AT89C51單片機溫度控制系統

1、畢業(yè)設計（論文）論文題目:AT89C51單片機溫度控制系統所屬系部：電子工程系指導老師：職 稱:學生姓名：班級、學號:專 業(yè)：應用電子技術2012年05月15日畢業(yè)設計（論文）任務書題目:AT89C51單片機溫度控制系統任務與要求：設計并制作一個能夠控制1KW電爐的溫度控制系統，控制溫 度恒定在37-38度之間。時間： 年 月 日 至 年 月 日所屬系部：電子工程系學生姓名號專業(yè)：應用電子技術指導單位或教研室：測控技術教研室指導教師：職稱：摘要本設計是以一個1KW電爐為控制對象，以AT89C51為控制系統核心，通過單 片機系統設計實現對保電爐溫度的顯示和控制功能。本溫度控制系統是一個閉環(huán)反 饋

2、調節(jié)系統，由溫度傳感器DS18B20對保爐內溫度進行檢測，經過調理電路得到 合適的電壓信號。經A/D轉換芯片得到相應的溫度值，將所得的溫度值與設定溫度 值相比較得到偏差。通過對偏差信號的處理獲得控制信號，去調節(jié)加熱器的通斷， 從而實現對保溫箱溫度的顯示和控制。本文主要介紹了電爐溫度控制系統的工作原 理和設計方法，論文主要由三部分構成。系統整體方案設計。硬件設計，主 要包括溫度檢測電路、A/D轉換電路、顯示電路、鍵盤設計和控制電路。系統 軟件設計，軟件的設計采用模塊化設計，主要包括A/D轉換模塊、顯示模塊等。關鍵詞：單片機傳感器溫度控制緒論1第一章溫度控制系統設計和思路21.1 溫度控制系統設計

3、思路21.2 系統框圖2第二章AT89C51單片機 32.1 AT89C51單片機的簡介32.2 AT89C51單片機的主要特性 32.3 AT89C51單片機管腳說明 4第三章溫度控制的硬件設備63.1 溫度傳感器簡介63.2 DS18B20工作原理 73.3 DS18B20使用中注意事項8第四章 系統硬件設計 94.1 溫度采集電路94.2 數碼管溫度顯示電路94.2.1 數碼管的分類94.2.2 數碼管的驅動方式104.2.3 恒流驅動與非恒流驅動對數碼管的影響114.3 單片機接口電路 124.3.1 P0 的上拉電阻原理 124.3.2 上拉電阻的選擇144.4 單片機電源及下載線電

4、路144.5 溫度控制電路15第五章溫度控制的軟件設計175.1 數碼管動態(tài)顯示175.2 DS18B20 初始化 175.3 系統流程圖19謝辭20參考文獻21附錄22結論溫度控制，在工業(yè)自動化控制中占有非常重要的地位。單片機系統的開發(fā)應用 給現代工業(yè)測控領域帶來了一次新的技術革命，自動化、智能化均離不開單片機的 應用。將單片機控制方法運用到溫度控制系統中，可以克服溫度控制系統中存在的 嚴重滯后現象，同時在提高采樣頻率的基礎上可以很大程度的提高控制效果和控制 精度。現代自動控制越來越朝著智能化發(fā)展，在很多自動控制系統中都用到了工控 機，小型機、甚至是巨型機處理機等，當然這些處理機有一個很大的

5、特點，那就是 很高的運行速度，很大的內存，大量的數據存儲器。但隨之而來的是巨額的成本。 在很多的小型系統中，處理機的成本占系統成本的比例高達20%，而對于這些小型 的系統來說，配置一個如此高速的處理機沒有任何必要，因為這些小系統追求經濟 效益，而不是最在乎系統的快速性，所以用成本低廉的單片機控制小型的，而又不 是很復雜，不需要大量復雜運算的系統中是非常適合的。溫度控制，在工業(yè)自動化控制中占有非常重要的地位，如在鋼鐵冶煉過程中要 對出爐的鋼鐵進行熱處理，才能達到性能指標，塑料的定型過程中也要保持一定的 溫度。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，各個領域對自動控制系統控制精度、響應速度、 系統穩(wěn)定性與自適應能

