水温控制器设计毕业设计论文(编辑修改稿)

水温控制器设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

作输入口；当作为输入口使用时，被外部信号拉低的引脚由于内部存在上拉电阻会输出一个电流 IIL。 另外，P3 口还具有第二功能如表 21 所示 [7]。 表 21 P3 口第二功能表 引脚 第二功能特性 串行输入口 RXD 串行输出口 TXD 外中断 0 外中断 1 定时 /计数 器 0 定时 /计数器 1 外部存储器写选通 外部存储器读选通 EA/VPP 口：外部访问允许控制信号。 要使 CPU 仅访问外部程序存储器， EA 端必须保持低电平（接地）。 若 EA 端为高电平（接 Vcc 端），则 CPU 执行内部程序存储器中的指令。 ALE/PROG 口：地址锁存控制信号。 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 每当访问外部数据存储器时，跳过一个 ALE 脉冲。 RST：复位输入端口，外接电阻电容组成复位电路。 当晶振工作时， RST 引脚持续两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。 XTAL1 口：内部时钟发生器和振荡器反相放大器的输入端。 XTAL2 口：振荡器反相放大器的输出端。 PSEN 口：外部程序存储器的读选通信号。 当单片机由外部程序存储器取指令时，每个机器周期输出两个脉冲；当访问外部数据存储器时， PSEN 不被激活 [8]。 传感器的选择 本 次设计 选用的 是单线数字传感器 DS18B20。 DS18B20 的简介 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体器件公司在其前代产品 DS18B20 的基础上水温控制器设计 6 推出的单线数字化智能集成温度 传感器，其特点是 [9]： （ 1）独特的单线接口，只需 1 个接口引脚即可通信。 （ 2）不需要额外的外部元件搭建外围电路即可正常运行。 （ 3）可用数据线供电，不需要备份电源。 （ 4）测量范围为－ 55～＋ 125℃，增量值为 ℃；等效的华氏温度范围是－67～ 257℉，增量值为 ℉。 （ 5）以 9～ 12 位数字值方式读出温度。 （ 6）在 1s 典型值内把温度变换为数字。 （ 7）用户可定义的非易失性的温度告警设置。 主要的优点是： （ 1） DS18B20 可将被测温度直接转换成计算机能识别的数字信号输出。 （ 2） DS18B20 能提供 9～ 12 位温度读数，精密度高且其信息传输只需 1 根信号线，与计算机接口的连接十分简便，读写及温度变换的功率全部来自于数据线，因此，不需要额外的附加电源。 （ 3）每一个 DS18B20 都含有一个唯一的序列号，这样的设计是为了允许多个 DS18B20 连接到同一总线上，因此，非常适合构建多点温度检测系统。 （ 4）负压特性。 DS1820 的电源极性接反时，它虽然不能正常工作，但也不会因发热而烧毁。 DS18B20 的引脚功能说明 DS18B20 全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 三端口分别是地线、数据线和电源线，其外围电路非常简单。 每一个 DS18B20 有唯一的序列号，多个 DS18B20 可以存在于同一条单线总线上 [10]。 其 DS18B20 的管脚配置和封装结构如图 22 所示。 图 22 DS18B20的引脚图 xx 大学本科毕业设计（论文） 7 引脚定义： （ 1） DQ 为数字信号输入 /输出端； （ 2） GND 为电源地； （ 3） VDD 为外接供电电源输入端 （在寄生电源接线方式时接地）。 驱动芯片的选择 本设计驱动芯片选择 74LS245 74LS245 的简介 74LS245 是我们常用的芯片，用来驱动 LED 或者其他的装备，它是 8 路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据 [11]。 74LS245 还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。 当 8051 单片机的 P0 口总线负载达到或超过 P0 最大负载能力时，必须接入74LS245 等总线驱动器。 74LS245 的引脚说明 当片选端 /CE 低电平有效时， DIR=“ 0”，信号由 B 向 A 传输；（接收） DIR=“ 1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当 CE 为高电平时， A、 B 均为高阻态。 由于 P2 口始终输出地址的高 8 位，接口时 74LS245 的三态控制端 1G 和 2G接地， P2 口与驱动器输入线对应相连。 P0 口与 74LS245 输入端相连 ,E 端接地，保证数据线畅通。 8051 的 /RD 和 /PSEN 相与后接 DIR，使得 RD 且 PSEN 有效时，74LS245 输入（ ← D1），其它时间处于输出（ → D1）。 74LS245 的引脚如图23 所示。 图 23 74LS245 引脚图 水温控制器设计 8 显示器的选择 本设计显示器选择 2 位 8 段共阳数码管。 数码管的简介 数码管是电路中常见的显示元件，按段数分为七段数码管和八段数码管。 