基于单片机的温度控制器的与实现论文.doc

1、基于单片机的温度控制器的设计和实现 信息学院 信息工程 090103021043 学 院： 专 业： 姓 名： 指导老师： 学 号： 职 称： 高级工程师、 助理工程师 中国珠海 二一三年五月 诚信承诺书 本人郑重承诺：本人所呈交的毕业设计基于单片机的温度控 制器的设计和实现是在指导教师的指导下，独立开展研究取 得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出 其参考文献，设计使用的数据真实可靠。 承诺人签名： 日期： 年 月 日 基于单片机的温度控制器的设计和实现 摘 要 随着生产生活的需要，自动化控制越来越起到至关重要的作用。温度控制是 工业生产过程中很普遍的过程控制，人们需要对各种

2、加热炉，热处理炉，反应炉 等锅炉中温度进行测量与控制。特别是冶金，化工、建材、食品、机械、石油等 工业中，具有举足轻重的作用，其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而 设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的，工业生产中温度控制具有单 向性、时滞性、大惯性和时变性的特征，同时要实现温度控制的快速性和准确性， 对于提高产品质量具有很重要的意义。 本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。本文采用单片机来实现对 温度的控制。它的主要组成部分有：STC89C52单片机、温度传感器、键盘与显示 电路、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。 通过实验表明，本设计对温度的

3、控制具有简单方便的特点，并且大幅度提高了被 控制温度的技术指标。 关键词： 单片机，温度传感器，键盘和显示 Designed and implement the temperature-control of single chip summery ABSTRACT With production and living need, that automatic control is playing more and more important role.Temperature-control is very common process-control during the manufactu

4、re producing.People need like heating-stove. heat-treating furnaces reaction furnace. These all kinds of boilers.Especially in metallurgy chemical industry construction materials foods mechanical oil these industry .It is crucial effective on it. The temperature-control effect straightly impact on t

5、he quality of production. So designing a kind of effective temperature-control system is very valuable.During producing ,temperature-control is provided with single direction ,time lag, habituation alterant with time .simultaneously implement temperature-control fastly and precisely.that is crucial

6、meaningful for enhancing quality of production. In this text, it introduce how design the digital temperature -measure and automatic system. This essay use single-chip to control the temperature.It chief component by: STC89c52 single-chip temperature transducer keyboard display circuit and temperatu

7、re-control circuit . It can display and set temperature in the currently time.It controls temperature automaticly.This design control temperature easily and conveniently. It improve the technology standard of temperature-control. The keyword：single chip temperature transducer keyboard and displayer.

8、 目 录 1 绪论 .1 1.1 背景和意义 .1 1.2 发展现状 .2 1.3 设计研究意义及目的 3 1.3 文章总体概述 4 1.4 方案所实现的要求 .4 1.5 总体设计方案 .4 2 单片机的选择以及介绍 5 2.1 中央控制电路 5 2.2 STC89C52 简介 6 2.3 本章小结 8 3 系统硬件设计方案 9 3.1 复位电路 .9 3.2 时钟电路 10 3.3 键盘及显示模块 11 3.4 温度采集电路的设计 15 3.5 报警电路 20 3.6 加热控制电路 20 3.7 温度采集电路结构 22 3.8 本章小结 22 4 系统软件设计方案 23 4.1 系统子程序

9、分析 .23 4.2 软件整体设计思路 23 4.3 中断服务程序设计 23 4.4 温度采集子程序 .24 4.5 LCD 显示模块流程图 26 4.6 本章小结 .27 5 系统 PCB 板制作及系统调试 28 5.1 系统的调试 .28 5.2 单片机系统调试 .28 5.3 DS18B20 采温调试 28 5.4 温度控制电路的调试 .28 5.5 系统程序仿真调试 .29 5.6 本章小结 .30 6 实物的演示及其心得体会 31 6.1 整体温度测试演示 .31 6.2 支路温度测试演示 .31 6.3 超过上下限警报的系统选择以及演示 33 6.4 心得体会 .38 参考文献 3

