溫差循環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

PAGE25課程設(shè)計(jì)題目：溫差循環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓名：學(xué)院：專業(yè)：班級：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2012年11月29日摘要隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，溫度的測試已經(jīng)影響到我們的生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為了一種非常重要的事情，因此設(shè)計(jì)一個(gè)溫度測試的系統(tǒng)勢在必行。本文主要介紹了一個(gè)基于AT89C52單片機(jī)的溫差循環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點(diǎn)對傳感器在單片機(jī)下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析，對各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹，該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)溫度的采集和控制，并可以根據(jù)需要任意上下限控制溫度，它使用起來相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當(dāng)做溫度處理模塊潛入其他系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。DS18B20與AT89C52結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡溫度報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；溫度檢測；AT89C52;DS18B20;

目錄1引言 41.1課題背景 41.2研究內(nèi)容和意義 52芯片介紹 62.1DS18B20概述 62.1.1DS18B20封裝形式及引腳功能 62.1.2DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 82.1.3DS18B20供電方式 102.1.4DS18B20的測溫原理 112.1.5DS18B20的ROM命令 122.2AT89C52概述 142.2.1單片機(jī)AT89C52介紹 142.2.2主要功能特性 143系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 153.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 153.2溫度采集電路的設(shè)計(jì) 163.3LED顯示報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 174總結(jié) 17致謝 18參考文獻(xiàn): 19附錄A： 20總電路圖 20附錄B：原器件清單 21附錄C：溫度報(bào)警器部分程序 22

1引言1.1課題背景溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，如冶金、機(jī)械、食品、化工各類工業(yè)生產(chǎn)中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等，對工件的溫度處理要求嚴(yán)格控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求溫度測量的范圍向深度和廣度發(fā)展，以滿足工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的要求?；贏T89C51單片機(jī)提高了系統(tǒng)的可移植性、擴(kuò)展性，利于現(xiàn)代測控、自動(dòng)化、電氣技術(shù)等專業(yè)實(shí)訓(xùn)要求。以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的溫度報(bào)警器，具有安全可靠、操作簡單方便、智能控制等優(yōu)點(diǎn)。溫度對于工業(yè)生產(chǎn)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展。溫度傳感器主要經(jīng)過了三個(gè)發(fā)展階段：（1）模擬集成溫度傳感器。該傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。此種傳感器具有功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等特點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。它是目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等；（2）模擬集成溫度控制器。模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)、可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器(例如TC652/653)中還包含了A/D轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別；（3）智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)。智能溫度傳感器是在20世紀(jì)90年代中期問世的，其內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平?，F(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集（即傳感器技術(shù)）、信息傳輸（通信技術(shù)）和信息處理（計(jì)算機(jī)技術(shù)）。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。數(shù)字溫度傳感器可以直接將被檢測的溫度信息以數(shù)字化形式輸出，與傳統(tǒng)的模擬式溫度傳感器相比，具有測量精度高、功耗低、穩(wěn)定性好、外圍接口電路簡單特點(diǎn)。而單片機(jī)微處理器越來越豐富的外圍功能模塊，更加方便了數(shù)字式溫度傳感器輸出信號(hào)的處理。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)化器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片機(jī)測溫系統(tǒng)等的方向發(fā)展。