【正文】 ................................................ 22 附錄 B C 語(yǔ)言程序 ....................................................................................... 23 共 頁(yè) 第 頁(yè) 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(cè)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(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。 （ 2）控制功能強(qiáng) 為了滿足對(duì)對(duì)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(jià)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(yè) 第 頁(yè) 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(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)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(chǔ)空間 ,512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，帶有 2K 字節(jié)的 EEPROM 存儲(chǔ)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(chǔ)空間， 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間沒有 EEPROM 存儲(chǔ)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(duì) ATS89C52 價(jià)格便宜，且抗干擾能力強(qiáng)。考慮到成本因素，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(cè)量?jī)x表 的核心部分，品種繁多。按測(cè)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(gè)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(guó)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(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1176。C。國(guó)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(guó) 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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。 掉電保持方案論證 共 頁(yè) 第 頁(yè) 為了方便使用，本設(shè)計(jì)采用 串行 E2PROMI2CBUS 的存儲(chǔ)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(dòng)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(duì)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(chǔ)模塊 DS18B20 測(cè)溫模塊 蜂鳴器報(bào)警模塊 供電開關(guān)模塊 共 頁(yè) 第 頁(yè) 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(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHz 2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源 2 個(gè)讀寫中斷口線 3 級(jí)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(gè)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(hào) PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存 儲(chǔ)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(gè)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(yè) 第 頁(yè) 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(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作，按鍵手動(dòng)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(cè)溫電路由 DS18B20 提供，輸入部分采用三個(gè)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(yè)