10、9 致 谢 .40 附 录 .41 附录一：原理图 .41 附录二：PCB 42 附录三：程序源码 .43 1 绪论 在生产和科学研究中,为了便于测量结果准确一致,需要给物体冷热程度以定量的 描述。因此为了更加科学的描述物体的种种性能随着温度变化的关系，应当建立适当 的标准来测量物体的冷热程度。温度的数值表示方法称为温标，温标是温度的标尺， 各种温度计的数值也是通过温标来决定的。因为它是通过随着温度变化而变化的物理 量来定义温度的数值。同时温标是测量温度的参照标准，同时也是表示温度数值的一 套规律，随着社会的发展，温标的复现也在不断的发展。将近没 20 年会对温标进行一 次较大的更新和修改。9

11、90 年国际温标是根据第 18 届国际计量大会第 7 号决议的要求, 由第 77 届国际计量委员会于 1989 年会议通过的。 本世纪初国际权度局制定的“ 标准 温标”范围从 0100 ,其复现性为 0.02,随着科学技术的发展,标准温标的复现精度 大幅提高,前苏联计量科学研究院在 0400范围内温标定点精度达 0.0005,美国标 准局水三相点的温度复现性达 0.0001。 1. 1 背景和意义 随着人们生活水平的不断提高，温度的控制在现实生活中引起了高度重视，它是 工农业和交通运输业的重要参数，同时也是影响其他领域发展的因数之一。随着现代 工业的逐步发展，在工业生产中，液位、温度、流量、压

12、力是最常见的过程变量，在 这四种当中温度又是一个非常重要的过程变量，尤其是在化工行业、电力行业、冶金 行业、机械加工业以及食品加工业应用的十分广泛，这几个行业都需要对各种反应炉、 热处理炉、加热炉以及锅炉的温度进行控制，尽量按照人们的要求去变化，通过计算 机控制相应的执行部件，可以避免温度过高或过低，减少带来的经济损失，使人身、 财产安全得到很好的保证。在国民经济各部门和日常生活中，经常对多路温度进行信 息的采集。在温度采集的时候常用到的测温元件有热电阻、热敏电阻和热电偶等。这 些元件在多路采集的情况下，很难实现每一路信号的同时采集，而且电路结构相对复 杂，需要连接放大和模/数转换电路。实际上

13、，随着传感器技术和软件的不断发展，各 种温度传感器的性能实现多元化，再利用计算机、单片机、CPLD/FPGA 和 PLC 等辅 助工具或元器件，控制多路温度在实际应用中是非常广泛的。因此，从结构、性能、 参数、设计思想等方面权衡把握，才能更好的设计出满足使用性能和要求的控制电路。 1.2 发展现状 多路温度控制系统的研究现状目前，多路温度控制的方法有基于计算机的温度控 制系统、基于单片机的温度控制系统、基于 CPLD/FPGA 的温度控制系统、基于 DSP 控制的多路温度采集系统和基于 PLC 的温度控制系统。 PC 机对多路温度控制系统，具有电路简单，可靠性好，通用性强的特点，广泛应 用于乡

14、镇粮站中，对粮仓温度的自动控制。用 VB 语言实现上位机数据传送，可方便 地控制通信对象的选择，具有较大的灵活性。与一般的控制系统相同，计算机要不停 的去采集被控制对象的全部状态信息，按照一定的控制方式处理后，计算机控制系统 可以是开环的也可以是闭环的，有两种方式：一种是计算机把来自被控制对象的信息 处理之后，仅仅向工作人员提供一些操作的信息，在通过工作人员影响被控制对象。 然而另外一种是计算机仅仅按照时间或者某种设定的规律来影响被控对象。计算机的 控制系统有两部分组成分为被控制对象和控制部分构成，其中控制部分又是由软件部 分和硬件部分所组成，它不同于只有硬件所构成的模拟控制器。计算机的控制软

