【正文】 S52 完全復(fù)位。 主控模塊設(shè)計 主控模塊電路由 AT89S52 單片機、外部時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路組成。選擇DIP 封裝在搭建實驗電路時會更加方便一些 ； （ 5） 芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級、軍品級還是商業(yè)級，如果設(shè)計戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級芯片 ； （ 6） 單片機的工作電壓范圍，例如設(shè)計電視機遙控器時，使用 2 節(jié)干電池供電，至少選擇的單片機能夠在 一 電壓范圍內(nèi)工作 ； （ 7） 單片機的抗干擾性能好 ； （ 8） 編程器以及仿真器的價格，單片機開發(fā)是否支持高級語言以及編程環(huán)境要好用易學(xué) ； （ 9） 供貨渠道是否暢通，價格是否低廉，是否具有良好的技術(shù)服務(wù)支持 。目前，市面上的單片機不僅種類繁多，而且在性能方面也各有不同。有句古話為“殺雞焉用牛刀”就是說做事要選用合適的工具。由結(jié)構(gòu)圖可知 本系統(tǒng)采用 AT89S52 作為系統(tǒng)的控制核心，美國 DALLAS半導(dǎo)體公司 DS1820 之后推出的一種改進型智能溫度傳感器 DS18b20作為檢測元件，測溫范圍 55125℃，最高分辨率可達 ℃，四位以數(shù)碼管顯示，擴展為由繼電器控制外 部設(shè)備控制溫度的升降。 表 28 2N3904 極限性 參數(shù)名稱 符號 額定值 單位 集電極 發(fā)射極擊穿電壓 BVceo ≥ 40 V 集電極 基極擊穿電壓 BVcbo ≥ 60 V 發(fā)電極 基極擊穿電壓 BVebo ≥ 6 V 最大集電極直流電流 Icm 600 mA 最大耗散功率 Pcm W 最高結(jié)溫 Tjm 150 ℃ 儲存溫度 Tstg － 55 ～ 150 ℃ 22 第 3 章 硬件設(shè)計 系統(tǒng) 總體 結(jié)構(gòu) 本文所研究的溫度控制系統(tǒng)硬件部分按功能大致可以分為以下幾個部分：單片機主控模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、溫度 控制模塊 等。f=100MHz 4 pF 21 特征頻率 Ft Vce=20V。Ic=1mA 70 集電極 發(fā)射極飽和壓降 Vce Ic=50mA。Ic=0 uA 共發(fā)射極直流電流增益 Hfe Vce=1V。Ic=o 6 V 集電極 基極反向漏電流 Icbo Veb=58V。Ib=0 40 V 集電極 基極擊穿電壓 BVcbo Ic=100uA。 2N3904主要用途： 適用于各類信號放大電路、高頻振蕩、開關(guān)電路。 74LS244/74LS245/74LS373/74LS573 都具備數(shù)據(jù)緩沖的能 力。 3) 數(shù)據(jù)鎖存 當輸入的數(shù)據(jù)消失時 ,在芯片 的輸出端 ,數(shù)據(jù)仍然保持 ； 這個概念在并行數(shù)據(jù)擴展中經(jīng)常使用到。 2) 高阻態(tài) 18 就是輸出既不是高電平 ,也不是低電平 ,而是高阻抗的狀態(tài) ； 在這種狀態(tài)下 ,可以多個芯片并聯(lián)輸出 。每個芯片的數(shù)據(jù)手冊（ datasheet）中都有真值表。 74HC573 和 74LS373 原理一樣， 8 數(shù)據(jù)鎖存器。 1：左邊第 1個數(shù)碼管的位選擇端 ； 2： a； 3： f； 4：左邊數(shù)起第 2個數(shù)碼管的位選擇端 ； 5：左邊數(shù)起第 3 個數(shù)碼管的位選擇端 ； 6： b； 7：左邊數(shù)起第 4個數(shù)碼管的位選擇端 ；8： g ； 9： c ； 10：小數(shù)點 dp； 11： d； 12： e。 17 其它 器件簡介 四位一體共陰數(shù)碼管 四位一體共陰數(shù)碼管一共 12個引腳， 4個位選， 8個段選。繼電器的失效或可靠不可靠，主要指觸點能否完成所規(guī)定的切換電路功能。 4 觸點輸出 (換接電路 )參量要素 主要是指觸點負載性質(zhì)，如燈負載，容性負載，電機 負載，電感器、接觸器 (繼電器 )線圈負載，阻性負載等；觸點負載量值 (開路電壓量值、閉路電流量值 )，如低電平負載、干 電路 負載、小電流負載、大電流負載等。 3 激勵線圈輸入?yún)⒘恳? 主要是指過激勵、欠激勵、低壓激勵與高壓 (220 V)輸出隔離、溫度變化影響、遠距離有線激勵、電磁干擾激勵等參量要素，這些都是確保電力系統(tǒng)自動化裝置可靠運行必須認真 考慮 的因素。 2 機械作用要素 主要指振動、沖擊、碰撞等應(yīng)力作用要素?？紤]控制系統(tǒng)的普遍適用性，兼顧必須長年累月可靠運行的特殊性，裝置關(guān)鍵部位必須選用具有高絕緣、強抗電性能的全密封型 (金屬罩密封或塑封型，金屬罩密封產(chǎn)品優(yōu)于塑封產(chǎn)品 )中間繼電器產(chǎn)品。從而使線圈類型大不相同的繼電器都 16 通用一個導(dǎo)磁體。 本繼電器的 U導(dǎo)磁體采用雙鐵心結(jié)構(gòu)，即在兩個邊柱上均可裝設(shè)線圈。當氣隙間的電磁力矩超過反作用力矩時，銜鐵被吸向?qū)Т朋w，同時銜鐵壓動觸點彈片，使常閉觸點斷開常開觸點閉合，完成繼電器工作。線圈裝在 U形導(dǎo)磁體上，導(dǎo)磁體上面有一個活動的銜鐵，導(dǎo)磁體兩側(cè)裝有兩排觸點彈開。少數(shù)使用交流供電。新國標對中間繼電器的定義是 K，老國標是 KA。 它一般是沒有主觸點的，因為過載能力比較小。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與 交流接觸器 基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。 中間繼電器簡介 繼電器定義 中間繼電器 (intermediate relay)：用于繼電保護與自動控制系統(tǒng)中，以增加觸點的數(shù)量及容量。如此循環(huán)，直到減法計數(shù)器 2計數(shù)到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。計數(shù)門的開啟時間由高溫度振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55℃所 對應(yīng) 的一個基數(shù)分別減去計數(shù)器 1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器 1和溫度寄存器被預(yù)置在 55℃所對應(yīng)的一個基數(shù) 值。 DS18B20測溫原理圖如 圖 24所 示，圖中低溫系數(shù)振蕩器的振蕩頻率受溫度的影響很小 ，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減去計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減去計數(shù)器 2的脈沖輸出 預(yù) 置斜 坡 累 加 器計 數(shù) 器低 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器高 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器 計 數(shù) 器= 0= 0溫 度 寄 存 器預(yù) 置比 較增 加停 止 圖 24 DS18B20測溫原理圖 圖 24中 還含有著 計數(shù) 門，當 計數(shù) 門打開時。 DS1820 測溫范圍 55℃ ~+125℃ ，以 ℃ 遞增。