數(shù)字化溫度傳感器可以直接將溫度量以數(shù)字脈沖信號(hào)形式輸出，具有測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、外圍接口電路簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)數(shù)字溫度傳感器還可直接與微處理器進(jìn)行接口，大大方便了傳感器輸出信號(hào)的處理.數(shù)字單總線溫度傳感器是目前最新的測溫器件，它集溫度測量，A/D轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)字量輸出，直接與微機(jī)接口等優(yōu)點(diǎn)。1.2研究內(nèi)容和意義本溫度報(bào)警器以AT89C51單片機(jī)為控制核心，由一數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量被控溫度，結(jié)合7段LED以及驅(qū)動(dòng)LED的74LS245組合而成。當(dāng)被測量值超出預(yù)設(shè)范圍則發(fā)出警報(bào)并斷開加熱，且精度高，適用于大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)以及教育教學(xué)領(lǐng)域。溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，它是與人類的生活、工作關(guān)系最密切的物理量，也是各門學(xué)科與工程研究設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到和必須精確測量的物理量。從工業(yè)爐溫、環(huán)境氣溫到人體溫度；從空間、海洋到家用電器，各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都離不開測溫和控溫。因此，研究溫度的測量和控制方法具有重要的意義。AT89C52單片機(jī)AT89C52單片機(jī)數(shù)字溫度傳感器雙限報(bào)警系統(tǒng)譯碼顯示電路設(shè)計(jì)原理2芯片介紹2.1DS18B20概述DS18B20是Dallas公司繼DS1820后推出的一種改進(jìn)型智能數(shù)字溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，只需一根線就能直接讀出被測溫度值，并可根據(jù)實(shí)際需求來編程實(shí)現(xiàn)9~12位數(shù)字值的讀數(shù)方式。2.1.1DS18B20封裝形式及引腳功能圖2.1DS18B20封裝形式和引腳功能如圖2.1所示，DS18B20的外形如一只三極管，引腳名稱及作用如下：GND:接地端。DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，與TTL電平兼容。VDD：可接電源，也可接地。因?yàn)槊恐籇S18B20都可以設(shè)置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。采用數(shù)據(jù)總線供電方式時(shí)VDD接地，可以節(jié)省一根傳輸線，但完成數(shù)據(jù)測量的時(shí)間較長；采用外部供電方式則VDD接+5V，多用一根導(dǎo)線，但測量速度較快。2.1.2DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位ROM和單線接口64位ROM和單線接口存儲(chǔ)和控制邏輯高速緩存器溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL匹配寄存器8位CRC發(fā)生器電源檢測CDQVDD內(nèi)部電源VDD圖2.2DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2中出示了DS18B20的主要內(nèi)部部件，下面對DS18B20內(nèi)部部分進(jìn)行簡單的描述：(1)64位ROM。64位ROM是由廠家使用激光刻錄的一個(gè)64位二進(jìn)制ROM代碼，是該芯片的標(biāo)識(shí)號(hào)，如表2.1所示：表2.164位ROM標(biāo)識(shí)8位循環(huán)冗余檢驗(yàn)48位序列號(hào)8位分類編號(hào)（10H）MSBLSBMSBLSBMSBLSB第1個(gè)8位表示產(chǎn)品分類編號(hào)，DS18B20的分類號(hào)為10H；接著為48位序列號(hào)。它是一個(gè)大于281*1012的十進(jìn)制編碼，作為該芯片的唯一標(biāo)示代碼；最后8位為前56位的CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，由于每個(gè)芯片的64位ROM代碼不同，因此在單總線上能夠并接多個(gè)DS18B20進(jìn)行多點(diǎn)溫度實(shí)習(xí)檢驗(yàn)。（2）溫度傳感器。溫度傳感器是DS18B20的核心部分，該功能部件可完成對溫度的測量通過軟件編程可將-55~125℃范圍內(nèi)的溫度值按9位、10位、11位、12位的分辨率進(jìn)行量化，以上的分辨率都包括一個(gè)符號(hào)位，因此對應(yīng)的溫度量化值分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃，即最高分辨率為0.0625℃。芯片出廠時(shí)默認(rèn)為12位的轉(zhuǎn)換精度。當(dāng)接收到溫度轉(zhuǎn)換命令（44H）后，開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示，存儲(chǔ)在高速緩存器RAM的第0，1字節(jié)中，二進(jìn)制數(shù)的前5位是符號(hào)位。如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測得的數(shù)值乘上0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測得的數(shù)值需要取反加1再乘上0.0625即可得到實(shí)際溫度。（3）高速緩存器。DS18B20內(nèi)部的高速緩存器包括一個(gè)高速暫存器RAM和一個(gè)非易失性可電擦除的EEPROM。非易失性可點(diǎn)擦除EEPROM用來存放高溫觸發(fā)器TH、低溫觸發(fā)器TL和配置寄存器中的信息。（4）配置寄存器。配置寄存器的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換率。