15、件又 是由应用软件和系统软件组成，计算机控制系统通常具有精度高、速度快、存储容量 大和有逻辑判断功能等特点，因此可以实现高级复杂的控制方法，获得快速精密的控 制效果。 基于 FPGA 的高精度多路温度采集器，无需计算机干涉，可以采集多路温度信号， 对计算机的服务定时约束非常松弛。采集器内置了串行接口，可以通过电平转换芯片 和计算机的串行口直接连接，电路结构小型紧凑，系统工作稳定可靠。但是不能更改 程序的电路设计。 基于 DSP 控制的多路温度测试系统，是通过温度传感器 DS18B20 来实现的。此 系统还带有 RS232 通用串行接口，可以实现与个人电脑的实时通信。整个设计电路具 有很多优点，

16、例如，结构简单、多路温度信号的采集所用的时间短、以及数据传输方 便。此系统通过 DSP 作为温度的采集和控制核心，结合 DSP 软件的设计，来实现多 路温度信号的同时采集。 基于 PLC 的温度控制系统。主要用在工业生产方面，适用于高效率的工作模式。 PLC 功能的扩充是在控制器中扩充了 PID 控制功能，因此在逻辑控制与 PID 控制的 混合应用场所中，采用 PLC 控制较为合理。采用 PLC 控制不仅方便、简单、灵活性 好，可以提高被测温度的技术指标，还能够提高产品的质量和数量。但是在温度测量 时必须采用 PLC 恒温控制，同时 PID 算法在 PLC 中的实现和 PID 参数都将影响系统

17、 控制性能，这就对多路温度精确地控制提高了难度。由于生产现场对温度的影响是多 方面的，让温度的控制相对复杂，许多传统的加热炉是采用继电器控制技术来进行电 气的控制，硬件方面为了实现逻辑的控制是通过固定的方式接线，这样会使控制系统 的体积变大，耗电多，容易出故障而且效率不高，无法保证正常的工业生产工作，随 着 LC 生产技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于 PLC 控制技术所取代，而 PLC 本身优越的性能可以使温度控制系统变得经济、高效、稳定且维护方便。这将对 改造传统继电器控制系统具有重要性意义。 基于单片机 89C51 的温度控制系统。采用温度传感器 DS18B20 采集温度数据，液

18、晶显示屏 LCD1602 显示温度数据，存储器存储温度上下限设定值，按键设置温度上下 限，另外，单片机内的 ROM 比较小，所以在设计中系统必须在外面配置 EPROM 电路 和扩展电路，所以在该项目中运用该方案必须完成硬件电路的设计、组装、调试；应 用软件的编制、调试、固化、脱机运行。单片机控制的优点是成本较低。现在的整体 设计成本比较低，因为现在的外围电路的元器件价格不高，而且单片机价格相对来说 同样比较低。设计可以相对比较灵活，因为可以对外部存储器的容量根据所需要来进 行扩展。 1.3 设计研究意义及目的 单片机的多路温度采集系统的设计有单片机模块、温度采集模块、LCD 液晶显示 模块、基

19、本的复位电路和报警电路，各部分组合完成基础的电路硬件模块。需要的软 件设计用的程序为 C 语言，并通过程序合理的编写完成要求，最后达到调试、仿真和 实物。单片机在生产中应用及其广泛，涉及生活的每个角落，尤其为电子和计算机发 展提供了技术实践。近年来单线多点数字化测量技术的发展使温度检测技术实现了快 速、可靠、低成本、数字化与网络化。本文提出了一种结构简单、低能耗、方便实用 的系统解决方案。此方案采用新型的单线智能化温度传感器，能通过数字形式直接输 出被测量点的温度值，并且还具有远程传输数据、测量误差小、抗干扰能力强、分辨 率高和成本低的有点，是研发和开发具有高性价比的新一代温度测量控制系统的核

20、心 部件，并使用 8051 单片机作为微控制器，提高了系统运行速度，最后完成多路温度采 集与显示系统的仿真设计。 二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是 空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此 温度这个词语在生产和生活中出现的概率居高不下，与温度想对应的温度测量以及控 制同时也成为了生活生产中广泛使用的词语，并且在各行各业同时发挥着无法替代的 作用。设计的温度采集系统可以随时的采集不同地方的温度，又可以根据环境的要求 实时设置温度区间并进行判断是否超出要求的温度范围，并对超出温度范围的同时响 应报警电路，为进一步的人为或是计算

