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1、德州学院物理与电子信息学院2011级电子信息科学与技术电子系统设计考查报告基于温度传感器的单片机温控电路设计设计分析在各行业中广泛应用的温度控制器及仪器仪表主要具有如下的特点：一是在复杂的温度控制系统中能够适应于大惯性、 大滞后的控制；二是在受控系统数学 模型难以建立的情况下，得到控制；三是在受控系统中，能够被控制过程很复杂 且参数时变的温度控制系统控制；五是温度控制系统普遍具有参数自检功能， 借 助计算机技术，能控制对象和参数，并且具有特性进行自动调整的功能等特点10本次电子工艺实训旨在练习实用单片机系统的设计与安装，掌握典型51系列单片机最小系统及外围电路设计、 常用电子元器件的识别、万用
2、板焊接电路的 方法、巩固常用电子仪表测量与调试电路参数的方法，培养创新实践动手能力， 为下学期单片机、电子系统设计等课程奠定理论和实践基础。具体要求如下：1. 自行设计以STC89C52RC4单片机为控制核心的实用单片机控制系统的硬件电路，实现至少一个环境参量信息采集、数值显示、报警功能。2. 根据设计，利用万用板焊接硬件电路，并做简单调试。3. 要求模块化设计，单片机最小系统模块、显示模块、信息采集报警模块、键盘模块，主要贵重器件用排座插接，电阻、电容、按键等元器件要求布局合理、 排列整齐，无虚焊。设计方案本文设计是以单片机为核心，实现温度实时测控和显示。确定电路中的一些 主要参数，了解温度
3、控制电路的结构，工作原理，对该控制电路性能进行测试。具体设计方案：(1) 本设计是用来测控温度的，可以利用热敏电阻的感温效应，将被测温度变化的模拟信号，电压或电流的采集过来，首先进行放大和滤波后，再通过 A/D 转换，将得到的数字量送往单片机中去处理，用数码管将被测得的温度值显示出 来。但是这种电路的设计需要用到放大滤波电路，A/D转换电路，感温电路等一 系列模拟电路，设计起来较麻烦 。（2）本设计采用单片机做处理器，可以考虑使用温度传感器，采用由达拉斯 公司研制的DS18B2卵温度传感器，此传感器可以将被测的温度直接读取出来， 并进行转换，这样就很容易满足设计要求。从上面的两种方案，可以很容
4、易看出来，虽然方案（2）软件部分设计复杂点,但是电路比较简单且精度高，故采用方案（2）。图1.总体方框图三、系统硬件设计据设计的需求，分析单片机的工作原理，可以大体得出来温度控制电路设计 的总体方框图，主处理器采用单片机 STC89C52RC40温度采集部分采用温度传 感器，用4位LED显示数码管作为显示部分，用来将温度显示出来。系统硬件电 路部分由四大模块组成：温度采集模块、温度显示模块、报警模块、键盘模块和 单片机最小系统模块30（一）单片机最小系统模块在课题设计的温度控制系统设计中，控制核心是STC89C5笄片机，该单片机为51系列增强型8位单片机，它有32个I/O 口，片内含4K FL
5、ASHED艺的程 序存储器，便于用电的方式瞬间擦除和改写，而且价格便宜，其外部晶振为12MHz 一个指令周期为1仙d使用该单片机完全可以完成设计任务，其最小系 统主要包括：复位电路、震荡电路以及存储器选择模式（EA脚的高低电平选择）， 电路如下图3.1所示：。2力HP1.0VCCPLIP0.0Pl.2PfLIPl .4POJPl.5PQ.4I.6ins.sPl, 7RESET_PQ.7RXDEA/VPIK”八 L5*口 7 门卜PS.KNINTIP2.7TOP2.6TP2.SWIRP2 4RDP2.3X2P2.2XIP2.1工;wcPZrn4n3938373534313工3 I*C矽 声272
6、625:M2A222BSTCS9C52图2.最小系统本课题设计的温度控制系统主控制芯片选型为 STC89C52I片机，其特点如 下：STC89C5印片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的 引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及 32条输入输出I/O弓I脚。下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。（1）电源引脚Vcc和Vss Vcc （40脚）：接+5V电源正端Vss （20脚）：接+5V 电源正端。（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1 （19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放 大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMO单
7、片机，该弓|脚接地；对于CHOMS片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的 反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOSI片机，该弓|脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS片，该引脚悬空不接。(3)控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有 RST/VPD ALE/P、PSEN和EA/VPP等4 种形式。(A) . RST/VPD(9脚)：RST即为RESET VPD为备用电源，所以该引脚为单 片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个 机器周期的高电平，就可实现复位操作
8、，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源 VPD(+5V)为内部RAMS电，以保证RAMfr的数据不丢失。(B) . ALE/ P (30脚)：当访问外部存储器时，ALE (允许地址锁存信号) 以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0 口的低(C) . PSEN(29脚)：片外程序存储器读选通输出端，低电平有效。当从外部程 序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期 PESNM次有效，以通过数据总线 口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间， PESNW号将不出现。(D) . EA/Vpp (31脚)：EA为访问外部程序储器控制信号，低
