【正文】 第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案 設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)定溫度的溫度的上下限，使用LCD顯示器顯示所測(cè)得溫度值，當(dāng)溫度超過所設(shè)定的上下限使，蜂鳴器將會(huì)自動(dòng)鳴叫報(bào)警；2. 使用STC12C5A60S2單片機(jī)和DS18B20（溫度傳感器，10個(gè)）在STC實(shí)驗(yàn)板上成實(shí)驗(yàn)的仿真過程，寫出設(shè)計(jì)報(bào)告書；%≤20%； 溫度誤差≤177。℃。 系統(tǒng)總體方案論述本課題設(shè)計(jì)的是一種以STC單片機(jī)為主控制單元，以DS18B20為溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)并記錄當(dāng)前的時(shí)間。其主要包括：電源模塊、溫度采集模塊、按鍵處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、LCD顯示模塊、超溫報(bào)警電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng)。STC12C5A60S2單片機(jī)按鍵處理溫度采集輸入電源數(shù)據(jù)存儲(chǔ)超溫報(bào)警LCD顯示 主控單片機(jī)在本次設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)中所使用的核心控制器是STC12C5A60S2單片機(jī)。STC12C5A60S2單片機(jī)作為核心控制器，該單片機(jī)具有高可靠，廉價(jià)，功耗低，操作方便，I/O口多等優(yōu)點(diǎn)。該單片機(jī)屬于雙列直插式封裝，有4組8位I/O口，PPP3屬于準(zhǔn)雙向口，可作為普通輸入輸出IO口，P0口接上拉電阻后可作為普通I/O口使用。該單片機(jī)具有3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，1個(gè)全雙工串行口。此單片機(jī)具有6個(gè)中斷源，3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷，2個(gè)外部中斷，一個(gè)串口中斷，內(nèi)部有靜態(tài)非易失性EEPROM和看門狗。片內(nèi)集成8Ｋ只讀存儲(chǔ)器(PEROM),外擴(kuò)后可有64K,具有256bytees的隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)，功能比較強(qiáng)。 晶振電路: 晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。在此次設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,控制核心STC12C5A60S2單時(shí)鐘/機(jī)器周期(IT)單片機(jī)有32個(gè)I/O口,其外部晶振為12MHz,一個(gè)指令周期為1/,其最小系統(tǒng)主要包括:復(fù)位電路,震蕩電路等,。 溫度傳感器本次設(shè)計(jì)中所采用的溫度傳感器是美國(guó)達(dá)拉斯(DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的DS18B20數(shù)字溫度傳感器。DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。在此次設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)中，采用的是多路測(cè)溫電路。 外部供電方式的多點(diǎn)測(cè)溫電路圖 LCD顯示器在此設(shè)計(jì)中需要顯示設(shè)定溫度的上下限，并且還要同時(shí)顯示多路溫度傳感器所測(cè)得溫度值，所以此次的LCD顯示器選用的是12864型號(hào)。帶中文字庫(kù)的12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個(gè)1616點(diǎn)漢字，和128個(gè)1方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示，低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。LCD的基本特性:（VDD:++）:12864點(diǎn)，提供8192個(gè)1616點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選)8點(diǎn)陣字符：STN、半透、正顯：1/32DUTY，1/5BIAS：6點(diǎn)：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5—1/10：串行、并口可選，無需外加負(fù)壓，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì): 0℃ +55℃ ,存儲(chǔ)溫度: 20℃ +60℃ LCD12864液晶管腳圖 系統(tǒng)調(diào)試所用軟件簡(jiǎn)述單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件。Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS51 系列單片機(jī)的軟件，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。KEIL軟件簡(jiǎn)單易學(xué)，能對(duì)程序進(jìn)行編譯，連接等。 Keil軟件簡(jiǎn)介Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN9NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它它編輯編輯器C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 Keil軟件調(diào)試過程單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件。Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS51 系列單片機(jī)的軟件，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。