PAGE畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)系別：機(jī)電工程系班級：06測控技術(shù)與儀器（2）班姓名：指導(dǎo)教師：2010年6月10基于單片機(jī)的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)之一。在生產(chǎn)過程中，為了高效地進(jìn)行生產(chǎn)，必須對它的主要參數(shù)，如溫度、壓力、流量等進(jìn)行有效的控制。溫度控制在生產(chǎn)過程中占有相當(dāng)大的比例。溫度測量是溫度控制的基礎(chǔ)，技術(shù)已經(jīng)比較成熟。該設(shè)計(jì)介紹了一種利用單片機(jī)AT89S51組成的高精度溫度控制系統(tǒng)，從硬件和軟件兩方面介紹了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。著重介紹了硬件原理圖和程序框圖。闡述了系統(tǒng)的工作原理、設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。由DS18B20溫度傳感器芯片測量當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后通過AT89S51單片機(jī)對送來的溫度進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，并將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，由1602液晶顯示器將溫度顯示出來。它可以實(shí)時(shí)的顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對溫度的自動(dòng)控制，當(dāng)溫度值超出上、下限時(shí)自動(dòng)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、控制精度高。同時(shí)系統(tǒng)具有擴(kuò)展性好，分辨率高，測量范圍寬，抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：AT89S51單片機(jī)DS18B20溫度傳感器溫度檢測DesignofTemperatureDetectionSystemBasedOnSCMAbstractThedetectionandcontroloftemperatureisoftenusedindailylifeandindustrialproductionprocess,temperatureisoneoftheimportantphysicalparametersoftheproductionprocessandscientificexperimentsgenerally.Duringtheproductionprocess,inordertocarryouttheproductionefficiently,wemustcontrolitsmainparameterswell,suchastemperature,pressureandsoon.Temperaturecontrolintheproductionprocessesalargeproportion.Temperaturemeasurementisthebasisoftemperature-controllingandamorematuretechnology.AprecisiontemperaturecontrolsystemusedAT89S51SCMandthehardwarecircuitandsoftwareofthissystemareintroduced.Schematicdiagramofthehardwareandproceduresisrelatedinemphasis.Workingprinciple,designandimplementationiselaborated.ThecurrenttemperatureismeasuredbyDS18b20temperaturesensorandtheresultsistransportedintoSCM.Then,thetemperatureiscalculatedandtheconversionresultsistransportedintotheliquidcrystaldisplaymodules1602onshow.Itcandisplaycurrenttemperaturewhichissetrandomlyandcontrolledflexibility,andthetemperaturecontrol.Whenthetemperatureisbeyondtheupperandlowerlimitsoftemperature,thealarmsystemstartsautomatically.Whatisrealizedinthissystemissimplestructure,reliableperformanceandhighprecisioncontrol.Thesystemisingoodscalability，high-resolution，widerange，anti-interferenceperformanceandsoon．KeyWords：AT89S51SCM；DS18B20Temperaturesensor；Temperaturedetection目錄1緒論 11.1國內(nèi)外溫度檢測技術(shù)概述 11.1.1溫度檢測技術(shù)簡介 11.1.2溫度檢測技術(shù)的發(fā)展 41.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 51.2.1單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展 51.2.2單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用 62方案論證 82.1題目分析 82.2溫度傳感器的選擇 82.2.1采用模擬集成溫度傳感器 82.2.2采用數(shù)字單片智能溫度傳感器 92.3顯示器的選擇 102.3.1LED顯示器 102.3.2LCD液晶屏 102.4單片機(jī)的選擇 112.4.1凌陽單片機(jī) 112.4.2AT89S51單片機(jī) 112.4.3單片機(jī)選型 123溫度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 163.1復(fù)位電路 163.2時(shí)鐘(晶振)電路 163.3溫度測量電路設(shè)計(jì) 173.3.1DS18B20總體簡介 173.3.2DS18B20接口電路 223.4鍵盤電路的設(shè)計(jì) 223.4.1鍵盤接口電路 223.4.2鍵盤使用說明 233.5溫度控制電路和報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 243.6顯示電路的設(shè)計(jì) 253.6.1LCD1602顯示原理 253.6.2LCD1602引腳定義 263.6.3LCD顯示電路 273.7PCB板設(shè)計(jì) 283.7.1PCB元件布局 283.7.2布線 283.7.3硬件抗干擾措施 294溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 304.1系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì) 304.2DS18B20模塊程序 304.31602液晶模塊程序 314.4鍵盤模塊程序 325全文總結(jié) 345.1經(jīng)濟(jì)效益分析 345.2社會(huì)效益分析 34謝辭 35參考文獻(xiàn) 36附錄I系統(tǒng)電路原理圖 38附錄IIPCB板 39附錄Ⅲ程序清單 40外文資料 58唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE671緒論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的需要，測溫技術(shù)也在不斷地改進(jìn)和提高。由于測溫范圍越來越廣，根據(jù)不同的要求，又制造出不同需要的測溫儀器．現(xiàn)實(shí)社會(huì)發(fā)展的許多情況下需要測量溫度參數(shù)。1.1國內(nèi)外溫度檢測技術(shù)概述1.1.1溫度檢測技術(shù)簡介一、隨著國內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測技術(shù)也有了不斷的進(jìn)步，目前的溫度檢測使用的方法種類繁多，應(yīng)用范圍也較廣泛，大致包括以下幾種方法[1]：1)利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計(jì)利用此原理制成的溫度計(jì)大致分成三大類。（1）玻璃溫度計(jì)，它是利用玻璃感溫包內(nèi)的測溫物質(zhì)(水銀、酒精、甲苯、煤油等)受熱膨脹、遇冷收縮的原理進(jìn)行溫度測量的；（2）雙金屬溫度計(jì)，它是采用膨脹系數(shù)不同的兩種金屬牢固粘合在上一起制成的雙金屬片作為感溫元件，當(dāng)溫度變化時(shí)，一端固定的雙金屬片，由于兩種金屬膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生彎曲，自由端的位移通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針指示出相應(yīng)溫度；（3）壓力式溫度計(jì)，它是由感溫物質(zhì)(氮?dú)狻⑺y、二甲苯、甲苯、甘油和低沸點(diǎn)液體如氯甲烷、氯乙烷等)隨溫度變化，壓力發(fā)生相應(yīng)變化，用彈簧管壓力表測出它的壓力值，經(jīng)換算得出被測物質(zhì)的溫度值。2)利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測元件利用此技術(shù)制成的溫度檢測元件主要是熱電偶。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn)。常用的熱電偶有以下幾種。（1）鎳鉻-鎳硅，型號(hào)為WRN，分度號(hào)為K，測溫范圍0-900℃，短期可測1200（2）鎳鉻-康銅，型號(hào)為WRK，分度號(hào)為F，測溫范圍0-600℃，短期可測800（3）鉑銠-鉑，型號(hào)為WRP，分度號(hào)為S，在1300℃以下的溫度可長期使用，短期可測1600（4）鉑銠30—鉑銬6，型號(hào)為WRR，分度號(hào)為B，測溫范圍300-1600℃，短期可測18003）利用熱阻效應(yīng)技術(shù)制成的溫度計(jì)用此技術(shù)制成的溫度計(jì)大致可分成以下幾種。（1）電阻測溫元件，它是利用感溫元件（導(dǎo)體）的電阻隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻的變化值用顯示儀表反映出來，從而達(dá)到測溫的目的。