mcs-51單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、MCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)I MCS-51MCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 內(nèi)容摘要內(nèi)容摘要本設(shè)計(jì)是以一個(gè)保溫箱為控制對(duì)象，以 AT89C51 為控制系統(tǒng)核心，通過單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫箱溫度的顯示和控制功能。本溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由溫度傳感器 DS18B20 對(duì)保溫箱溫度進(jìn)行檢測，經(jīng)過調(diào)理電路得到合適的電壓信號(hào)。經(jīng)芯片處理得到偏差信號(hào)，通過對(duì)偏差信號(hào)的處理獲應(yīng)的溫度值，將所得的溫度值與設(shè)定溫得控制信號(hào)，利用系統(tǒng)的 I/O 資源去擴(kuò)展外圍電路，通過外接繼電器電路，根據(jù)繼電器常開常閉的性質(zhì)，給繼電器高低電平來實(shí)現(xiàn)繼電器的通斷。從而實(shí)現(xiàn)低溫狀態(tài)時(shí)電熱

2、絲加熱升溫，高溫狀態(tài)時(shí)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)來降溫，使得溫度始終處于設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫箱溫度的顯示和控制。本文主要介紹了保溫箱溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法，論文主要由三部分構(gòu)成。 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，主要包括溫度檢測電路、顯示電路、鍵盤設(shè)計(jì)和控制電路。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括、顯示模塊、鍵盤模塊和控制模塊等。最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，使系統(tǒng)達(dá)到本次的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；溫度檢測；繼電器廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）IIMCS-51 Microcontroller Temperature Measurement S

3、ystem DesignABSTRACTThis design takes a heat preservation box as a control object and the AT89C51 as a control system core. A Single-chip Computer system is designed to carry out the temperature display and control. This heat temperature control system is a closed loop feedback control system. The t

4、emperature of the heat preservation box is measured by sensor DS18B20. For DS18B20, a adjust electric circuit is designed to get a suitable electric voltage signal for the transformation. After the transformation, the corresponding temperature digital quantity can be obtains, and is compared with th

5、e setting temperature, then a deviation can be obtained. Through processing the deviation, a control signal will be produced, which adjusts the heater the on or off, thus the preservation box temperature control and display is realized. This design introduces the temperature control system principle

6、 of work and the design method. The paper mainly includes by three parts: Fristly,the system outline project design.Secondly, hardware design, the hardware design mainly includes the temperature adaptive electric circuit, the circuit, the display circuit, the keyboard design and the control circuit.

7、 Thirdly,software design method, the software design uses the modular design, mainly includes the transformation module, the demonstration module, the keyboard module and the control module.Key words：Single-chip Computer; Sensor; Temperature MeasurementMCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)III 目錄目錄1 緒論.11.1 課題設(shè)計(jì)背景和目的.11

8、.2 國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢.11.3 溫度檢測的主要方法.21.4 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容.32 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).42.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案.42.1.1 芯片選擇.52.1.2 溫度檢測.52.1.3 鍵盤輸入.52.1.4LED 顯示.52.1.5 控制電路.62.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案.63 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).73.1 主板電路.73.2 中央處理器.73.2.1 AT89C51 簡介.83.2.2 管腳說明.83.2.4 芯片擦除.113.2.5 復(fù)位電路的設(shè)計(jì).123.3 溫度傳感器 DS18B20.123.4 LED 顯示.143.5 鍵盤接口.173.6 控制電路.184 系統(tǒng)軟件設(shè)

9、計(jì).204.1 顯示子程序.214.2 控制子程序.214.3 鍵盤子程序.225 結(jié)論.24參考文獻(xiàn).25致謝.26附錄 A.27附錄 B.28附錄 C.43MCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)11 1 緒論緒論1.11.1 課題設(shè)計(jì)背景和目課題設(shè)計(jì)背景和目的的在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。溫度作為一個(gè)基本物理量，它是一個(gè)與人們的生活環(huán)境、生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)的重要物理量。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中溫度作為一種常用的主要被控參數(shù)，在很多生產(chǎn)過程中我們需要對(duì)溫度參數(shù)進(jìn)行檢測。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多

10、領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測。采用單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 因此單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。本次設(shè)計(jì)采用 MCS-51 系列單片機(jī)與各種外圍電路構(gòu)成單片機(jī)溫度自動(dòng)檢測和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)檢測和控制。通過本次設(shè)計(jì)掌握溫度檢測控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法和軟件編寫方法。熟悉 Protel 軟件的使用方法。通過課題的研究進(jìn)一步鞏固所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)學(xué)習(xí)課程以外的相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。鍛煉動(dòng)手能力與實(shí)際工作

