【文章內(nèi)容簡介】 作輸入口；當(dāng)作為輸入口使用時，被外部信號拉低的引腳由于內(nèi)部存在上拉電阻會輸出一個電流 IIL。另外，P3 口還具有第二功能如表 21 所示 [7]。 表 21 P3 口第二功能表 引腳 第二功能特性 串行輸入口 RXD 串行輸出口 TXD 外中斷 0 外中斷 1 定時 /計數(shù) 器 0 定時 /計數(shù)器 1 外部存儲器寫選通 外部存儲器讀選通 EA/VPP 口：外部訪問允許控制信號。要使 CPU 僅訪問外部程序存儲器， EA 端必須保持低電平（接地）。若 EA 端為高電平（接 Vcc 端），則 CPU 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 ALE/PROG 口：地址鎖存控制信號。當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE 輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，跳過一個 ALE 脈沖。 RST：復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成復(fù)位電路。當(dāng)晶振工作時， RST 引腳持續(xù)兩個機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 XTAL1 口：內(nèi)部時鐘發(fā)生器和振蕩器反相放大器的輸入端。 XTAL2 口：振蕩器反相放大器的輸出端。 PSEN 口：外部程序存儲器的讀選通信號。當(dāng)單片機(jī)由外部程序存儲器取指令時，每個機(jī)器周期輸出兩個脈沖；當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 不被激活 [8]。 傳感器的選擇 本 次設(shè)計 選用的 是單線數(shù)字傳感器 DS18B20。 DS18B20 的簡介 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體器件公司在其前代產(chǎn)品 DS18B20 的基礎(chǔ)上水溫控制器設(shè)計 6 推出的單線數(shù)字化智能集成溫度 傳感器，其特點(diǎn)是 [9]： （ 1）獨(dú)特的單線接口，只需 1 個接口引腳即可通信。 （ 2）不需要額外的外部元件搭建外圍電路即可正常運(yùn)行。 （ 3）可用數(shù)據(jù)線供電，不需要備份電源。 （ 4）測量范圍為－ 55～＋ 125℃，增量值為 ℃；等效的華氏溫度范圍是－67～ 257℉，增量值為 ℉。 （ 5）以 9～ 12 位數(shù)字值方式讀出溫度。 （ 6）在 1s 典型值內(nèi)把溫度變換為數(shù)字。 （ 7）用戶可定義的非易失性的溫度告警設(shè)置。 主要的優(yōu)點(diǎn)是： （ 1） DS18B20 可將被測溫度直接轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能識別的數(shù)字信號輸出。 （ 2） DS18B20 能提供 9～ 12 位溫度讀數(shù)，精密度高且其信息傳輸只需 1 根信號線，與計算機(jī)接口的連接十分簡便，讀寫及溫度變換的功率全部來自于數(shù)據(jù)線，因此，不需要額外的附加電源。 （ 3）每一個 DS18B20 都含有一個唯一的序列號，這樣的設(shè)計是為了允許多個 DS18B20 連接到同一總線上，因此，非常適合構(gòu)建多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。 （ 4）負(fù)壓特性。 DS1820 的電源極性接反時，它雖然不能正常工作，但也不會因發(fā)熱而燒毀。 DS18B20 的引腳功能說明 DS18B20 全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 。三端口分別是地線、數(shù)據(jù)線和電源線，其外圍電路非常簡單。每一個 DS18B20 有唯一的序列號，多個 DS18B20 可以存在于同一條單線總線上 [10]。 其 DS18B20 的管腳配置和封裝結(jié)構(gòu)如圖 22 所示 。 圖 22 DS18B20的引腳圖 xx 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 引腳定義： （ 1） DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； （ 2） GND 為電源地； （ 3） VDD 為外接供電電源輸入端 （在寄生電源接線方式時接地）。 驅(qū)動芯片的選擇 本設(shè)計驅(qū)動芯片選擇 74LS245 74LS245 的簡介 74LS245 是我們常用的芯片，用來驅(qū)動 LED 或者其他的裝備，它是 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù) [11]。 74LS245 還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 當(dāng) 8051 單片機(jī)的 P0 口總線負(fù)載達(dá)到或超過 P0 最大負(fù)載能力時，必須接入74LS245 等總線驅(qū)動器。 74LS245 的引腳說明 當(dāng)片選端 /CE 低電平有效時， DIR=“ 0”，信號由 B 向 A 傳輸；（接收） DIR=“ 1”，信號由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng) CE 為高電平時， A、 B 均為高阻態(tài)。 由于 P2 口始終輸出地址的高 8 位，接口時 74LS245 的三態(tài)控制端 1G 和 2G接地， P2 口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。 P0 口與 74LS245 輸入端相連 ,E 端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。 8051 的 /RD 和 /PSEN 相與后接 DIR，使得 RD 且 PSEN 有效時，74LS245 輸入（ ← D1），其它時間處于輸出（ → D1）。 74LS245 的引腳如圖23 所示。 圖 23 74LS245 引腳圖 水溫控制器設(shè)計 8 顯示器的選擇 本設(shè)計顯示器選擇 2 位 8 段共陽數(shù)碼管。 數(shù)碼管的簡介 數(shù)碼管是電路中常見的顯示元件，按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管。把段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）；按照顯示“ 8”的個數(shù)可分為 1 位， 2 位， 4 位等數(shù)碼管（如圖 24）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管 [12]。 