21、机进行温度的调节和控制做出准备。 1.4 文章总体概述 在当今的社会，随着科学的飞速发展，人们生活水平的提高，温度的控制以及测 量已经成为了工业生产和生活中必不可少的部分，在工业生产中温度是必不可少的因 素，温度的控制直接关系到工业生产的效率以及成本，电力工程、化工生产、机械制 造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在生活中，炎热高温的夏 天，人们也需要通过空调来控制温度使得自己变得凉爽， 温度控制器的设计不但是我在论文上所要提到的，在现实生活中也是着必不可少 的部分，工业生产中的成本的降低以及效率提升，都与温度有着密切的联系。接下来 将会分为系统的硬件设计、软件设计以及 PCB

22、 板的制作来详细介绍“基于单片机的温 度控制器的设计” 。 1.5 方案所实现的要求 本 设 计 所 能 实 现 的 研 究 目 标 ： 1、温度显示和调节范围：-55+125 2、显示分辨率：0.5 3、能随时调节改变上，下限温度。 4、当实温超出上下限，系统能发出警报 5、对掉电，断电或复位等情况下，能记录保存上一次设定的上下限温度值。 6、四路进行温度的测量。 1.6 总体设计方案 系统主要包括单片机中央控制模块，温度采集模块，键盘及温度显示模块，温度 上下限调整模块，加热模块和报警模块等六大部分组成。如下图 1 所示 图 1 整体设计流程图 键盘及温度显示模 块 加热模块 报 警 模

23、块 单片机中央控制模块 温度采集模块 温度上下限调整模 块 2 单片机的选择以及介绍 2.1 中央控制电路 中央控制电路作为系统的核心，对该电路的设计显得优为重要。首先须选择一款合 适的单片机作为处理核心。选择单片机是要注意以下几点 1、单片机的字长与速度。 2、单片机的功能，其中包括寻址方式、寻址空间、中断能力、定时范围等。 3、开发工具及软件环境。 4、项目的开发成本，这里包括单片机本身的价格，还有单片机接口扩展芯片的价 格也是包含在里面的。 5、系统的功耗，特别是在野外作业的系统来说，这尤为重要。 6、单片机售后服务。 7、保密性能好。 在本次设计中，没有设计大的数据采集和处理，所以没有

24、必要选择 16 甚至更加高 档的单片机做中央处理核心，选择 8 位的 51 系列单片机足可以胜任。考虑为以后的系 统功能扩展留下空间，可供选择的单片机有 AT89C52，STC89C52，飞利浦和摩托罗拉 的同等级单片机。飞利浦和摩托罗拉的单片机都具有高可靠性且编程简单，但价格较 前两种高出许多，故不采用。由于编程工具的限制，没有 AT 系列单片机的编程器， STC89C52 成了不二的选择。该单片机是一款与 8031 完全兼容，是一款 8 位的，具有 16 地址总线的单片机，其最高频率可达到 24M，最底可为 0M，支持休闲模式和掉电 模式，功耗底。STC89C52 有 8KB 可擦除 10

25、00 次 Flash 程序存储区，利于系统扩展和 功能升级和功能调试，具有三位保密位，安全有保障。 本系统中 STC89C52 配置十分简单, 如图 2-2 所示,只需要维持 STC89C52 芯片能正 常工作的复位电路和晶振电路.其中的晶振采用 6MHz,则 STC89C52 运行一个周期的指 令需要 2us。在最小配置的晶振电路中，为使单片机的时钟更加稳定须旁接两个瓷片电 容。在选择瓷片电容时，要兼顾晶振的易起振性和稳定性。电容值小的容易起振但稳 定性差，电容值大稳定性好但不容易起振，此最小配置选择 30pf 兼顾了稳定性和容易 起振。此中央控制电路即可以执行内部程序也可以执行外部存储器程