11、能力，將所學(xué)的理論與實(shí)踐結(jié)合起來。1.21.2 國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢隨著國內(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。溫度測量系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是傳感器，它將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。另一部分是電子裝置，它主要完成對(duì)信號(hào)的接收、處理、對(duì)測點(diǎn)進(jìn)行控制、溫度顯示等功能。對(duì)應(yīng)于不同的溫度段及測量精度要求，測溫裝置也不盡相同，從傳感器方面看，己出現(xiàn)有各種金屬材料、非金屬材料、半導(dǎo)體材料制成的傳感器，也有紅外傳感器。儀器本身也趨向小型化，多采用集成度較高的芯片或元件組成電路。對(duì)于測點(diǎn)較多，并具有報(bào)警、巡測、控制等多功能測溫裝置，一般采用單片機(jī)電路。目前的溫度檢測技

12、術(shù)原理很多，大致包括以下幾種:(1)物體熱脹冷縮原理(2)熱電效應(yīng)(3)熱阻效應(yīng)(4)利熱輻射原理。傳統(tǒng)的溫度傳感器(如,熱電偶、鉑電阻、雙金屬開關(guān)等)雖然有著各自不可替代的廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）2優(yōu)點(diǎn),但由于自身因自熱效應(yīng)影響了測量精度,從而制約了它們?cè)谖⑿突叨穗娮赢a(chǎn)品中的應(yīng)用。與之相比較,半導(dǎo)體溫度傳感器具有靈敏度高、體積小、功耗低、時(shí)間常數(shù)小、自熱溫升小、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),無論是電壓、電流還是頻率輸出,在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)( - 55150 )都與溫度成線性關(guān)系,適合在集成電路系統(tǒng)中應(yīng)用。目前,半導(dǎo)體溫度傳感器工作的溫度范圍還限于- 50150 。未來主要的

13、研究方向?qū)⑹侨绾螖U(kuò)大它的溫度適用范圍,以及智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面。近年來，在溫度檢測技術(shù)領(lǐng)域中，多種新的檢測原理與技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用己取得了具有實(shí)用性的重大進(jìn)展。新一代溫度檢測元件正在不斷出現(xiàn)和完善化，主要包括以下幾種。(1)晶體管溫度檢測元件(2)集成電路溫度檢測元件(3)核磁共振溫度檢測器(4)熱噪聲溫度檢測器(5)石英晶體溫度檢測器(6)光纖溫度檢測器(7)激光溫度檢測器。目前國內(nèi)外的溫度控制方式越來越趨向于智能化，溫度測量首先是由溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的。測溫儀器由溫度傳感器和信號(hào)處理兩部分組成。溫度測量的過程就是通過溫度傳感器將被測對(duì)象的溫度值轉(zhuǎn)換成電的或其它形式的信號(hào),傳遞給信號(hào)處理電路進(jìn)行信

14、號(hào)處理轉(zhuǎn)換成溫度值顯示出來。溫度傳感器隨著溫度變化而引起變化的物理參數(shù)有: 膨脹、電阻、電容、熱電動(dòng)勢,磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,新型溫度傳感器還會(huì)不斷出現(xiàn),目前,國內(nèi)外通用的溫度傳感器及測溫儀大致有以下幾種: 熱膨脹式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱電偶、輻射式測溫儀表、石英溫度傳感器測溫儀。1.31.3 溫度檢測的主要方法溫度檢測的主要方法溫度的測量方法多采用集成的半導(dǎo)體模擬溫度傳感器，傳感器輸出的電壓或電流與溫度在一定范圍呈線性關(guān)系。通過放大，采樣得到被測量。另一種溫度測量方法是使用熱電偶，其測量精度較高，但測試過程復(fù)雜，測量時(shí)間長，而且采用電橋測量的系統(tǒng)抗干擾能力較差，

15、誤差較大。隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，新型的數(shù)字化溫度傳感器其精度、穩(wěn)定性、可靠性及抗干擾能力都優(yōu)于模擬的溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器也越來越的到廣泛的應(yīng)用。 溫度檢測的方法根據(jù)敏感元件和被測介質(zhì)接觸與否，可以分為接觸式與非接觸式兩大類。接觸式檢測的方法主要包括基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測儀表；基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測儀表。非接觸式檢測方法是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物體的溫度進(jìn)行檢測，主要有亮度法、全輻射法和比色MCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3法等。接觸式測溫是使測溫敏感元件與被測介質(zhì)接觸，當(dāng)被測介質(zhì)與感溫元件達(dá)到熱平衡時(shí)，感溫元件與被測介質(zhì)的溫度相等。這

