基于单片机温度测试系统硬件设计(编辑修改稿)

基于单片机温度测试系统硬件设计(编辑修改稿)内容摘要：

体设计：控制器采用单片机 AT89C51，温度传感器采用DS18B20，用 4位 LED数码管以 串口传送数据实现温度显示 [1]。 系统整体硬件电路 温度计电路设计原理图见 图 23 所示，控制器使用单片机 AT89C51 温度 传感器使用 DS18B20，用 4 位共阴 LED 数码管以动态扫描实现温度显示 [2][3]。 按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑 时，可 以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位 [4][5]。 温度传感器 键盘电路 4位数码管显示电路 位数码管显示电路报警电路 单 片 机 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 硬件的设计 7 图 23 设计原理图 系统组成 由 AT89C51 构成的数字温度计由三部分组成： DS18B20 温度传感器、 AT89C5显示模块。 产品的主要技术 指标 ： （ 1） 采用单总线技术，与单片机通信只需要一根 I/O 线，在一根线上可以挂接多个DS18B20。 （ 2） 每只 DS18B20 具有一个独有的，不可修改的 64 位序列号，根据序列号访问地址器件。 （ 3） 低压供电，电源范围从 3～ 5V，可以本地供电，也可以直接数据线上窃取电源（寄生电源方式）。 （ 4） 测温范围为 55℃ ～ +125℃，在 10℃ ~85℃范围内误差为：177。 ℃。 （ 5） 可编辑数据为 9～ 12位，转换 12 位温度时间为 750ms（最大） （ 6） 用户可自行设定报警上下限温度 （ 7） 报警搜索命令可识别和寻址哪个 器件的温度超出预定值 （ 8） DS18B20 的分辨率由用户通过 EEPROM 设置为 9～ 12 位 （ 9） DS18B20 可将检测到温度值直接转化为数字量，并通过串行通信的方式与主控沈阳化工大学学士学位论文 第二章 硬件的设计 8 制器进行数据通信。 温度检测系统 工作原理 利用 AT89C51 组成的数字温度计的工作原理：温度传感器 DS18B20 将被测环境温度转化成带符号的数字信号（以十六位补码形式，占两个字节），传感器可置于离装置 150 米以内的任何地方，输出脚 I/O 直接与单片机的 相连， AT89C51 内带FlashROM，用户程序存放在这里。 显示器 模块由四 个单独的共 阴 LED 数码管组成。 系统程序分传感器控制程序和显示器程序两部分，传感器空控制程序是按照 DS18B20的通信协议编制。 系统的工作是在程序控制下，完成对传感器的读写和对温度的显示。 主控制器 单片机 AT89C51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用三节电池（ ）供电。 [6] 单片机的选择 属于哈佛体结构的 MCS51系列单片机，其程序存储器和数据存储器各自独立，编址范围均为 64KB。 该系列产品功能强，运行速度高，可靠性强，其为低电压；高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4位的 EEPROM和 128位的 RAM，兼容 MCS51 指令系统，片内通用 8位CPU 和 Flash 存储单元，可灵活运用于性价比高的应用场合，所以设计中单 片机选取的型号为 AT89C51。 图 24 单片机管脚图 （ 1） 主要性能参数： 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 硬件的设计 9 ①与 MCS51 产品指令系统兼容 4K 字节 EEPROM ② 1000 次擦写周期 ③全静态操作： 0HZ~24MHZ ④三级加密程序存储器 ⑤ 23*8 字节的内部 RAM ⑥ 32 个可编程 I/O 口线 ⑦ 2个 16位定时 /计数器 ⑧ 6 个中断源 ⑨可编程串行 UART 通道 ⑩低功耗空闲和掉电模式述： （ 2）功能特性描述： AT89C51 提供以下标准功能： 4K 字节 FLASH 闪速存储器， 128 字节的内部 RAM。 32 个 I/O 口线，两个 16 位定时 /计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路，同时， AT89C51 可降至 0HZ 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时 /记数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存中的内容，但是振荡器停止工作并禁止其它所有部件直到下一个硬件复 位。 各引脚对应的功能简要介绍如下： 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 硬件的设计 10 图 25 AT89C51的内部结构图 GND—— 接地。 