南华大学电气工程学院毕业设计（论文）
半导体IC温度传感器是利用半导体PN结的电流、电压与温度变换关系来测温的一种感温元件。这种传感器输出线性好、精度高，而且可以把传感器驱动电路、信号处理电路等，与温度传感器部分集成在同一硅片上，体积小，使用方便，应用比较广泛的有AD590等。IC温度传感器在微型计算机控制系统中，通常用于室温或环境温度的检测，以便微型计算机对温度测量值进行补偿。
方案四：半导体集成数字温度传感器
随着科学技术的不断进步和发展，新型温度传感器的种类繁多，应用逐渐广泛，并且开始由模拟式向着数字式、单总线式、双总线式、多总线式发展。数字温度传感器，更因适合与各种微处理器的I/O接口相连接，组成自动温度控制系统，这种系统克服了模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D 转换器的弊端，被广泛应用于工业控制、电子测温、医疗仪器等各种温度控制系统中，数字温度传感器中比较有代表性的有DS18B20 等。
电子设计中常用的几种温度传感器的性能、价格等的对比，如表 2.1 所示：
表 2.1 传感器对比
Pt100与AD590 都不能与单片机的I/O口直接相连,需要设计信号调理电路，A/D 转换电路。而DS18B20是数字温度传感器并且采用单总线技术，使该传感器不但可以直接与单片机I/O口相连，并且只需要一个I/O就可以连接多个温度传感器，实现多点温度测量与控制。所以使用数字温度传感器 DS18B20不但可以节约单片机I/O口还能使系统设计成本降低。
传感器 产地 量程 精度 供电电压 AD590 美国 Pt100 德国 DS18B20 美国 -50℃~+150℃ -200℃~+450℃ -55℃~+125℃ ±0.3℃ +4V~+30V ±0.25℃ +13V~+36V 模拟信号 ±0.5℃ +3.0V~+5.5V 数字信号 输出信号类型 模拟信号 第 6 页 共 73 页
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2.2.3 人机交互与串口通信
按键是现阶段电子设计中最常用、最实用的输入设备。按键能够成为最普遍的输入设备，主要是其具备了以下几个优点：工作原理、硬件电路连接简单、操作实用性强、价格便宜，程序编写简单。缺点：机械抖动比较严重、外型不够美观。本系统因为按键只有三个，故采用独立按键的方式。
与单片机接口的常用显示器件分为LED和LCD两大类。LED大屏幕显示方式分为静态显示和动态显示，一般使用动态显示。LCD的按控制方式可以分为含控制器式(内置式)和不含控制器式，内置式LCD只需通过控制器接口外接数字信号或模拟信号即可；不含控制器的LCD还需另外选配相应的控制器和驱动器才能工作。LCD显示的驱动方式有静态驱动方式、动态驱动方式和双频驱动方式。单片机与字符型LCD显示模块的连接方法分为直接访问和间接访问，数据传输的形式分为8位和4位。各类液晶显示控制器的结构各异，指令系统也不同，但其控制过程基本相同。
本系统中，考虑到显示的信息不多，故选用液晶显示器LCD1602。这款液晶显示器与单片机接口简单，可显示两行，每行16个字符，能满足本系统的要求。
串行通信的主要功能是实现单片机与PC 机的数据交换，当需要进行数据记录、数据统计、数据分析的时候，可以把数据发送给上位机，使用上位机进行数据处理，并且将数据处理的结果又发送给单片机。这样可以大大提高系统数据处理速度，还可以方便的对单片机进行控制。计算机与外界的数据传送大部分都是串行的，其传距离可以从几米到几千米。
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3 硬件设计
本部分详细介绍基于AT89S51单片机的嵌入式温度采集控制系统的硬件设计。硬件系统所需要完成的功能是将温度传感器DS18B20采集到的温度信号，输送到AT89S51单片机的I/O口，然后把单片机数据处理后的结果，送至LCD1602进行显示，把键盘设置的系统参数送到单片机I/O口，把单片机控制信号送到执行单元。本系统硬件设计主要包括温度传感器电路、LCD电路、按键电路、电源系统电路、串口通信电路、加热执行电路的设计。
3.1 系统结构框图
本系统中以DS18B20传感器作为温度信号采集与转换单元；AT89S51单片机作为数据处理和控制单元；LCD1602作为数据输出显示单元；按键作为系统参数设置单元；RS232作为串口通信单元；双向可控硅作为控制执行单元；蜂鸣器作为超温报警单元。硬件结构框图，如图3.1所示：
图 3.1 硬件结构框图
报警电路 按键输入 液晶显示 复位电路 时钟电路 电阻 温度控制电路 单 数字温度传感 炉 片 串口通信 机 状态指示电路 AT89S51单片机：AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能
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3.2 单片机主控单元
CMOS 8位单片机，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，
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兼容标准 8051指令系统及引脚。4 K字节可系统编程的Flash程序存储器，128 字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗(WDT)，两个数据指针，两个6位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式，空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作，并禁止其它所有部件工作，直到下一个硬件复位。AT89S51引脚结构图如图3.1所示：
图3.1 AT89S51引脚结构图
AT89S51的引脚的主要功能如下： 1．电源引脚Vcc和Vss ：接+5V电源 Vcc（40脚）：接地端 Vss（20脚）
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2. 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1（19脚)：接外部晶体和微调电容的一端。在片内，它是振荡电路反相放大器的输入端。当采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。
XTAL2（18脚）：接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是振荡电路反相放大器的输出端。若采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。要检查AT89S51的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出。
3. 控制信号引脚
RST/VPD（9脚）：RST是复位信号输入端，高电平有效。当振荡器运行时，在此引脚上加上两个机器周期的高电平将使单片机复位。复位后，应使此引脚电平为?0.5V的低电平，以保证单片机正常工作。
掉电期间，此引脚可接备用电源（VPD），以保持内部RAM中的数据不丢失。当Vcc下降到低于规定值，而VPD在其规定的电压范围内（5?0.5V）时，VPD就向内部RAM提供备用电源。
ALE（30脚）：地址锁存允许信号端。CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。即使不访问外部存贮器，ALE端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的1/6。但是，每当访问外部数据存贮器时在两个机器周期中ALE只出现一次，即丢失一个ALE脉冲。ALE端可以驱动8个TTL负载。
：此输出为单片机内访问外部程序存贮器的读选通信号。在PSEN（29脚）
从外部程序存贮器取指令（或常数）期间，每个机器周期PSEN两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存贮器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动8个TTL负载。
EA/VPP（31脚）：当EA端保持高电平时，单片机访问的是内部程序存贮器，
但当PC值超过某值时，将自动转向执行外部程序存贮器内的程序。当EA端保持低电平时，则不管是否有内部程序存贮器而只访问外部程序存贮器。
2．输入/输出引脚
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