目前常用的有鉑熱電阻(分度號(hào)為Pt100、Pt10兩種)和銅熱電阻(分度號(hào)有Cu50、Cu100兩種)。（2）導(dǎo)體測溫元件，它與熱電阻的溫阻特性剛好相反，即有很大負(fù)溫度系數(shù)，也就是說溫度升高時(shí)，其阻值降低。（3）陶瓷熱敏元件，它的實(shí)質(zhì)是利用半導(dǎo)體電阻的正溫特性，用半導(dǎo)體陶瓷材料制作而成的熱敏元件，常稱為PCT或NCT熱敏元件。PCT熱敏元件分為突變型及緩變型二類。突變型PCT元件的溫阻特性是當(dāng)溫度達(dá)到頂點(diǎn)時(shí)，它的阻值突然變大，有限流功能，多數(shù)用于保護(hù)電器。緩變型PCT元件的溫阻特性基本上隨溫度升高阻值慢慢增大，起溫度補(bǔ)償作用。NCT元件特性與PCT元件的突變特性剛好相反，即隨溫度升高，它的阻值減小。4）利用熱輻射原理制成的高溫計(jì)熱輻射高溫計(jì)通常分為兩種。一種是單色輻射高溫計(jì)，一般稱光學(xué)高溫計(jì)；另一種是全輻射高溫計(jì)，它的原理是物體受熱輻射后，視物體本身的性質(zhì)，能將其吸收、透過或反射。而受熱物體放出的輻射能的多少，與它的溫度有一定的關(guān)系。熱輻射式高溫計(jì)就是根據(jù)這種熱輻射原理制成的。5）利用聲學(xué)原理進(jìn)行溫度測量聲學(xué)發(fā)溫度檢測技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，利用該技術(shù)，可以對爐內(nèi)的煙氣溫度測量值和火焰分布在線檢測，判斷爐的燃燒狀況，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制，聲學(xué)溫度檢測技術(shù)的基本原理是通過測量聲波傳感器間的聲波傳播時(shí)間以最小二乘原理重建溫度的測量方法。6）利用紅外測溫技術(shù)紅外測溫技術(shù)是通過檢測物體表面能量來檢測物體溫度的。二、近年來，在溫度檢測技術(shù)領(lǐng)域，多種新的檢測原理與技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。新一代溫度檢測元件正在不斷出現(xiàn)和完善化。1）晶體管溫度檢測元件半導(dǎo)體溫度檢測元件是具有代表性的溫度檢測元件。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大1~2個(gè)數(shù)量級，二級管和三極管的PN結(jié)電壓、電容對溫度靈敏度很高。基于上述測溫原理已研制了各種溫度檢測元件。2）集成電路溫度檢測元件利用硅晶體管基極一發(fā)射極間電壓與溫度關(guān)系（即半導(dǎo)體PN結(jié)的溫度特性）進(jìn)行溫度檢測，并把測溫、激勵(lì)、信號(hào)處理電路和放大電路集成一體，封裝于小型管殼內(nèi)，即構(gòu)成了集成電路溫度檢測元件。3）核磁共振溫度檢測器所謂核磁共振現(xiàn)象是指具有核自旋的物質(zhì)置于靜磁場中時(shí)，當(dāng)與靜磁場垂直方向加以電磁波，會(huì)發(fā)生對某頻率電磁的吸收現(xiàn)象。利用共振吸收頻率隨溫度上升而減少的原理研制成的溫度檢測器，稱為核磁共振溫度檢測器。這種檢測器精度極高，可以測量出千分之一開爾文，而且輸出的頻率信號(hào)適于數(shù)字化運(yùn)算處理，故是一種性能十分良好的溫度檢測器。在常溫下，可作理想的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)之用。4）熱噪聲溫度檢測器它的原理是利用熱電阻元件產(chǎn)生的噪聲電壓與溫度的相關(guān)性。其特點(diǎn)是：（1）輸出噪聲電壓大小與溫度是比例關(guān)系；（2）不受壓力影響；（3）感溫元件的阻值幾乎不影響測量精確度；所以它是可以直接讀出絕對溫度值而不受材料和環(huán)境條件限制的溫度檢測器。5）石英晶體溫度檢測器它采用LC或Y型切割的石英晶片的共振頻率隨溫度變化的特性來制作的。它利用'uP技術(shù)，自動(dòng)補(bǔ)償石英晶片的非線性，測量精度較高，一般可檢測到0.001℃6）光纖溫度檢測器光纖溫度檢測器是目前光纖傳感器中發(fā)展較快的一種，已開發(fā)了開關(guān)式溫度檢測器、輻射式溫度檢測器等多種實(shí)用型的品種。它是利用雙折射光纖的傳輸光信號(hào)滯后量隨溫度變化的原理制成的雙折射光纖溫度檢測器，檢測精度在±1℃以內(nèi)，測溫范圍可以從絕對0℃到7）激光溫度檢測器激光測溫特別適于遠(yuǎn)程測量和特殊環(huán)境下的溫度測量，用氮氖激光源的激光作反射計(jì)可測得很高的溫度，精度達(dá)1％；用激光干涉和散射原理制作的溫度檢測器可測量更高的溫度，上限可達(dá)3000℃8）微波溫度檢測器采用微波測溫可以達(dá)到快速測量高溫的目的。它是利用在不同溫度下，溫度與控制電壓成線性關(guān)系的原理制成的。這種檢測器的靈敏度為250kHZ/℃,精度為1％左右，檢測范圍為20~1400℃9)純貴金屬熱電偶的研究由兩種純金屬組成的熱電偶，因其材料均勻性遠(yuǎn)優(yōu)于合金材料，因而穩(wěn)定性很好。在鉑銠合金熱電偶(S、R型)的不確定度已很難提高之后，人們開始尋找由純貴金屬組成的熱電偶，以代替S和R型熱電偶，作為傳遞的標(biāo)準(zhǔn)。10)信息技術(shù)時(shí)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的溫度檢測儀表現(xiàn)代的工業(yè)過程自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，它是信息技術(shù)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化后出現(xiàn)的新一代的自動(dòng)控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。所有的現(xiàn)場儀表（溫度檢測儀表是其中一種）均接到現(xiàn)場總線上。在這樣的系統(tǒng)中，通常不應(yīng)使用各種不同輸出的溫度計(jì)，必須將輸出轉(zhuǎn)變成統(tǒng)一的電信號(hào)，這樣“溫度計(jì)”就變成了“溫度變送器”。在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的溫度變送器主要是熱電偶變送器和熱電阻變送器，也有輻射溫度變送器。1.1.2溫度檢測技術(shù)的發(fā)展生產(chǎn)管理一體化、網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的大趨勢，要實(shí)現(xiàn)這些功能，必須借助于工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)及開放的工業(yè)數(shù)據(jù)庫。利用先進(jìn)技術(shù)手段監(jiān)測各種復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境的被控參數(shù)（如溫度、流量及壓力等），使生產(chǎn)和管理一體化，可以有效地提高生產(chǎn)和管理的自動(dòng)化水平。溫度追蹤測量（也可以稱作是溫度分布測定技術(shù)）是一種利用微機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊傳輸和數(shù)據(jù)分析處理的一門新技術(shù)，是在生產(chǎn)過程中記錄和說明熱加工產(chǎn)品與空氣溫度關(guān)系的技術(shù)，追蹤測量得到的數(shù)據(jù)被顯示為圖表或數(shù)字。這個(gè)過程最簡單的形式就是它可以告訴生產(chǎn)者所生產(chǎn)的產(chǎn)品的溫度、保持這個(gè)溫度有多長時(shí)間以及在什么時(shí)間達(dá)到了什么溫度。通過分析數(shù)據(jù)，生產(chǎn)人員可以保證產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量、解決產(chǎn)品存在問題、優(yōu)化生產(chǎn)工藝路線及節(jié)約能耗。無論是在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)、食品加工、其它工業(yè)生產(chǎn)，還是在醫(yī)療器械生產(chǎn)方面，只要在生產(chǎn)過程中溫度是重要的控制指標(biāo)，溫度檢測（也稱追蹤）技術(shù)就具有非常廣闊的應(yīng)用前景。1)國內(nèi)外溫度檢測技術(shù)動(dòng)向(1)擴(kuò)展檢測范圍現(xiàn)在工業(yè)上通用的溫度檢測范圍為-200~3000℃(2)擴(kuò)大測溫對象溫度檢測技術(shù)將會(huì)由點(diǎn)測溫發(fā)展到線、面，甚至立體的測量。應(yīng)用范圍己經(jīng)從工業(yè)領(lǐng)域延伸到環(huán)境保護(hù)、家用電器、汽車工業(yè)及航天工業(yè)領(lǐng)域。(3)發(fā)展新型產(chǎn)品利用以前的檢測技術(shù)生產(chǎn)出適應(yīng)于不同場合、不同工況要求的新型產(chǎn)品，以滿足用戶需要。同時(shí)利用新的檢測技術(shù)制造出新的產(chǎn)品。(4)適應(yīng)特殊環(huán)境下的測溫對許多場合中的溫度檢測器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求；又如移動(dòng)物體和高速旋轉(zhuǎn)物體的測溫、鋼水的連續(xù)測溫、火焰溫度檢測等。(5)顯示數(shù)字化溫度儀表向數(shù)字化方向發(fā)展。其最大優(yōu)點(diǎn)是直觀、無讀數(shù)誤差、分辨率高、測量誤差小，因而有廣闊的銷售市場。(6)標(biāo)定自動(dòng)化應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)地標(biāo)定溫度檢測器。2）國內(nèi)外溫度檢測發(fā)展趨勢根據(jù)上述要求，國內(nèi)外溫度儀表制造商將向以下幾方面發(fā)展：(1)繼續(xù)生產(chǎn)量大面廣的傳統(tǒng)的溫度檢測元件，如:熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等。(2)加強(qiáng)新原理、新材料、新加工工藝的開發(fā)。如近來已經(jīng)開發(fā)的炭化硅薄膜熱敏電阻溫度檢測器，厚膜、薄膜鉑電阻溫度檢測器，硅單晶熱敏電阻溫度檢測器等。(3)向智能化、集成化、適用化方向發(fā)展。新產(chǎn)品不僅要具有檢測功能，又要具有判斷和指令等多功能，采用微機(jī)向智能化方向發(fā)展，向機(jī)電一體化方向發(fā)展。