16、類傳感器結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格低、應(yīng)用十分廣泛，因此，本方案采用接觸式測溫法，選用相關(guān)類型的傳感器。由單片機(jī)組成的溫度測控系統(tǒng),通過在單片機(jī)外部添加各種接口電路，可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度控制對(duì)象的溫度的顯示和控制。同時(shí)也能根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)多路巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警及記錄,對(duì)各個(gè)參數(shù)以一定的周期進(jìn)行檢查和測量,檢測的結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后再進(jìn)行顯示、打印和報(bào)警,以提醒操作人員注意或直接用于生產(chǎn)控制。1.4 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，它用溫度傳感器將檢測到的溫度信號(hào)經(jīng)放大，送入單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示當(dāng)前溫度值，用當(dāng)前溫度值與設(shè)定溫度值

17、進(jìn)行比較。根據(jù)比較的結(jié)果得到控制信號(hào)用以控制繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的控制。通過這種控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫箱的溫度控制。本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成,硬件部分主要完成主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、控制執(zhí)行等電路的設(shè)計(jì)。軟件程序編寫主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測、標(biāo)度轉(zhuǎn)換、LED 顯示、繼電器控制等數(shù)據(jù)處理功能。廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）42 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用 MCS-51 單片機(jī)作為控制芯片，采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器 DS18B20采集溫度信號(hào)。通過溫度傳感器將采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，將模擬

18、信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入到控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。通過在芯片外圍添加顯示、控制等外圍電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫箱溫度的實(shí)時(shí)檢測和控制功能。本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成,硬件部分主要完成傳感器信號(hào)的采集處理,信息的顯示等;軟件主要完成對(duì)采集的溫度信號(hào)進(jìn)行處理及顯示控制等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1 所示：圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.12.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)就是為本單片機(jī)溫控系統(tǒng)選擇合適的、最優(yōu)的系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、設(shè)計(jì)合適的接口電路等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)本著以下原則：(1) 盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)常規(guī)用法

19、。本設(shè)計(jì)采用了典型的顯示電路、A/D 轉(zhuǎn)化電路，為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。(2) 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時(shí)間比硬件實(shí)現(xiàn)長，且占用 CPU時(shí)間。由于本設(shè)計(jì)的響應(yīng)時(shí)間要求不高，所以有一些功能可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)，如鍵主 控 制 器LED 顯 示溫 度 傳 感 器單片機(jī)復(fù)位時(shí)鐘振蕩報(bào)警點(diǎn)按鍵調(diào)整MCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5盤的去抖動(dòng)問題。(3) 系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。本系統(tǒng)的硬件電路主要包括模擬部分和數(shù)字部分，從功能模塊上來分有主

20、機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、控制執(zhí)行電路。系統(tǒng)硬件包括：溫度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、MCS-51 單片機(jī)、鍵盤輸入、LED 溫度顯示器、溫度控制電路。2.1.12.1.1 芯片選擇芯片選擇 單片機(jī)就是在一塊硅片上集成了微處理器、存儲(chǔ)器和各種輸入輸出接口電路的微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。單片機(jī)以其較高的性能價(jià)格比受到了人們的重視和關(guān)注。它的優(yōu)點(diǎn)就是體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。單片機(jī)根據(jù)其基本操作處理的位數(shù)可分為 4、8、16、32 位單片機(jī)，應(yīng)用最為廣泛的是八位單片機(jī)。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況和要求，在本次設(shè)計(jì)中采用 AT89C51

21、作為系統(tǒng)的控制芯片。AT89C51 是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有 4K 的系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。2.1.22.1.2 溫度檢測溫度檢測本課題設(shè)計(jì)的溫度控制范圍為 25-80 攝氏度，溫度傳感器采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器 DS18B20，它具有較高的精度和重復(fù)性，不需輔助電源，線性好，使用方便，便于微機(jī)系統(tǒng)測控。被測溫度信號(hào)為一路由 DS18B20 測得的代表溫度的電壓信號(hào)，經(jīng)溫度調(diào)理電路放大后使其在 0-5

