中国农业大学学士论文 控制系统硬件设计
P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低8位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现
EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
图3-2 AT89C51管脚
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3.2 数字温度计DS18B20
在传统的模拟信号远距离传送的测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点切换误差问题和放大电路的零点误差问题等技术。另外考虑到一般的测量现场的电磁环境非常的恶劣，各种干扰信号较强，模拟信号很容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力较强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效的方案。在实际的温度测量过程中被广泛应用，同时也取得了良好的测量效果。 3.2.1 DS18S20数字温度计的主要特性
1、DS18S20的适应电压范围更宽，其范围为：3.0-5.5V，而且它能够直接由数据线获取电源(寄生电源)，无需外部工作电源。
2、DS18S20提供了9-12位摄氏温度测量，具有非易失性、上下触发门限用户可编程的报警功能。
3、DS18S20通过1-Wire总线与中央微处理器通信，仅需要单根数据线(或地线)。同时，在使用过程中，它不需要任何的外围的元件，全部的传感元件和转换电路集成在形状如一只三极管的集成电路内。
4、DS18S20具有-55°C至+125°C的工作温度范围，在-10°C至+85°C温度范围内精度为±0.5°C。
5、每片DS18B20具有唯一的64位序列码，这些序列码允许多片DS18B20在同一条1-Wire6、DS18S20的测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时还可以传送给CRC校验码，它具有极强的抗干扰纠错的能力。
7、DS18S20具有负载特性，当电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但是不能正常的工
总线上工作，因而，可方便地使用单个微处理器控制分布在大范围内的多片DS18S20器件。
作。
3.3 4×4键盘
用于计算机系统的键盘通常有两类：一类是编码键盘，即键盘上闭合键的识别由专用硬件来实现：另一类是非编码键盘，即键盘上闭合键的识别由软件来完成。本次毕业设计采用的是4×4矩阵键盘，矩阵键盘由行线与列线组成，按键位于行列线的交叉点上。如图3-3所示，一个4×4的行列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵键盘较之独立式键盘要节省很多的I/O口线。
本次毕业设计中键盘的设计思路如下：
对P1赋值使P1=0xff，然后令第一行即P1.0等于零，如果第一行有按键按下，则P1.4至P1.7的值会发生变化：如果第一个按键按下，则P1.4等于0；如果第二个按键按下，则P1.5等于0；如果第三个按键按下，则P1.6等于0；如果第四个按键按下，则P1.7等于0。按此规律，直至第四行扫描完成。
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图3-3为键盘的原理图
在此系统中，键盘用于设定温度值，只是CPU的工作内容之一。CPU对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际运用系统中CPU的工作状况而定，其选择的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘的工作方式有3种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描，本次毕业设计采用中断扫描。采用编程扫描或定时扫描，无论是否有键按下，CPU都要定时扫描，而按键按下不是经常发生的事件，这样CPU对键盘会时常进行空扫描。为进一步提高CPU的工作效率，故选用中断扫描，其工作过程如下：当无键按下，CPU处理自己的工作，当键盘上有键按下时才产生一个外部中断请求，CPU响应键盘中断请求，在中断服务子程序中扫描并判别键盘上闭合的键号，求出输入的数值。CPU对键盘上闭合键的键号进行确定，可以根据行线和列线的状态确定；也可以预先在程序存储器中放入键盘键值表，本次毕业设计采用前者。
3.4数码管
在单片机应用系统中通常使用的是七段LED，这种显示器的结构如图2-1所示，共有8个发光二极管，其中7个发光二极管七段字形“8”，一个发光二极管构成小数点。本次毕业设计用的是四位共阴极数码管，数码管的发光二极管阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平，即逻辑“1”时，发光二极管点亮。
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如图3-4所示，P0口接一个5V的上拉电阻，P0.0-P0.7依次与数码管的A-DP相接，构成数码管的段选，P2.0-P2.3依次与1-4相接，构成数码管的位选。
图3-4 数码管显示原理图
LED显示器工作原理：点亮显示器有静态和动态两种方法。所谓静态显示，就是当显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止，如上图中七段显示器的a、b、c、d、e、f导通，g截止，则显示“0”。这种显示方式每一位显示器都需要有一个8位输出口控制，其优点是显示稳定，无闪烁，缺点是占用口线多，适用于显示位数较少的场合。当显示位数较多时，一般采用动态显示方法。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各位显示器，对于每一位显示器来说每隔一段时间点亮一次。由于循环显示的频率高较高时，利用人眼的暂留特性，看不出闪烁现象，显示器的点亮既跟点亮时的导通电流有关，也跟点亮时间和间隔时间有关，调整电流和时间的参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示的位数不大于8位，则控制显示器的公共电极只需一个I/O口控制各位显示器，所显示的字形也只需一个I/O口。
LED数码管分为共阳极和共阴极，不同的共极方式，显示同样的字符，数码管的段选是不同的，如下表1为七段共阴极LED字型码。
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表1 七段共阴极LED段字型码
显示字符
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
dp 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
G 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1
f 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1
e 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0
d 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1
c 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
b 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1
a 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1
共阴极 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH
3.5光电耦合器
光电隔离器件从大的方面来看，可粗略的分为光耦合器及应用光耦合器或其他电子器件制成或应用光耦合器制成的器件。
光耦合器因可实现输入与输出电位上的严格隔离，所以在电力电子设备中晶闸管的门极控制与全控型器件的驱动及信号传输实现输入输出的隔离等方面都得到了广泛的应用,光电耦合器虽种类较多，内部结构有所不同，其速度也有差别，但其基本特性和参数定义却有共同点。在光电耦合器内部，由于发光二极管和光敏管之间的耦合电容很小，所以共模输入电压通过极间耦合电容对电流Ic的影响很小，因而共模抑制比很高。
光电耦合器中光敏管的集电极电流与发光二极管的注入电流之比称之为电流传输比。对于微小变量输出电流与注入电流之比叫微变电流传输。对于线性度比较好的光耦合器，以上两者近似相等。
光耦合器的发光二极管和光敏晶体管之间额隔离电阻（绝缘电阻）较大 ,隔离电压为500～4000V，有的可达10KV，隔离电容小于2pF。光耦合器与晶体管一样，可以线性工作，也可开关状态工作。在电源的驱动电路中，光耦合器一般用来传送脉冲信号，所以光耦合器工作在开关状态。在高频工作时，应考虑光耦合器的响应时间。发光二极管电阻Ri的大小影响光耦合器的响应时间，Ri越小，光耦合器响应的时间越短，所以，在实际应用中，在光耦合器允许的集电极电流范围内，尽量减小负载电阻，以提高光耦合器的响应速度。
MOC3041是直流输入双向晶闸管输出的光耦合器。该器件有输入、输出两部分组成，它的输入端有两个引脚，输入极是一个砷化镓红外发光二极管，工作时该二极管发出足够的红外光，触发输出部分，它的输出端也有两个引脚组成，输出极为具有过零触发的光控双向晶闸管，当红外发光二极管中通过5～15mA的正向电流时，发出红外光，输出极的双向晶闸管的光敏基极受到红
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