【正文】 ................................................ 22 附錄 B C 語言程序 ....................................................................................... 23 共 頁 第 頁 第一章 設(shè)計(jì)要求與方案論證 設(shè)計(jì)要求 基本范圍 0℃ 99℃ ； 精度誤差小于 ℃ ； 數(shù)碼 管 直讀顯示 ； 擴(kuò)展功能 ： 可以任意設(shè)定溫度的上下限報(bào)警功能 ，并可以掉電保持上下限溫度值。 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證 由于單片機(jī)具有以下的很多優(yōu)點(diǎn)，被我們選定為制作該作品的首選芯片 單片機(jī)特點(diǎn)： （ 1） 高集成度，體積小，高可靠性 單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片 上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在 ROM 中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。 （ 2）控制功能強(qiáng) 為了滿足對對象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件 :分支轉(zhuǎn)移能力， I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 （ 3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的 最低 工作電壓僅為 ～ ，而工作電流僅 為數(shù)百微安。 （ 4）易擴(kuò)展 片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入 /輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 （ 5）優(yōu)異的性價比 單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已開始使用 RISC 流水線和 DSP等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也已突破 64KB 的限制，有的已可達(dá)到 1MB 和 16MB，片內(nèi)的 共 頁 第 頁 ROM 容量可達(dá) 62MB， RAM 容量則可達(dá) 2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。 方案一 : 采用 STC89C51 芯片作為硬件核心。 STC89C51 內(nèi)部具有 8KB ROM 存儲空間 ,512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，帶有 2K 字節(jié)的 EEPROM 存儲空間，與 MCS51 系列單片機(jī)完全兼容 ,STC89C51 可以通過串口下載。 方案二 : 采用 AT89S51。 AT89S51 片內(nèi)具有 8K 字節(jié)程序存儲空間， 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間沒有 EEPROM 存儲空間，也與 MCS51 系列單片機(jī)完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。 兩種單片機(jī)都完全能夠滿足設(shè)計(jì)需要， STC89C51 相對 ATS89C52 價格便宜，且抗干擾能力強(qiáng)?？紤]到成本因素，因 此選用 STC89C51。 溫度傳感器 設(shè)計(jì)方案論證 利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的 傳感器 。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是 溫度測量儀表 的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類， 按照 傳感器材料 及電子元件特性分為熱電阻和 熱電偶兩類。 現(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) )。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段； (1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 (含敏感元件 )； (2)模 擬集成溫度傳感器 /控制器； (3)智能溫度傳感器。國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在 20 世紀(jì) 90 年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1176。C。國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是 9~12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá) ~176。C。由美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司新研制的 DS1624 型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出 13 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá) 176。C，測溫精度為177。176。C。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器。目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線 (1Wire)總線、 I2C 總線、 SMBus 總線和 spI 總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。 方案一 : 由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化 的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 方案二 : 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。 從以上兩種方案，兩種都完全能夠滿足設(shè)計(jì)需要，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，故采用了方案二。 掉電保持方案論證 共 頁 第 頁 為了方便使用，本設(shè)計(jì)采用 串行 E2PROMI2CBUS 的存儲器件 AT24C02，由于其具有接口方便，體積小，數(shù)據(jù)掉電不 丟失等特點(diǎn)，在儀器儀表及工業(yè)自動化控制中得到大量的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)就是采用此功能。 電路設(shè)計(jì)最終方案決定 綜上各方案所述 ,對此次作品的方案選定：采用 STC89C51 單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)；采用 DS18B20 為傳感器；采用 AT24C02 作為數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)；采用數(shù)碼管作為顯示器件。 第二章 主要元件介紹 STC89C51 介紹 STC89C51是由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)。 STC89C51 主 要功能及 PDIP 封裝 51單片機(jī) 最小系統(tǒng) 數(shù)碼管顯示模塊 獨(dú)立按鍵模塊 繼電器輸出控制模塊 IIC 存儲模塊 DS18B20 測溫模塊 蜂鳴器報(bào)警模塊 供電開關(guān)模塊 共 頁 第 頁 STC89C51 主要功能 如表 1 所示 ，其 PDIP 封裝如圖 1 所示 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計(jì)數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 表 1： STC89C51 主要功能 STC89C51 引腳介紹 ① 主電源引腳（ 2 根 ） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 ②外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 ③控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存 儲器讀指令。 ④可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C51 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 P0 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ 共 頁 第 頁 E A /V P31X119X218R E S E T9P 3 7 / R D17P 3 6 W R16P 3 2 / IN T 012P 3 3 / IN T 113P 3 4 / T 014P 3 5 / T 115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30P 3 1 / T X D11P 3 0 / R X D10GND20V C C40U1S T C 8 9 C 5 2 圖 1： STC89C51 封裝圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)： 當(dāng)在 STC89C51 單片機(jī)的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個機(jī)器周期時，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作，按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)過電阻與電源 VCC 接通而實(shí)現(xiàn)的。最小系統(tǒng)如圖 2 所示。 圖 2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 電路以 STC89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制核心，測溫電路由 DS18B20 提供，輸入部分采用三個獨(dú)立式按鍵 S S S3。數(shù)碼管顯示部分。具體電路連接，詳見附錄 1。 P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78R S T9P 3 . 0 (R X D )10P 3 . 1 (T X D )11P 3 . 2 (IN T 0 )12P 3 . 3 (IN T 1 )13P 3 . 4 (T 0 )14P 3 . 5 (T 1 )15P 3 . 6 (W R )16P 3 . 7 (R D )17X T A L 218X T A L 119GND20(A 8 )P 2 .021(A 9 )P 2 .122(A 1 0 )P 2 .223(A 1 1 )P 2 .324(A 1 2 )P 2 .425(A 1 3 )P 2 .526(A 1 4 )P 2 .627(A 1 5 )P 2 .728P S E N29A L E / P R O G30E A /V P P31(A D 7 )P 0 .732(A D 6 )P 0 .633(A D 5 )P 0 .534(A D 4 )P 0 .435(A D 3 )P 0 .336(A D 2 )P 0 .237(A D 1 )P 0 .138(A D 0 )P 0 .039V C C408 9 C 5 2Y111.0592MHzC230C3 30R71 0 KV C C+ C11 0 u F1 23 4K0R E S E TV C C 共 頁