1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用1.2.1單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展所謂單片機(jī)(m1crocontroller)是指在一個(gè)集成芯片中，集成微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、基本的I/O接口以及定時(shí)/計(jì)數(shù)、通信部件，即在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。1970年微型計(jì)算機(jī)研制成功之后，隨著就出現(xiàn)了單片機(jī)（即單片微型計(jì)算機(jī)）。美國Intel公司1971年生產(chǎn)的4位單片機(jī)4004和1972年生產(chǎn)的雛形8位單片機(jī)8008，特別是1976年MCS-48單片機(jī)問世以來，在短短的二十幾年間，經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，其發(fā)展速度大約每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。其發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣，已達(dá)到了驚人的地步，它已滲透到生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域[2]。盡管目前單片機(jī)的品種很多，但其中最具典型性的當(dāng)數(shù)Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)。MCS-51是在MCS-48的基礎(chǔ)上于80年代初發(fā)展起來的，雖然它仍然是8位的單片機(jī)，但其功能有很大的增強(qiáng)。由于PHILIPS、ATMEL、WELBORD、LG等近百家IC制造商都主產(chǎn)51系列兼容產(chǎn)品，具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料豐富等特點(diǎn)。因此，MCS-51應(yīng)用非常廣泛，成為繼MCS-48之后最重要的單片機(jī)品種。直到現(xiàn)在MCS-51仍不失為單片機(jī)中的主流機(jī)型。國內(nèi)尤以Intel的MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用最廣。由于8位單片機(jī)的高性能價(jià)格比，估計(jì)近十年內(nèi)，8位單片機(jī)仍將是單片機(jī)中的主流機(jī)型[3]。1.2.2單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智能化發(fā)展，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉、使用靈活等優(yōu)勢，顯示出很強(qiáng)的生命力。它和一般的集成電路相比有較好的抗干擾能力，對環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應(yīng)性，可以在工業(yè)條件下穩(wěn)定工作。且單片機(jī)廣泛地應(yīng)用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，提高它們的測量速度和測量精度，加強(qiáng)控制功能。如MCS-51系列單片機(jī)控制的“船舶航行狀態(tài)自動(dòng)記錄儀”、“煙葉水分測試儀”、“智能超聲波測厚儀”等。單片機(jī)也廣泛地應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，例如對工業(yè)上各種窯爐的溫度、酸度、化學(xué)成分的測量和控制。將測量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理功能和實(shí)時(shí)控制功能，使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。從航空航天、地質(zhì)石油、冶金采礦、機(jī)械電子、輕工紡織等行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機(jī)電一體化設(shè)備和產(chǎn)品，到郵電通信、日用設(shè)備和器械，單片機(jī)都發(fā)揮了巨大作用。其應(yīng)用大致可分為以下幾方面[3]：（1）機(jī)電一體化設(shè)備的控制核心機(jī)電一體化是機(jī)械設(shè)備發(fā)展的方向。單片機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，它作為機(jī)電產(chǎn)品的控制器，充分發(fā)揮其自身優(yōu)點(diǎn)，大大強(qiáng)化了機(jī)器的功能，提高了機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。最典型的機(jī)電產(chǎn)品機(jī)器人，每個(gè)關(guān)節(jié)或動(dòng)作部位都是一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)場采集單元大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求數(shù)據(jù)采集的同步性和實(shí)時(shí)性要好。使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的前端采集單元，由主控計(jì)算機(jī)發(fā)出采集命令，再將采集到的數(shù)據(jù)逐一送到主計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。如有些氣象部門、油田采油部門以及電廠等均可采用這樣的系統(tǒng)。（3）分布控制系統(tǒng)的前端控制器在直接控制級的計(jì)算機(jī)分布控制系統(tǒng)(DCS)中，單片機(jī)作為過程控制中每一分部操作或控制的控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、反饋計(jì)算、控制輸出，并在上位機(jī)命令的指揮下進(jìn)行相應(yīng)協(xié)調(diào)工作。（4）智能化儀表的機(jī)芯自動(dòng)化儀表的智能化程度越來越高。采用單片機(jī)的智能化儀表可具有自整定、自校正、自動(dòng)補(bǔ)償和自適應(yīng)功能，還可進(jìn)行數(shù)字PID調(diào)節(jié)，軟件消除電流熱噪聲等等，解決傳統(tǒng)儀表所不能解決的難題。單片機(jī)的應(yīng)用使這種性能如虎添翼，如自動(dòng)計(jì)費(fèi)電度表、燃?xì)獗碇幸延羞@方面的應(yīng)用。許多工業(yè)儀表中的智能流量計(jì)，氣體分析儀、成分分析儀等也采用了這項(xiàng)技術(shù)。甚至有的保健治療儀中也采用了單片機(jī)控制[5]。（5）消費(fèi)類電子產(chǎn)品控制該應(yīng)用主要反映在家電領(lǐng)域，如洗衣機(jī)、空調(diào)器、保安系統(tǒng)、VCD視盤機(jī)、電子秤、IC卡、手機(jī)、BP機(jī)等。這些設(shè)備中使用了單片機(jī)機(jī)芯后，大大提高了其控制功能和性能，并實(shí)現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。（6）終端及外圍設(shè)備控制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，如銀行終端、商業(yè)POS（自動(dòng)收款機(jī)）以及計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備如打印機(jī)、通信終端和智能化UPS等。在這些設(shè)備中使用單片機(jī)，使其具有計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示、輸入等功能，具有和計(jì)算機(jī)連接的接口，使計(jì)算機(jī)的能力及應(yīng)用范圍大大提高。1.2電路的總體方案設(shè)計(jì)本文的主要工作是研究與設(shè)計(jì)一種基于AT89S51的溫度檢測系統(tǒng)，使之應(yīng)用于大棚及其它工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面，在實(shí)用中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。該溫度測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時(shí)測量與顯示，具有溫度超限報(bào)警功能等。系統(tǒng)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)部分包括單片機(jī)控制芯片，溫度測量電路，溫度顯示電路，報(bào)警電路和溫度控制電路，軟件設(shè)計(jì)部分包括相應(yīng)信號(hào)采集與處理程序及單片機(jī)接口子程序等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測溫、顯示、控制與報(bào)警功能。溫度控制系統(tǒng)采用AT89S51八位機(jī)作為微處理單元進(jìn)行控制。采用4個(gè)鍵把設(shè)定溫度的最高值和最低值存入單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉(zhuǎn)換。溫度傳感器把采集的信號(hào)與單片機(jī)里的數(shù)據(jù)相比較來控制溫度控制器。系統(tǒng)框圖如圖1.1。溫度測量電路溫度測量電路單片機(jī)電源電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路鍵盤顯示報(bào)警電路制冷電路制熱電路圖1.1基于單片機(jī)的溫度檢測系統(tǒng)框圖2方案論證本章主要對畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目進(jìn)行了分析，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，綜合比較幾種設(shè)計(jì)方法，提出了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的最佳方案。2.1題目分析本設(shè)計(jì)是一個(gè)數(shù)字溫度控制系統(tǒng)，能測量并實(shí)時(shí)顯示溫度，并能在超限的情況下進(jìn)行控制、調(diào)整并報(bào)警。即以單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)溫室大棚溫度的自動(dòng)檢測。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，要利用溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測溫度。