【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 都設(shè)置了一個(gè)可編程的“故障排隊(duì) (fault queue)”計(jì)數(shù)器，專用于設(shè)定允許被測(cè)溫度值超過(guò)上 、下限的次數(shù)。僅當(dāng)被測(cè)溫度連續(xù)超過(guò)上限或低于下限的次數(shù)達(dá)到或超過(guò)所設(shè)定的次數(shù) n(n=1~4)時(shí)，才能觸發(fā)中斷端。若故障次數(shù)不滿足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計(jì)數(shù)器就復(fù)位而不會(huì)觸發(fā)中斷端。這意味著假定 n=3 時(shí)，那么偶然受到一次或兩次噪聲干擾， 都不會(huì)影響溫控系統(tǒng)的正常工作 。 LM76 型智能溫度傳感器增 6 加了溫度窗口比較器 非常適合設(shè)計(jì)一個(gè)符合 ACPI(Advanced Configuration And Power Interface， 即“先進(jìn)配置與電源接口” )規(guī)范的溫控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有完善的過(guò)熱保護(hù)功能 ，可用來(lái)監(jiān)控筆記本電腦和服務(wù)器中 CPU 及主電路的溫度。微處理器最高可承受的工作溫度規(guī)定為 H，臺(tái)式計(jì)算機(jī)一般為 75℃ ，高檔筆記本電腦的專用 CPU 可達(dá)100℃ 。 一旦 CPU 或主電路的溫度超出所設(shè)定的上、下限時(shí)， INT 端立即使主機(jī)產(chǎn)生中斷，再通過(guò)電源控制器發(fā)出信號(hào)，迅速將主電源關(guān)斷起到保護(hù)作用。此外，當(dāng)溫度超過(guò) CPU 的極限溫度時(shí) , 也能直接關(guān)斷主電源，并且該端還可通過(guò)獨(dú)立的硬件關(guān)斷電路來(lái)切斷主電源，以防主電源控制失靈。上述三重安全性保護(hù)措施已成為國(guó)際上設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)的新觀念。 為防止因人體靜電放電 (ESD)而損壞芯 片。一些智能溫度傳感器還增加了 ESD 保護(hù)電路，一般可承受 1000~4000V 的靜電放電電壓。通常是將人體等效于由 100PF 電容和 歐姆電阻串聯(lián)而成的電路模型，當(dāng)人體放電時(shí)， TCN75 型智能溫度傳感器的串行接口端、中斷／比較器信號(hào)輸出端和地址輸入端均可承受 1000V的靜電放電電壓。 最新開(kāi)發(fā)的智能溫度傳感器 (例如 MAX665 LM83)還增加了傳感器故障檢測(cè)功能，能自動(dòng)檢測(cè)外部晶體管溫度傳感器 (亦稱遠(yuǎn)程傳感器 )的開(kāi)路或短路故障。MAX6654 還具有選擇“寄生阻抗抵消” (Parasitic Desistance Cancellation，英文縮寫(xiě)為PRC)模式，能抵消遠(yuǎn)程傳感器引線阻抗所引起的測(cè)溫誤差，即使引線阻抗達(dá)到 100 歐姆，也不會(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確度。遠(yuǎn)程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。 7 第 2 章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 . 設(shè)計(jì)任務(wù) 1 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解 數(shù)字溫度計(jì)程序 的原理，能夠運(yùn)用 C 語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作 。 2 設(shè)計(jì)基于 C 語(yǔ)言的數(shù)字溫度計(jì) 的 控制系統(tǒng) 硬件部分，畫(huà)出 控制系統(tǒng)硬件框圖 ，設(shè)計(jì) 數(shù)字溫度計(jì) 的 控制系統(tǒng) 的軟件部分，首先根據(jù) 數(shù)字溫度計(jì) 所需 的具體功能設(shè)計(jì)好程序流程圖，包括 控制流程圖、控制時(shí)序圖、梯形圖程序設(shè)計(jì) ；根據(jù)設(shè)計(jì)的程序流程圖寫(xiě)出代碼，并進(jìn)行代碼編譯的調(diào)試。 3 根據(jù)總體的方案設(shè)計(jì)，包括完成的硬件部分和軟件部分來(lái)選擇合適的元器件；根據(jù)硬件電路圖進(jìn)行硬件電路板的制作并調(diào)試硬件。 4 把設(shè)計(jì)好的軟件代碼燒入硬件中，然后進(jìn)行總體調(diào)試，直至原先預(yù)定要實(shí)現(xiàn)的功能完全實(shí)現(xiàn)為止。 