【正文】 電器吸合開(kāi)始加熱，此時(shí)加熱指示燈發(fā)光。 LED 顯示 STC89C52 USB 轉(zhuǎn)串口 功能鍵 繼電器 DS18B20 5V 電源 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 STC89C52 簡(jiǎn)介 單片機(jī)（又稱為微控制器）的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，他以體積小，功能全，性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)而獨(dú)具特色，在工業(yè)控制，尖端武器，通信設(shè)備，信息處理，家用電器等嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭。 51 系列單片機(jī)是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的一種 8 位單片機(jī)之一 ， 經(jīng)過(guò) 近三十年 的推廣與發(fā)展， 51 系列單片機(jī)形成了一個(gè)規(guī)模龐大，功能齊全，資源豐富的的產(chǎn)品群。本設(shè)計(jì)采用 51單片機(jī)的增強(qiáng)型 STC89C52 作為核心 ，下面分別介紹選用該芯片原因， 基本結(jié)構(gòu)及原理，以及單片機(jī)自身特性。 選擇 STC89C52 芯片的原因 系統(tǒng)可選單 片機(jī)有多種，如 8031,8051， MSP430， Mega16， AT89C52 等，選擇 STC89C52 有一下原因 （ 1） 價(jià)格和 MSP4 Mega1 AT89C52 相比較便宜，但仍能滿足系統(tǒng)要求的高可靠性。 （ 2） 功耗比 8031 和 8051 低，性能比 803 8051 好。 （ 3）外部方便拓展 EEPROM，掉電數(shù)據(jù)不丟失 。 （ 4） 為 51 增強(qiáng) 型，兼容 51 使用編程 指令， 課程學(xué)過(guò) 51 單片機(jī)， 上手比較容易 。 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)及原理 程序存放在存儲(chǔ)器中， CPU 按照嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，不斷地從存儲(chǔ)器中取指令，譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的操作，即按照指令的指示發(fā)出地址信號(hào)和控制信號(hào)，打開(kāi)某些門(mén)和關(guān)閉某些門(mén)，使信號(hào)（數(shù)據(jù)或命令）通過(guò)數(shù)據(jù)總線在 CPU 和存儲(chǔ)器及 I/O接口之間交流。這就是計(jì)算機(jī)的工作原理。簡(jiǎn)而言之，存儲(chǔ)程序，執(zhí)行程序是微機(jī)的基本工作原理，取指，譯碼，執(zhí)行是微機(jī)的基本工作過(guò)程。 單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一種，是將計(jì)算機(jī)主機(jī)（ CPU，存儲(chǔ)器和 I/O 接口）集成在一小塊硅片上的微機(jī)，又稱微控制器。它專為工業(yè)測(cè)量與控制而設(shè)計(jì)，具有三高優(yōu)勢(shì)（集成度高，性價(jià)比高，可靠性高），它的特點(diǎn)是 小而全（體積小，功能全），主要應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)與控制，計(jì)算機(jī)外設(shè)，智能儀器，儀表，通信設(shè)備，家用電器等，特別適合嵌入式微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 。 STC89C52 是增強(qiáng)型 51 單片機(jī)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和 51 單片機(jī)一致。如圖 所示 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 圖 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 其中， CPU 是計(jì)算機(jī)的控制核心 部件 ，它的功能是執(zhí)行指令，完成算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算，并對(duì)整機(jī)進(jìn)行控制。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，它由成千上萬(wàn)個(gè)單元組成，每個(gè)單元都有一個(gè)編號(hào)（稱為地址），每個(gè)單元存放一個(gè) 8 位二進(jìn)制數(shù)，這個(gè)二進(jìn)制數(shù)可以是程序的代碼，也可以是數(shù)據(jù)。輸入、輸出接口（又稱 I/O 接口）是 CPU 和外設(shè)（外部設(shè)備）之間相連的邏輯電路，外設(shè)必須通過(guò)接口才能和 CPU 相連。