DS18B20工作是按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值，它是高速緩存器的第5個(gè)字節(jié)，該字節(jié)定義如表2.2所示：表2.2匹配寄存器TMR0R111111TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)；R1和R0用來設(shè)置分辨率；其余5位均固定為1。DS18B20分辨率的設(shè)置如表2.3所示：表2.3DS18B20分辨率的設(shè)置R1R0分辨率最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms009位93.750110位187.51011位3751112位750DS18B20依靠一個(gè)單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立ROM操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面5個(gè)ROM操作命令之一：1）讀ROM；2）匹配ROM；3）搜索ROM；4）跳過ROM；5）報(bào)警搜索。這些命令對每個(gè)器件的激光ROM部分進(jìn)行操作，在單線總線上掛有多個(gè)器件時(shí)，可以區(qū)分出單個(gè)器件，同時(shí)可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號(hào)的器件。成功執(zhí)行完一條ROM操作序列后，即可進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作，控制器可以提供6條存儲(chǔ)器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示DS18B20完成一次溫度測量。測量結(jié)果放在DS18B20的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL各由一個(gè)EEPROM字節(jié)構(gòu)成。如果沒有對DS18B20使用報(bào)警搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲(chǔ)器使用?？梢杂靡粭l存儲(chǔ)器操作命令對TH和TL進(jìn)行寫入，對這些寄存器的讀出需要通過暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進(jìn)行讀寫。2.1.3DS18B20供電方式DS18B20可以采用外部電源供電和寄生電源供電兩種模式。外部電源供電模式是將DS18B20的GND直接接地，DQ與但單總線相連作為信號(hào)線，VDD與外部電源正極相連。如圖2.3所示：單片機(jī)單片機(jī)DS18B20外部+5V電源VDDDQ4.7KVCC其它單線器件圖2.3DS18B20外部供電方式圖中DS18B20的DQ端口通過接入一個(gè)4.7K的上拉電阻到VCC，從而實(shí)現(xiàn)外部電源供電方式。寄生電源供電模式如圖2.4所示：從圖中可知，DS18B20的GND和VDD均直接接地，DQ與單總線相連，單片機(jī)其中一個(gè)I/O口與DS18B20的DQ端相連。VCC單片機(jī)VCC單片機(jī)DS18B20GND4.7K圖2.4DS18B20寄生電源供電方式+5V2.1.4DS18B20的測溫原理DS18B20的測溫原理如圖2.5所示,其主要由斜率累加器、溫度系數(shù)振蕩器、減法計(jì)數(shù)器、溫度存儲(chǔ)器等功能部件組成。圖2.5DS18B20的測溫原理DS1820是這樣測溫的：用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來得到溫度值。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于-55℃的一個(gè)值。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá)0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到-55℃）的值增加，表明所測溫度大于-55℃。同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)直到0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。斜坡式累加器用來補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時(shí)獲得比較高的分辨率。這是通過改變計(jì)數(shù)器對溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的的值來實(shí)現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時(shí)知道在給定溫度下計(jì)數(shù)器的值和每一度的計(jì)數(shù)值。DS18B20內(nèi)部對此計(jì)算的結(jié)果可提供0.5℃的分辨率。溫度以16bit帶符號(hào)位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，表2.4給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。DS18B20測溫范圍-55℃~+125℃，以0.5℃遞增。表2.4溫度數(shù)據(jù)關(guān)系溫度℃數(shù)據(jù)輸出（二進(jìn)制）數(shù)據(jù)輸出（十六進(jìn)制）+125000000001111101000FA+2500000000001100100032+0.500000000000000010001000000000000000000000-0.51111111111111111FFFF-251111111111001110FFCE-551111111110010010FF92S18B20遵循單總線協(xié)議，每次測溫時(shí)都必須有4個(gè)過程：?初始化；?傳送ROM操作命令；?傳送ROM操作命令；?數(shù)據(jù)交換；2.1.5DS18B20的ROM命令ReadROM（讀ROM）命令代碼為33H，允許主設(shè)備讀出DS18B20的64位二進(jìn)制ROM代碼。該命令只適用于總線上存在單個(gè)DS18B20。MatchROM（匹配ROM）。命令代碼為55H，若總線上有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，適用該命令可選中某一指定的DS18B20，即只有和64位二進(jìn)制ROM代碼完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)其操作。SkipROM(跳過ROM)。命令代碼為CCH，在啟動(dòng)所有DS18B20轉(zhuǎn)換之前或系統(tǒng)只有一個(gè)DS18B20時(shí)，該命令將允許主設(shè)備不提供64位二進(jìn)制ROM代碼就適用存儲(chǔ)器操作命令。SearchROM(搜索ROM)。