【文章內容簡介】 噪聲電阻比一般 CPU 性能更好。微型控制器編程指令 ,常數和形式 ,如固化于 ROM 不容易損壞 ,大部分信號頻道都是 集中在單個芯片內部 ,因此 ,可靠性高。 (2)控制功能是強大的 單片機能實現大多數要求來自于控制對象的，因為其本身的指令系統有著非常強大的能力 :I / O 端口的邏輯操作，分支轉移的能力和位處理能力。 (3)低電壓、低功耗、使用戶攜帶更方便 (4)容易擴展 三條總線的擴展和并行、串行輸入 /輸出接腳圍繞在芯片外部 ,十分簡單就能形成不同大小的計算機的應用系統。 (5)優(yōu)秀的性價比 單片機的性能是非常高的。單片機尋找地址的能力已超過了 64 KB 的桎梏 ,其中部分已經可以達到 16 兆 ,芯片上的羅容量最高可達 62 兆 ,內存 容量是 2 兆。因為單片機的需求量大和使用領域寬 ,企業(yè)在商業(yè)競爭又令它的價格變的更加便宜 ,所以其性價比非常高。 解決方案 1: 采用 STC89C51 芯片為核心的硬件。在 STC89C51 的 8KB 的 ROM 存儲空間內 ,擁有 512 字節(jié)的數據存儲空間以及 EEPROM 存儲空間 2KB，也能與 MCS51 等系列單片機同時運行。 解決方案 2: 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 設計要求與方案論證 5 采用 AT89S51 單片機。 AT89S51 單片機程序 8 k 字節(jié)的存儲空間 ,256 字節(jié)的數據存儲空間，沒有 EEPROM 存儲空間 ,也能和 MCS— 51 系列單片機同時運行 ,擁有在線上編輯程序可以被刪 除的功能。 兩個方案都全都符合預計需求 ,考慮到 AT89C51 相對便宜 ,抗干擾能力強。考慮到成本因素 ,所以選擇 AT89C51 單片機。 溫度傳感器設計方案論證 根據材料的熔點，熱導率，熱膨脹系數隨溫度的變化而變化的規(guī)律，溫度傳感器可以實現將溫度轉換為電能。溫度測量儀有著十分復雜的內部結構 ,溫度傳感器作為其主要部件與其他部件相互融合成使其變的高度統一。根據使用時是否接觸可分為兩種 :接觸和非接觸式；按照傳感器材料及電子元件特性分為兩類：熱電阻和熱電偶。 溫度傳感器的發(fā)展大致經歷了以下三個階段 。(1)傳統的離散溫度傳感器 (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。各國科研人員都對新型傳感器的發(fā)展提出了猜想：那必然是條走向數字化，智能化，網絡化的方向。國際上開發(fā)出了各種測量精度高、分辨能力強的智能化溫度傳感器，一般使用九到十二位的模擬 /數字轉換器，可分辨零點五到零點零六二五攝氏度的溫度范圍。美國大啦思公司新開發(fā)的智能溫度傳感器 DS1624 類型 ,擁有十三個 2 進制數據 ,并能輸出分辨率零點零三一二五攝氏度 ,溫度測量準確度為正負零點二攝氏度。 方案 1:因為這個設計是一個溫度 測量電路 ,能夠利用對高溫敏感的電阻設備利用的熱影響 ,如采集發(fā)生改變的被測量溫度的電流或者電壓、 A / D 轉換后 ,能夠使用單片機實現數據處理，測量溫度就能夠被直觀反映出來 ,需要使用 A / D 轉換 ,加熱電路更麻煩。 方案 2:反過來 ,考慮到微型控制器電路一般都離不開傳感器 ,因此能夠利用一個溫度傳感器 DS18B20,該型號的傳感器 ,測量溫度的值 ,可以直接閱讀 ,能滿足設計要求。 綜合以上兩個方案：第二個的方案電路更加簡單作為采用。 掉電保持方案論證 為了方便人們使用 ,本設計采用串行 E2PROMI2C—— 總線 AT24C02 存儲設備 ,由于它有方便的接口 ,體積小 ,掉電源不丟失數據等優(yōu)點。這個設計就是使用該特性。 電路設計最終方案決定 綜合上面所 描述的 各種方案，本設計的最終方案選擇 ,:讓 AT89C51 擔任主要control system； 使用 DS18B20 作為傳感器 ； 采用 AT24C02 作為數據記錄系統 ； 使攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 設計要求與方案論證 6 用數碼管作為顯示設備。 圖 總體方案設計 圖 51單片機 最小系統 數碼管顯示模塊 獨立按鍵模塊 繼電器輸出控制模塊 IIC 存儲模塊 DS18B20 測溫模塊 蜂鳴器報警模塊 供電開關模塊 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統的硬件設計 7 3 系統的硬件設計 AT89C51 介紹 AT89C51 主要功能及 PDIP 封裝 表 AT89C51主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統 8K 可反復擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數器中斷 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 軟件設置睡眠和喚醒功能 AT89C51 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)：片內振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出端 ③控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復位引腳 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)：程序存儲器的內部和外部選通 ④可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） AT89C51 單片機有 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，分別為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準雙向 I/O 口線，分別為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準雙向 I/O 口線，分別為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位準雙向 I/O 口線，分別為 ～ 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統的硬件設計 8 圖 AT89C51 封裝圖 單片機最小系統 當在 AT89C51 單片機的 RST 引腳加上高電平并保持 2 個機器周期時，單片機內部就會執(zhí)行復位 操作，按鍵手動復位分為電平方式和脈沖方式兩種。最小系統如圖 2 所示。 圖 單片機最小系統電路 電路把 AT89C51 單片機最小系統用做控制核心，用 DS18B20 來測量和提供溫度數據，輸入部分使用三個獨立式按鍵 S S S3。數碼管顯負責顯示。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 9C 5 2Y111.0592MHzC230C3 30R71 0KV C C+ C11 0u F1 23 4K0R E S E TV C C攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統的硬件設計 9 DS18B20 傳感器介紹 DS18B20 概述 在如今的測檢設備之中， DS18B20 系列擁有不可撼動的霸主地位。主機的數據處理能力雖然非常強大 ,但很難發(fā)揮其作用。如果沒有準確和靠譜的傳感器測試某種復雜的信號和提供準確的數據 ,電腦也不能發(fā)揮出它的最大效力。它將沒有電能量的變?yōu)橛须姷摹⒎糯蠛?,轉換成數字量寫進電腦 ,由電腦進行后期的步驟。 用傳感器和微處理器來測量和控制工業(yè)產品的檢驗 ,產品性能的精確測量 ,防患于未然。因為系統的作業(yè)環(huán)境相當差 ,和作業(yè)精度要求高，于是選用一款適合的傳感器變的尤為重要。當前 ,國際新型號溫度傳感器正由傳統到新型，分散到一體，模到數并向著智能網絡的方向前進。智能溫度傳感器 DS18B20 正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性兼顧安全性、開發(fā)虛擬傳感器以及網絡傳感器、單片機溫度測 量系統的高科技技術的方向迅速發(fā)展。因此 ,智能溫度傳感器 DS18B20 作為溫度測量設備已廣泛應用于人們的日常生活和工農業(yè)生產。 數字化的測溫傳感器具有能碰能磨 ,空間容量小 ,操作簡單 ,包裝樣式豐富等各種優(yōu)點。它的溫度檢測區(qū)間 55℃至 +125℃ ,固有的溫度檢測分辨率 ℃ 。提供更多的網絡擴展，在很多 DS1820 只有三線并行 ,達到繁點溫度測量 。工作 3 ~ 5 v /直流功率 。在測量時設備是不必須的。 DS18B20 的性能特點如下 : (1)獨特的單線接口方式 (2)不需要任何外圍設備的使用 。 (3)可用 USB 供電 ,供電電壓范圍 :+ 至 +。 (4)溫度測量范圍 :55 到 +125℃。固有的溫度測量分辨率 ℃。 (5)可以經由程序達到九到十二的阿拉巴字符讀出方式 。 (6)使用者可以設置不是容易失去性能報警限制上下 。 (7)可以在多個 DS18B20 三線并行 ,多點測溫 。 (8)負壓特性、反向連接電源保護電路。 (9)DS18B20 轉化率較高 ,進行 9 位的溫度值轉換只需 。 (10)能夠搭配多種小型控制器或系統 。 (11)含有 64 激光校正的只讀存儲器 ROM,工作于一個大的溫度控制系統 ,同意于 孤線主線間懸連數個 DS18B20。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統的硬件設計 10 圖 DS18B20 測溫電路 UDD 是需用時可選擇的外部電源端，不用時接地， GND 為地， NC 空腳。 DS18B20 的內部結構 圖 DS18B20 內部結構 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統的硬件設計 11 數碼管介紹 數碼顯示器是 一類由 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件，它一共使用了八個 Led 發(fā)光二極管，其中七個用于顯示字符，剩下一個用于顯示小數點，因而一般都叫做七段數碼管顯示器。四位一體的數碼管，其內部段已連接好，引腳如圖所示（數碼管的正面朝自己，小數點在下方）。 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 為段引腳， S S S S4 分別表示四個數碼管的位。 AT24C02 簡介 如圖 1 為 AT24C02 的芯片引腳圖。 圖 AT24C02 的芯片引腳圖 AT24C02具有電可擦除的性能并提供串行 1024位存儲和可編程的只 讀存儲器。該種類型的芯片于弱電壓的工廠和各種新型研發(fā)單位之間發(fā)展使其性能更加完美。 AT24C01 的封裝為 8 腳 PDIP、 8 腳 JEDEC SOIC、 8 腳 TSSOP，通過 2 線制串行接口進行數據傳輸。