【文章內(nèi)容簡介】 降溫系統(tǒng) 蜂鳴器報警 加溫系統(tǒng) 溫 度采集 顯示 按鍵 山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 主控模塊器件選型及設(shè)計 單片機的選用 單片機的選用是由其應(yīng)用的對象決定的，當(dāng)應(yīng)用的對象確定時，如果所選用的單片機功能過少，則無法滿足系統(tǒng)的控制要求，很難完成控制任務(wù)；如果所選用的單片機功能過強，那么就會浪費單片機本身所具有的資源 ，使該產(chǎn)品的性價比降低。隨著微型化對人們觀念的影響逐漸加深以及科研技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，各式各樣的單片機被研發(fā)出來，這些單片機適用于不同的場合，因此具有不同的功能。所以我們選擇單片機時需要考慮以下因素： (1)片機存儲器的存儲容量； (2)單片機的運行速度； (3)單片機的響應(yīng)時間及中斷能力； (4)單片機的抗干擾性能是否強大； (5)單片機的價格的成本價格是否合理； (6)不同場合下，能使單片機正常工作的電壓范圍； (7)單片機的擴展功能是否強大，例如其 I/O 引腳數(shù)量的多少； (8)在一個系統(tǒng)中，存儲器可 以使用的次數(shù)來選擇該單片機所使用的存儲器； 綜上所述，根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，該溫度控制系統(tǒng)選擇 STC 公司生產(chǎn)的 STC89C52單片機作為主控制單元。 單片機介紹 本系統(tǒng)選用 STC 公司生產(chǎn)的一種 52 系列單片機中的 STC89C52，是該公司推出的一種較之以往的功耗較低、運行速度更快、抗干擾能力更強的單片機，它與 MCS51指令代碼和引腳完全兼容，同時它還具有 51 系列單片機所沒有的功能，也就是說，STC89C52 單片機是 51 系列單片機的升級版， 12 時鐘 /機器周期和 6 時鐘 /機器周期可以任意選擇， STC89C52 單片機的主要特點有： （ 1）工作電壓為 5V 或者 3V； （ 2）其工作頻率的范圍為 040MHz （ 3）用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)； （ 4）有 32 個通用 I/O 口； （ 5）不需要專用的編程器； （ 6）具有 EEPROM 功能和看門狗功能； STC89C52 單片機的功能非常強大，各個端口的功能如下： P0 口是 8 位雙向 I/O 口線，既可以用來作為地址 /數(shù)據(jù)總線使用，又可以用來作為通用的 I/O 口使用。當(dāng)中央處理器訪問片外存儲器時， P0 口分時間段首先作低 8山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 位地址總線，然后用來作為雙向數(shù)據(jù)總線，在這個時候， P0 口不能作為 I/O 口使用。 P1 口的 8 個引腳都是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，通常是作為通用的 I/O 口使用的，但是 P1 口中的 和 還具有第二功能，如表 321 所示。 表 321 和 的第二功能表 引腳號 功能特性 T2(定時 /計數(shù)器 2 外部計數(shù)脈沖輸入 ),時鐘輸出 T2EX(定時 /計數(shù) 2 捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制 ) P2 口的 8 個引腳都是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，除了作為通用的 I/O 口來使用之外，還可以用來作為片外存儲器的高 8 位地址總線來使用，它可以與 P0 口進(jìn)行組合，構(gòu)成 16 位 的外存儲器單元地址。 P3 口的 8 個引腳都是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，除了作為通用的 I/O 口使用以外，這 8 個引腳也具有第二功能如表 322 所示。 表 322 P3 口第二功能表 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) (外中斷 0) (外中斷 1 ) T0(定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 1) (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) RST：該引腳是用來作為復(fù)位信號的引腳。單片機的復(fù)位操作是通過該引腳保持兩個機器周期的高電平信號來實現(xiàn)的。 ALE/PROG：這兩個引腳是地址鎖存允許信號輸出和編程脈沖輸入引腳。當(dāng)中央處理器訪問外部存儲器時，地址鎖存器輸出的信號用來控制鎖存口所輸出的低 8 位地址，這樣就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和低位地址的分時復(fù)用。