溫度以 16bit帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出，表 1給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比 較高的 分辨力 。 同時，計數(shù)器被復(fù)位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的 拋物線 特性。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于 55℃ 的一個值。數(shù)據(jù)格式以 ℃ /LSB形式 表示 。 單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)。 當 DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和時間權(quán)衡考慮。該字節(jié)各位的定義 表格 23所示， 13 其中低 5位一直為 1； TM是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20在工作模式還是在測試模式，在 DS18B20出廠時，該位被設(shè)置為 0，用戶不要改動； R1和 R0決定溫度的精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率。第 3和第 4字節(jié)的 TH和 TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。 高速 暫存 RAM的結(jié)構(gòu)為 9字節(jié)的存儲器， 結(jié)構(gòu)表如 表 23所示。 64位光刻 ROM如表 22所示 。開始 8位是產(chǎn)品類型的編號；接著是每個器件的唯一序號，共有 48位；最后是前面 56位的 CRC檢驗碼，這也是多個 DS18B20可以采用單線通信的原因。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 表 21 DS18B20引腳功能 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。 （ 10） 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓 35V。 （ 8） 用戶可以的非易失性溫度報警設(shè)置。 （ 6） 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 C之間。 （ 4） 測量溫度范圍在－ 55。 （ 2） 多個 DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫度元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9— 12位的數(shù)字讀書方式。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP和 PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 。 此外， AT89S52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。另外， AT89S52可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52使用 Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 (4)在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn) 9 了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： (1)在智能儀器儀表上的應(yīng)用 片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等 優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用 PC上來運行，家用 PC的也是承受不了的。 對于家用 PC 的硬盤來講沒什么 ，可是對于單片機來講是不能接受的。 由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的 CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。 但是如 果要是用美國 70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之別 。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用 PC）的主要區(qū)別 。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機，排煙罩 VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影 。 由于整個系統(tǒng)軟件比較復(fù)雜，為了便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)程序的編制適合采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)，故要求整個控制系統(tǒng)軟件由許多獨立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接 ，遵循模塊內(nèi)數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原則，將各功能模塊組織成模塊化的軟件結(jié)構(gòu)。加之集成開發(fā)環(huán)境 KEIL 編譯生成的代碼效率很高 (僅比匯編語言生成的代碼效率低 10%15%)。 (2)適用范圍大和可移植性好 6 同其他高級語言一樣， C 語言不依賴于特定的 CPU，其源程序具有良好的可移植性。與匯編語言相比， C 語言具有以下的特點 ： (l)具有結(jié)構(gòu)化控制語句 結(jié)構(gòu)化控制語言的顯著特點是代碼和數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼 此獨立。此外，在選取外圍擴展芯片時，本著節(jié)約成本的原則，盡量選取典型的、易于擴展和替換的芯片及器件。 AT89S52單片機是 ATMEL 公司出品的與 MCS51 系列兼容的低電壓、高性能 Cross 位單片機。從降低成本，器件供貨渠道充足的角度看，應(yīng)用單片機實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)是比較經(jīng)濟實用的。它不僅能滿足復(fù)雜的系統(tǒng)性能的需要，而且還使整個系統(tǒng)的電路緊湊，硬件結(jié)構(gòu)簡化。一些廠家根據(jù)系統(tǒng)功能的復(fù)雜程度，將這種 SOC 芯片應(yīng)用到先進的控制儀表中。由此可見，采用單片機設(shè)計控制系統(tǒng)，不僅可以降低開發(fā)成本，精簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且控制算法由軟件實現(xiàn)，還可以提高系統(tǒng)的兼容性和可移植性。 5 單片機是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬于第四代電子計算機。在本系 統(tǒng)中，由于溫度的變化是一個相對緩慢的過程，對溫控系統(tǒng)的實時性要求不是很高，所以