22、V 范圍內(nèi)，使其適合的輸入電壓范圍。2.1.32.1.3 鍵盤輸入鍵盤輸入 鍵盤可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤，鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件譯碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編號(hào)和鍵值的稱為編碼式鍵盤；靠軟件識(shí)別的為非編碼式鍵盤。在單片機(jī)組成的測控系統(tǒng)中，用得最多的是非編碼鍵盤。在這里采用的就是非編碼式鍵盤。鍵盤的連接方式采用獨(dú)立連接式，這種連接方式能夠簡化程序的編寫。廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）62.1.4LED2.1.4LED 顯示顯示 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD） 。采用 LED 作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示器具有價(jià)格低、性能穩(wěn)定和響應(yīng)速

23、度快等特點(diǎn)。LED 顯示方式有靜態(tài)顯示、動(dòng)態(tài)顯示和串口顯示。為了節(jié)省系統(tǒng)本身的硬件資源，在這里 LED 的顯示方式采用串行靜態(tài)顯示方式。利用串口可以工作在移位寄存器方式，驅(qū)動(dòng) LED 靜態(tài)顯示。這樣就可以充分的利用并行口，并將并行口用到最需要的地方去，同時(shí)主程序不需要掃描顯示器，使它有更多的時(shí)間處理其他事情。這種顯示方法用于顯示位數(shù)少、顯示亮度大的地方能夠達(dá)到很好的顯示效果。2.1.52.1.5 控制電路控制電路 控制電路作為單片機(jī)系統(tǒng)的后向通道，他是將單片機(jī)處理后的數(shù)字控制信號(hào)用輸出口輸出，并將該數(shù)字信號(hào)用于對(duì)控制對(duì)象的控制。由于單片機(jī)的輸出信號(hào)電平很低，無法直接驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備進(jìn)行工作，因此在

24、單片機(jī)的后向通道中需要外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換以及隔離放大等技術(shù)。本次設(shè)計(jì)采用繼電器作為控制電路的主要器件，通過繼電器可以實(shí)現(xiàn)直流信號(hào)控制交流負(fù)載的功能，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的控制功能。2.22.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，采用模塊化設(shè)計(jì)可以簡化系統(tǒng)軟件的編寫，使軟件編寫思路更加簡單明了。系統(tǒng)軟件主要由三大模塊組成：主程序模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊和運(yùn)算控制模塊。主程序模塊用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)子程序間的跳轉(zhuǎn)。功能實(shí)現(xiàn)模塊主要由鍵盤處理子程序、顯示子程序、繼電器控制程序等部分組成。運(yùn)算控制模塊涉及標(biāo)度轉(zhuǎn)換子程序等。MCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)73 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

25、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.13.1 主板電路主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等，如圖 3.1 所示。三個(gè)獨(dú)立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計(jì)的上下限報(bào)警設(shè)置，同時(shí) LED 數(shù)碼管將被測溫度值顯示，這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警上下限，從而測出被測的溫度值。按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動(dòng)復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動(dòng)復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用口資源比較少，只用 p3 口的 RXD,和TXD,串口的發(fā)送和接收，四只數(shù)碼管采用 74LS164 右移寄存器驅(qū)動(dòng)，顯示比較清晰。圖 3.

26、1 主板電路3.23.2 中央處理器中央處理器廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）8MCS-51 系列單片機(jī)是 8 位增強(qiáng)型，其主要的技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完善的外部并行總線和具有多級(jí)識(shí)別功能的串行通訊接口（UART） ，規(guī)范了功能單元的 SFR 控制模式及適應(yīng)控制器特點(diǎn)的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)。屬于這類單片機(jī)的芯片有許多種，如 8051、8031、80C51 等等。由于單片機(jī)具有較高的性能比，國內(nèi) MCS-51 系列單片機(jī)應(yīng)用最廣，易于開發(fā)、使用靈活、而且體積小、易于開發(fā)、抗干擾能力強(qiáng)，可以工作于各種惡劣的條件下，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)本著實(shí)用性和適用性的要求，選擇 AT89C51

27、 單片機(jī)作為中央處理器。3.2.13.2.1 AT89C51AT89C51 簡介簡介AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的具有低電壓，高性能CMOS 的 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。如圖 3.2 為 AT89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖 3.2 AT89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖AT89C51 單片機(jī)與 MC