把段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按照显示“ 8”的个数可分为 1 位， 2 位， 4 位等数码管（如图 24）；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管 [12]。 八段数码管是数码管的一种，是半导体发光器件，数码管可分为七段数码管和八段数码管，区别在于八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，其基本单元是发光二极管。 其优点 是价格便宜、使用简单，通过对其不同的管脚输入相对的电流，使其发亮，从而显示出数字，能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数的器件。 图 24 AT89C52 的引脚图 图 24 数码管位数 数码管驱动方式 直流驱动：指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二 十进制译码器译码进行驱动。 优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多。 动态显示驱动：将所有数码管通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就xx 大学本科毕业设计（论文） 9 使各个数码管轮流受控显 示。 将所有数码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 数码管的引脚功能说明 七段 LED 有共阴极与共阳极两种。 在图 25 中，公共阴极接地，当阳极上的信息为“ 1”时，段就点 亮；信息为“ 0”时，段就不亮。 在图 26 中，公共阳极接到 +5V，当阴极上的信息为“ 1”时，段就不亮；信息为“ 0”时，段就点亮。 图中R 是限流电阻。 图 26 表示七段 LED 内段的排列。 图 25 数码管共阴极接法 图 26 数码管共阳极接法 水温控制器设计 10 图 27 7 段数码管内段的排列 共阴极和共阳极数码管 09 这十个数字的段码表， 如表 22 所示。 表 22 数字段码表 数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 共阴 0x3f 0x06 0x5b 0x4f 0x66 0x6d 0x7d 0x07 0x7f 0x6f 共阳 0xc0 0xf9 0xa4 0xb0 0x99 0x92 0x82 0xf8 0x80 0x90 xx 大学本科毕业设计（论文） 11 3 系统硬件构成 设计原理 根据系统总体的设计方案，水温控制器的硬件设计部分采用 AT89C52 单片机作为核心控制器件，结合外围的测温电路和数码管显示电路等硬件辅助电路，组成水温控制器系统。 通过按键电路来设置加热温度，并将设置的温度值在数码管上显示，环境温度由 DS18B20 来测出，传到单片机进行 处理。 硬件设计总体结构框图如 图 31 所示。 图 31 硬件总体 原理 框图 外围电路 本系统选用单片机 AT89S52 作为核心控制器件，结合电源电路、晶振电路、复位电路、 报警 电路、 测温电路、 显示电路等 外围辅助电路 ， 可以 实现基本的 水温控制 功能。 其总电路图见附录 A。 电源电路 本次设计的电源电路为 +5V 稳压电源 ，其电路如图 32 所示。 AT89S52 单片机 测温传感器 加热装置 光电隔离 复位电路 晶振电路 按键 5V 电源 报警电路 显示电路 水温控制器设计 12 图 32 电源电路原理图 稳压电源 电路即 利用晶体管作为调整元件和负载串联，调整元件看做是可变电阻 ，从输出电压中提取全部或部分电压调节调整管所呈现的电阻来维持输出电压基本不变。 它的输出电压可以随意连续调节，输出电流也可达到很大，稳压精度较高。 稳压电源 电路主要由变压器、三端集成稳压器 780整流电路、滤波电路组成。 变压器是利用电磁感应原理进行变换交流电压、阻抗和电流的器件；三端稳压器可靠性高、精度高、电路实现简单且价格低廉，可以实现可靠的直流稳压电源；整流电路采用全桥式整流桥，即利用四个二极管两两并联后接入输出电压；电容滤波电路即在输出端并联一个电容器。 晶振电路 单片机是一种时序电路， 必须提供脉冲才能正常工作。 MCS51 系列单片机内部都有一个时钟振荡电路，只需外接晶振源，就可以产生一定频率的时钟信号送到单片机的内部各个单元，决定单片机的工作速度。 XTAL1 和 XTAL2 脚分别构成单片机 片内振荡电路的反相放大器的输入端和输出端，外接石英晶体 X1 和振荡电容 C C2 构成并联谐振电路。 晶振是石英振荡器的简称，英文名为 Crystal，是利用石英晶体（ SiO2 晶体）的压电效应制成的一种谐振器件 ； 两个振荡电容 C C2 是分别接在晶振的两个脚和对地的电容 ，本 设计 分别 选用 的标准石英晶振 和 两个 22pF 的电容。 晶振电路如图 33 所示。 xx 大学本科毕业设计（论文） 13 图 33 晶振电路图 复位电路 89 系列单片机的复位信号是从 RST 引脚输入到芯片内的触发器中的 ， 当系统处于正常工作状态且振荡器稳定时，如果 RST 脚上有一个高电平并维持两个机器周期以上， CPU 就可响应并且将系统复位。 不管是单片机刚接上电源还是断电后或发生故障后均要进行复位的操作。