26、序，当 STC89C52 的 EA 端置高时先执行内部 8K 的程序存储区的程序；当 EA 端被置低时单片机就不执 行内部的程序，停止在那里，直接从外部存储器中读取中断程序。 图 2-2 STC89C52 最小配置 2.2 STC89C52 简介 单片微型计算机简称单片机，是指在一块芯片上集成的完整的计算机系统，虽然 大部分功能集成在一小块的芯片上，但是“麻雀虽小，五脏俱全” 它具有计算机的大部 分部件，例如：CPU、内存、内部和外部总线系统。目前大部分单片机还具有外存。 单片机也被称为微控制器（Microcontroler） ，因为它最早被用在工业控制领域。单 片机只有 CPU 芯片从芯片的

27、专用处理器的发展而来。最早的设计理念是通过将大量外 围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及 要求严格的控制设备当中。INTEI 公司的 Z80 单片机便是最早的用这种想法设计出来 的处理器，至此之后，专用的处理和单片机的发展便分道扬镳。 期的单片机都是 8 位或 4 位的。凭借简单可靠并且性能也不错获得了众多的号品， 在这其中 INTEL 的 8031 是最成功的，此后 MCS51 系列单片机系统便是通过 8031 的 基础上发展起来的。基于这个系统，MCS51 单片机系统至今为止仍然被广泛使用。渐 渐的随着工业控制领域的要求有所提高，出现了十六位的单

28、片机，却因为十六位单片 机的性价比不是很理想所以并没有得到广泛的使用。在 90 年代后期，随着科学的发展 和消费电子产品的增多，单片机的技术获得了质的飞跃。随着 INTEL 公司的 I960 系列 单片机得到了广泛的应用，特别是 ARM 系列的应用，十六位单片机在主流市场的高端 地位立马被三十二位单片机所取代。与此同时传统的 8 位单片机的性能也有了质的飞 跃，相对 80 年代来说处理能力提高了数百倍。目前，性能和 90 年代中期的专用处理 器相差不大的高端的 32 位单片机并且其主频已经超过了 300HZ，普通的型号出厂的价 格跌落到 1 美金，连最高的型号也不过 10 美金而已。现如今的单

29、片机系统已经不是单 单的在裸机环境下使用和开发，众多的全系的单片机上已经运用到了专用的嵌入式操 作系统。 STC89C52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可檫除只读存储器的低电压，高性能 COMOS8 的微处理器，俗称单片机。并且使用了 ATMEL 的技术通过高密度非易失性 存储器来制造，而且还和工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。 单片机总控制电路如下图所示： 图 1 单片机总控制电路 STC89C52 具体介绍如下： 主电源引脚（ 2 根） VCC(Pin40)：电源输入，接5V 电源 GND(Pin20)：接地线 外接晶振引脚（2 根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电

30、路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 控制引脚（4 根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如 果接高电平则从内部程序存储器读指令。 可编程输入/输出引脚（32 根） STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1 、P2、P3 口，每个口 有 8 位（8 根引脚），共 32 根。 PO 口（Pin39P

31、in32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7 P1 口（Pin1Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7 P3 口（Pin10Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7 STC89C52 主要功能如表一所示。 表一 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统 8K 可反复擦写 Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz

32、 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 2.3 本章小结 本章主要介绍了此设计的所需要的中央控制电路所需的单片机进行了对比与分析， 最终选择了 STC89C52 单片机作为中央控制电路，同时在又对 STC89C52 单片机进行 了一些介绍。接下来会将硬件的选择以及设计详细的介绍。 3 系统硬件设计方案 该系统由六部分组成：STC89C52RC 核心单片机，温度采集电路，数码管显示电 路，报警警电路，复位电路，晶振等，其中温度采集主要由 DS18B20 组成，在短时间 内把热