Keil軟件簡(jiǎn)單易學(xué)，能對(duì)程序進(jìn)行編譯，連接等。下面是我用KEIL對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試的過程。 KEIL調(diào)試文件建立工程的建立：，同時(shí)再建立一個(gè)和前面的文件名一樣的文件夾,選擇好CPU，使用STC12C5A60S2，同時(shí)設(shè)好晶振頻率，我們用的是12MHZ，如上圖。建立好文件后，就可以進(jìn)行編譯、鏈接、運(yùn)行。編譯窗口如下。編譯后顯示0個(gè)錯(cuò)誤，有兩個(gè)警告，但是不影響程序的下載，使用STC下載軟件進(jìn)行下載之后程序就存儲(chǔ)在STC12C5A60S2的ROM中，通過單片機(jī)來運(yùn)行程序就可以方便檢查出硬件出現(xiàn)的錯(cuò)誤。等所以硬件都無誤之后，將所有程序模塊整合起來就可以實(shí)現(xiàn)所要的功能。 KEIL使用時(shí)注意事項(xiàng)1. ，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。 2. 仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。3. 仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi)ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。 本章小結(jié)本章主要論述了此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并簡(jiǎn)單介紹了設(shè)計(jì)中使用的單片機(jī)，溫度傳感器等元件的電路連接，最后還介紹了系統(tǒng)調(diào)試時(shí)所使用的軟件及調(diào)試過程，本章主要是總體的論述一番，為后面的設(shè)計(jì)做好鋪墊。第3章 主控單片機(jī)及溫度傳感器 STC12C5A60S2單片機(jī)簡(jiǎn)介STC12C5A60S2系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快812倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10 位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 STC12C5A60S2單片機(jī)外形圖 STC12C5A60S2系列單片機(jī)的主要特點(diǎn)，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。：STC12C5A60S2系列工作電壓： （5V單片機(jī)）STC12C5A60S2系列工作電壓： （3V單片機(jī)）。：0 35MHz，相當(dāng)于普通8051的 0～420MHz。（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過55mA。（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)。（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）。: ，誤差為+/5%，誤差為+/3%，2個(gè)時(shí)鐘輸出口。，傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，Power Down模式可由外部中斷喚醒， INT0/,INT1/, T0/,T1/, RxD/, ，CCP0/( ) ，CCP1/ ()。(2路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列，2路）也可用來當(dāng)2路D/A使用 也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器 也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持) 。, 10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬(wàn)次) 。，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/()，TxD2/() 。：40 +85℃(工業(yè)級(jí)) / 0 75℃(商業(yè)級(jí))：PDIP40,LQFP44,LQFP48。I/O口不夠時(shí)，可用2到3根普通I/O口線外接。74HC164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來擴(kuò)展I/O口，還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。(2 路)/PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路) 也可用來當(dāng)2路 D/A 使用 也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器 也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持)。 STC12C5A60S2系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，可用低頻晶振，大幅降低EMI: INT0/, INT1/, T0/, T1/,RxD/,CCP0/(),CCP1/(), EX_LVD/: 掉電模式:外部中斷喚醒功耗，支持下降沿/上升沿/低電平和遠(yuǎn)程喚醒適用于電池供電系統(tǒng)，如水表，氣表，便攜設(shè)備等空閑模式, 正常工作模式:2mA 7mA，最多有44個(gè)I/O 口,A/D 做按鍵掃描還可以節(jié)省很多I/O ，無需編程器，無需仿真器，可遠(yuǎn)程升級(jí)，1萬(wàn)片/人/天，外部復(fù)位電路可徹底省掉，當(dāng)然也可以繼續(xù)用外部復(fù)位電路。 STC12C5A60S2單片機(jī)的管腳 單片機(jī)管腳圖：供電電壓：接地：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入：來自反向振蕩器的輸出當(dāng)將I/O設(shè)置為準(zhǔn)雙向口/弱上拉時(shí)P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng)P2口用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 STC12C5A60S2單