【正文】 ： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不 以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。畢業(yè)設計（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標 明。 論 文 作者簽名 : 年 月 日 摘 要 水溫控制無論是在工業(yè)生產(chǎn)中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用。 本文以單片機技術和溫度傳 感器技術為基礎，制定出一套以硬件和軟件相結合的方式完成水溫控制器設計的方案。軟件方面， 給出了系統(tǒng)的軟件流程圖，并采用 C 語言作為編程語言進行程序設計，使系統(tǒng)可以顯示溫度等信息。 該系統(tǒng)操作簡單、功率消耗低、準確率高 ， 具有較好的適用性和推廣價值。 本系統(tǒng)的設計可以用于水溫 控制 ，它以單片機 AT89S52 為核心，使用溫度轉換芯片 DS18B20 實時采集溫度 ， 通過數(shù)碼管顯示溫度，并提供各種運行指示燈用來指示系統(tǒng)現(xiàn)在所處狀態(tài) [1]?，F(xiàn)在常用的溫度傳感器芯片不但功率消耗低、準確率高，而且比傳統(tǒng)的溫度傳感器有更好的線性表現(xiàn)，最重要的一點是使用起來方便 [2]。 （ 2）越線報警溫度設置為 70℃。 （ 4）控制范圍為環(huán)境溫度室溫到 70℃。 AT89C52 單片機性能簡介 AT89C52 單片機是美國愛特梅爾（ Atmel）公司生產(chǎn)的 51 系列單片機的一個型號 [3]。 AT89C52 單片機的主要性能特征如下 [5]： （ 1） 與標準的 MCS51 指令系統(tǒng)和 8052 產(chǎn)品引腳兼容； （ 2） 8k bytes 的可反復檫寫（ 1000） Flash 只讀程序存儲器； （ 3） 2568 bit 內(nèi)部 RAM； （ 4） 全靜態(tài)操作：時鐘頻率 0～ 24MHz； （ 5） 32 個可編程 I/O 口； （ 6） 2 個串行中斷； （ 7） 2 個外部中斷源； （ 8） 6 個中斷源； （ 9） 2 個讀寫中斷口線； （ 10） 3 個 16 位定時 /計數(shù)器； （ 11） 可編程 UART 串行通道 。 水溫控制器設計 4 圖 21 AT89C52 的引腳圖 各 引腳功能說明 [6]： AT89C52 單片機有 4 組 8 位可編程 I/O 口，分別為 P0、 P P P3 口，每個口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 P0（ ～ ）口：一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，即地址 /數(shù)據(jù)總線復用口。 P1（ ～ ）口：一組帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，端口的輸出緩沖級可驅 動 4 個 TTL 邏輯門電路。 此 外， 和 還能 分別 作為定時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入和輸入。當對端口寫 “1”時，可用作輸入口；當作為輸入口使用時，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；當Flash 編程或校驗時，端口接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號；當訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，端口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)；當訪問 8 位xx 大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，端口輸出 P2 鎖存器中的內(nèi)容。當對端口寫 “1”時，可用作輸入口；當作為輸入口使用時，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。 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。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。當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)。 RST：復位輸入端口，外接電阻電容組成復位電路。 XTAL1 口：內(nèi)部時鐘發(fā)生器和振蕩器反相放大器的輸入端。 PSEN 口：外部程序存儲器的讀選通信號。 傳感器的選擇 本 次設計 選用的 是單線數(shù)字傳感器 DS18B20。 （ 2）不需要額外的外部元件搭建外圍電路即可正常運行。 （ 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 ℉。 （ 6）在 1s 典型值內(nèi)把溫度變換為數(shù)字。 主要的優(yōu)點是： （ 1） DS18B20 可將被測溫度直接轉換成計算機能識別的數(shù)字信號輸出。 （ 3）每一個 DS18B20 都含有一個唯一的序列號，這樣的設計是為了允許多個 DS18B20 連接到同一總線上，因此，非常適合構建多點溫度檢測系統(tǒng)。 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。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。 其 DS18B20 的管腳配置和封裝結構如圖 22 所示 。 驅動芯片的選擇 本設計驅動芯片選擇 74LS245 74LS245 的簡介 74LS245 是我們常用的芯片，用來驅動 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]。 當 8051 單片機的 P0 口總線負載達到或超過 P0 最大負載能力時，必須接入74LS245 等總線驅動器。 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 口與驅動器輸入線對應相連。 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）。 圖 23 74LS245 引腳圖 水溫控制器設計 8 顯示器的選擇 本設計顯示器選擇 2 位 8 段共陽數(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]。其優(yōu)點 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。優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多。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，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，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。在圖 25 中，公共陰極接地，當陽極上的信息為“ 1”時，段就點 亮；信息為“ 0”時，段就不亮。圖中R 是限流電阻。 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。通過按鍵電路來設置加熱溫度，并將設置的溫度值在數(shù)碼管上顯示，環(huán)境溫度由 DS18B20 來測出，傳到單片機進行 處理。 圖 31 硬件總體 原理 框圖 外圍電路 本系統(tǒng)選用單片機 AT89S52 作為核心控制器件，結合電源電路、晶振電路、復位電路、 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。 電源電路 本次設計的電源電路為 +5V 穩(wěn)壓電源 ，其電路如圖 32 所示。它的輸出電壓可以隨意連續(xù)調節(jié)，輸出電流也可達到很大，穩(wěn)壓精度較高。變壓器是利用電磁感應原理進行變換交流電壓、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。 MCS51 系列單片機內(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的內(nèi)部各個單元，決定單片機的工作速度。 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 設計 分別 選用 的標準石英晶振 和 兩個 22pF 的電容 。 xx 大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 圖 33 晶振電路圖 復位電路 89 系列單片機的復位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的觸發(fā)器中的 ， 當系統(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器周期以上， CPU 就可響應并且將系統(tǒng)復位。通常采用手動復位和上電自動復位的組合，在通電瞬間，電容 C 通過電阻 R 充電，RST 端出現(xiàn)正脈沖，用于復位。 圖 34 復位電路原理圖 報警電路 當環(huán)境溫度不在設置溫度范圍內(nèi)，需要發(fā)出警報，報警電路由 PNP 三極管和揚聲器組成。報警電路如圖 35所示。為了防止干擾，在單片機接光電隔離。 圖 36 加熱控制電路原理圖 測溫 電路 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一中采用電源方式供電，此時 DS18B201腳接地， 2 腳作為信號線， 3 腳接電源。當 S18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉換操作時，總線上必須有上拉，上拉開啟時間最大為 10us。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 xx 大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 圖 37 測溫電路原理圖 顯示電路 數(shù)碼管 顯示電路采用 AT89S52 單片機控制，通過 芯片 74LS245 驅動 進行顯示 。 控制個位， 控制十位。顯示電路如圖 38 所示。 其軟件程序見附錄 B。 軟件仿真工具采