不同的外設(shè)所用的接口不同，有并行接口，串行接口，定時(shí)器， A/D， D/A 等；每個(gè) I/O 接口也有一個(gè)地址， CPU 通過(guò)對(duì)不同地址的 I/O 接口進(jìn)行操作來(lái)完成對(duì)外設(shè)的操作。存儲(chǔ)器， I/O 接口和CPU 之間通過(guò)總線相連。用于傳送程序或數(shù)據(jù)的總線稱為數(shù)據(jù)總線；地址總線用于傳送地址，以識(shí)別不同的存儲(chǔ)單元或 I/O 接口；控制總線用于控制數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)流傳送方向，對(duì) 象等。在程序指令的控制下，存儲(chǔ)器或 I/O 接口通過(guò)控制總線和地址總線的聯(lián)合作用，分時(shí)地占用數(shù)據(jù)總線，和 CPU 交流信息。 STC89C52 本身特性 （ 1） 由于 STC89C52 自身不帶 A/D、 D/A 功能，需要外部通過(guò)芯片擴(kuò)展，通過(guò)外接 DAC0832， ADC0804 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn) D/A,A /D 功能 （ 2） 89C52 屬于增強(qiáng)型 51 機(jī)，可以選擇兩種機(jī)器周期工作方式，分別為 6 機(jī)器周期和 12 機(jī)器周期 （ 3） 工作電壓有 ～ 和 ～ 兩種， 設(shè)計(jì)中選用 5V 供電 （ 4） 應(yīng)用程序空間為 8K，足夠編寫(xiě)溫度控制程序 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 （ 5） 具有 EEPROM 和看門(mén)狗功能 （ 6） 32個(gè) 通用 I/O口，復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4均為 準(zhǔn)雙向口 /弱上拉 類型 I/O口 （ 7） 有 3個(gè) 16位定時(shí)計(jì)數(shù)器即 T0， T1， T2 （ 8）漏極開(kāi)路輸出，不 外加上拉電阻 就 可以作為總線擴(kuò)展用，作為 I/O口用時(shí)，需要外部接上拉電阻提高電平。 （ 9） 掉電工作模式：可以由外部中斷喚醒，中斷 執(zhí)行完畢 返回后繼續(xù)執(zhí)行原程序 （ 10） 正常工作時(shí)的電流為 4mA～ 7mA （ 11） 所選單片機(jī)正常溫度范圍 ： 40～ +85℃ ， 可在工業(yè)生產(chǎn)里使用 （ 12） 封裝的方式為 PDIP。 圖 引腳封裝圖 圖 STC89C52 PDIP封裝 。 其引腳功能 為 ： VCC（ 40引腳）：電源電壓 VSS（ 20引腳）：接地 P0引腳： ~ 32 到 39引腳 P0是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8位雙向的I/O口，每個(gè)引腳可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL類型的負(fù)載，對(duì) P0寫(xiě)“ 1”，可以實(shí)現(xiàn)高阻抗輸入的功能，在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， P0端口可以提供 8位的地址和數(shù)據(jù)的復(fù)用總線 。 P1引腳： ~ 1到 8引腳， P1端口是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的 8 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 位雙向 I/O口， P1以吸收或是輸出電流的方式可以驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL輸入類型的負(fù)載 。 P2引腳； ~ 21到 28引腳， P2端口也是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口。 P2以吸收或輸出電流方式可以驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL輸入類型負(fù)載。對(duì) P2端口寫(xiě)入 1時(shí)，可以通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻實(shí)現(xiàn)把端口拉到高電平的功能，這時(shí) P2端口可以滿足作為 輸入口 端口功能 。 P2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛猩侠娮璧?，那些被外部信?hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 P3引腳： ~ 10到 17引腳， P3端口和 P2端口一樣也是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的 8位雙向型 I/O口， P3端口以吸收或釋放電流的方式可以驅(qū)動(dòng) 4個(gè)TTL輸入類型的負(fù)載， P3引腳作為輸入端口使用，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻的緣故，那些被外部輸入信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一個(gè)電流 ,P3引腳不僅僅可以作為雙向 I/O口使用，還有一些復(fù)用功能， P3引腳特殊功能及對(duì)應(yīng)的引腳 如表 。 