9、电平有效。当 EA端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器 4KB (MS-52子系列为8阳。 若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。 当EA端保持低电平时， 无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPRO的单 片机，在EPRO端程期间，该引脚用于接21V的编程电源Vppo(4)输入/输出(I/O )引脚 P0 口、P1 口、P2 口及 P3 口（A） .P0 口(39脚22脚)：P0.0P0.7统称为P0 口。当不接外部存储器与 不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储 器或扩展I/O 口时，P0 口为地址/数据分时复用口。它
10、分时提供8位双向数据总 线。对于片内含有EPROMJ单片机，当EPRO编程时，从P0 口输入指令字节，而当 检验程序时，则输出指令字节。（B） .P1 口(1脚8脚)：P1.0P1.7统称为P1 口，可作为准双向I/O接口 使用。对于MCS-52子系列单片机，P1.0和P1.1还有第2功能：P1.0 口用作定 时器/计数器2的计数脉冲输入端T2; P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端 T2EX对于EPRO端程和进行程序校验时，P0 口接收输入的低8位地址。（C） .P2 口（21脚28脚）：P2.0P2.7统称为P2 口，一般可作为准双向 I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且
11、寻址范围超过256个字节时, P2 口用于高8位地址总线送出高8位地址。对于EPRO端程和进行程序校验时， P2 口接收输入的8位地址。（D） .P3 口（10脚17脚）：P3.0P3.7统称为P3 口。它为双功能口，可以 作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3 口的每一 条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。P3 口的第2功能见下表：引脚第2功能P3.0RXD（用行口输入端0）P3.1TXD （用行口输出端）P3.2INT0 （部中断0请求输入端，低电平有效）P3.3INT1 （中断1请求输入端，低电平有效）P3.4T0 （时器/计数器0计数脉冲端）P3
12、.5T1 （时器/计数器1数脉冲端）P3.6WR（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P3.7RD （部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）表1单片机P3.0管脚含义（二）温度采集模块DS18B20温度传感器是美国达拉斯（DALLAS并导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器。该器件将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上。本设计中温度传感器之所以选择单线数字器件DS18B20是在经过多方面比较和考虑后决定的，主要有以下几方面的原因:(1)系统的特性：测温范围为-55C+125C ,测温精度为 0.5 C；温 度转换精度912位可变，能够直接将温度转换
13、值以16位二进制数码的方式申 行输出；12位精度转换的最大时间为750ms可以通过数据线供电，具有超低功 耗工作方式。(2)系统成本：由于计算机技术和微电子技术的发展，新型大规模集成电 路功能越来越强大，体积越来越小，而价格也越来越低。(3)系统复杂度：由于DS18B201单总线器件，微处理器与其接口时仅需 占用1个I/O端口且一条总线上可以挂接几十个 DS18B20测温时无需任何外部 元件，因此，与模拟传感器相比，可以大大减少接线的数量，降低系统的复杂度， 减少工程的施工量。(4)系统的调试和维护：由于引线的减少，使得系统接口大为简化，给系 统的调试带来方便。同时因为DS18B2J全数字元器
14、件，故障率很低，抗干扰性 强，因此，减少了系统的日常维护工作。DS18B2W度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口DQ ,外供电源线VDD共用地线GND DS18B20W两种供电方式：一种为数据线供电方式， 此时VDD8地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量， 来完成温度转换， 相应的完成温度转换的时间较长。这种情况下，用单片机的一个I/O 口来完成对 DS18B2曲线的上拉。另一种是外部供电方式(VDD接+5V),相应的完成温度测量 的时间较短。(三)报警模块设计中的报警装置电路用到了发光二级管、三极管、10K的电阻。将发光二级管的一端接地，另一端接三极管的发射极，三极管的基极通
15、过电阻接在三极管 上，三极管的集电极电源。DI(iND图5.报警器（四）键盘模块键盘实际是就是很多案件的一种组合，按键的按下与否形成一个高低电平，主控芯片CPU!过高低电平来识别所需信号，进而使程序进行下一步的操作。键盘操作的软硬件的设计有以下几个方面的问题：对于此设计来说我们要准确的显示我们所要对应的信息，每按一次按键要显示所要显示的信息。 这按键是主要 用来控制温度而设计的。这样比键盘操作方便，也比较实惠。按键电路采用中断 模式。18B2O图6.键盘输入（五）显示、指示模块本模块用的是0.56英寸2位数码管红色共阳数码管 5261BS, 一股正向压降的 都是1.52V,额定电流为10mA通过最大的电流为40mA根据各种不同管接 线的方式，可将数码管分成共阴极型和共阳极型。图7.数码管（六）系统总电路图系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，单片机主控 电路等，通过Altium Designer 可画出如图所示的电路图4何6中