5 設(shè)計(jì)出系統(tǒng)方框圖、單元圖、原理總圖；畫(huà)出控制程序流程圖，以及編寫(xiě)完整的程序代碼；撰寫(xiě) 硬件系統(tǒng)總體說(shuō)明、硬件接線圖、控制程序、其他附件及圖紙。 6 完成論文的撰寫(xiě)，根據(jù)格式要求和范 文要求，先把目錄確定，再根據(jù)目錄的章節(jié)把具體內(nèi)容撰寫(xiě)好，以此完成整篇論文。 設(shè)計(jì)要求 通過(guò)集成數(shù)字溫度傳感器 DS1620 來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的采集， DS1620 自帶 9 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以直接輸出精度比較高的數(shù)字量溫度值。 DS1620 的轉(zhuǎn)換數(shù)率為 ， 測(cè)量的溫度范圍為 55℃ ～ +125℃ ，測(cè)量溫度精度為 ℃ ， 供電電壓為 V～ ， 所以可以用它來(lái)實(shí)現(xiàn)比較理想的溫度測(cè)量。設(shè)計(jì)中還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，用 Maxim 公司生產(chǎn)的一款高性能 8位共陰極數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片 MAX7219， MAX7219 和單片計(jì)算 機(jī)連接有三條引線 （ DIN、 CLK、 LOAD） ，采用 16位數(shù)據(jù)串行移位接收方式。溫度和時(shí)鐘顯示分別采用 2 位、 4 位的共陰極數(shù)碼管。按鍵部分采用 4 個(gè)上拉按鍵，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間的修改、鬧鐘的設(shè)定等功能。單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括晶振電路和復(fù)位電路。電源系統(tǒng)采用 MC7805 作為電源的電路，輸出 5V 的供電電壓。 實(shí)現(xiàn)功能如下： 1溫度測(cè)量：能夠?qū)崟r(shí)顯示當(dāng)前的環(huán)境溫度； 2時(shí)鐘功能：能夠作為時(shí)鐘使用，顯示當(dāng)前時(shí)間； 3鬧鐘功能：能夠在設(shè)定時(shí)間時(shí)鐘時(shí)，作為鬧鈴發(fā)生； 4時(shí)鐘設(shè)置功能：能夠設(shè)定時(shí)鐘，修改當(dāng)前時(shí)間； 8 第 3 章 總體設(shè)計(jì) 方案 多功能數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線 多功能數(shù)字溫度計(jì)的原理為通過(guò)溫度傳感器測(cè)量溫度，再通過(guò)單片機(jī)控制 LED 數(shù)碼管顯示溫度和時(shí)間。 主要包括以下幾個(gè)部分： 核心處理器：為 STC89C52 的最小系統(tǒng)，作為數(shù)字溫度計(jì)的計(jì)算處理設(shè)備。 溫度傳感器：采用 Maxim公司生產(chǎn)的 DS1620 直接數(shù)字輸出的溫度傳感器。 溫度顯示設(shè)備：采用一個(gè)兩位的共陰數(shù)碼管作為溫度顯示設(shè)備。本設(shè)計(jì)中只考慮 0 到100 攝氏度之間的溫度顯示，所以采用兩個(gè)數(shù)碼管顯示溫度值。 時(shí)間顯示設(shè)備：采用一個(gè)四位的共陰數(shù)碼管作為時(shí)鐘顯示設(shè)備，四位分別顯 示小時(shí)和分鐘。 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片：為了降低系統(tǒng)復(fù)雜性，減小單片機(jī)引腳資源的使用，采用 MAX7219作為數(shù)碼管設(shè)備的驅(qū)動(dòng)芯片， MAX7219 芯片是一個(gè)專門(mén)的 8 位 LED 顯示驅(qū)動(dòng)的串行接口芯片，可以獨(dú)立于單片機(jī)對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行掃描顯示驅(qū)動(dòng)。 總體設(shè)計(jì)分析 本課題設(shè)計(jì)的是以 STC89C52 單片機(jī)， DS1620 溫度傳感器， MAX7219 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片為核心，采用兩個(gè)四位數(shù)碼管顯示，輔以必要電路，共同構(gòu)成的一個(gè)具有多功能的數(shù)字溫度計(jì)。 該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的顯示時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、鬧鐘報(bào)時(shí)并能夠?qū)r(shí)鐘所在的環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量顯示。 