表 P3 引腳復(fù)用功能說(shuō)明 對(duì)應(yīng)引腳號(hào) 擁有的復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0（定時(shí)器 0的外部輸入） T1（定時(shí)器 1的外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST引腳：對(duì)應(yīng)封裝圖 9引腳，復(fù)位輸入功能引腳，當(dāng)該端口輸入大于等于兩個(gè)時(shí)鐘周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，該引腳用來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位初始化 。 ALE引腳： ALE是 地址鎖存控制信號(hào)當(dāng) MCU訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，用來(lái)鎖存地址低 8位的輸出脈沖。以固定時(shí)鐘頻率的六分之一作為 ALE的輸入脈沖，但每次訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的時(shí)候 ALE會(huì)跳 。 PSEN引腳：對(duì)應(yīng)封裝圖 29引腳，該引腳為外部程序選通控制信號(hào)，當(dāng)從外部程序 ROM執(zhí)行代碼時(shí)，在每個(gè)周期內(nèi)被激活兩次，當(dāng)用戶訪問(wèn)內(nèi)部數(shù)據(jù) RAM時(shí)，不會(huì)被激活 。 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 VPP引腳：對(duì)應(yīng)封裝圖 31引腳，訪問(wèn)外部程序 ROM控制信號(hào)，為了實(shí)現(xiàn)從地址范圍 0000H到 FFFFH的外部程序 ROM讀取指令，必須接上 GND引腳 ，接上 VCC引腳可以滿足執(zhí)行內(nèi)部程序 ROM功能。 XTAL1引腳：對(duì)應(yīng)封裝圖 19引腳，振蕩器反向放大器，以及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端口 。 XTAL2引腳：對(duì)應(yīng)封裝圖 18引腳，振蕩器反相放大器的輸入端，特殊功能寄存器 。 89C52內(nèi)部存儲(chǔ)器中， 80H～ FFH地質(zhì)單元 為特殊功能寄存器區(qū)域 ,89C52單片機(jī)中有定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0，定時(shí)計(jì)數(shù)器 T1，還加進(jìn)去一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器 T2，其為十六位的，通過(guò)配置它的特殊功能寄存器 T2CON來(lái)決定它是定時(shí)器還是計(jì)數(shù)器 。 T2具有 三種工作方式 ： 捕獲模式， 自動(dòng)重新裝載模式，以及波特率發(fā)生器模式，畢 設(shè)中使用的是自動(dòng)重新裝載模式來(lái)控制時(shí)序 。 （ 1） 捕獲工作模式： 通過(guò)設(shè)置 T2CON中 EXEN2選項(xiàng)來(lái)決定工作方式，當(dāng) EXEN2等于 0時(shí)，定時(shí)器可作為一個(gè)十六位的定時(shí)器或是計(jì)數(shù)器，溢出時(shí) TF2會(huì)被置位，如果 EXEN2等于 1時(shí)，就會(huì)增加一個(gè)功能特性， EXF@一樣可以產(chǎn)生中斷，這一點(diǎn)和 TF2很像，在捕獲模式中， TL2和 TH2寄存器切勿重新裝載值 （ 2） 自動(dòng)重裝模式： 通過(guò)配置 T2CON來(lái)將其配置成十六位的定時(shí)計(jì)數(shù)器，通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)決定是遞增還是遞減工作方式，增減方式由寄存器 DCEN來(lái)確定，它位于T2MMON寄存器中，當(dāng) DCEN為 0時(shí)默認(rèn)為向上計(jì)數(shù)，當(dāng) DCEN等于 0時(shí)，可以通過(guò)寄存器 T2Ex來(lái)確定是增計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)，如下圖所示為例介紹一下自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)功能，圖示中 DCEN=0，為自動(dòng)增計(jì)數(shù)模式，通過(guò)設(shè)置 EXEN2位來(lái)選擇，如果 EXEN2被配置為 0，那么 T/C2則以增加的計(jì)數(shù)的方式計(jì)數(shù)到 0FFFFH，計(jì)數(shù)溢出將 TF2置位為 1，然后將 RCAP2L和 RCAP2H存儲(chǔ)的 16位數(shù)值從新裝載到定時(shí)計(jì)數(shù)器，其中存儲(chǔ)器 RCAP2L和 RCAP2H中的數(shù)值是通過(guò)軟件編程預(yù)設(shè)置的 （ 3） 波特率發(fā)生 模式 ： T2CON的控制位 TCLK以及 RCLK允許 T/C1或者 T/2從串行口發(fā)送和接收波特率，寄存器 TCLK=0， T/C1作 為串行口發(fā)送波特率的發(fā)生器，當(dāng)寄存器 TCLK=1時(shí)， T/C2作為串行口波特率發(fā)生器，寄存器 RCLK對(duì)接收的波特率作用是相同的，通過(guò) TCLK和 RCLK兩個(gè)寄存器，可以使得串行口獲得不同的接收以及發(fā)送波特率，一個(gè)通過(guò) T/C1產(chǎn)生，一個(gè)通過(guò) T/C2產(chǎn)生。 