33、力学温度信号数字,送入单片机，由单片机控制显示电路显示，并且判断是否达 到设定温度，若达到设定温度，由单片机启动报警电路，报警。 图 1 系统设计框图 3.1 复位电路 由于单片机在复位短为高时系统复位，复位电路由一个阻值为 4K 和一个 150 欧的电阻 分压得到低电平，经 74LS14 滤波整形反向后得到高电平使系统上电复位。复位电路图 如图 2-3。 主 控 制 器 温度显示器 （液晶显示屏） 多路温度采集 （DS18B20） 报警控制电路 （发光二极管） 输入控制电路 （按键） 图 2-3 复位电路 在管脚 1 处的电压为 V1 式（2-1） V Rc18.0)405(516511 当

34、电平低于 0.8V 视为低电平，高于 3.6V 视为高电平。管脚 1 处的 0.18V 电压经反 向后变成 5V 高电平。 开关闭合的时候同时也闭合了电容 C4 充电，稳定了复位脚的电平。为保证复位电 路能够正常的进行工作，在设计电路的时候必须在开关断开时有给电容 C4 的放电回路， 故加一 IN4148 做泄放二极管。电容 C5 主要是为了抑制开关动作时在闭合瞬间产生的 尖峰脉冲对整个设计系统的冲击，同理也是起到了减少电路干扰的作用。 3.2 时钟电路 时钟电路对于单片机来说是很重要的，就等同与我们人类的心脏一样工作，单片机 的所有操作，程序的执行，都是在时钟脉冲的同步下才使得进行的，时钟电

35、路控制着 单片机的工作节奏。STC89C52 内部都有一个反相放大器，芯片内部的反相放大器的输 入和输出端分别是 XTAL1、XTAL2 ，外接定时反馈元件就组成震荡器产生时钟送至单 片机内部的各个部件。如下图 2-4 所示，片内电路与片外器件构成一个时钟发生电路。 片内振荡器的震荡频率 fOSC 非常接近晶振频率，一般多在 1.2MHz12MHz 之间选 取，这次毕设用的时钟频率是 6MHz。XTAL2 输一个正弦波。图中 C16、C17 是反馈 电容，其值在 5pF30pF 之间选择,其典型值是 30Pf。本系统采用的是 0.01UF。其作用 有两个：一个是使振荡器起振，而另一个则是对振荡

36、器的频率 f 起微调作用 （C16 、C17 大，f 变小） 。 图 2-4 时钟电路 3.3 键盘及显示模块 由于在风扇的面板处有也有一个控制电路，因此在这里我们一样也加上了显示与 键盘的模块。显示与按键电路构成一个人机交互界面，整个系统的用户体验度的好画 也就在这个模块的设置上。本文采用了四个方案进行论证。 方案一： 采用 74LS164 芯片 在本次设计中，用单片机的串行口来外接三片 74LS164 作为 6 位 LED 显示器的静 态显示接口，把单片机的 RXD 作为数据输出线，TXD 作为移位时钟脉冲。所谓静态 显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于笔划

37、段字形代 码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路就可以了，直到要显示新的 数据时，再发送新的字形码。使用这种方法，占用 CPU 的内部资源少，控制程序简单， 但占用较多的硬件资源。故本次设计采用可提供单独锁存的 I/O 接口电路的串并转换 电路 74LS164。其电路原理图如图 2.8 所示。 图 2.8 74LS164 的静态显示 74LS164 为 TTL 单向 8 位移位寄存器，可实现串行输入、并行输出的功能。它的1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSizeB Date: 23-Jun-2007 Sh

38、eet of File: C:Program FilesDesign Explorer 99 SEExamplesBACKUP3.DDBDrawn y: SER IN A 1 SER IN B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 CLK IN 8 CLR 9 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 74LS164 a bf cg deDPY 1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8d p dp LED SER IN A 1 SER IN B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 CLK IN 8 CLR 9 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 7

39、4LS164 a bf cg deDPY 1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8d p dp LED SER IN A 1 SER IN B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 CLK IN 8 CLR 9 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 74LS164 a bf cg deDPY 1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8d p dp LEDVCC RXDTXD VCC 20K 300 A、B（第 1、2 脚）为串行数据输入端，2 个引脚按逻辑与运算规律输入信号，公用 一个输入信号时可并接。T（第 8 脚）为时钟输入端，可连接到串行口的 T