主程序進(jìn)行初始化，其他的程序選擇模塊式的方式。首先對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試 , 當(dāng)模塊調(diào)試成功后，逐一的加入主程序中，最后完成整個(gè)軟件部分的設(shè)計(jì)。 方案的選擇與設(shè)計(jì) 方案一：采用 FPGA 控制 FPGA 是一種高密度的可編程邏輯器件 ,自從 Exiling 公司 1985 年推出第一片F(xiàn)PGA 以來(lái) ,FPGA 的集成密度和性能提高很快 ,其集成密度最高達(dá) 500 萬(wàn)門(mén) /片以上 ,系統(tǒng)性能可達(dá) 200MHz。 由于 FPGA 器件集成度高 ,方便易用 ,開(kāi)發(fā)和上市周期短 ,在數(shù)字設(shè)計(jì)和電子生產(chǎn)中得到迅速普及和應(yīng)用 ,并一度在高密度的可編 程邏輯器件領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭。 但是而基于 SRAM 編程的 FPGA,其編程信息需存放在外部存儲(chǔ)器上 ,需外部存儲(chǔ)器芯片 ,且使用方法復(fù)雜 ,保密性差，而其對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的多功能數(shù)字溫度計(jì)而言，實(shí)用 FPGA 有點(diǎn)大材小用，成本太高。 9 方案二：采用 ATMEL 公司的 STC89C52 單片機(jī) STC89C52 是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有 4KB 快閃可編程／擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory) 8 位 CMOS 微控制器，使用高 密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造，并且與 80C51 引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。芯片上的 FPEROM 允許在線編程或采用通用的非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。AT89S51（ 以下簡(jiǎn)稱 89C51） 將具有多種功能的 8 位 CPU 與 FPEROM 結(jié)合在一個(gè)芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又價(jià)格適宜的方案，其性能價(jià)格比較高 。 ATMEL 公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 STC89C52 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合。 單片機(jī)廣泛用于智能產(chǎn)品，智能儀表，測(cè)控技術(shù)，智能接口等，具有操作簡(jiǎn)單，實(shí)用方便，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，而其中 STC89C52 以 MCS52 為內(nèi)核，是單片機(jī)中最典型的代表，應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 采用 DS18b20 溫度傳感器 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)以 9 位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值。 DS18B20 通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和 DS18B20 之間僅需一條連接線（加上地線）。用于讀寫(xiě)和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無(wú)需外部電源。 因?yàn)槊總€(gè) DS18B20 都有一個(gè)獨(dú)特的片序列號(hào)， 所以多只 DS18B20 可以同時(shí)連在一根單線總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多 不同的地方。這一特性在 HVAC 環(huán)境控制、探測(cè)建筑物、儀器或機(jī)器的溫度以及過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制等方面非常有用。 方案確定 通過(guò)以上兩種方案論證和比較，從設(shè)計(jì)的實(shí)用性，方便性和成本出發(fā)，選擇了以STC89C52單片機(jī)作為中央處理器 ， DS1620溫度傳感器為主要器件進(jìn)行此項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。 