當(dāng)溫度高于設(shè)定的報(bào)警上限溫度時(shí)，打開降溫裝置進(jìn)行調(diào)整使溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)；當(dāng)溫度低于設(shè)定的報(bào)警下限溫度時(shí)，打開升溫裝置進(jìn)行調(diào)整使溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)。同時(shí)一方面由LCD顯示信息，并發(fā)出警報(bào)聲。畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是能對溫度進(jìn)行自動(dòng)的檢測、控制和報(bào)警。設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)來控制溫度，因此要有溫度的采集電路，鍵盤顯示電路，溫控電路，報(bào)警電路等幾個(gè)部分。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要用到的知識(shí)點(diǎn)有單片機(jī)的原理及其應(yīng)用，溫度傳感器的原理和應(yīng)用，及鍵盤和顯示電路的設(shè)計(jì)等。2.2溫度傳感器的選擇2.2.1采用模擬集成溫度傳感器集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測量及模擬信號(hào)輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。圖2-1是AD590用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kΩ時(shí)，輸出電壓隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使=273.2mV。或在室溫下(25℃)條件下調(diào)整電位器，使=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整只可保證在0℃或25℃附近有較高精度。AD590把被測溫度轉(zhuǎn)換為電流再通過放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，輸出數(shù)字量送給單片機(jī)進(jìn)行溫度控制[4]。圖2.1基于AD590測溫基本應(yīng)用電路2.2.2采用數(shù)字單片智能溫度傳感器智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。目前，已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-WIRE)總線、I2C總線、SMBUS總線和SPI總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。典型產(chǎn)品有DS18B20，智能溫度控制器適配各種微控制器，構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng)；它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范圍內(nèi),精度為0.5℃。DS18B20的精度較差為±0.2℃。現(xiàn)場溫度直接以“DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的“DS1820”體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使您可以充分發(fā)揮“一線總線”的長處。DS18B20、DS1822“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器[6]。研究了以上溫度傳感器的特性以及信號(hào)傳輸方式,應(yīng)該選擇單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20比較合適。傳統(tǒng)的溫度檢測系統(tǒng)以熱敏電阻為溫度敏感元件，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號(hào)處理電路，而且熱敏電阻的可靠性較差,測量溫度的準(zhǔn)確度低，檢測系統(tǒng)的精度差。如果采用模擬溫度傳感器，模擬信號(hào)在傳輸過程中遇到的干擾問題往往不能得到徹底解決，當(dāng)傳感器與數(shù)據(jù)采集器距離較遠(yuǎn),信號(hào)線周圍存在電磁干擾源時(shí)，該問題顯得尤為突出。另外，模擬傳感器特征參數(shù)的不一致性和放大器的零點(diǎn)漂移問題使系統(tǒng)調(diào)試變得十分困難。從溫度傳感器信號(hào)傳輸方式考慮，多點(diǎn)檢測時(shí)多線制用線量大，施工困難，成本高，系統(tǒng)的整休可靠性差；總線制由于不能采用寄生供電,傳感器數(shù)量較多時(shí)，也會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜起來。單總線數(shù)字溫度傳感器克服了上述不足。用單總線溫度傳感器設(shè)計(jì)冷庫溫度檢測系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：較高的性能價(jià)格比;監(jiān)測對象越多越能顯示其優(yōu)越性；硬件施工工作量少；系統(tǒng)維修方便;抗千擾性能好；有CRC校驗(yàn)，可靠性高；系統(tǒng)簡明直觀。由于大棚溫度巡檢的速度并不要求太快，所以單總線速率較慢的問題不會(huì)對系統(tǒng)造成明顯的不良影響。2.3顯示器的選擇2.3.1LED顯示器采用傳統(tǒng)的七段數(shù)碼LED顯示器。LED雖然價(jià)格便宜，但在現(xiàn)代的許多儀表、各種電子產(chǎn)品中逐漸被LCD所取代。2.3.2LCD液晶屏采用LCD液晶屏進(jìn)行顯示。LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要2～3伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無法比擬的，同時(shí)可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)為[7]：1）顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器的每一個(gè)點(diǎn)收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光，因此液晶顯示器的畫質(zhì)高而且不會(huì)閃爍。2）數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)的接口簡單操作也很方便。3）體積小、重量輕,液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。4）功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內(nèi)部電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其他器件要小很多。雖然LCD顯示器的價(jià)格比數(shù)碼管要貴，但它的顯示效果好，是當(dāng)今顯示器的主流，所以采用LCD作為顯示器。2.4單片機(jī)的選擇2.4.1凌陽單片機(jī)隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理（DSP，DigitalSignalProcessing）等領(lǐng)域。凌陽的16位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計(jì)的。它的CPU內(nèi)核采用凌陽最新推出的μ’nSP?（MicrocontrollerandSignalProcessor）16位微處理器芯片（以下簡稱μ’nSP?）。圍繞μ’nSP?所形成的16位μ’nSP?系列單片機(jī)（以下簡稱μ’nSP?家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以μ’nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。μ’nSP?內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場合。這樣做無疑會(huì)使每一種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和更低的成本。[8]利用凌陽單片機(jī)有一定的好處凌陽的優(yōu)勢是硬件性能，抗干擾能力強(qiáng)，但凌陽單片機(jī)我們沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這對于剛接觸單片機(jī)的我們來說不是很容易上手，其價(jià)格也要比89S51昂貴一些，因此我們并沒有將其作為首選。2.4.2AT89S51單片機(jī)由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)，在單片機(jī)家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)分支。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運(yùn)算，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新，從8位、16位迅速過渡到32位、64位，并且不斷提高運(yùn)算速度和完善通用操作系統(tǒng)，以突出其高速海量數(shù)值運(yùn)算的能力，在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信中得到了廣泛應(yīng)用；單片機(jī)作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和極低的成本，廣泛應(yīng)用于家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此，單片機(jī)的出現(xiàn)大大促進(jìn)了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，成為近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上一個(gè)重要里程碑。[9]由于MCS系列單片機(jī)集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機(jī)提供了極大的便利。單片機(jī)把微型計(jì)算機(jī)的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，運(yùn)行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強(qiáng)。