八段數(shù)碼管是數(shù)碼管的一種，是半導(dǎo)體發(fā)光器件，數(shù)碼管可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，區(qū)別在于八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元，其基本單元是發(fā)光二極管。其優(yōu)點(diǎn) 是價格便宜、使用簡單，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字，能夠顯示時間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)的器件。 圖 24 AT89C52 的引腳圖 圖 24 數(shù)碼管位數(shù) 數(shù)碼管驅(qū)動方式 直流驅(qū)動：指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多。 動態(tài)顯示驅(qū)動：將所有數(shù)碼管通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就xx 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 使各個數(shù)碼管輪流受控顯 示。將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 數(shù)碼管的引腳功能說明 七段 LED 有共陰極與共陽極兩種。在圖 25 中，公共陰極接地，當(dāng)陽極上的信息為“ 1”時，段就點(diǎn) 亮；信息為“ 0”時，段就不亮。在圖 26 中，公共陽極接到 +5V，當(dāng)陰極上的信息為“ 1”時，段就不亮；信息為“ 0”時，段就點(diǎn)亮。圖中R 是限流電阻。圖 26 表示七段 LED 內(nèi)段的排列。 圖 25 數(shù)碼管共陰極接法 圖 26 數(shù)碼管共陽極接法 水溫控制器設(shè)計 10 圖 27 7 段數(shù)碼管內(nèi)段的排列 共陰極和共陽極數(shù)碼管 09 這十個數(shù)字的段碼表， 如表 22 所示。 表 22 數(shù)字段碼表 數(shù)字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 共陰 0x3f 0x06 0x5b 0x4f 0x66 0x6d 0x7d 0x07 0x7f 0x6f 共陽 0xc0 0xf9 0xa4 0xb0 0x99 0x92 0x82 0xf8 0x80 0x90 xx 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 設(shè)計原理 根據(jù)系統(tǒng)總體的設(shè)計方案，水溫控制器的硬件設(shè)計部分采用 AT89C52 單片機(jī)作為核心控制器件，結(jié)合外圍的測溫電路和數(shù)碼管顯示電路等硬件輔助電路，組成水溫控制器系統(tǒng)。通過按鍵電路來設(shè)置加熱溫度，并將設(shè)置的溫度值在數(shù)碼管上顯示，環(huán)境溫度由 DS18B20 來測出，傳到單片機(jī)進(jìn)行 處理。 硬件設(shè)計總體結(jié)構(gòu)框圖如 圖 31 所示。 圖 31 硬件總體 原理 框圖 外圍電路 本系統(tǒng)選用單片機(jī) AT89S52 作為核心控制器件，結(jié)合電源電路、晶振電路、復(fù)位電路、 報警 電路、 測溫電路、 顯示電路等 外圍輔助電路 ， 可以 實現(xiàn)基本的 水溫控制 功能。 其總電路圖見附錄 A。 電源電路 本次設(shè)計的電源電路為 +5V 穩(wěn)壓電源 ，其電路如圖 32 所示。 AT89S52 單片機(jī) 測溫傳感器 加熱裝置 光電隔離 復(fù)位電路 晶振電路 按鍵 5V 電源 報警電路 顯示電路 水溫控制器設(shè)計 12 圖 32 電源電路原理圖 穩(wěn)壓電源 電路即 利用晶體管作為調(diào)整元件和負(fù)載串聯(lián)，調(diào)整元件看做是可變電阻 ，從輸出電壓中提取全部或部分電壓調(diào)節(jié)調(diào)整管所呈現(xiàn)的電阻來維持輸出電壓基本不變。它的輸出電壓可以隨意連續(xù)調(diào)節(jié)，輸出電流也可達(dá)到很大，穩(wěn)壓精度較高。 穩(wěn)壓電源 電路主要由變壓器、三端集成穩(wěn)壓器 780整流電路、濾波電路組成。變壓器是利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行變換交流電壓、阻抗和電流的器件；三端穩(wěn)壓器可靠性高、精度高、電路實現(xiàn)簡單且價格低廉，可以實現(xiàn)可靠的直流穩(wěn)壓電源；整流電路采用全橋式整流橋，即利用四個二極管兩兩并聯(lián)后接入輸出電壓；電容濾波電路即在輸出端并聯(lián)一個電容器。 晶振電路 單片機(jī)是一種時序電路， 必須提供脈沖才能正常工作 。 MCS51 系列單片機(jī)內(nèi)部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就可以產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機(jī)的內(nèi)部各個單元，決定單片機(jī)的工作速度。 XTAL1 和 XTAL2 腳分別構(gòu)成單片機(jī) 片內(nèi)振蕩電路的反相放大器的輸入端和輸出端，外接石英晶體 X1 和振蕩電容 C C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。 晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為 Crystal，是利用石英晶體（ SiO2 晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件 ； 兩個振蕩電容 C C2 是分別接在晶振的兩個腳和對地的電容 ，本 設(shè)計 分別 選用 的標(biāo)準(zhǔn)石英晶振 和 兩個 22pF 的電容 。晶振電路如圖 33 所示。 xx 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 33 晶振電路圖 復(fù)位電路 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的觸發(fā)器中的 ， 當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)且振蕩器穩(wěn)定時，如果 RST 腳上有一個高電平并維持兩個機(jī)器周期以上， CPU 就可響應(yīng)并且將系統(tǒng)復(fù)位。 不管是單片機(jī)剛接上電源還是斷電后或發(fā)生故障后均要進(jìn)行復(fù)位的操作