【正文】 電器吸合開始加熱，此時加熱指示燈發(fā)光。 LED 顯示 STC89C52 USB 轉(zhuǎn)串口 功能鍵 繼電器 DS18B20 5V 電源 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計 4 STC89C52 簡介 單片機（又稱為微控制器）的出現(xiàn)是計算機發(fā)展史上的一個重要里程碑，他以體積小，功能全，性價比高等諸多優(yōu)點而獨具特色，在工業(yè)控制，尖端武器，通信設備，信息處理，家用電器等嵌入式應用領域中獨占鰲頭。 51 系列單片機是國內(nèi)目前應用最廣泛的一種 8 位單片機之一 ， 經(jīng)過 近三十年 的推廣與發(fā)展， 51 系列單片機形成了一個規(guī)模龐大，功能齊全，資源豐富的的產(chǎn)品群。本設計采用 51單片機的增強型 STC89C52 作為核心 ，下面分別介紹選用該芯片原因， 基本結構及原理，以及單片機自身特性。 選擇 STC89C52 芯片的原因 系統(tǒng)可選單 片機有多種，如 8031,8051， MSP430， Mega16， AT89C52 等，選擇 STC89C52 有一下原因 （ 1） 價格和 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 型，兼容 51 使用編程 指令， 課程學過 51 單片機， 上手比較容易 。 單片機基本結構及原理 程序存放在存儲器中， CPU 按照嚴格的時序關系，不斷地從存儲器中取指令，譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的操作，即按照指令的指示發(fā)出地址信號和控制信號，打開某些門和關閉某些門，使信號（數(shù)據(jù)或命令）通過數(shù)據(jù)總線在 CPU 和存儲器及 I/O接口之間交流。這就是計算機的工作原理。簡而言之，存儲程序，執(zhí)行程序是微機的基本工作原理，取指，譯碼，執(zhí)行是微機的基本工作過程。 單片機是微型計算機的一種，是將計算機主機（ CPU，存儲器和 I/O 接口）集成在一小塊硅片上的微機，又稱微控制器。它專為工業(yè)測量與控制而設計，具有三高優(yōu)勢（集成度高，性價比高，可靠性高），它的特點是 小而全（體積小，功能全），主要應用于工業(yè)檢測與控制，計算機外設，智能儀器，儀表，通信設備，家用電器等，特別適合嵌入式微機應用系統(tǒng) 。 STC89C52 是增強型 51 單片機，內(nèi)部結構和 51 單片機一致。如圖 所示 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計 5 圖 內(nèi)部結構示意圖 其中， CPU 是計算機的控制核心 部件 ，它的功能是執(zhí)行指令，完成算術運算，邏輯運算，并對整機進行控制。存儲器用于存儲程序和數(shù)據(jù)，它由成千上萬個單元組成，每個單元都有一個編號（稱為地址），每個單元存放一個 8 位二進制數(shù)，這個二進制數(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（外部設備）之間相連的邏輯電路，外設必須通過接口才能和 CPU 相連。不同的外設所用的接口不同，有并行接口，串行接口，定時器， A/D， D/A 等；每個 I/O 接口也有一個地址， CPU 通過對不同地址的 I/O 接口進行操作來完成對外設的操作。存儲器， I/O 接口和CPU 之間通過總線相連。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，以識別不同的存儲單元或 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 象等。在程序指令的控制下，存儲器或 I/O 接口通過控制總線和地址總線的聯(lián)合作用，分時地占用數(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，需要外部通過芯片擴展，通過外接 DAC0832， ADC0804 芯片來實現(xiàn) D/A,A /D 功能 （ 2） 89C52 屬于增強型 51 機，可以選擇兩種機器周期工作方式，分別為 6 機器周期和 12 機器周期 （ 3） 工作電壓有 ～ 和 ～ 兩種， 設計中選用 5V 供電 （ 4） 應用程序空間為 8K，足夠編寫溫度控制程序 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計 6 （ 5） 具有 EEPROM 和看門狗功能 （ 6） 32個 通用 I/O口，復位后為： P1/P2/P3/P4均為 