40、XD 端。每 一个时钟信号的上升沿加到 T 端时，移位寄存器移一位， 8 个时钟脉冲过后，8 位二进 制数全部移入 74LS164 中。R（第 9 脚）为复位端，当 R0 时，移位寄存器各复位为 0，只有当 R1 时，时钟脉冲才起作用。Q1Q8（第 36 和 1013 引脚）并行输出 端分别接 LED 显示器的 dp、g、f、e 、d、c、b、a 各段对应的引脚上。 所谓时钟脉冲端，其实就是需要高、低、高、低的脉冲，在 74LS164 获得时钟脉 冲的瞬间，如果数据输入端（第 1、2 脚）是高电平，则就会有一个 1 进入到 74LS164 的内部。如果数据输入端是低电平，则就有一个 0 进入其

41、内部。在给出了 8 个脉冲后， 最先进入 74LS164 的第一个数据就到达了最高位，然后再来一个脉冲，从单片机 RXD 端输出的数据就 进入到第一片 74LS164 中，当第二个 8 个脉冲到来后，第一个数据就 进入第二片 74LS164，而新的第二个数据就进入到了第一片 74LS164 中，这样依次类 推。 方案二：8255 解决方案 8255 内部有三个并行数据输入/输出端口，有两个工作方式控制电路，一个读写控 制逻辑电路，一个 8 位数据总线缓冲器。 8255 有 3 种基本工作方式。 方式 0（基本 I/O 方式）：输出具有锁存功能，输入没有锁存功能。方式 0 适用于 无条件传输数据

42、的设备，如读一组开关状态、控制一组显示灯，不需要应答信号， CPU 可以随时读出开关状态，随时可以把一组数据送指示灯显示。 方式 1（应答 I/O 方式）：PA 口、PB 口定义为方式 1 时，PC 口的某些位为状态 控制线，其余的线做 I/O 线。方式 1 适用于打印机等具有握手信号的输入/ 输出设备。 方式 2（双向选通 I/O 方式）：方式 2 是方式 1 输入和方式 1 输出的结合。方式 2 仅对 PA 口有意义。方式 2 使 PA 口成为 8 位双向三态数据总线口，既可发送数据又可 接收数据。PA 口为方式 2 工作时，PB 口仍可作方式 0 和方式 1I/O 口，PC 口高 5 位

43、 作状态控制线。 设计中，8255 只用来接三个数码管作为显示电路。扩展 8255 作显示电路时，见如 图 2.10 所示。由于 C 口只有在方式 0 时才用作输入或者输出，故采用方式 0 这种最基 本的输入输出工作方式。在这种方式下，3 个端口都可以有程序设定为输入或者输出。 程序中只要将相应的字形数据写入 8255 的 PA，PB ，PC 口，显示器就显示出 3 位字符。 图 2.10 三位静态显示器接口 方案三：独立键盘与 LCD1602 显示 独立键盘也就是把键盘直接的接入到 I/O 口上。原理图如图 2-7。 图 2-7 独立键盘原理图 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指

44、令前一定要确认模块的忙标 志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要如果需要显示字符，那么需要先输入显 示符的地址，既告诉模块在什么地方显示字符，图 2.5 是 1602 的内部显示地址 图 2.5 1602LCD 内部显示地址 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自 动右移的，无需人工干预。 图 2-9 字符的代码和字符的图形对应关系图 方案四：HD7279 键盘显示电路 此方案采用 HD7279A，它共有 28 个引脚。它是一片具有串行接口的，可同时驱动 8 位共阴式数码管（或 64 只独立）的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达 64 键盘矩阵，单片即可