命令代碼為F0H,當(dāng)系統(tǒng)初次啟動(dòng)時(shí)，主設(shè)備可能不知縱向上有多少個(gè)從設(shè)備或者它們的ROM代碼，適用該命令可確定系統(tǒng)中的從設(shè)備個(gè)數(shù)及其RON代碼。AlarmROM（報(bào)警搜索ROM）。命令代碼為ECH，該命令用于鑒別和定位系統(tǒng)中超出程序設(shè)定的報(bào)警溫度值。Writescratchpad(寫暫存器)。命令代碼為4EH，允許主設(shè)備向DS18B20的暫存器寫入兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中第一個(gè)字節(jié)寫入TH中，第二個(gè)字節(jié)寫入TL中?？梢栽谌魏螘r(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令終止數(shù)據(jù)的寫入。Readscratchpad(讀暫存器)。命令代碼為BEH，允許主設(shè)備讀取暫存器中的內(nèi)容。從第一個(gè)字節(jié)開始直到讀完第九個(gè)字節(jié)CRC讀完。也可以在任何時(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令中止數(shù)據(jù)的讀取操作。Copyscratchpad(復(fù)制暫存器)。命令代碼為48H，將溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL中的字節(jié)復(fù)制到非易失性EEPROM。若主機(jī)在該命令之后又發(fā)出讀操作，而DS18B20又忙于將暫存器中的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM時(shí)，DS18B20就會(huì)輸出一個(gè)“0”,若復(fù)制結(jié)束，則DS18B20輸出一個(gè)“1”。ConvertT(溫度轉(zhuǎn)換)。命令代碼為44H，啟動(dòng)一次溫度轉(zhuǎn)換，若主機(jī)在該命令之后又發(fā)出其它操作，而DS18B20又忙于溫度轉(zhuǎn)換，DS18B20就會(huì)輸出一個(gè)“0”，若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則DS18B20輸出一個(gè)“1”。RecallE2(拷回暫存器)。命令代碼為B8H。將溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL中的字節(jié)從EEPROM中拷回到暫存器中。該操作是在DS18B20上電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行，若執(zhí)行該命令后又發(fā)出讀操作，DS18B20會(huì)輸出溫度轉(zhuǎn)換忙標(biāo)識(shí)：0為忙，1完成。Readpowersupply(讀電源使用模式)。命令代碼為B4H。主設(shè)備將該命令發(fā)給DS18B20后發(fā)出讀操作，DS18B20會(huì)返回它的電源使用模式：0為寄生電源，1為外部電源。2.2AT89C52概述2.2.1單片機(jī)AT89C52介紹AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。2.2.2主要功能特性1、兼容MCS51指令系統(tǒng)；2、8k可反復(fù)擦寫(大于1000次）FlashROM；3、32個(gè)雙向I/O口；4、256x8bit內(nèi)部RAM；5、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷；6、時(shí)鐘頻率0-24MHz；7、2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道；8、2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；9、2個(gè)讀寫中斷口線，3級加密位；10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。圖2.689C52單片機(jī)管腳圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本次課程設(shè)計(jì)中選用AT89C52式單片機(jī)，其最小系統(tǒng)主要由電復(fù)位、振蕩電路組成。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖3所示。單片機(jī)的復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)時(shí)鐘周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成，上電復(fù)位是在復(fù)位引腳上連接一個(gè)電容到VCC，再連接一個(gè)電阻到GND；按鍵復(fù)位是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的高電平來使單片機(jī)復(fù)位。AT89C51單片機(jī)使用12MHZ的晶振最為振蕩源，由于單片機(jī)內(nèi)部有振蕩電路，所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容一般在15pF至50pF之間。外部晶振結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率。圖3單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2溫度采集電路的設(shè)計(jì)溫度采集電路部分，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3個(gè)引腳；溫度側(cè)量范圍為-55℃—+125℃，測量精度為0.5℃；被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；CPU只需用一個(gè)端口線就可以與DS18B20通信。溫度采集電路如圖4所示。圖4溫度采集電路3.3LED顯示報(bào)警電路的設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管與單片機(jī)的P0口相連，單片機(jī)將采集到的溫度值轉(zhuǎn)化為與數(shù)碼管對應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過P0口輸出顯示。即信號(hào)通過譯碼管的端口a、b、c、d、e、f、g、dp端來控制每段譯碼管的亮滅與否，同時(shí)通過端口1、2、3、4四個(gè)端口來控制四個(gè)譯碼管。在本次設(shè)計(jì)中，用集成芯片74HC245驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。