28、S-51 系列單片機(jī)兼容, AT89C51 內(nèi)部有 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器, 128*8 位內(nèi)部 RAM,兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器, 5 個(gè)中斷源, 32 可編程 I/O 線及串行通道。閃爍存儲(chǔ)器是一種可編程又可擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPROM） ，給用戶設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)帶來很大的方便，深受廣大用戶的歡迎。AT89C51 有片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 ,具有低功耗的閑置和掉電模式,在空閑方式下，CPU 停止工作，但允許內(nèi)部 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式下，能保存 RAMMCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)9的內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止所有其他部件工作。

29、還具有三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定, 全靜態(tài)工作頻率 0Hz-24Hz, 數(shù)據(jù)保留時(shí)間可長達(dá) 10 年。3.2.23.2.2 管腳說明管腳說明如圖 3.3 為 AT89C51 引腳圖,各引腳功能說明如下:123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:21-May-2007Sheet of File:E:業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)MyDesign.ddbDrawn By:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P023

30、7P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD10U?8051圖 3.3 AT89C51 引腳圖(1) VCC: 電源。(2) GND: 地。(3) P0 口：P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時(shí)，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程

31、序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 (4) P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。此外，P1.0 和 P1.2 分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX） 。(5) P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)

32、論文（設(shè)計(jì)）10能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。(6) P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向

33、 I/O 口，對(duì) P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳。內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。P3 口亦作為 AT89C51 特殊功能（第二功能）使用，如表 3-1 所示。表表 3-13-1 AT89C51AT89C51 引腳號(hào)第二功能引腳號(hào)第二功能P3.0 RXD（串行輸入）P3.1 TXD（串行輸出）P3.2 INT0（外部中斷 0）P3.3 INT0（外部中斷 0）P3.4 T0（定時(shí)器 0 外部輸入）P3.5 T1（定時(shí)器 1 外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）(7)

34、RST: 復(fù)位輸入，晶振工作時(shí)，RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。(8) ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過將地

35、址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置“1” ，ALE 操作將無效。這一位置“1” ，ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。(9) PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)MCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)11AT89C51 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN 將不被激活。(10) EA/VPP:訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序

36、存儲(chǔ)器讀取指令，EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA 應(yīng)該接 VCC。在 flash編程期間，EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。(11) XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。(12) XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.2.33.2.3 特殊功能存儲(chǔ)器特殊功能存儲(chǔ)器在單片機(jī)內(nèi)高 128B RAM 中，由有 21 個(gè)特殊功能寄存器（AFR），它們離散的分布在 80H-FFH 的 RAM 空間中，訪問特殊功能寄存器只允許使用直接尋址方式。表 3-2為 AT89C51 單片機(jī)特殊功能寄存器及其相應(yīng)地址。表表 3-23-2 專用寄存器名稱，功能及對(duì)應(yīng)的專用寄存

37、器名稱，功能及對(duì)應(yīng)的 RAMRAM 地址地址名稱簡單描述地址ACC累加器（專門用于存儲(chǔ)算術(shù)和邏輯運(yùn)算的結(jié)果）0E0HBB 寄存器（專門用于乘/除法運(yùn)算）0F0HPSW程序狀態(tài)寄存器0D0HSP推棧指針寄存器81HDPTR16 位數(shù)據(jù)指針寄存器。CPU 訪問外部 RAM 時(shí)地址指針，由兩個(gè) 8 位寄存器 DPH（83H） 、DPL（82H）組成且可單獨(dú)訪問。P0端口 0 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH）80HP1端口 1 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH）90HP2端口 2 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH）0A0HP3端口 3 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH）0B0HIP中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器0B8

38、HIE中斷允許控制寄存器0A8HTMOD定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器89HTCON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器88HTH0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 高字節(jié)8CHTL0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 低字節(jié)8AHTH1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 高字節(jié)8DHTLI定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 低字節(jié)8BHSCON串行控制寄存器98HSBUF串行數(shù)據(jù)緩沖器99HPCON電源控制寄存器87H廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）123.2.43.2.4 芯片擦除芯片擦除整個(gè) EPROM 陣列電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)

39、編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。3.2.53.2.5 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位使單片機(jī)處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運(yùn)行。AT89C51 的 RST 引腳為復(fù)位端，該引腳連續(xù)保持 2 個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)時(shí)鐘振動(dòng)周期）以上高電平，則可使單片機(jī)復(fù)位。內(nèi)部復(fù)位電路在每一個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣斯密特觸發(fā)器的輸出