VCC —— 电源端，接＋５Ｖ ～ —— P0口 当 P0 口作为普通输入接口时，应先向口锁存器写“ 1”。 当 P0 口是在访问片外存储器（扩展 RAM 或 ROM）时，它是标准的双向 I/O 接口。 分时复用作为低 8位地址线和8位双向数据总线使用。 ～ —— P1 口 ，它仅用作为 I/O口使用，它也 是 自 带上拉 电阻 的 8 位准 双向I/O 端 口，每 一 位可以能驱动４个ＬＳＴＴＬ负载。 当 P1 口用作输入 接 口 时，应先沈阳化工大学学士学位论文 第二章 硬件的设计 11 向口锁存器写“ 1”。 ～ —— P2 口。 作为普通 I/O口使用时，它是自带上拉电阻的 8位准双向 I/O，每 一 位可以能驱动４个ＬＳＴＴＬ负载。 作为输入接口时，应先向口锁存器写“ 1”。 在访问片外存储器（扩展 RAM 或 ROM）时，作为高 8 位地址线使用。 ～ —— P3 口 ， 是 自 带上拉 电阻 的 8位准 双向 I/O 口，每 一 位可以能驱动４个ＬＳＴＴＬ负载。 可用作输入口 ，应先向口锁存器写“ 1”。 P3 口还具有以下特殊功能 ： RXD() —— 串行输入口 TXD() —— 串行输出口 INT0() —— 外部中断 0 INT1() —— 外部中断 T0() —— 定时器 0 外部输入 T1() —— 定时器 1 外部输入 WR() —— 外部数据存储器写信号 RD() —— 外部数据存储器读信号 RST —— 复位。 当 振荡器 在运行中只要复位管脚出现 2 个机器周期高电平，即可复位内部。 有扩散电阻连接到 VSS，仅需要外接一个电容到 VCC 即可实现上电复位。 ALE —— 地址锁存使能。 在访问外部存储器时，输出脉冲锁存地址的低字节，在正常情况下， ALE 输出信号恒定为 1/6 振荡频率并可用作外部时钟或定时。 PSEN —— 程序存储使能。 当执行外部程序存储器代码时， PSEN 每个机器周期被激活两次。 在访问外部数据存储器时， PSEN 无效。 访问内部程序存储器时， PSEN 无效。 EA/VPP —— 外部寻址使能 /编程电压。 在访问整个外部程 序存储器时 EA 必须外置低 电平 ，如果 EA为高时将执行内部程序，除非程序计数器包含大于片内 FLASH 的地址。 该引脚在对 FLASH 编程时 ，接 5V/12V 编程电压 (Vpp)，如果保密位 1已编程， EA在复位时由内部锁存。 XTAL1 —— 反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入 [7]。 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 硬件的设计 12 复位电路 见 图 28 所示： 图 28 单片机复位电路 复位电路工作原理 [8]： 电容在上接高电平，电阻在下接地，中间为 RST。 这种复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是 RST 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电， RST 端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始正常工作。 显示电路 显示器件选用的是 4 位共阴极数码管显示， 8 个数据接口用 电阻作为上拉电阻。 见 图 29所示 : 显示电路采用静态显示， 4位共阴 LED 数码管。 所谓静态显示，就是每一个 显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接用于笔划段字形代码。 这样单片 机只要把要显示的字形代码发送到接门电路，就不用管它了，直到要显示新的 数据时，再发送新的宇形码，因此，使用这种方法，单片机中 CPU 的开销小。 (1)LSD 的静态显示 实际使用的 LED 显示器通常由多位构成，对多位 LED 显示器的控制包括字 行控制和字位控制，在静 态显示方式下，每一位显示器的字行控制是独立的， 分别接到一个 8位 I/0 接口上，字位控制线连在一起，接地或 5伏。 (2)LSD 显示器及接法 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 硬件的设计 13 通常所说的 LED 显示器由 7 个发光二极管组成，故也称 7 段数码管，此外 显示器还有一个圆点型发光二极管，用于显示小数点，故有时也称八段 LED 显 示管，通过 7 段发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字，字母及其他 符号。 LEA 示器中的发光二极管有 2种接法 : （ 1） 共阳极接法 把发光二极管的阳极连在二起构成共阳极，使用时公共 阳极 接 +5 伏，这样，阳极输入端低电平的段发光二极管就导通点亮， 而输入高 电平则。