6、力的要求越來越高，被控對象或過程的非線性、時變性、多 參數點的強烈耦合、較大的隨機擾動、各種不確定性以及現場測試手段不完善等， 使難以按數學方法建立被控對象的精確模型的情況。隨著電子技術以及應用需求的發(fā)展，單片機技術得到了迅速的發(fā)展，在高集成 度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的進展。伴隨著科學技術的發(fā)展， 電子技術有了更高的飛躍，我們現在完全可以運用單片機和電子溫度傳感器對某處 進行溫度檢測，而且我們可以很容易地做到多點的溫度檢測，如果對此原理圖稍加 改進，我們還可以進行不同地點的實時溫度檢測和控制。第一章溫度控制系統設計和思路1.1 溫度控制系統設計思路在這個系統中我們從性能及設計

7、成本考慮,我們選擇AT89C51芯片。AT89C51的 廣泛使用，使單片機的價格大大下降。目前，89C51的市場零售價已經低廉因此， 如把89C51作為接口芯片使用，在經濟上是合算的。在溫度傳感器的選擇上我們采 用溫度芯片DS18B20測量溫度。該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元 件，且此元件線形較好。在0100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。該芯 片直接向單片機傳輸數字信號，便于單片機處理及控制。本制作的最大特點之一就 是直接采用溫度芯片對溫度進行測量，使數據傳輸和處理簡單化。采用溫度芯片 DS18B20測量溫度，體現了作品芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電 路更簡潔

8、，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的 干擾，提高測量電路的精確度。所以芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方 案應用這一溫度芯片，也是順應這一趨勢。對于溫度的調節(jié)系統，我們才用的只是 簡單的升溫和降溫方法，當溫度低于我們設定的最低溫度值時，則單片機系統則會 通過一個高電平的脈沖電流直接送給繼電器，使連接在繼電器上的電阻絲通電產生 熱量來提高溫度。如果當溫度高于我們設定的最高溫度值時，則單片機會通過另一 個口發(fā)出一個高電平的脈沖電流送個繼電器，使連在繼電器上的一個風扇啟動，來 降低溫度。在次過程中，我們通過單片機將傳感器所測量出來的溫度通過數碼管顯 示出來。這樣就能

9、只管的觀察到即時的溫度情況，以便更好的驗證系統的性能。1.2 系統框圖單片機溫度控制系統采用的裝置有單片機、溫度傳感器和顯示器組成起結構如 圖1.1硬件結構圖所示。圖1.1溫度控制系統硬件結構圖第二章AT89C51單片機2.1 AT89C51單片機的簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能 CMOS8 位微處 理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單 片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器

10、件采用ATMEL高密度 非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由 于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高 效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制 系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。2.2 AT89C51單片機的主要特性 與MCS-51兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數據保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24HzP12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1P20INT0P21P22T1P23T0P24P

11、25EA/VPP26P27X1X2RESETRXDTXD-RD-ALE/P13 9238-3343 653-5-6373 3-832-13 *2 11 2 12 223-1 521 42 52-3 12 72 810二19-8-917116 WRPSEN2 2 9圖2.1 AT89C51引腳圖三級程序存儲器鎖定128*8位內部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路2.3 AT89C51單片機管腳說明如圖2.1為AT89C51引腳圖,各引腳功能說明如下： VCC:電源 GND:地 P0 口: P0 口是一個8

12、位漏極開路的雙向I/O 口。作為輸出口，每位能 驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問 34外部程序和數據存儲器時，P0 口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式 下，P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在 程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口: P1 口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1輸出緩 沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉 高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部 電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1

13、.0和P1.2分別作定時器/計數器2的外部計數輸入1.0/12）和時器/計數器2的觸發(fā)輸入1.1/12乂） P2 口: P2 口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2輸出 緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內部上拉電阻把端 口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于 內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址 讀取外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在 這種應用中，P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI） 訪問外部數據存儲器時，P2 口輸出P2鎖

14、存器的內容。在flash編程和校驗時， P2 口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口: P3 口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，對P3端 口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸 入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3 口亦作為AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表2-1所示。P3.0RXD （串行輸入）P3.1TXD （串行輸出）P3.2INT0 （外部中斷0）P3.3INT0 （外部中斷0）P3.4T0 （定時器0外部輸入）P3.5T1 （定時器1外部輸入）P3.6WR （外部數據存儲器寫選通）P3.