由于屬于芯片化的微型計(jì)算機(jī)，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)化，工作也相對穩(wěn)定。51的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜,I/O口多，程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51單片機(jī)是最理想的選擇。單片機(jī)屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和語言也大大簡化。單片機(jī)的典型代表是Intel公司在20世紀(jì)80年代初研制出來的MCS51系列單片機(jī)。MCS51單片機(jī)很快在我國得到廣泛的推廣應(yīng)用，成為電子系統(tǒng)中最普遍的應(yīng)用手段，并在工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域取得了大量應(yīng)用成果。以MCS-51技術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機(jī)已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機(jī)，同時(shí)增加了一些新的功能，所以用AT89S51。2.4.3雖然凌陽單片機(jī)的硬件性能好，抗干擾能力強(qiáng)，但凌陽單片機(jī)我們沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這對于接觸單片機(jī)不深的我們來說不是很容易上手，其價(jià)格也要比89S51昂貴一些。又因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。故選擇AT89S51單片機(jī)。（1）AT89S51功能特性概述[10]AT89S51方框圖如下圖2.2，AT89S51提供一下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM,32個(gè)I/O口線，看門狗（WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及診斷系統(tǒng)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。圖2.2AT89S51方框圖（2）AT89S51引腳功能介紹AT89S51單片機(jī)為40引腳雙列直插式封裝。其引腳排列和邏輯符號(hào)如圖2.3所示。各引腳功能簡單介紹如下：●VCC：供電電壓●GND：接地●P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每個(gè)管腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳寫“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0●P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。●P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在圖2.3AT89S51引腳圖●P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口：P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INT0(外部中斷0)P3.3INT1(外部中斷1)P3.4T0(記時(shí)器0外部輸入)P3.5T1(記時(shí)器1外部輸入)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)同時(shí)P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。●RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。●ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。●PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。●EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，訪問外部ROM；注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。●XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。●XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3溫度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)溫度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分包括單片機(jī)控制芯片，溫度測量電路，溫度顯示電路，報(bào)警電路和溫度控制電路。以AT89S51單片機(jī)為控制核心，溫度測量電路由DS18B20數(shù)字傳感器構(gòu)成，用來采集實(shí)時(shí)溫度，并由單片機(jī)計(jì)算、轉(zhuǎn)換，傳輸給由LCD1602構(gòu)成的顯示電路，同時(shí)控制報(bào)警電路和溫度控制電路。3.1復(fù)位電路RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效。高電平有效的持續(xù)時(shí)間應(yīng)為24個(gè)振蕩周期以上。若時(shí)鐘頻率為6MHz，則復(fù)位信號(hào)至少應(yīng)持續(xù)4微秒以上，才可以使單片機(jī)復(fù)位。本次設(shè)計(jì)中采用按鍵復(fù)位的方法進(jìn)行復(fù)位操作。如下圖3-1所示。按鍵復(fù)位是利用開關(guān)按鈕來實(shí)現(xiàn)的，即通電后，按下開關(guān)，使得瞬間RST端的電位與VCC相同，隨著電容上儲(chǔ)能增加，電容電壓也增大，充電電流減少，RESET端的電位逐漸下降。這樣在RST端就會(huì)建立一個(gè)脈沖電壓，調(diào)節(jié)電容與電阻的大小可對脈沖持續(xù)的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。3.2時(shí)鐘(晶振)電路時(shí)鐘電路對單片機(jī)系統(tǒng)而言是必需的。由于單片機(jī)內(nèi)部是由各種各樣的數(shù)字邏輯器件(如觸發(fā)器寄存器存儲(chǔ)器等)構(gòu)成，這些數(shù)字器件的工作必須按時(shí)間順序完成，這種時(shí)間順序就稱為時(shí)序.時(shí)鐘電路就是提供單片機(jī)內(nèi)部各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)的電路,沒有時(shí)鐘電路單片機(jī)就無法工作。此次設(shè)計(jì)中，我們采用由內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘的方法形成時(shí)鐘電路，具體如圖3.1所示。圖3.1時(shí)鐘復(fù)位電路內(nèi)部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作定時(shí)元件，內(nèi)部反相放大器自激振蕩，產(chǎn)生時(shí)鐘。時(shí)鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，即若石英頻率fosc＝6MHz，則時(shí)鐘頻率＝3MH2，因此，時(shí)鐘是一個(gè)雙向信號(hào)，由P1相和P2相構(gòu)成。fosc可在2MHZ-12MHZ選擇。小電容可以取30PF左右。3.3溫度測量電路設(shè)計(jì)3.3.1DS18B20總體簡介1)DS18B20的性能特點(diǎn)[11]：圖3.2DS18B20管腳圖(1)采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值；(2)測溫范圍為-55℃～257℃（-67～+(3)每個(gè)器件有唯一的64位的序列號(hào)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中；(4)用戶可定義非易失性溫度報(bào)警上、下限；(5)簡單的多點(diǎn)分布式測溫應(yīng)用；(6)溫度計(jì)分辨率可以被使用者選擇為9～12位；(7)可通過數(shù)據(jù)線供電，供電范圍為3.0V到5.5V；(8)報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM,溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，高速暫存器。DS18B20的管腳排列如圖3.2所示。表3-1詳細(xì)的引腳說明8引腳SOIC封裝TO-9封裝符號(hào)說明51GND接地42DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。對于單線操作：漏極開路。當(dāng)工作在寄生電源模式時(shí)用來提供電源33VDD可選的VDD引腳。工作與寄生電源模式時(shí)VDD必須接地。2)DS18B20簡述[12]圖3.3是表示DS18B20的方框圖，表3-1已經(jīng)給出了引腳說明。64位只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器件的唯一片序列號(hào)。高速暫存器含有兩個(gè)字節(jié)的溫度寄存器，這兩個(gè)寄存器用來存儲(chǔ)溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。除此之外，高速暫存器提供一個(gè)直接的溫度報(bào)警值寄存器（TH和TL），和一個(gè)字節(jié)的配置寄存器。配置寄存器允許用戶將溫度的精度設(shè)定為9，10，11或12位。TH、TL和配置寄存器是非易失性的可擦除的程序寄存器（EEPROM），所以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在器件掉電時(shí)不會(huì)消失。DS18B20通過達(dá)拉斯公司獨(dú)有的單總線協(xié)議依靠一個(gè)單線端口通訊。當(dāng)全部器件經(jīng)由一個(gè)3態(tài)端口（DQ引腳在DS18B20上的情況下）與總線連接的時(shí)候，控制線需要連接一個(gè)上拉電阻。在這個(gè)總線系統(tǒng)中，微控制器（主器件）依靠每個(gè)器件獨(dú)有的64位片序列碼辨認(rèn)總線上的器件和記錄總線上的器件地址。