西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告 积极小的芯片当中，实现了温度传感器的数字式输出、且免调试、免标定、免外围电路。极大方便了温度传感器在测控领域的应用，因而该传感器在数字式温湿度测控领域有着广泛的应用前景
方案三：DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃；可编程 的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温，典型的转换时间为200ms；用户可以设定温度的上下限；独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。DS1820具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，所以在测量领域得到广泛的运用。
2.3 方案选择
现代传感器在原理和结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测控环境合理地选择传感器，是单片机测控系统首先要解决的问题。当传感器选定后，与之相配套的测控电路也就可以确定了。测控结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选择是否合理。作为单片机控制系统的前向通道的关键部件，在选择传感器时应考虑以下几个方面的：①根据测控对象与测控环境确定传感器的类型；②灵敏度的选择，通常情况下，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好；③频率响应特性，频率响应特性决定了被测量的频率范围，频率响应好，可测信号的频率范围就越宽；④线性范围，线性范围越宽，其量程越大，并且能保证一定的精度；⑤稳定性，稳定性是指其性能保持不变化的能力；⑥精度的选择，传感器的精度越高，其价格越贵，因此传感器的精度只是满足整个测控系统的精度要求就可以了，不必选得过高。
方案的选择即是传感器的选择。对比三种方案可以得知，方案一是采用模拟式温度传感器，方案二和方案三都采用数字式温度传感器。模拟式温度传感器输出的是随温度变化的模拟量信号。其特点是输出响应速度较快和MPU接口复杂。热敏电阻精度低，灵敏度高，价格最低。数字式温度传感器输出的是随温度变化的数字量，更直观，与模拟输出相比，它输出速度响应较慢，但容易与MPU接口。能输出温度数据及相关的温度控制量；能以最简方式构成高性价比、多功能的智能化温度控制系统；能在硬件的基础上通过软件编程来实现测试功能。所以数字式温度传感器才是今后发展的方向。而SHT71与DS18B20相比，前者精度较高，转换速度较快，但性价比不高，单片价格在一百左右，DS18B20相对而言价格较低在十块左右。考虑到我们设计的目的和要求不是很精密严格。所以我们选择方案三以DS18B20数字温度传感器进行后续设计。
第 4 页
西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告 3 硬件设计
本节主要介绍系统中单片机STC89C52外围电路重要模块的功能和电路原理图分析。并对电路中的核心器件进行必要的说明。
3.1 单元模块设计
3.1.1 时钟和复位电路
图3.1晶振电路 图3.2 复位电路
单片机STC89C52使用的时钟电路比较简单，我们采用的是晶体振荡器产生时钟源。XTAL1（X1）为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2(X2)是来自反向振荡器的输出，分别接到单片机的19脚和18脚。为了方便使用其他晶振，所以我们使用插座来安装晶振，其电路原理图如图3.1所示。单片机复位电路的设计如图3.2所示。该复位电路采用手动复位与上电复位相结合的方式。当按下按键S22时，VCC通过R22电阻给复位输入端口一个高电平，实现复位功能，即手动复位这样就不用在重起单片机电源。上电复位就是VCC通过电阻R2和电容C构成回路，该回路是一个对电容C充电和放电的电路，所以复位端口得到一个周期性变化的电压值，并且有一定时间的电压值高于CPU复位电压，实现上电复位功能。 3.1.2 报警电路
图3.3 报警电路
第 5 页
西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告 报警电路用一个三极管驱动一只蜂鸣器组成，驱动信号由芯片的管脚IN1T控制。当显示的温度不在设定的温度范围内，即不在TL与TH之间则驱动蜂鸣器发声报警，其电路如图3.3所示。 3.1.3 数码显示电路
图3.4 数码显示电路
数码显示电路主要作用是用来显示实际的环境温度值。通过单片机控制实现数码管动态显示，即温度值实时刷新。实际的电路中我们采用静态驱动，这样程序电路都比较简单，显示亮度也高，但占用的I/O口比较多。动态驱动需要增加译码驱动，增加了硬件的复杂性。P0口驱动连接数码管的位码，即选通8个数码管；P2口驱动连接数码管的段码，即输出要显示的温度值。选通数码管是通过P0口接上拉电阻再接三极管9012。由于9012是PNP型三极管，所以单片机选通某个片选时就给对应的三极管一个低电平，此时三极管处于饱和区，饱和导通就相当于开关开路；反之高电平处于截止区，截止可以当作开关断开。在数码管动态显示中,只要扫描的时间足够快,虽然在一个时刻只有一位数码管发光,但却可以看到8 位数码管“同时”显示的效果。电路原理图如图3.4所示。
第 6 页
西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告 3.1.4 电源电路
图3.5 5V电源电路
电源电路主要是为系统提供电源，因为单片机STC89C52需要供电5V，而外围电路可以用5V电源。电路可以由电源变压器T、电桥U、电容C以及芯片7805组成。电源是由电源变压器T降压后送入电桥U整流再经C滤波，然后由CW7805稳定后提供给电路工作。由于我们需要在通过计算机下载程序，而USB输出电压也刚好是5V，所以我们为了方便采用USB供电。原理图如图3.5所示。 3.1.5 按键电路
图3.6 按键电路
按键电路具体电路如图3.7所示。在本次设计中，我们只用到三个按键，分别为S18，S19，S20，由于S21用的是单片机P3.3口，而P3.3口是按键和蜂鸣器的复用口，为了简便，我们没有用到此按键。S18按键为调整键，此按键按下一次，则为调整上限值，按下两次则为调整下限值，按下三次则将设定的上限值和下限值写入到传感器中，并恢复到正常测温模式。S19为递增按键，当按下此键时，上限值或下限值增加1，S20为递减键，按下此键，上限值或下限值减少1 。
第 7 页
西华大学电气信息学院智能化电子系统设计报告 3.1.6 串口通信电路
图3.7 串行通信电路
Max232是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。该器件包含2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
3.2 核心器件介绍
3.2.1 单片机STC89C52介绍
单片机STC89C52RC是8位高性能MCU，超低功耗：掉电模式下典型功耗<0．1 LLA，空闲模式下典型功耗2 mA．正常工作模式下典型功耗4 7 mA 具有8kF1ash存储器、512 kB RAM、2k E2pROM、降低EMI功能、ISP(在系统可编程)功能 单片机内部的看门狗电路经过特殊处理．是真正的看门狗．可放心省去外部看门狗 缺省为关闭．打开后无法关闭，单倍速和双倍速可反复设置。
单片机STC89C52和各个模块的接口主要是对STC89C52的I/O口进行约束，规定其为输出还是输入，输入主要是按键电路部分和时钟，输出则为报警和显示部分，其I/O分配如下图3.8所示。
第 8 页