40、端，該觸發(fā)器可抑制 RST 引腳的噪聲干擾，并在復(fù)位期間不產(chǎn)生 ALE 信號(hào)，內(nèi)部 RAM 處于不斷電狀態(tài)。其中的數(shù)據(jù)信息不會(huì)丟失，也即復(fù)位后，只影響 SFR 中的內(nèi)容，內(nèi)部RAM 中的數(shù)據(jù)不受影響。外部復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。由于單片機(jī)運(yùn)行過程中，其本身的干擾或外界干擾會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)，此時(shí)我們可按復(fù)位鍵重新開始運(yùn)行。為了便于本設(shè)計(jì)運(yùn)行調(diào)試，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。按鍵復(fù)位電路如圖 3.4所示。圖 3.4 復(fù)位電路 圖 3.5 時(shí)鐘電路3.2.63.2.6 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)MCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51 單片機(jī)允

41、許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的，其典型值為 12MHZ。AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)反相振蕩放大器，XTAL1 和 XTAL2 分別是該反向振蕩放大器的輸入端和輸出端。該反向放大器可配置為片內(nèi)振蕩器，石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。本設(shè)計(jì)采用的晶振頻率為 12MHZ。其時(shí)鐘電路如圖 3.5 所示。51 系列單片機(jī)還可使用外部時(shí)鐘。在使用外部時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘必須從 XTAL1 輸入，而 XTAL2 懸空。3.33.3 溫度溫度傳感器傳感器 DS18B20DS18B20溫度傳感器的應(yīng)用范圍很廣，它不僅用于日常生活中，而且也大量應(yīng)用于自動(dòng)化和過程檢測控制系統(tǒng)。溫度傳感器的種類很多，根據(jù)現(xiàn)場使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)?/p>

42、傳感器類型才能保證測量的準(zhǔn)確可靠，并且同時(shí)達(dá)到增加使用壽命和降低成本的目的。DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 9 字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。第 01個(gè)字節(jié)是溫度的顯示位，第 2 和第 3 字節(jié)和的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第 4 個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。第 5，6，7 三個(gè)字節(jié)是保留的。該字節(jié)各位的定義如圖 3 所示。DS18B20 在出廠時(shí)默認(rèn)配置為 12 位，其中最高位為符號(hào)位，即

43、溫度值共 11 位，單片機(jī)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，一次會(huì)讀 2 字節(jié)共 16 位，讀完后將低 11 位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)后在乘以 0.0625 便為所測的實(shí)際溫度值。另外，還需要判斷溫度的正負(fù)。前5 個(gè)數(shù)字為符號(hào)位，這五位同時(shí)變化，我們只需要判斷 11 位就可以了。前 5 位為 1 時(shí)，讀取的溫度為負(fù)值，且測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘以 0.0625 才可得到實(shí)際溫度值。前 5 位為 0 時(shí)，讀取的溫度值為正值，且溫度為正值時(shí)，只要將測得的數(shù)值乘以0.0625 即可得到實(shí)際溫度值。用戶要去改動(dòng)，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。(1)可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 3.05.5

44、；(2)獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；(3)多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；(4)在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）14管的集成電路內(nèi)；(5)零待機(jī)功耗；(6)溫度以 9 或 12 位數(shù)字；(7)用戶可定義報(bào)警設(shè)置；(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；(9)負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20 的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振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(hào)送給減法

45、計(jì)數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1 重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)

46、進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.6 所示。C64 位ROM和單線接口高速緩存存儲(chǔ)器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器 TH低溫觸發(fā)器 TL配置寄存器8 位 CRC 發(fā)生器VddMCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)15圖 3.6 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.43.4 LEDLED 顯示顯示單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管

47、顯示器，簡稱 LED；液晶顯示器，簡稱 LCD。前者價(jià)廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便；后者可進(jìn)行圖形顯示，但接口復(fù)雜，成本較高。結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在這里系統(tǒng)的顯示采用發(fā)光二極管作為顯示器件。單片機(jī)中使用 7 段 LED 構(gòu)成字形“8” ，另外，還與一個(gè)小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管用以顯示數(shù)字、符號(hào)及小數(shù)點(diǎn)。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，如圖 3.7 所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中，7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8”的各個(gè)筆劃（段）a-g,另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為 dp 發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓是，該段筆劃即點(diǎn)