由于每個(gè)裝置有一個(gè)獨(dú)特的片序列碼，總線可以連接的器件數(shù)碼事實(shí)上是無限的。單總線協(xié)議，包括指令的詳細(xì)解釋和“時(shí)序”。圖3.3DS18B20方框圖3）DS18B20存儲(chǔ)器[13]DS18B20的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示于圖3.4。存儲(chǔ)器有一個(gè)暫存SRAM和一個(gè)存儲(chǔ)高低報(bào)警上、下限值TH和TL的非易失性電可擦除EEPROM組成。注意當(dāng)報(bào)警功能不使用時(shí)，TH和TL寄存器可以被當(dāng)作普通寄存器使用。所有的存儲(chǔ)器指令不再詳述。位0和位1為測得溫度信息的LSB和MSB。這兩個(gè)字節(jié)是只讀的。第2和第3字節(jié)是TH和TL的拷貝。位4包含配置寄存器數(shù)據(jù)。位5，6和7被器件保留，禁止寫入；這些數(shù)據(jù)在讀回時(shí)全部表現(xiàn)為邏輯1。高速暫存器的位8是只讀的，包含以上八個(gè)字節(jié)的CRC碼，CRC的執(zhí)行方式不再詳述。數(shù)據(jù)通過寫暫存器指令[4Eh]寫入高速暫存器的2,3和4位；數(shù)據(jù)必須以位2為最低有效位開始傳送。為了完整的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，高速暫存器能夠在數(shù)據(jù)寫入后被讀取（使用讀暫存器[BEh]）。在讀暫存器時(shí)，數(shù)據(jù)以位0為最低有效位從單總線移出。總線控制器傳遞從暫存器到EEPROMTH,TL和配置數(shù)據(jù)必須發(fā)出拷貝暫存器指令[48h]。EEPROM寄存器中的數(shù)據(jù)在器件掉電時(shí)仍然保存；上電時(shí)，數(shù)據(jù)被載入暫存器。數(shù)據(jù)也可以通過召回EEPROM命令從暫存器載入EEPROM。總線控制器在發(fā)出這條命令后發(fā)出讀時(shí)序，DS18B20返回0表示正在召回中，返回1表示操作結(jié)束。圖3.4DS18B20存儲(chǔ)器圖4）DS18B20初始化和讀/寫時(shí)序由于DS18B20采用的是1-Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S51單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對DS18B20芯片的訪問。從而，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。(1)DS18B20的初始化時(shí)序圖3.5DS18B20的初始化時(shí)序圖(2)DS18B20的讀/寫時(shí)序[14]控制器在寫時(shí)序?qū)憯?shù)據(jù)到DS18B20，在讀時(shí)序從DS18B20中讀取數(shù)據(jù)。每一總線時(shí)序傳送一位數(shù)據(jù)。①讀流程時(shí)序?qū)τ贒S18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過程。對于DS18B20的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個(gè)讀時(shí)序過程，至少需要60μs才能完成。②寫流程時(shí)序?qū)τ贒S18B20的寫時(shí)序仍然分為寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩個(gè)過程。對于DS18B20寫0時(shí)序和寫1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60μs，保證DS18B20能夠在15μs到45μs之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15μs之內(nèi)就得釋放單總線。圖3.6DS18B20的/讀寫時(shí)序5）DS18B20的功能指令[15]DS18B20有六條控制命令，如表3-2所示：表3-2DS18B20控制命令指令約定代碼操作說明溫度轉(zhuǎn)換44H啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器BEH讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容寫暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)復(fù)制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中重新調(diào)E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPUCPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。3.3.2DS18B20接口電路在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。我們采用的是第一種連接方法，如圖3.5所示，把DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的13管腳連接,再加上上拉電阻。圖3.7溫度傳感電路圖3.4鍵盤電路的設(shè)計(jì)3.4.1鍵盤接口電路本系統(tǒng)有重新設(shè)定上下限的功能，故需要鍵盤來鍵入。我們采用4個(gè)鍵的鍵盤通過按下不同的按鍵可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示溫度和刷新溫度限值。如圖3.9所示，用AT89S51的P2口接4個(gè)鍵鍵盤，以P2.1－P2.4接K1-K4鍵，無按鍵按下時(shí)，P2.1-P2.4處于高電平狀態(tài)，有鍵按下時(shí)，與K1-K4對應(yīng)P2.1-P2.4的電平狀態(tài)為低。鍵盤輸入的信息主要進(jìn)程是：1)CPU判斷是否有鍵按下。單片機(jī)通過中斷查詢的方式檢查P2.0-P2.4是否有處于低電平狀態(tài)的，若有，則判斷為有鍵按下；2)確定是按下的是哪個(gè)鍵。由于單片機(jī)端口與4個(gè)按鍵有對應(yīng)關(guān)系，故通過判斷哪個(gè)端口處于低電平狀態(tài)，則說明相應(yīng)的鍵是按下的；3)把此鍵所代表的信息翻譯成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的代碼或者其他的特征符號(hào)。具體各個(gè)鍵的功能見鍵盤使用說明。圖3.8鍵盤硬件電路圖3.4.2鍵盤使用說明鍵盤共有4個(gè)按鍵，用于方便設(shè)定溫度。1）按K1鍵則顯示設(shè)定好的報(bào)警上下限值（在不按下K2鍵的前提下），按K3鍵返回；2）按K2鍵用于刷新報(bào)警上下限值，在按下K2鍵后，K1-K4鍵分別實(shí)現(xiàn)以下功能；UP/DOWNUP/DOWN設(shè)置步進(jìn)方向鍵，控制上下限的增和減；THTH，設(shè)置上限，使其值按步進(jìn)方向變化；TLTL設(shè)置下限，使其值按步進(jìn)方向變化；OKOK設(shè)置的確認(rèn)，修改設(shè)置好溫度時(shí)進(jìn)行確認(rèn)；3）除以上情況下，按K3和K4鍵則無意義，返回主程序。對應(yīng)的按鍵的序號(hào)排列如下所示：表3-3鍵盤的按鍵分布端口按鍵功能P2.1K1顯示上下限值P2.2K2刷新上下限值P2.3K3調(diào)小上下限值P2.4K4確定3.5溫度控制電路和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)溫度檢測系統(tǒng)由DS18B20采集的溫度信號(hào)，轉(zhuǎn)換輸出與某溫度值相對應(yīng)的二進(jìn)制8位BCD碼，傳輸給AT89S51單片機(jī)，經(jīng)其計(jì)算、轉(zhuǎn)換出的實(shí)測溫度值與設(shè)定上下限值比較，若溫度值超限，則單片機(jī)控制蜂鳴器，使它發(fā)出報(bào)警聲，若是低于下限就啟動(dòng)制熱器，若是高于上限值就啟動(dòng)制冷器，使溫度恢復(fù)到正常范圍，從而實(shí)現(xiàn)了報(bào)警、控制功能。實(shí)際電路如圖3.8所示,把實(shí)際測量的溫度和設(shè)定的報(bào)警溫度上、下限進(jìn)行比較,來控制P0.0、P0.1、P3.4端口的高低電平。把P0.0、P0.1、P3.4端口分別與三極管的基極連接來啟動(dòng)溫度控制電路和超限報(bào)警功能。當(dāng)測量的溫度超過了設(shè)定的最高溫度，P0.1由高電平變成低電平，就相當(dāng)于基極輸入為“0”，這時(shí)三極管導(dǎo)通推動(dòng)制冷器和控制電路工作，反之,當(dāng)基極輸入為“1”時(shí)，三極管不導(dǎo)通，報(bào)警器和控制電路都不工作。只要控制單片機(jī)的P0.0、P0.1、P3.4口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。圖3.9溫度控制報(bào)警電路3.6顯示電路的設(shè)計(jì)液晶顯示器是一種將液晶顯示器件，連接器件，集成電路，PCB線路板，背光源，結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的組件。根據(jù)顯示內(nèi)容和方式的不同可以分為,數(shù)顯LCD,點(diǎn)陣字符LCD,點(diǎn)陣圖形LCD在此設(shè)計(jì)中我們采用點(diǎn)陣字符LCD，這里采用常用的2行16個(gè)字的1602液晶模塊。3.6.1LCD1602顯示原理DDRAM就是顯示數(shù)據(jù)RAM，用來寄存待顯示的字符代碼。共80個(gè)字節(jié)，其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系如下表[10]：表3-4顯示地址顯示位置1234567……40DDRAM地址第一行00H01H02H03H04H05H06H……27H第二行40H41H42H43H44H45H46H……67H也就是說想要在LCD1602屏幕的第一行第一列顯示一個(gè)"A"字,就要向DDRAM的00H地址寫入“A”字的代碼就行了。但具體的寫入是要按LCD模塊的指令格式來進(jìn)行的。那么一行有40個(gè)地址，但在1602中我們就用前16個(gè)就行了。第二行也一樣用前16個(gè)地址。對應(yīng)如下[16]：DDRAM地址與顯示位置的對應(yīng)關(guān)系從下圖可以看出，“A”字的對應(yīng)上面高位代碼為0100，對應(yīng)左邊低位代碼為0001，合起來就是01000001，也就是41H。可見它的代碼與我們PC中的字符代碼是基本一致的。因此我們在向DDRAM寫C51字符代碼程序時(shí)甚至可以直接用P1＝'A'這樣的方法。