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成，提出了系统的硬件结构框图；阐述了主要元器件的选取原则，并对主要芯片做了简要介绍；最后给出了软件设计方案和编程语言的选择。
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3 系统的硬件设计
本章详细介绍多功能鱼缸智能控制器的硬件结构和设计。主要包括数据存储/复位电路模块设计、时钟电路模块设计、系统电源模块设计、键盘控制与显示模块设计、温度控制模块设计、输出控制电路模块设计以及电路原理图等。详细阐明各电路设计中芯片的选型，芯片的内部组成、性能参数和功能特点，并设计出具体的硬件电路，下面就各部分主要电路做介绍。
3.1硬件总体结构
硬件和软件设计是单片机系统的两个重要方面。本章主要论述该系统的硬件电路设计。本系统在硬件电路设计时，主要从以下原则出发：
1．硬件电路设计与软件设计相结合优化硬件电路。一些由硬件实现的功能可用软件来实现，反过来一些由软件实现的功能也可用硬件来完成。用软件来实现硬件的功能时，其响应时间比用硬件实现长，还要占用CPU时间。但是用软件实现硬件的功能可以简化硬件结构，提高硬件电路的可靠性，系统升级简化等优点，还可降低成本，因此在本系统的设计过程中，在满足可行性和实时性的前提下尽可能地将硬件功能用软件来实现。
2．可靠性及抗干扰设计，根据可靠性设计理论，系统所用芯片数量越少，系统的平局无故障时间越长，而且所用芯片数量越少，地址数据总线在电路板上受干扰的可能性就越少，因此单片机基本系统的设计思想是在满足功能的情况下力争使用较少数量的芯片及线路，系统选用的DS18B20数字温度传感器也基于这方面的考虑。本系统大都采用了功能先进的DIP器件，因此从组件数、电路板空间、功耗、抗干扰及系统成本上都得以大幅度改善。
3．灵活的功能升级及系统扩展。一次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面，系统需要不断完善，需要进行功能升级；并且，在设计时应考虑到系统在以后应用中扩展的方便性。功能扩展时系统应在原设计不需做很大变动的情况下，修改软件和少量硬件甚至不修改硬件就能完成。功能扩展是否灵活是衡量一个系统优劣的重要指针。
根据系统要求及上面几个硬件设计原则，确定系统硬件原理图。系统以单片机STC89C52DIP为中央处理单元，由感温原件、水位传感器、LED数码管显示、蜂鸣器报警、1302时钟电路组成。下面对主要的电路设计做详细介绍。
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3.2主要元器件的选取 3.2.1 单片机的选取
单片机按照其基本操作处理的位数可分为：1位机、4位机、8位机、16位机、32位机等。其中1位机和4位机结构简单，成本很低，但指令不丰富，且编程复杂，可用于简单的校制；16位机和32位单片机集成度高，性能优越，但是其价格目前比较贵，从而限制了广泛的应用；而8位单片机小巧灵活，指令丰富，性价比极高的优势使其产品占领目前整个单片机市场的60%以上份额，可以说8位单片机将在今后一段时间内仍是工业检测控制的主流机型。现在世界上比较著名的单片机生产厂家有美国INTEL公司，MOTOROLA公司，TI公司，MAXIM公司，NS公司，ATMEL公司等。
近年来，随着美国ATMEL公司的AT89系列单片机的推出和单片机C语言的广泛应用，MCS-51单片机有了进一步的活力.AT89系列以MCS-51为内核，兼容了MCS-51的硬件和软件，其主要优点在于：片内的程序存贮器采用闪烁存贮技术，具有电可擦除，电可编程，且编程和擦除时间短（4K字节存贮器编程约3秒，擦除时间10ms），并可反复编程，数据不易挥发，而且加密功能也大大增加了，能有效的防止用户程序被复制。时钟频率的提高使运算速度也加快了。产品中的20脚封装形式的机种，使其体积更小，更具应用灵活性，可方便的应用于家电产品及小型仪器仪表。 AT89系列单片机主要产品类型和特点如下表2-2。
表3-1 AT89XX系列芯片 单片机型号/存贮容量和类型 AT89C51/4KEEPROM AT89C52/8KEEPROM AT89C1051/1KEEPROM AT89C2051/2KEEPROM RAM 128 256 128 128 16为定时器个数 2 3 2 2 中断源个数 5 8 5 5 最高晶振频率/MHZ 24 24 24 24 封装引脚个数 40 40 20 20 经综合考虑，本系统决定选用美国ATMEL公司生产的AT89C52型单片机作为主控制器芯片，这种机型是该公司近几年推出的机型，其市场价仅几元/片左右，性价比极高，所以一经推出就得到了广大用户的青睐。 AT89C52芯片介绍
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k Bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256Bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为开发者提供许多较复杂系统控制应
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用场合。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可有效地降低开发成本。
图3-1 AT89C52引脚图 图3-2 AT89C51引脚图 其主要功能特性 兼容MCS51指令系统 32个双向I/O口 时钟频率0-24MHZ 2个串行中断 2个外部中断源 2个读写中断口线 低功耗空闲和掉电模式
8k可反复擦写（>1000次）flash ROM 256x8bit内部RAM
3个16位可编程定时/计数器中断 可编程UART串行通道 共6个中断源 3级加密位
软件设置睡眠和唤醒功能
由于AT89C52单片机内部片内资源丰富，有8K字节的闪烁存贮器，而本系统下位机程序主要用单片机C语言编写，编译后生成的代码较为简短，效率较高，8K字节的程序控件足够使用，且多余的程序存贮空间可作为将来扩展系统使用，故选此机型可以不必在外部再扩展程序存贮器，这样可以简化系统电路，减少系统成本。
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3.2.2 3-8译码器和LED数码管动态显示的选取
由于本设计用到6个LED数码管，而且LED静态显示需要占用较多的I/O口，且功耗较大，所以就采用动态扫描的方法来控制LED数码管的显示。 1.3-8译码器介绍
74hc138 3-8线译码器,译码器也称解码器，译码过程实际上是一种翻译过程,即编码的逆过程。译码器的输入是n位二值代码，输出是m个表征代码原意的状态信号（或另一种代码）。一般情况下有m小于等于2的n次方，即译码器输入线比输出线要少。译码器按其功能可分为三大类；
（1）变量译码器：将输入的二进制代码还原为原始输入信号。例如有两位二进制代码（0 ，1），可经译码器还原为四个信号状态（0，0）（0，1）（1，0) (1，1)
（2）代码变换译码器：用于将一个数据的不同代码之间的相互转换。例如二－十进制译码器可将8421码转换为十个状态。
（3）显示译码器：将数字、文字或符号的代码还原成相应的数字、文字、符号并显示出来的电路
74hc138 3-8线译码器/CD74HC138 ，CD74HC238和CD74HCT138 ， CD74HCT238是高速硅栅CMOS解码器，适合内存地址解码或数据路由应用。
hc138 作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在 高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。HC138 按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从8 个输出端中译出一个
低电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24 线译码器不需外接门;扩展成32 线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端。
图3-3 38译码器引脚图
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