編程脈沖輸入引腳是用來作為編程山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 脈沖的輸入端，可以對單片機內(nèi)部的 EPROM 進(jìn)行編程寫入。 PSEN：該引腳是 片外 ROM 讀選通信號端。當(dāng)讀取片外存儲器時，該引腳為低電平有效。 EA/VPP：這兩個引腳是外部程序存儲器地址允許輸入端和編程電壓輸入端。當(dāng)外部程序存儲器地址允許輸入端接高電平時，中央處理器將執(zhí)行片內(nèi)存儲器指令；相反當(dāng)接低電平時，將執(zhí)行片外存儲器指令。 主控模塊設(shè)計 主控模塊的設(shè)計主要是對單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計，單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖323 所示，所謂的單片機最小系統(tǒng)，就是單片機系統(tǒng)能夠正常工作時所用到的最少的元器件，該單片機最小系統(tǒng)主要由單片機芯片、晶振電路和復(fù)位電路三大模塊組成。本單片機最 小系統(tǒng)中復(fù)位電路中極性電容的容值為 10uF，該極性電容容值大小對單片機的復(fù)位時間有著直接的影響，通常來說，如果要求復(fù)位的時間很短暫，那么久要求極性電容的容值越大越好。在單片機最小系統(tǒng)中晶振的震蕩頻率為可 ，在不同的環(huán)境條件下可以采用不同頻率的晶振，晶振的振蕩頻率對單片機的處理速度有直接影響，它們之間成正比例的關(guān)系 :晶振的振蕩頻率越大單片機處理的速度越快。本設(shè)計單片機最小系統(tǒng)的兩個起振電容容值為 22pF。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT it l eN u m b e r Re v is i onS iz eBD a t e : 5 M a y 2 0 15 S he e t o f F il e : F : \ 畢業(yè)論文 \ 電路圖 \ 總設(shè)計電路原理圖 \ z t . d d b D ra w n By :1234567891011121314151617181920 2122232425262728293031323334353637383940P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7RE S TP 3. 0P 3. 1P 3. 2P 3. 3P 3. 4P 3. 5P 3. 6P 3. 7X1X2G N DRX DT X DIN T 0IN T 1T0T1WRRDV C CP 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7E A / V D DA L EP S E NP 2. 7P 2. 6P 2. 5P 2. 4P 2. 3P 2. 2P 2. 1P 2. 0STC89C52RCU 2 3S T C 89 C5 2C2 62 2p FC3 02 2p F1 2 3J 20+C2 71 0u F+C2 91 0u FY5RESET21R3 01 0KR2 61 0KV C CV C C 圖 323 單片機最小系統(tǒng) 溫度采集模塊的選型及設(shè)計 溫度 傳感器的選用 溫度傳感器，是溫度檢測與控制必不可少的元件，在工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)及人們的生活山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 中發(fā)揮著非常重要的作用。根據(jù)測溫范圍以及適用場合的不同，許多類型的溫度傳感器被研制出來，因此選擇溫度傳感器需要考慮很多因素。以下就是溫度傳感器的選用需要考慮的因素： （ 1）是否需要記錄所測溫度； （ 2）所需測量溫度的范圍； （ 3）測量溫度是對精度的要求； （ 4）所需溫度傳感器的大??； （ 5）被測對象的溫度是否隨時間變化； （ 6）待測溫度的環(huán)境是否會損害溫度傳感器； （ 7）測量溫度時距離和傳送的遠(yuǎn)近； （ 8）價格是否合理，操 作是否方便。 綜上所述，根據(jù)溫度控制系統(tǒng)的性能要求，該系統(tǒng)選用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，直接輸出數(shù)字信號，不需要再經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，節(jié)省了內(nèi)部資源占用空間，提高了測量精度與響應(yīng)時間。 溫度傳感器介紹 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 的接口簡單，它可以通過一個單線接口發(fā)送和接收信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，比如數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 可以與單片機通過一個接口進(jìn)行直接通信，不需要其他任何轉(zhuǎn)換器就可以讀取所測得的溫度數(shù)據(jù)，這樣使結(jié)構(gòu)比較趨向簡單化，節(jié)省了單片機的內(nèi)部資源，而且具有較高的可靠性。