PC在編譯時(shí)就把“A”先轉(zhuǎn)為41H代碼了。3.6.2LCD1602引腳定義1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中[17]：第1腳：VSS為電源地；第2腳：VDD接5V正電源；第3腳：VEE為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器；第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀指令，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)；第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端為高電平時(shí)讀取信息，由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令；第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線；第15腳：LCD背光電源正極；第16腳：LCD背光電源負(fù)極。3.6.3LCD顯示電路LCD1602與單片機(jī)的連接如圖3.10所示[18]。溫度檢測系統(tǒng)中，AT89S51單片機(jī)的并口P0與LCD1602的8位雙向數(shù)據(jù)線相連接，通過并口輸入或輸出數(shù)據(jù)或指令，從而實(shí)現(xiàn)溫度顯示功能，基本操作時(shí)序如下。圖3.10液晶顯示電路圖讀狀態(tài)輸入：RS=L，RW=H，E=H輸出：DB0～DB7=狀態(tài)字寫指令輸入：RS=L，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=指令碼輸出：無讀數(shù)據(jù)輸入：RS=H，RW=H，E=H輸出：DB0～DB7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入：RS=H，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=數(shù)據(jù)輸出：無把8根數(shù)據(jù)線和P1口連接，把3根控制線和P3.5、P3.6、P3.7連接。給VCC端加上+5V的電壓，GND端接地。VEE端的驅(qū)動(dòng)電壓不要過大，要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使VEE在0.7伏以下顯示器才能工作。3.7PCB板設(shè)計(jì)3.7.1PCB元件布局設(shè)計(jì)PCB板時(shí)布局是十分重要的，合理的布局，能給布線工作帶來方便。對PCB板布局，首先要考慮PCB尺寸大小，當(dāng)PCB尺寸過大時(shí)，布線則相對容易，散熱也好，但材料增加，成本也增加，且影響工藝要求；過小，布線則較難，散熱也不好，可靠性降低。因此本設(shè)計(jì)PCB尺寸大小為150mm×100mm。在確定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行布局。在確定特殊元件的位置時(shí)應(yīng)遵守以下原則[19]：(1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。時(shí)鐘晶振特別容易受到外界干擾，所以應(yīng)該將時(shí)鐘晶振靠近IC時(shí)鐘輸入端。(2)某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外的短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。(3)重量超過15g的元器件，應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又大有重，發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應(yīng)裝在整機(jī)底板上，且考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。電源電路的三端穩(wěn)壓器7805是一個(gè)發(fā)熱元件，因?yàn)樗鶐щ娐冯娏鬏^大，所以要加散熱片。(4)對于電位器，可調(diào)電感線圈，可變電容器，微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上方便于調(diào)節(jié)的地方；若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱板上的位置相適應(yīng)。(5)應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則[19]：(1)按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。(2)以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻，整齊，緊湊地排列在PCB板上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。(3)在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。3.7.2布線布線是的一個(gè)重要的組成部分，是完成電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟。基于EDA開發(fā)板電路復(fù)雜，焊盤較多。若制作單面板布線可能飛線過多，影響PCB板工藝，可靠性也會(huì)降低，因此，該設(shè)計(jì)采用雙面板制作EDA開發(fā)板的PCB板，而用單面板制作下載部分的PCB板。為了使布線的可靠性高，干擾小，工藝好，具體在布線上應(yīng)該遵循以下原則[20]：(1)當(dāng)輸入輸出端的信號(hào)頻率較高時(shí)，導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋藕合。(2)印制攝導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流值決定。當(dāng)銅箔厚度為0.05mm、寬度為1～15mm時(shí)，通過2A的電流，溫度不會(huì)高于3℃。因此，導(dǎo)線寬度為1.5mm可滿足要求。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.2~0.3mm導(dǎo)線寬度。當(dāng)然，只要允許，還是盡可能要寬線。尤其是電源線和地址線。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，只要工藝允許，可使間距小至5～8mm(3)印制導(dǎo)線拐彎處一般取鈍角，而直角或銳角在會(huì)影響電氣性能。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則，長時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀。這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。3.7.3硬件抗干擾措施硬件抗干擾是應(yīng)用系統(tǒng)最基本和最主要的抗干擾手段，一般從防和抗兩方面入手來抑制干擾。其總的原則是:抑制或消除干擾源，切斷干擾對系統(tǒng)的藕合通道，降低系統(tǒng)對干擾信號(hào)的敏感性。對于本系統(tǒng)，硬件抗干擾設(shè)計(jì)具體措施有：隔離、接地、濾波等常用方法[21]。(l)隔離主要用于過程通道的隔離。光電耦合器能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，提高信噪比。在輸入、輸出通道采用光電藕合器將控制系統(tǒng)與外圍接口隔離；(2)接地接地應(yīng)遵循的基本原則是:數(shù)字地、模擬地、屏蔽地應(yīng)該合理接地，不能混用。要盡可能地使接地電路各自形成回路，減少電路與地線之間的電流禍合。合理布置地線使電流局限在盡可能小的范圍內(nèi)，并根據(jù)地電流的大小和頻率設(shè)計(jì)相應(yīng)寬度的印刷電路和接地方式。模擬電源和數(shù)字電源各自并接0.lμF的陶瓷電容(去藕電容)；(3)濾波電源系統(tǒng)干擾源主要是高次諧波。無源濾波器是一個(gè)簡單的、有效的低通濾波器，它只讓電網(wǎng)中基波通過，而對高次諧波有急劇的衰減作用，對串模干擾和共模干擾信號(hào)具有很強(qiáng)的雙向抑制作用。4溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運(yùn)行的過程中必須先經(jīng)過初始化，包括鍵盤程序，中斷程序，以及各個(gè)控制端口的初始化工作。系統(tǒng)在初始化完成后就進(jìn)入溫度測量程序，實(shí)時(shí)的測量當(dāng)前的溫度，并與設(shè)定的報(bào)警溫度上、下限值進(jìn)行比較，信息通過LCD顯示出來。程序中以查詢的方式來重新設(shè)定溫度的上下限。根據(jù)硬件設(shè)計(jì)完成對溫度的控制。按下4個(gè)鍵鍵盤上的K1鍵可以顯示設(shè)定好的溫度上、下限，按下K2鍵可以重新設(shè)定溫度下限。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體流程圖如圖4.1。NNN溫度超上下限？讀取溫度數(shù)據(jù)按鍵掃描結(jié)束轉(zhuǎn)換、顯示顯示OKNY溫度達(dá)到上限？報(bào)警開啟制冷開啟制冷溫度達(dá)到下限？報(bào)警YYU開始LCD初始化寫入報(bào)警上下限值復(fù)位顯示ERROMDS18B20存在否？NY圖4.1系統(tǒng)軟件流程圖4.2DS18B20模塊程序首先DS18B20初始化，復(fù)位DS18B20，然后單片機(jī)等待DS18B20的應(yīng)答脈沖。一旦單片機(jī)檢測到應(yīng)答脈沖，便發(fā)起跳過ROM匹配操作命令。成功執(zhí)行了ROM操作命令后，就可以使用內(nèi)存操作命令，啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，延時(shí)一段時(shí)間后，等待溫度轉(zhuǎn)換完成。再發(fā)起跳過ROM匹配操作命令，然后讀暫存器，將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出，并轉(zhuǎn)為顯示碼，送到液晶顯示。DS18B20模塊程序流程圖如圖4.2所示。啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度溫度處理跳過ROM匹配DS18B20復(fù)位跳過ROM匹配DS18B20復(fù)位圖4.2DS18B20模塊程序流程圖4.31602液晶模塊程序首先對1602液晶顯示器進(jìn)行初始化，按鍵復(fù)位后，延時(shí)15ms，進(jìn)行初始化設(shè)置，依次為顯示關(guān)閉、顯示清屏、顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置，最后進(jìn)行寫操作。