15、7RD （外部數據存儲器讀選通）表2-1 AT89C51引腳號第二功能 RST:復位輸入，晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單 片機復位。看門狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存 器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復 位高電平有效。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存 低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，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 部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數據存儲

16、器時，ALE 脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為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指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設 置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 當AT89C51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩 次，而在訪問外部數據存儲器時，PSEN將不被激活。 EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外 部程序存儲器讀取指令，EA必須接G

17、ND。為了執(zhí)行內部程序指令，EA應該接 VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。第三章溫度控制的硬件設備3.1 溫度傳感器簡介DS18B20原理與特性本系統采用了 DS18B20單總線可編程溫度傳感器,來實現 對溫度的采集和轉換，大大簡化了電路的復雜度，以及算法的要求。首先先來介紹 一下DS18B20這塊傳感器的特性及其功能：DSl8B20的管腳及特點DS18B20可 程溫度傳感器有3個管腳內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、 非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL

18、、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如下 圖所示，GND為接地線，DQ為數據輸入輸出接口，通過一個較弱的上拉電阻與單片 機相連。VDD為電源接口，既可由數據線提供電源，又可由外部提供電源，范圍3. O 5. 5 V。本文使用外部電源供電。引腳圖俯視圖國NCm ncLU NC區(qū)GND引腳圖說明DQ為數字信號輸入/輸出端 Giro為電源地VDD為外接供電電源輸入端圖3.1 DS18B20的外形及管腳主要特點有：1.用戶可自設定報警上下限溫度值。2.不需要外部組件，能 測量一55+125范圍內的溫度。3. 10+85范圍內的測溫準確度為 0. 5。4.通過編程可實現912位的數字讀數方式，可

19、在至多750 ms內將 溫度轉換成12位的數字，測溫分辨率可達0. 0625。5.獨特的單總線接口方 式，與微處理器連接時僅需要一條線即可實現與微處理器雙向通訊。6.測量結果 直接輸出數字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU,同時可傳送CRC校驗碼， 具有極強的抗干擾糾錯能力。7.負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而 燒毀，但不能正常工作。8. DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在 唯一的三線上，實現組網多點測溫。3.2 DS18B20工作原理DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數因分 辨率不同DS18B20為9位12位A/D

20、轉換精度，而DS1820為9位A/D轉換,雖然 我們采用了高精度的芯片，但在實際情況上由于技術問題比較難實現，而實際精度 此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的 非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。測溫原理圖不同，且溫度轉換時的延 時時間由2s減為750ms。低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固 定頻率的脈沖信號送給計數器1。則高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變， 所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在一55所 對應的一個基數值時。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，

21、溫度寄存器的值將加1,計數器1的預置將重新被 裝入，計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直 到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值。3.3 DS18B20使用中注意事項DS18B20雖然具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點， 但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：1）較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器 間采用串行數據傳送，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫 時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統程序設計時， 對DS18B20操作部分最好采用匯編語言實現。2）

22、在DS18B20的有關資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數量問題，容易 使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DS18B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測 溫系統設計時要加以注意。3）連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜 傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數據將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏 蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜 時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸 變造成的。因此，在用DS18B20進

23、行長距離測溫系統設計時要充分考慮總線分布電 容和阻抗匹配問題。4）在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉換命令后，程序要等 待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設 計時也要給予一定的重視。測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接 地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。第四章系統硬件設計4.1 溫度采集電路數據采集電路如圖4.1所示，由溫度傳感器DS18B20采集被控對象的實時溫 度,提供給AT89S52的P3.1 口作為