48、亮；不加電壓則該段二極管不亮。為了保護(hù)各段 LED 不被損壞，需要外加限流電阻。圖 3.7 數(shù)碼管如果要顯示某個(gè)字形，則應(yīng)使此字形的相應(yīng)段點(diǎn)亮，也即送一個(gè)不同的電平組合代表的數(shù)據(jù)來控制 LED 的顯示字形，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。數(shù)據(jù)字位數(shù)與 LED 段碼的關(guān)系如表 3-3 所示。表表 3-33-3 數(shù)碼管各段與輸出口各位的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)碼管各段與輸出口各位的對(duì)應(yīng)關(guān)系輸出口各位D7D6D5D4D3D2D1D0廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）16數(shù)碼管各段dpgfedcba如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對(duì)應(yīng)字

49、段暗，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段亮。如要顯示“0” ，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B（即 C0H） ；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：00111111B（3FH） 。依次類推，可求得數(shù)碼管字型編碼如表 3-4 所示。本設(shè)計(jì)顯示采用 LED 串行靜態(tài)顯示。MCS-51 系列單片機(jī)的串行口 RXD，TXD為一個(gè)全雙工串行通信口，當(dāng)工作在方式 0 下可作同步移位寄存器用，其數(shù)據(jù)由RXD（P3.0）端串行輸入或輸出；而同步移位時(shí)鐘由 TXD（P3.1）串行輸出，在同步時(shí)鐘的作用下，實(shí)現(xiàn)由串行到并行的數(shù)據(jù)通信。在不需要使用串行通信的場合，利用串行口加外圍芯片 74LS164 就可以構(gòu)成一個(gè)或多

50、個(gè)并行輸入/輸出口，用于顯示器 LED驅(qū)動(dòng)。波特率（每秒傳輸?shù)奈粩?shù)）固定在 fosc/12,即當(dāng)晶振為 12MHZ 時(shí)，波特率為1MBPS。在 CPU 將數(shù)據(jù)寫入 SBUF 寄存器后，立即啟動(dòng)發(fā)送。待 8 位數(shù)據(jù)輸完后，硬件將狀態(tài)寄存器的 TI 位置 1，TI 必須由軟件清零。單片機(jī)與 4 片串入并出移位寄存器74LS164 相連。其中，RXD 作為 164 的數(shù)據(jù)輸入，TXD 作為 4 片 164 的同步時(shí)鐘。程序運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)將 4 個(gè)數(shù)碼管的段碼（4 個(gè)字節(jié)）連續(xù)發(fā)送出來，通過串行口送給164。4 位字型碼送完后，TXD 保持高電平。此時(shí)每片 164 的并行輸出口將送出保存在內(nèi)部移位寄存

51、器中的 8 位的段碼給數(shù)碼管，令數(shù)碼管穩(wěn)定地顯示所需的字符。表表 3-43-4 數(shù)碼管字型編碼表數(shù)碼管字型編碼表共陽極共陰極字型dpgfedcba字型碼dpgfedcba字型碼011000000C0H001111113FH111111001F9H0000011006H210100100A4H010110115BH310110000B0H010011114FH41001100199H0110011066H51001001092H011011016DH61000001082H011111017DH711111000F8H0000011107H81000000080H011111117FH91001

52、000090H011011116FHMCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)17A1000100088H0111011177HB1000001183H011111007CHC11000110C6H0011100139HD10100001A1H010111105EHE1000011086H0111100179HF100011108EH0111000171H滅11111111FFH0000000000H74LS164 是 8 位串入并出移位寄存器。它的引腳如圖 3.8 所示。A、B 為串行輸入端，QAQH 為串行輸出端，CLK 為串行時(shí)鐘輸入端，為串行輸出清零端，VCC 為+5VRM電源輸入端，GND

53、為接地端。具體輸入輸出關(guān)系如表 3-5 所示。X 代表任意狀態(tài)；QA0、QB0 QH0 代表在穩(wěn)態(tài)輸入條件建立之前 QA、QBQH 的輸出狀態(tài)；QAn、QBnQHn代表在最近的時(shí)鐘上升沿轉(zhuǎn)換之前 QA、QBQH 的輸出狀態(tài)；H/L、QAnQBn 代表在最近的時(shí)鐘上升沿轉(zhuǎn)換之后 QA、QBQH 的輸出狀態(tài)。表表 3-53-5 74LS16474LS164 輸入輸出關(guān)系如所示輸入輸出關(guān)系如所示輸入輸出清除 時(shí)鐘 A BQA QB QHL X X XH L X XH H HH L XH X LL L LQA0 QB0 QH0H QAn QGnL QAn QGnL QAn QGn 圖 3.8 74LS