1602液晶驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖4.3所示。延時(shí)15ms延時(shí)15ms顯示模式設(shè)置延時(shí)5ms顯示關(guān)閉顯示清屏延時(shí)5ms延時(shí)5ms顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置延時(shí)5ms顯示開及光標(biāo)設(shè)置顯示位置設(shè)置延時(shí)顯示溫度各位數(shù)值1602初始化圖4.31602液晶驅(qū)動(dòng)程序流程圖4.4鍵盤模塊程序首先對控制芯片進(jìn)行初始化，開中斷，掃描與K1-K4鍵對應(yīng)連接的P2.1-P2.4口的電平，若為低則相應(yīng)按鍵按下，進(jìn)行相應(yīng)處理，最后顯示操作。按鍵掃描子程序流程圖如圖4.4所示。YY開始系統(tǒng)初始化開中斷掃描鍵盤調(diào)用液晶顯示程序有鍵按下？切換步進(jìn)調(diào)整上限顯示限值確認(rèn)處理刷新限值調(diào)整下限NK1鍵K2鍵K1鍵K2鍵K3鍵K4鍵其他圖4.4鍵盤查詢程序流程圖5全文總結(jié)5.1經(jīng)濟(jì)效益分析本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是為了保證溫室大棚溫度維持在設(shè)定的范圍內(nèi)，以保證工作系統(tǒng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本很低，如果采用大批量生產(chǎn)的話，生產(chǎn)成本會(huì)更低。在市場上的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的價(jià)格在百元人民幣以上。對于本系統(tǒng)的使用者來說，本系統(tǒng)能夠很穩(wěn)定的控制溫度而且穩(wěn)定性很高。只要配上適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅鳎@個(gè)系統(tǒng)便還可以實(shí)現(xiàn)很多領(lǐng)域的溫度自動(dòng)控制。這對于提高系統(tǒng)的利用率，避免重復(fù)設(shè)計(jì)有很大的幫助的。在本系統(tǒng)的作用下，可以為工作系統(tǒng)提供一個(gè)良好的環(huán)境，使產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量有很大的提高。使得產(chǎn)品的生產(chǎn)成本降低，從而使系統(tǒng)的使用者獲得的利潤提高了。通過分析表明：本系統(tǒng)是一個(gè)性價(jià)比比較好的系統(tǒng)，不論對于生產(chǎn)者還是使用者來說，它都可以帶來好的經(jīng)濟(jì)效益。5.2社會(huì)效益分析本設(shè)計(jì)是以AT89S51為核心，利用軟硬件相結(jié)合的自動(dòng)控制的典型例子。在單片機(jī)自動(dòng)控制已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的今天，傳統(tǒng)用模擬電路來控制溫度的做法，已經(jīng)逐漸被淘汰。這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的溫度控制方法，為溫度的控制開辟了一條新的道路。根據(jù)我國的科技和工業(yè)水平，這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是符合工業(yè)生產(chǎn)的需要。實(shí)現(xiàn)我國的工業(yè)化，自動(dòng)控制是其中的一個(gè)重要目標(biāo)，自動(dòng)控制系統(tǒng)正廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功知識(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的“冰山一角”，但它為以后更加智能化、人性化的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，作了鋪墊。因此這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有比較好的社會(huì)效益。經(jīng)過三個(gè)多月的方案論證、系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的調(diào)試。查閱了大量的關(guān)于傳感器、單片機(jī)及其接口電路、以及控制方面的理論。經(jīng)過了一番特殊的體驗(yàn)后，經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來解決問題。檢查了自己的知識(shí)水平，使我對自己有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鍛煉自己分析問題、處理問題的能力，還提高了自己的動(dòng)手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對于我們這些將繼續(xù)學(xué)習(xí)、深造的大學(xué)生來說，是很重要的。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本的完成了任務(wù)書的要求，實(shí)現(xiàn)了溫度的控制。但是由于設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。謝辭在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，不僅自己付出了很多心血，也得到了很多老師和同學(xué)的支持，為我創(chuàng)造了很多有利條件，在這里，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師安久伏老師，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的開始，安老師給了我很多幫助，指導(dǎo)我了解了很多單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)，并在當(dāng)我設(shè)計(jì)遇到困難時(shí)，及時(shí)的給予幫助和鼓勵(lì)，同時(shí)，對我其他學(xué)科的鼓勵(lì)也滲透在畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，給了我莫大的信心，為我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)起到了非常重要的作用。大學(xué)時(shí)代的老師們治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了對待知識(shí)，走向社會(huì)的思考方式。同時(shí)。我還要感謝實(shí)驗(yàn)樓機(jī)房的所有老師，為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了非常便利的條件。最后還要感謝幫助我的同學(xué)，在我遇到困難時(shí)給予我耐心的幫助。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。參考文獻(xiàn)[1]樂嘉華，溫度檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和未來，煤油化工自動(dòng)化[J].1998（3），36-38.[2]何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，第一版，北京航空航天大學(xué)出版社，1993，19-24.[3]張君謨.單片機(jī)中級教程，第一版，北京航空航天大學(xué)出版社，2000，25-43.[4]沙占友.集成溫度傳感器原理與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002，84~95.[5]劉川來，李康康，劉成才，徐健，一種組合式溫度傳感器的研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2007,28（31）：888-892.[6]余威明.DS18B20高精度多點(diǎn)溫度檢測顯示系統(tǒng)[J].儀表技術(shù),2007,03：37-39.[7]李長春，劉利民.溫度檢測電路設(shè)計(jì)[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2008,(06)：36-37.[8]余國衛(wèi).基于H8單片機(jī)的通用溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．應(yīng)用科技，2008，33(6)：159-161.[9]孫劍濤，崔明禮.基于AT89S51單片機(jī)的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感檢測技術(shù),2008,(08)：36-37.[10]楊金紅,林詠海.AT89S51及其在溫度檢測中的應(yīng)用[J].科技風(fēng),2008,(21)：109-111.[11]鄭惟暉.單片機(jī)智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].黃山學(xué)院學(xué)報(bào),2008,10(05)：23-25.[12]蔡成濤，朱齊丹，趙健.實(shí)用溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．應(yīng)用科技，2006，33(7)：19-21.[13]宋刈非，趙猷肄，林一楠.基DS1820傳感器的溫度檢測系統(tǒng)[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2009,24(03)：47-62.[14]黃利君，王選民.分布式多點(diǎn)遠(yuǎn)程溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù),2009,07：10-12.[15]房小翠，王金鳳.單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，國防工業(yè)出版社，1999，63-78.[16]李玉峰，倪虹霞MCS-51系列單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京：人民郵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