45、完成 LED 显示、键盘接口的全部功能。 HD7279 内部含有译码器， 可直接接收 BCD 码或 16 进制码，并同时具有 2 种译码方式.此外,还具有多种控制指令 ,如 消隐,闪烁,左移,右移,段寻址等.RC 引脚用于外接振荡元件，其典型值为 R=1.5k,C=15pF。复位端是 RESET，其可以保持 25ms 到复位结束并且是有低变到高， 通常接+5V 电压就行了;DIG0DIG7 为 8 个 LED 管的位选择端;SASG 为 LED 数码管 ag 段的输出端,DP 为小数点的驱动端。DIG0DIG7 和 SASG 也分别是 64 键盘的列 线和行线端口，完成键盘扫描、译码和键码识别

46、。 HD7279 与微处理器仅需 4 条接口线，其中 CS 为片选信号；DATA 为串行数据端， 当向 HD7279A 发送数据时，DATA 为输入端；当 HD7279A 输出键盘代码时，DATA 为输出 端；CLK 为串行传送的时钟输入端，其上升沿表示数据有；KEY 为按键信号输出端，无 键按下时为高电平；有键按下时变为低电平并一直保持到键释放为止。电路原理图如 图 3.14 所示，图中有三个数码管和九个键盘，三位数码管用来显示温度值。 图 3.13 7279 键盘显示电路 方案比较： 结合本次设计需用到的键盘数量与显示内容分析,方案一需占用单片机口资源较少， 但软件相对复杂一些，而方案一与

47、方案二都显得太过繁琐了，用 8255 也不太经济了。 而方案三 I/O 少，元件电路简洁，同时有能满足本设计的需要显示的内容也需要控制 的按键所以选择方案三。 3.4 温度采集电路的设计 温度采集电路的核心是温度传感器，而当前温度传感器的种类繁多，有集成温度传 感器，有热电阻传感器，数字化温度传感器等等。温度传感器选取的不同就会有不同 的采样转换电路,以下介绍了三种不同的方案: 方案一：以集成温度传感器 AD590 作为环境温度变化的敏感元件 它将温度的变化转换为电流的变化，经过转换电路将电流信号变换、放大成 0 5V 的电压信号后，经 A/D 转换器转换成 8 位数字信号送入单片机系统。 A

48、D590 的工作原理是利用电路能产生一个与绝对温度成正比的电流输出，而作为绝对 温度与电流的转换器件。电路制造中利用激光修正技术对芯片内部电阻进行调整，在 25（298.20K）时，使器件产生电流为 298.2A 的输出。由于 AD590 输出的电模拟 量很小，需进行放大，运算放大器采用斩波自稳零集成运算放大器 ICL7650。其电路 原理图如图 2-10。 图 2-10 AD590 采温电路 在本电路中，5V 通过 R1，R2，Rw1 加在 AD590 上，当温度变化时，通过 AD590 的电流发生变化，则 R1，Rw1 上的压降变化，从而使运放反相输入端的电压随 温度变化。这个电压被运放放

49、大由脚输出，再经 R6，C4 滤除干扰信号后由输出端 输出 V0。可见 V0 是随被测物体的温度而变化的。Rw1 是调零电位器，Rw3 用于调节 放大器的输入失调，Rw2 为满度调节电位器。该电路测温范围为： 0100，输出电 压为 05V。 方案二：采用含温度传感器 PT100 的电桥电路为主的采集电路 此电路中采用接触式温度传感器 PT100。PT100 是国产的一种软衬底薄膜热敏电阻， 是表面测温的一种良好器件。其主要指标如下： （1）0C 电阻 R。=100； （2）允许最大电流 Imax1Ma ； （3）时间常数 1s； （4）互换精度 0.2%； （5）年漂移量 0.3 （6）测温范围-100-300C. 该热敏元件的特点是体积小，重量轻，薄而柔软，可完全和曲面相贴合，适用于平 面，狭缝的温度测量。 其测温电路的工作原理：温度传感器 PT100 作为电桥电路的一个桥臂，电桥在某 一温度时呈现平衡状态，其输出是为零；当温度发生变化时，PT100 的阻值也跟着发 生变化，电桥的平衡被打破，电桥将输出一个电压值，这样就实现了温度信号到电压 信号的转