外，生产现场还可能存在振动、粉尘以及湿度、