同時(shí)當(dāng)采集到的溫度值超過所設(shè)置的范圍時(shí)，單片機(jī)會(huì)輸出一信號(hào)，通過三極管放大后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。4總結(jié)本設(shè)計(jì)是以溫度采集及控制過程設(shè)計(jì)為總目標(biāo)，以89C52單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)為總控制中心，輔助設(shè)計(jì)有溫度采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換接口、加熱電路、LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)串行顯示器等。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)是：（1）要掌握溫度傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等；（2）考慮從非電量信號(hào)到電量信號(hào)的電路實(shí)現(xiàn)原理以及與單片機(jī)的接口；（3）熟悉MCS-51編程的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對溫度的調(diào)節(jié)控制；（4）整體電路的仿真調(diào)試。本次設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：采用的單片機(jī)AT89C51性價(jià)比高；熱敏電阻溫度傳感器轉(zhuǎn)化溫度的方法非常簡潔且精度高、測試范圍較廣。由于時(shí)間及精力所限，對溫度控制系統(tǒng)做了整體設(shè)計(jì)，具體實(shí)現(xiàn)了其中的溫度報(bào)警斷開加熱部分設(shè)計(jì)，即溫度控制系統(tǒng)的采集、顯示、報(bào)警及斷熱模塊。實(shí)物圖如下：致謝在論文完成之際，我首先要想張魯老師表示最真摯的謝意。張老師時(shí)常督促我抓緊時(shí)間做課程設(shè)計(jì)，并經(jīng)常討論，給我提出好的建議。張老師不僅工作認(rèn)真，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度令我受益匪淺，相信在我以后的生活學(xué)習(xí)帶來深遠(yuǎn)的影響。在此衷心的向張老師表達(dá)我的感激之心。我還要特別感謝各位同學(xué)給予了我無私的幫助，他們幫我解決了很多設(shè)計(jì)中遇到的難題，并幫我測試程序。由于本人學(xué)識(shí)有限，加之時(shí)間倉促，文中不免有錯(cuò)誤和待改進(jìn)之處，真誠歡迎各位師長、同學(xué)提出寶貴意見。參考文獻(xiàn):[1]鐘曉偉，宋哲存，基于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)是溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A]林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備[2]葉景，基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與交流，2008[3]楊光友.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2002[4]李丹妮，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]九江學(xué)院報(bào)2005[5]ATMLECorporation,8-BitMicrocontrollerAT89C51DATESHEET.0265F-A-12/97[6]胡壽松，自動(dòng)控制原理[M]北京：科學(xué)出版社，2007[7]劉篤仁，韓保君，傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)西安電子科技大學(xué)出版社，2008[8]梅麗鳳，王艷秋，汪毓鐸，張軍，單片機(jī)原理及接口技術(shù)清華大學(xué)出版社2006[9]深圳市計(jì)算機(jī)行業(yè)協(xié)會(huì)，2005年全國單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)學(xué)術(shù)交流會(huì)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005[10]張義和，陳敵北，例說8051[M]北京：人民郵電出版社，2006[11]張開生，郭國法，MCS-51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]微型計(jì)算機(jī)信息，2005[12]DallasSemiconductor,ProgrammableResolution1-WIREDigitalThermometerDS18B20DATESHEET.

附錄A：總電路圖附錄B：原器件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1R1電阻4.7K12R2電阻100K13R3電阻5K14RP1排阻5K15C1、C2電容33P26C3電容100u17S1按鍵開關(guān)18X1晶振12M19Q1三極管PNP110LS1蜂鳴器111U151單片機(jī)AT89C52112U2溫度傳感器DS18B20113U3集成芯片74HC245114U44位7段數(shù)碼管共陽1附錄C：溫度報(bào)警器部分程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P3^7;sbitbeep=P3^0;voidreset();//DS18B20復(fù)位函數(shù) voidwrite_byte(ucharval);//DS18B20寫命令函數(shù)ucharread_byte(void);//DS18B20讀1字節(jié)函數(shù)voidread_temp();//溫度讀取函數(shù)voidLED_display();voidalarm();uchartempH,tempL,num;uchartable[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//0~9的LED字符編碼ucharsetValue_low=15;ucharsetValue_high=30;main(){while(1){read_temp();LED_display();alarm();}}voiddelay(uintt){for(;t>0;t--);}voidreset() //DS18B20的復(fù)位{ucha