24、數據輸入。在本次設計中我們所控的對象為所處 室溫。當然作為改進我們可以把傳感器與電路板分離，由數據線相連進行通訊，便 于觀察。4.2 數碼管溫度顯示電路4.2.1 數碼管的分類數碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個 發(fā)光二極管單元（多一個小數點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4 位等等數碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共 陽數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（COM）的數碼管。共 陽數碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為

25、低電 平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰 數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數碼管。共陰 數碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為 高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。IVCCEWSPST口 O1點哈R1越200res1PIOPOOPllP01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07n-rripsonmP2iP22T1P23TOP24_P25匈VPP26P27KIK2RESETEKD_TKDEDAL 麗WKPSEN39 POU2

26、38P01337P02436P03535P04634P05733P06832P0721P201222P2123152414252631272819189101130 H*R2 Ik圖4.1單片機89C51與溫度傳感器DS18B20的連接圖4.2.2 數碼管的驅動方式 靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數碼管的每一 個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器 譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多， 如驅動5個數碼管靜態(tài)顯示則需要5X8 = 40根I/O端口來驅動，要知道一個89S51 單片機可用的I/O端口

27、才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動， 增加了硬件電路的復雜性。動態(tài)顯示驅動：數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示 方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的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，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但 究竟是那個數碼管會顯示出字形，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碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數 碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數

28、碼管輪流受 控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為12ms, 由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時 點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，不會有閃 爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗 更低。4.2.3 恒流驅動與非恒流驅動對數碼管的影響1、顯示效果：由于發(fā)光二極管基本上屬于電流敏感器件，其正向壓降的分散性很大， 并且 還與溫度有關，為了保證數碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工 作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。另外，當溫度變化時驅動芯片還要能夠 自動

29、調節(jié)輸出電流的大小以實現色差平衡溫度補償。2、安全性：即使是短時間的電流過載也可能對發(fā)光管造成永久性的損壞，采用恒流驅動電 路后可防止由于電流故障所引起的數碼管的大面積損壞。另外，我們所采用的超大規(guī)模集成電路還具有級聯延時開關特性，可防止反向 尖峰電壓對發(fā)光二極管的損害。超大規(guī)模集成電路還具有熱保護功能，當任何一片的溫度超過一定值時可自動 關斷，并且可在控制室內看到故障顯示。4.3 單片機接口電路4.3.1 P0 的上拉電阻原理1、當TTL電路驅動COMS電路時，如果TTL電路輸出的高電平低于COMS電路的 最低高電平（一般為3.5v）這時就需要在TTL的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高 電平的

30、值。2、OC門電路必須加上拉電阻，才能使用。3、為加大輸出引腳的驅動能力，有的單片機管腳上也常使用上拉電阻。4、在COMS芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上 拉電阻產生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。5、芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號的噪聲容 限增強抗干擾能力。6、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。7、長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻是電阻匹配， 有效的抑制反射波干擾。上拉電阻阻值的選擇原則包括：1、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應當足夠大；電阻大，電流小。2、從確保足夠的驅動電流考慮應當足夠??；

31、電阻小，電流大。3、對于高速電路，過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮以上三點，通常在1k到10k之間選取。對下拉電阻也有類似道理 對上拉電阻和下拉電阻的選擇應結合開關管特性和下級電路的輸入特性進行設定 主要需要考慮以下幾個因素：1、驅動能力與功耗的平衡。以上拉電阻為例，一般地說，上拉電阻越小，驅 動能力越強，但功耗越大，設計是應注意兩者之間的均衡。2、下級電路的驅動需求。同樣以上拉電阻為例，當輸出高電平時，開關管斷 開，上拉電阻應適當選擇以能夠向下級電路提供足夠的電流。3、高低電平的設定。不同電路的高低電平的門檻電平會有不同，電阻應適當 設定以確保能輸出正確的電平。以上拉電阻為例，當輸出低