準雙向口 /弱上拉 類型 I/O口 （ 7） 有 3個 16位定時計數(shù)器即 T0， T1， T2 （ 8）漏極開路輸出，不 外加上拉電阻 就 可以作為總線擴展用，作為 I/O口用時，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） 正常工作時的電流為 4mA～ 7mA （ 11） 所選單片機正常溫度范圍 ： 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是一個漏極開路的 8位雙向的I/O口，每個引腳可以驅(qū)動 8個 TTL類型的負載，對 P0寫“ 1”，可以實現(xiàn)高阻抗輸入的功能，在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器， P0端口可以提供 8位的地址和數(shù)據(jù)的復用總線 。 P1引腳： ~ 1到 8引腳， P1端口是一個內(nèi)部帶上拉電阻的 8 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計 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 4個 TTL輸入類型的負載 。 P2引腳； ~ 21到 28引腳， P2端口也是一個帶內(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 4個 TTL輸入類型負載。對 P2端口寫入 1時，可以通過內(nèi)部的上拉電阻實現(xiàn)把端口拉到高電平的功能，這時 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，因為有上拉電阻的，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 P3引腳： ~ 10到 17引腳， P3端口和 P2端口一樣也是一個內(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 4個TTL輸入類型的負載， P3引腳作為輸入端口使用，因為內(nèi)部存在上拉電阻的緣故，那些被外部輸入信號拉低的引腳會輸入一個電流 ,P3引腳不僅僅可以作為雙向 I/O口使用，還有一些復用功能， P3引腳特殊功能及對應的引腳 如表 。 表 P3 引腳復用功能說明 對應引腳號 擁有的復用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0（定時器 0的外部輸入） T1（定時器 1的外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST引腳：對應封裝圖 9引腳，復位輸入功能引腳，當該端口輸入大于等于兩個時鐘周期的高電平即可實現(xiàn)復位功能，該引腳用來實現(xiàn)單片機復位初始化 。 ALE引腳： ALE是 地址鎖存控制信號當 MCU訪問外部程序存儲器時，用來鎖存地址低 8位的輸出脈沖。以固定時鐘頻率的六分之一作為 ALE的輸入脈沖，但每次訪問外部存儲器的時候 ALE會跳 。 PSEN引腳：對應封裝圖 29引腳，該引腳為外部程序選通控制信號，當從外部程序 ROM執(zhí)行代碼時，在每個周期內(nèi)被激活兩次，當用戶訪問內(nèi)部數(shù)據(jù) RAM時，不會被激活 。 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計 8 VPP引腳：對應封裝圖 31引腳，訪問外部程序 ROM控制信號，為了實現(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：對應封裝圖 19引腳，振蕩器反向放大器，以及內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端口 。 XTAL2引腳：對應封裝圖 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)部存儲器中， 80H～ FFH地質(zhì)單元 為特殊功能寄存器區(qū)域 ,89C52單片機中有定時 /計數(shù)器 T0，定時計數(shù)器 T1，還加進去一個定時計數(shù)器 T2，其為十六位的，通過配置它的特殊功能寄存器 T2CON來決定它是定時器還是計數(shù)器 。 T2具有 三種工作方式 ： 捕獲模式， 自動重新裝載模式，以及波特率發(fā)生器模式，畢 設中使用的是自動重新裝載模式來控制時序 。 （ 1） 捕獲工作模式： 通過設置 T2CON中 EXEN2選項來決定工作方式，當 EXEN2等于 0時，定時器可作為一個十六位的定時器或是計數(shù)器，溢出時 TF2會被置位，如果 EXEN2等于 1時，就會增加一個功能特性， EXF@一樣可以產(chǎn)生中斷，這一點和 TF2很像，在捕獲模式中， TL2和 TH2寄存器切勿重新裝載值 （ 2） 自動重裝模式： 通過配置 T2CON來將其配置成十六位的定時計數(shù)器，通過編寫程序來決定是遞增還是遞減工作方式，增減方式由寄存器 DCEN來確定，它位于T2MMON寄存器中，當 DCEN為 0時默認為向上計數(shù)，當 DCEN等于 0時，可以通過寄存器 T2Ex來確定是增計數(shù)還是減計數(shù)，如下圖所示為例介紹一下自動裝載計數(shù)功能，圖示中 DCEN=0，為自動增計數(shù)模式，通過設置 EXEN2位來選擇，如果 EXEN2被配置為 0，那么 T/C2則以增加的計數(shù)的方式計數(shù)到 0FFFFH，計數(shù)溢出將 TF2置位為 1，然后將 RCAP2L和 RCAP2H存儲的 16位數(shù)值從新裝載到定時計數(shù)器，其中存儲器 RCAP2L和 RCAP2H中的數(shù)值是通過軟件編程預設置的 （ 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，當寄存器 TCLK=1時， T/C2作為串行口波特率發(fā)生器，寄存器 RCLK對接收的波特率作用是相同的，通過 TCLK和 RCLK兩個寄存器，可以使得串行口獲得不同的接收以及發(fā)送波特率，一個通過 T/C1產(chǎn)生，一個通過 T/C2產(chǎn)生。 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計 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 復位電路方案確定 對于 單片機，通常 系統(tǒng) 需要在上電瞬間進行內(nèi)部參數(shù)的初始化，這時單片機無法立即進入工作狀態(tài) ， 通常稱為上電初始化 。 單片機可選 上電復位和手動復位兩種。 如圖 所示 。 圖 常用復位電路 為滿足系統(tǒng)控制靈活性需要，本系統(tǒng)采用圖 所示手動復位電路，懸空端 節(jié)單片機 Reset 引腳， 為滿足單片機外圍電路設計， 將電容變?yōu)?10uf,電阻變?yōu)?10K 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計 10 Ω 按下按鍵 VCC 接通，由電阻 R6 拉高電平，在復位引腳提供一定時間高電平，單片機復位 。 圖 選定復位電路方案 單片機晶振電路設計 STC89C52MCU 的 時鐘信號 可以通過內(nèi)部震蕩電路方式或是外部震蕩電路方式獲得 。 通過 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接 晶振 ，就構成了內(nèi)部振蕩 的 方式。由于單片機內(nèi)部有反相高增益放大器，當外接晶振后， 便 構成了自激 式 振蕩 電路 ， 并產(chǎn)生震蕩 的 時鐘脈沖。晶振通常選用 6MHz， 12MHz 或 24MHz。 晶振 可以提供基準頻率 ， 分為有源無源兩類 ，無源 式 晶振需要 選用 芯片內(nèi)部有震蕩器，晶振的信號電壓 要 根據(jù)起振電路 的具體情況 而定，允許不同的電壓 信號 ，但 通常 無源晶振精度 和 質(zhì)量 都 較差， 為 更 精確的匹配外圍 電路 設計 ， 晶振頻率選取 12MHZ， 如需更換晶振時要同時 要改變外 圍電路 設計 。 無振蕩器的 有源晶振 就能 提供較高 精度 基準頻率， 相對無緣晶振信號質(zhì)量要好 。實際應用中多采用無源晶振設計的電路居多。 本設計采 用 圖 晶振時鐘電路 。 晶振選取 12MHZ，電容選取 22pf 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計 11 圖 電路的晶振時鐘電路 按鍵 設計 方案選擇 ： 方案 1：焊接獨立按鍵 ， 方案 2：使用矩陣鍵盤 。 方案比較：使用獨立按鍵 相比于矩陣鍵盤 的優(yōu)點是編程容易， 占用 I/O 口資源更少，LCD1602,已經(jīng)占用較多 I/O 口，采用方案二會使焊接布線更復雜，出現(xiàn)問題不容易查找。綜合考慮選用方案 1。 ： 按鍵動作將機械關系轉(zhuǎn)化為數(shù)字邏輯電平，為標準的 TTL 電平， 具體的 按鍵動作狀態(tài)和功能設置通過軟件來實現(xiàn) 。 ： 圖 為按鍵按下產(chǎn)生抖動干擾示意圖 消除按鍵抖動可選用兩種方式： （ 1）通過硬件方式，通常用電容濾波、單穩(wěn)