54、164 引腳如圖串行顯示電路屬于靜態(tài)顯示，比動(dòng)態(tài)顯示亮度更大一些。由于 74LS164 在低電平輸出時(shí)，允許通過的電流達(dá) 8mA，故不必添加驅(qū)動(dòng)電路，亮度也比較理想。與動(dòng)態(tài)掃描相比較，無需 CPU 不停的掃描，頻繁地為顯示服務(wù)，節(jié)省了 CPU 時(shí)間，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單。由于本設(shè)計(jì)采用的是共陽極數(shù)碼管，所以相應(yīng)的亮段必須送 0，相應(yīng)的暗段必須送 1。原理圖如圖 3.9 所示：廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）18123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jun-2007Sheet of File:C:Documents an

55、d SettingsAdministratorMy Documents業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè).ddbDrawn By:A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U174LS164RXDTXDA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U274LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U374LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U474LS164VCCTXDTXDTXDabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpd

56、p99DS1DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp99DS2DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp99DS3DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp99DS4DPY_7-SEG_DPR110KR210KR310KR410K圖 3.9 LED 串行靜態(tài)顯示3.53.5 鍵盤接口鍵盤接口鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預(yù)的主要手段。鍵盤分兩大類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤：由硬件邏輯電路完成必要的鍵識(shí)別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤

57、自動(dòng)提供被按鍵的讀數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時(shí)按鍵保護(hù)功能。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復(fù)雜，對(duì)于主機(jī)任務(wù)繁重之情況，采用 8279 可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤系統(tǒng)是很實(shí)用的方案。非編碼鍵盤：只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識(shí)別，決定按鍵的讀數(shù)等都靠軟件完成，故硬件較為簡單，但占用CPU 較多時(shí)間。非編碼鍵盤有：獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用的是非編碼獨(dú)立連接式的鍵盤。在非編碼鍵盤系統(tǒng)中，鍵閉合和鍵釋放的信息的獲取，鍵抖動(dòng)的消除，鍵值查找及一些保護(hù)措施的實(shí)施等任務(wù)，均由軟件來完成。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是 CPU 的工作內(nèi)

58、容之一。CPU 忙于各項(xiàng)任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式?？紤]儀表系統(tǒng)中 CPU 任務(wù)的份量，來確定鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式選取的原則是：既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵的操作，又不過多的占用 CPU 的工作時(shí)間。鍵盤的工作方式有：查詢方式（編程掃描，定時(shí)掃描方式） 、中斷掃描方式。獨(dú)立式按鍵接口就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線，每根 I/O口線的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他 I/O 口線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。優(yōu)點(diǎn)就是電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單；MCS-51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)19缺點(diǎn)就是每個(gè)按鍵需占用一根

59、I/O 口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O 口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。因此，此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場合。本設(shè)計(jì)中由于所用鍵盤不多，所以采用獨(dú)立連接式的查詢式鍵盤就能夠滿足設(shè)計(jì)要求。鍵盤接口與鍵盤程序的根本任務(wù)就是要檢測有沒有鍵按下？按下的是那個(gè)位置的鍵？鍵值是多少？在本次設(shè)計(jì)中采用了軟件掃描的方法。通過對(duì)鍵盤接口 P1.0 和 P1.1的查詢判斷是否有鍵按下。本次設(shè)計(jì)采用了軟件去抖動(dòng)的方法。當(dāng)有鍵按下時(shí)，按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如果不妥善處理，將會(huì)使按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行和重復(fù)執(zhí)行。采用軟件延時(shí)的方法來避開抖動(dòng)階段，這一延時(shí)過程一般大于 5m

60、s。3.63.6 控制電路控制電路在本設(shè)計(jì)中，被測溫度信號(hào)經(jīng)采樣處理后，還需要通過單片機(jī)系統(tǒng)的 P1.2 口輸出用以控制保溫箱的溫度，通過這種方式達(dá)到控制的目的。控制的方式主要有模擬量控制和開關(guān)量控制。本系統(tǒng)采用的是開關(guān)量控制。所謂的開關(guān)量控制就是通過控制設(shè)備的“開”或“關(guān)”狀態(tài)的時(shí)間來達(dá)到控制的目的。由于輸出設(shè)備往往需要大電壓來控制，而單片機(jī)系統(tǒng)輸出的為 TTL 電平，這種電平不能直接驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的開啟和關(guān)閉。另一方面，許多外部設(shè)備在開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)，如果不隔離會(huì)使系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤的處理。因此在開關(guān)量的輸出控制過程中要考慮到兩個(gè)問題，一要隔離；二要放大。本設(shè)計(jì)采用繼電器作為控制