經(jīng)過(guò)對(duì)比以及我們?cè)谌粘＝虒W(xué)中采用的是采用 STC89C52， 同時(shí)為提高我們對(duì)外圍電路的焊接等技術(shù)，提高綜合能力，我們選擇使用 STC89C52 單片機(jī)。 10 第 4 章 硬件電路設(shè)計(jì) 原理 分析 此項(xiàng)目設(shè)計(jì)一個(gè)具備溫度計(jì)和時(shí)鐘的功能的多功能數(shù)字溫度計(jì)，該系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)、溫度傳感器、顯示設(shè)備、鍵盤(pán)輸入幾部分組成。多功能數(shù)字溫度計(jì)的原理十分簡(jiǎn)單，即通過(guò)溫度傳感器測(cè)量溫度，通過(guò)單片機(jī)采集后在 LED 數(shù)碼管上顯示出來(lái)，同時(shí)，該溫度計(jì)還兼有時(shí)鐘的功能。 電源電路 為了降低成本，該多功能數(shù)字溫度計(jì)采用了 MC7805 作為電源芯片 MC7805 是使用最為廣泛的一種電源穩(wěn)壓芯片，各大芯片公司都有生產(chǎn)或具有兼容產(chǎn)品。從芯片的手冊(cè)上可知， MC7805 能夠?qū)?7～ 30V 的輸入電壓穩(wěn)壓至 5V輸出， 但是由于 MC7805不是開(kāi)關(guān)電源，而是線性穩(wěn)壓電源，因此多余的電壓都將轉(zhuǎn)換為熱能被消耗，導(dǎo)致芯片發(fā)熱，因此 MC7805 的輸入電壓不宜太高。 采用 MC7805 作為電源的電路，其中BAT 是電池電源輸入端，一般為 9V。 蜂鳴器電路 本設(shè)計(jì)采用軟件處理電路，利用有緣蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，采用直流供電，當(dāng)顯示的分與秒相與為零時(shí)，蜂鳴器嘀一聲；當(dāng)當(dāng)前與鬧鐘時(shí)間相等時(shí)，蜂鳴器連續(xù)響。 蜂鳴器通過(guò) PNP 管連接到單片機(jī)的 口，三極管在這里起到了放大作用，以保證有足夠的電流驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。蜂鳴器硬件電路圖如 下： 蜂鳴器電路圖 11 鍵盤(pán)電路 由于多功能數(shù)字溫度計(jì)具備時(shí)鐘的功能，因此需要具有設(shè)置時(shí)鐘的按鍵輸入設(shè)備，在本章案例中采用 4 個(gè)按鍵作為輸入設(shè)備，與 STC89C52 的 P0_0～ P0_3 相連，其電路如圖所示。 按鍵電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控 制著單片機(jī)的心臟！典型值有 6MHz和 12MHz，單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)反相放大器， XTAL1 和 XTAL2 分別為反相放大器的輸入與輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)的內(nèi)部各個(gè)部件。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，其輸出端為引腳 XTAL2。而在芯片外部，XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路。 12 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 復(fù)位電路是單片 機(jī)的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或者操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使 CPU 和其他部件處于一種確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。其電路圖如圖所示： 復(fù)位電路 4。２溫度傳感器 DS1620 的介紹 DS1620 功能概述 DS1620 是 Dallas 公司推出的數(shù)字溫度測(cè)控器件。 ~ 供電電壓，測(cè)量溫度范圍為 55~+125℃ ， 9位數(shù)字量表示溫度值，分辨率為 ℃ 。 在 0~+70℃ 精確度為℃ ， 40~0℃和 +70~+85℃ 精確度為 1℃ ， 55~40℃ 和 +85~ +125℃ 精確度為 2℃ 。TH 和 TL 寄存器中的溫度報(bào)警限設(shè)定值存放在非易失性存儲(chǔ)器中，掉電后不會(huì)丟失。通過(guò)三線串行接口，完成溫度值的讀取和 TH、 TL 的設(shè)定。 DS1620 的外圍接線簡(jiǎn)單， 13 使用靈活。使用時(shí)請(qǐng)注意它的測(cè)量范圍及精度能否滿足要求。用作熱繼電器使用時(shí)必須寫(xiě)入控制寄存器操作模式和 TH、 TL寄存器的溫度設(shè)定值 。 引腳功能說(shuō)明 DS1620 采用 8腳 DIP 封裝或 8 腳 SOIC 封裝。引腳排列如圖 1所示，引腳功能