32、電平時，開關管導通， 上拉電阻和開關管導通電阻分壓值應確保在零電平門檻之下。4、頻率特性。以上拉電阻為例，上拉電阻和開關管漏源級之間的電容和下級 電路之間的輸入電容會形成RC延遲，電阻越大，延遲越大。上拉電阻的設定應考 慮電路在這方面的需求。下拉電阻的設定的原則和上拉電阻是一樣的。OC門輸出高 電平時是一個高阻態(tài)，其上拉電流要由上拉電阻來提供，設輸入端每端口不大于 100uA,設輸出口驅動電流約500uA，標準工作電壓是5丫，輸入口的高低電平門限為 0.8V（低于此值為低電平）；2V（高電平門限值）。選上拉電阻時：500uA x 8.4K= 4.2 即選大于8.4K時輸出端能下拉至0.8V以下

33、，此為最小阻值，再小就拉不下來了。 如果輸出口驅動電流較大，則阻值可減小，保證下拉時能低于0.8V即可。當輸出 高電平時，忽略管子的漏電流，兩輸入口需200uA，200uA x15K=3V即上拉電阻壓 降為3V，輸出口可達到2V，此阻值為最大阻值，再大就拉不到2V 了。選10K可用。 COMS門的可參考74HC系列設計時管子的漏電流不可忽略，IO 口實際電流在不同電 平下也是不同的，上述僅僅是原理，一句話概括為：輸出高電平時要喂飽后面的輸 入口，輸出低電平不要把輸出口喂撐了（否則多余的電流喂給了級聯的輸入口，高 于低電平門限值就不可靠了）。4.3.2上拉電阻的選擇我們在此設計中原則的是用P0

34、口來驅動數碼管的顯示,所以我們所通過上述原 理。如果是驅動led，那么用1K左右的就行了。如果希望亮度大一些，電阻可減小， 最小不要小于200歐姆，否則電流太大；如果希望亮度小一些，電阻可增大，增加 到多少，主要看亮度情況，以亮度合適為準，一般來說超過3K以上時，亮度就很 弱了，但是對于超高亮度的LED，有時候電阻為10K時覺得亮度還能夠用。通常就 用1k的。其具體的連接電路圖如圖4.3所示：圖4.3單片機上拉電阻示意圖4.4 單片機電源及下載線電路7805是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，他的使用方便，用很簡單的電路即可以輸 入一個直流穩(wěn)壓電源,他的輸出電壓恰好為5v，剛好是51系列單片機運行所需

35、的電壓，介紹一下他的3個引腳以及用它來構成的穩(wěn)壓電路的資料。其中1接整流器輸 出的+電壓，2為公共地（也就是負極），3就是我們需要的正5V輸出電壓了。AOEE?圖4.5 7085電源原理圖本次用的下載線電路是以一塊74LS373芯片為主的電路。原理圖如圖4.6。該電路在原理圖上只有一個下載口的體現，只要把下載線接到下載口就可以把程序 下載到單片機中了。圖4.6下載線電路原理圖4.5 溫度控制電路溫度控制分為高、低溫控制。設計所要達到的效果就是，我們給單片機設置一 個固定的溫度范圍，當溫度傳感器測量的溫度高于我們設置的最高數值時，這時單 片機指令控制P3.2 口產生一個高電平信號送給固態(tài)繼電器，

36、是繼電器的產開開關 閉合，使開關打開通電。控制一個降溫裝置的開啟（本設計中考慮到成本和技術問 題，采用電風扇進行降溫控制）。相反，當溫度傳感器測量的溫度低于設置的最低 數值的時候，這時單片機又控制P3.3 口產生一個高電平送給繼電器，使開關打開 從而控制升問裝置進行加熱（本系統采用電熱絲進行加熱）。通過一個升溫和一個 降溫裝置，就能實現溫度的調節(jié)。只要通過程序，將我們所要達到的溫度控制在一 個恒溫狀態(tài)下?？刂齐娐返脑韴D如5.7所示，繼電器的正極接電源電壓，負極接三極管的集電 極,之所以采用三極管,就是繼電器一般是需要驅動電壓的。而單片機的管腳不能提 供最后高的電壓，這樣就會導致即使單片機送出

