基于stc89c52的温度控制系统的硬件设计论文(编辑修改稿)

基于stc89c52的温度控制系统的硬件设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

介绍 STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机， 12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期可以任意选择。 主要特性如下： （ 1） 增强型 8051单片机， 6时钟 /机器周期和 12时钟 /机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统 8051. （ 2） 工作电压： ～ （ 5V 单片机） /～ （ 3V 单片机） （ 3） 工作频率范围： 0～ 40MHz，相当于普通 8051 的 0～ 80MHz，实际工作频率可达 48MHz （ 4） 用户应用程序空间为 8K 字节，片上集成 512 字节 RAM （ 5） 通用 I/O 口（ 32 个），复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口 /弱上拉， P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻 （ 6） ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（ RxD/,TxD/）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 （ 7） 具有 EEPROM 功能，具有看门狗功能，共 3 个 16 位定时器 /计数器。 即定时器 T0、 T T2 （ 8） 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路， Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 （ 9） 通用异 步串行口（ UART），还可用定时器软件实现多个 UART 上海工程技术大学 基于 STC89C52 的温度控制系统的硬件设计 5 图 3 STC89C52 引脚图 STC89C52RC 引脚功能说明 VCC（ 40 引脚）：电源电压 VSS（ 20 引脚）：接地 P0 端口（ ～ ， 39～ 32 引脚）： P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/O口。 作为输出端口，每个引脚能驱动 8 个 TTL 负载，对端口 P0 写入“ 1”时，可以作为高阻抗输入。 在访问外部程序和数据存储器时， P0 口也可以提供低 8 位地址和8 位数据的复用总线。 此时， P0 口内部上拉电阻有效。 在 Flash ROM 编程时， P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。 验证时，要求外接上拉电阻。 P1 端口（ ～ ， 1～ 8 引脚）： P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向I/O 口。 P1 的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式） 4 个 TTL 输入。 对端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。 P1 口作输上海工程技术大学 基于 STC89C52 的温度控制系统的硬件设计 6 入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。 此外， 和 还可以作为定时器 /计数器 2 的外部技术输入（ ）和定时器 /计数器 2 的触发输入（ ）。 单片机的时序介绍 STC89C52 单片机的时序的定时单元有 4 个，它们分别为震荡周期、时钟周期、机器周期以及指令周期，且时间长度由小到大依次排列。 所谓震荡周期，就是一个震荡脉冲的持续时间，也可以称之为节拍。 它是晶体振荡器产生的时钟频率的倒数，也是单片机系统中最小、最基本的时序定时单位。 两个震荡周期加起来就称为时钟周期，一个状态包含两个节拍，分别为前拍 P1 和后拍 P2 在状态的前拍 P1 有效时，通常完成算数逻辑操作；在后拍 P2 有效时，一般进行内部寄存器之间的传输。 机器周期是 CPU 访问存储器或 I/O 端口一次所需的时间，并且规定一个机器周期包括个状态或者个振荡周期。 指令周期则是 CPU 取出一条指令，一直到该指令执行完成所需的时间，它以机器周期为单位。 通常一条指令执行所需的时间为 1～ 4 个机器周期。 在 51 系列单片机中，除乘法、除法指令是四周期指令外，其它的都是单周期指令或双周期指令。 综上所述，一个机器周期包含 12 个振荡周期或 6 个时钟周期，指令的执行时间称为指令周期，单片机按照指令执行所需的时间将其分为单周期指令、双周期指令和四周期指令 3 种，全部指令按其长度可分为单字节指令、双字节指令和三字节指令，各指令的操作在时间上有严格的次序，这种次序便称之为时序。 （三）温度检测系统电路 温度检测控制系统中采用的检测元件是 DS18B20，在该电路中， DS18B20的通信线是与单片机的 口相连。 DS18B20 温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口 DQ ，外供电源线 VDD，共用地线 GND。 DS18B20 有两种供电方式：一种为数据线供电方式，此时 VDD 接地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，来完成温度转换，相应的完成温度转换的时间较长。 这种情况下，用单片机上海工程技术大学 基于 STC89C52 的温度控制系统的硬件设计 7 的一个 I/O 口来完成对 DS18B20 总线的上拉。 另一种是外部供电方式 (VDD 接 +5V)，相应的完成温度测量的时间较短。 在本设计中采用外部供电方式实现 DS18B20 传感器与单片机的连接，其接口电路如图 4 所示。 图 4 温度采集模块 的介绍 温度检测控制系统的主要元器件是 DS18B20 温度传感器 DS18B20 数字温度传感器，它是 DALLAS 公司生产的 1－ Wire，即单总线器件 ，具有线路简单，体积小的特点。 因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计。 DS18B20 主要有以下特点： (1)只要求一个 I/O 口即可实现通信； (2)在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号； (3)实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温； (4)测量温度范围在－ 55 到＋ 125℃之间。 在 10 ~ +85℃范围内误差为177。 5℃； (5)数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择。 将 12 位的温度值转换为数字量所需时间不超过 750ms； (6)内部有温度上、下限告警设置。 因此由 于 DS18B20 有诸如此类的优点，使其在温度检测系统中被大量应用。 这在本次设计中是深有体会的，凭借它极其简单的电路连接和通信协议，使我们在实上海工程技术大学 基于 STC89C52 的温度控制系统的硬件设计 8 际的电路调试过程中节省了不小的精力。 的引脚及其功能 图 5 DS18B20 的引脚图 DS18B20 引脚功能描述： （ 1） GND 地信号； （ 2） DQ 数据输入出引脚。 开漏单总线接口引脚。 当被用在寄生电源下，此引脚可以向器件提供电源；漏极开路 , 常太下高电平 . 通常要求外接一个约 5kΩ的上拉电阻； （ 3） VDD 可选择的 VDD 引脚。 电压范围 :3~。 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 的使用方法 DS18B20 与单片机的通信是在一根线上完成的，即在一根总线上实现数据的双向传输，因此在一根 I/O 线上读写数据时必须遵循严格的读写时序要求。 18B20 有自己的通信协议，该协议规定了三种时序：初始化时序、读时序、写时序。 在对DS18B20 进行读写操作时必须按照该时序进行操作，否则不能进行通讯。 （四）系统电源电路设计 为了电路实现上的简洁高效，防止因电源模块电路的复杂原因而导致故障的发生，本次的电源部分设计比较简单，其结构如下图： 上海工程技术大学 基于 STC89C52 的温度控制系统的硬件设计 9 图 6 电源模块 该电源模块中主要由两个滤波电容构成，一个滤除高频干扰，一个用于低频干扰，这样使电源电路更加可靠，不易受到干扰。 而不加滤波电容，直接单片机供电口与电源相连，则使单片机极不稳定，稍有外部干扰作用到单片机的电源口，都会使单片机产生波动，从而造成整个电路的工作的不稳定个，可靠性不高。 因此，在该电源模块设计中，滤波电路是提高电源稳定性所必需的。 （五）系统按键电路设计 为了提高系统的可操作性和实际应用的方便性，在需要时可以对系统进行手动操作，在本次电路设计中，添加了几个按键，分别为复位按键与控制直流电机正反转的按键 ，其接口电路如下图 : 图 7 系统按键开关模块 上海工程技术大学 基于 STC89C52 的温度控制系统的硬件设计 10 复位按键是当电路出现故障或程序出现问题时，只要按下。