數(shù)字式溫度傳感 器DS18B20 與其他溫度傳感器相比，它能夠直接讀出被測量的溫度，它在測量精度、轉(zhuǎn)換時等方面帶來了令人滿意的效果，而且還有一個更為特別的特性是當(dāng)電源極性接反時， 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 不會因為接反發(fā)熱而燒毀但是當(dāng)接反是該溫度傳感器不能正常工作。溫度傳感器 DS18B20 憑借其轉(zhuǎn)換速度快、體積小、接口簡單等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用到各種溫度控制領(lǐng)域。 圖 331 給出了 DS18B20 的主要部件， DS18B20 主要包括溫度傳感器、 64 位激光 ROM、和溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 三個部件，此外這種溫度報警觸發(fā)器是非易 失性的。該器件用如下方式可以獲取量：當(dāng)信號處于高電平時把能量存儲在內(nèi)部所自帶的電容里，當(dāng)信號處于低電平時消耗電容上的能量進(jìn)行工作。 山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 331 DS18B20 方框圖 DS18B20 的測溫原理如圖 332 所示：計數(shù)器是在一個門周期內(nèi)用來計數(shù)的，而這個門周期是由高溫度系數(shù)振蕩器確定的 ,低溫度系數(shù)振蕩器是用來產(chǎn)生脈沖的，在這個門周期內(nèi)用計數(shù)器對所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計數(shù)，從而可以測得當(dāng)前環(huán)境的溫度值。預(yù)置一個值給計數(shù)器，使這個值所對應(yīng)的溫度值為 50℃，當(dāng)計數(shù)器達(dá)到 0 的時候如果 門周期還沒有結(jié)束，那么溫度寄存器的值也隨之增加，通過這個說明所測得的溫度值大于 50℃。接著使計數(shù)器復(fù)位到一個值，這個值是通過斜坡累加器來確定的，同時斜坡累加器也可以實現(xiàn)補償感溫振蕩器的拋物線特性。只要這一門周期沒有結(jié)束，那么計數(shù)器開始計數(shù)直到 0 的這一過程將不斷進(jìn)行重復(fù)。接著計數(shù)器開始計數(shù)直到 0為止。通過斜坡累加器可以用來實現(xiàn)補償感溫振蕩器的非線性這一特性可以在測量溫度的時候獲得更高的分辨力。分辨力獲得的原理是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的值來實現(xiàn)的。因此，如果想獲得想要的分辨力，就必須知道在設(shè)定溫 度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。 64 位 ROM和單線端口 暫存器 存儲器和控制邏輯 下限觸發(fā) TL 溫度傳感器 上限觸發(fā) TH 8 位 CRC 產(chǎn)生器 山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 332 DS18B20 測溫原理圖 溫度采集模塊設(shè)計 本文的溫度控制系統(tǒng)采用的是由達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種數(shù)字集成溫度傳感器 DS18B20 來實現(xiàn)溫度采集的，數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 在范圍 0℃～ +100℃之間的測量精度為 ℃并且分辨率可達(dá) ℃，電路圖如圖 333 所示 ,DS18B20 的端口與單片機的 端口連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過軟件編程是 DS18B20 所采集到的溫度值傳輸?shù)?單片機在數(shù)碼管上顯示出來。 =0 高溫度系數(shù)振蕩器 計數(shù)器 =0 溫度寄存器 低溫度系數(shù)振蕩器 斜坡累加器 預(yù)置 比較 預(yù)置 計數(shù)器 山東英才學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT it l eN u m b e r Re v is i onS iz eBD a t e : 5 M a y 2 0 15 S he e t o f F il e : F : \ 畢業(yè)論文 \ 電路圖 \ 總設(shè)計電路原理圖 \ z t . d d b D ra w n By :1234567891011121314151617181920 2122232425262728293031323334353637383940P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7RE S T