37、了高電平也無法將繼電器開關打 開。當接上三極管后就能將輸入信號的發(fā)送到繼電器當中，驅動開關使溫度調節(jié)器 改變溫度。圖4.7溫度控制電路繼電器的選擇上，我們選擇北京科通繼電器總廠生產的GX-10F繼電器為例， 列出輸入、輸出參數，根據輸入電壓參數值大小，可確定工作電壓大小。如采用TTL 或CMOS等邏輯電平控制時，最好采用有足夠帶載能力的低電平驅動，并盡可能使“0”電平低于0.8 V。如在噪聲很強的環(huán)境下工作，不能選用通、斷電壓值相差小 的產品，必需選用通、斷電壓值相差大的產品，（如選接通電壓為8 V或12 V的產 品）這樣不會因噪聲干擾而造成控制失靈。我們在這選擇12V的繼電器作為我們使 用的

38、器件。使用的具體元件參數如下表。第五章 溫度控制的軟件設計5.1 數碼管動態(tài)顯示單片機AT89C51輸出8個高低電平信號每個數碼管的 8個段分別連接 P0.0-P0.7 口上當某個數碼管的公共端為“0”時，那么這個數碼管被選中，這時此數 碼管的哪段為”1則哪段就被點亮初學者可以利用本實驗板自帶的仿真器功能來單 步執(zhí)行，來觀察數碼管的工作原理，由于I/O資源有限，一個51單片機只有32個 I/O所以只能將8個數碼管以動態(tài)掃描的方式來顯示，何為動態(tài)掃描呢？動態(tài)掃描 的連接方式是將8個數碼管的8個段用相同的I/O來控制，即第一個數碼管的a“段 由P0.0控制第二個數碼管的a段也是由P0.0來控制的而

39、8個數碼管的公共端則是 由不同的I/O來控制，即第一個數碼管的公共端由P2.4控制而第二個數碼管的公共 端有P2.5控制 動態(tài)掃描的控制原理是：將第一個數碼管要顯示的內容顯示出來， 然后立刻將第二個數碼管的內容顯示出來，一次把第8個數碼管的內容顯示出來由 于單片機的工作速度非?？?，所以當顯示第8個數碼管的時候第一個數碼管的內容 還沒有完全消失，這時立刻重復上面的過程，就實現了數碼管的。數碼關分共陽極 數碼管，還有就是共陰極數碼管，我們就采用共陰來使用。單片機各個口的電壓輸 出的都為高電平。共陰就通過控制陽極，即可控制LED顯示。5.2 DS18B20 初始化DS18B20的一線工作協議流程是：

40、初始化一ROM操作指令一存儲器操作指令一 數據傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。故主機控制DS18B20完 成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成 功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。 復位要求主CPU將數據線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16 60微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。 DS18B20的單線協議和命令DS18B20有嚴格的通信協議來保證各位數據的傳輸的正確性和完整性主機操作 單線器件DS18B20必須遵循下面的順序

41、.1 .初始化單線總線上的所有操作均從初始化開始。初始化過程如下：主機通過拉低單線 480us以上，產生復位脈沖，然后釋放該線，進入Rx接收模式主機釋放總線時，會 產生一個上升沿。單線期間DS18B20檢測到改上升沿后，延時15-60us,通過拉低 總線60-240us來產生應答脈沖。主機棘手到從機的應答脈沖后，說明有單線器件 在線。2 .ROM操作命令一旦總線主機檢測到應答脈沖，便可以發(fā)起ROM操作命令。工有5位ROM操作 命令。3 .內存操作命令在成功執(zhí)行了 ROM操作命令之后，才可以使用內存操作命令。主機可以提供6 種內存操作命令。4 .數據處理DS18B20要有嚴格的時序來保證數據的完整性。在單線DQ上，存在復位脈沖、 應答脈沖、寫“0”、寫“1”、讀“0”和讀“