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 供電 方案確定 供電電路可選擇兩種方案： 方案 1：自己制作 5V 直流電源 ； 方案 2：應(yīng)用集成電源適配器，將 220V 市電變?yōu)?5V 直流電輸出 。 考慮到自制電源供電不穩(wěn)，最后選擇方案 2，圖 為供電電路 圖 供電電路 圖 為電源外接指示燈電路，讓用戶清楚知道是否供電。 選用發(fā)光二極管為紅色，導(dǎo)通壓降 ，正常工作電流 58mA,加 560 歐電阻可使工作電流處在正常范圍內(nèi)。 圖 指示燈電路 復(fù)位電路方案確定 對(duì)于 單片機(jī)，通常 系統(tǒng) 需要在上電瞬間進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)的初始化，這時(shí)單片機(jī)無(wú)法立即進(jìn)入工作狀態(tài) ， 通常稱為上電初始化 。 單片機(jī)可選 上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。 如圖 所示 。 圖 常用復(fù)位電路 為滿足系統(tǒng)控制靈活性需要，本系統(tǒng)采用圖 所示手動(dòng)復(fù)位電路，懸空端 節(jié)單片機(jī) Reset 引腳， 為滿足單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)， 將電容變?yōu)?10uf,電阻變?yōu)?10K 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 Ω 按下按鍵 VCC 接通，由電阻 R6 拉高電平，在復(fù)位引腳提供一定時(shí)間高電平，單片機(jī)復(fù)位 。 圖 選定復(fù)位電路方案 單片機(jī)晶振電路設(shè)計(jì) STC89C52MCU 的 時(shí)鐘信號(hào) 可以通過(guò)內(nèi)部震蕩電路方式或是外部震蕩電路方式獲得 。 通過(guò) 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接 晶振 ，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩 的 方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有反相高增益放大器，當(dāng)外接晶振后， 便 構(gòu)成了自激 式 振蕩 電路 ， 并產(chǎn)生震蕩 的 時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用 6MHz， 12MHz 或 24MHz。 晶振 可以提供基準(zhǔn)頻率 ， 分為有源無(wú)源兩類 ，無(wú)源 式 晶振需要 選用 芯片內(nèi)部有震蕩器，晶振的信號(hào)電壓 要 根據(jù)起振電路 的具體情況 而定，允許不同的電壓 信號(hào) ，但 通常 無(wú)源晶振精度 和 質(zhì)量 都 較差， 為 更 精確的匹配外圍 電路 設(shè)計(jì) ， 晶振頻率選取 12MHZ， 如需更換晶振時(shí)要同時(shí) 要改變外 圍電路 設(shè)計(jì) 。 無(wú)振蕩器的 有源晶振 就能 提供較高 精度 基準(zhǔn)頻率， 相對(duì)無(wú)緣晶振信號(hào)質(zhì)量要好 。實(shí)際應(yīng)用中多采用無(wú)源晶振設(shè)計(jì)的電路居多。 本設(shè)計(jì)采 用 圖 晶振時(shí)鐘電路 。 晶振選取 12MHZ，電容選取 22pf 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 圖 電路的晶振時(shí)鐘電路 按鍵 設(shè)計(jì) 方案選擇 ： 方案 1：焊接獨(dú)立按鍵 ， 方案 2：使用矩陣鍵盤(pán) 。 方案比較：使用獨(dú)立按鍵 相比于矩陣鍵盤(pán) 的優(yōu)點(diǎn)是編程容易， 占用 I/O 口資源更少，LCD1602,已經(jīng)占用較多 I/O 口，采用方案二會(huì)使焊接布線更復(fù)雜，出現(xiàn)問(wèn)題不容易查找。綜合考慮選用方案 1。 ： 按鍵動(dòng)作將機(jī)械關(guān)系轉(zhuǎn)化為數(shù)字邏輯電平，為標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 電平， 具體的 按鍵動(dòng)作狀態(tài)和功能設(shè)置通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 ： 圖 為按鍵按下產(chǎn)生抖動(dòng)干擾示意圖 消除按鍵抖動(dòng)可選用兩種方式： （ 1）通過(guò)硬件方式，通常用電容濾波、單穩(wěn)