安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）
功能强大等特点，支持16位32位双指令集，能很好的兼容8位/16位器件，共有37个寄存器，是目前应用于嵌入式系统的主流处理器[9]。因此，使用ARM处理器来作为本课题的主控制芯片是可行的，但是其成本相对较高。 方案二：
51内核单片机是典型的微控制器，其广泛应用于工业控制领域。目前应用广泛的单片机类型有51单片机、AVR单片机、PIC单片机等。其中STC12C5A60S2单片机属于增强型单片机，具有高速，宽电压，低功耗，低成本,根据本课题的设计要求可知，使用51单片机实现所有功能。
根据以上说明可知，方案一功能强大，但是由于成本相对较高，而方案二也可以实现课题所有要求，并且成本非常低。因此本课题决定采用方案二，单片机STC12C5A60S2单片机作为主机主控制芯片，而从机控制芯片则选择成本更低的AT89C51单片机作为控制芯片。 2.2.2 显示模块
方案一：
1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶，能够同时显示32个字符（16列2行）。具有微功耗，体质小，显示内容丰富，超薄轻巧，成本低等特点。可以使用其作为本课题的显示模块。 方案二：
LCD12864是一种具有4位/8位并行，2线或3线串行多种接口方式，其中包含了国际一级，二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，其分辨率为 128x64。使用该液晶可以在满足要求的同时还可以显示图像文字。并且具有操作简单，低电压低功耗，功能强大等特点。
根据以上说明可知，由于本课题需要测量显示的数据较多，并且需要根据特定要求进行人机交互设置操作，因此选择方案二中的LCD1602作为主机模块的液晶显示模块可以达到很好的显示效果，且价格低廉。 2.2.3 温度测量
方案一：
使用热敏电阻作为感温器件。音位热敏电阻为半导体材料，且为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化则会造成大的阻值改变，因此本试验中它是最灵敏的温度传感器。热敏电阻具有灵敏度高，工作温度范围宽，体质小使用方便等特点。但是由于热敏电阻的线性度极差，不易控制，因此用来测量温度的精度就相应的降低了。 方案二：
使用DS18B20数字测温传感器作为测温元件。它只用一条线进行输入输出，因而与之接口的微处理器也只需要一条口线与之通信。它不需要任何外围元件即可检测温度，并转换成数字量传给上位机（微处理器）。这种单线传输方式，大大提高了系统的抗干扰性，适合在恶劣环境的现场进行温度测量。并且由于DS18B20本身测温系统简单，测温精度高，连续方便，占用口线少,测温误差小，分辨力高，抗干扰能力较强，能远程传输数据，而且用户可设定温度上、下限，使其具有越限自动报警功能，并且自带串行总线接口，适配各种微控制器，因此本次设计选用DS18B20作为测温元件。
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田丰：基于单片机的温度控制器的设计
第 3 章 温度控制器的硬件电路设计
3.1 51单片机的介绍与选择
51单片机系列是将运算器、控制器、存储器和各种输入／输出接口等计算机的主要部件集成在一块芯片上，使其具备其全部功能，这样就能得到一个单芯片的微型计算机。它虽然只是一个单个芯片，但它的组成和功能上已经具有了计算机系统的特点，因此称之为单片微型计算机(Single-ChipMicrocomputer)，简称单片机。又因为其体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高，特别适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。因此本次毕业设计所采用的是 AT89C51。以下简述本次毕业设计所用到的与其相关的知识[10]。
1、主要特性：
（1）与MCS-51 兼容，
（2） 4K 字节可编程闪烁存储器，寿命为1000 次写/擦循环，数据可保留时间为10 年 ，
（3）全静态工作：0Hz-24Hz ， （4）三级程序存储器锁定 ， （5）128X8 位内部RAM ，
（6）4 个I/O端口，共32 根可编程口线 ， （7）两个16 位定时器/计数器， （8）5 个中断源， （9）可编程串行通道 ，
（10）低功耗的闲置和掉电模式， （11）片内振荡器和时钟电路 ， 2、管脚说明：
AT89C51的管脚布置如图3-2 所示 VCC：供电电压。 GND：接地。
P0：P0 口为一个8 位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL 门电流。当P1 口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时P0 外部必须被拉高。
P1：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。
P2：P2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4 个TTL 门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3：P3 口管脚是8 个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4 个TTL 门电
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流。当P3 口写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示:P3口管脚备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）； P3.1 TXD（串行输出口）； P3.2 /INT0（外部中断0）； P3.3 /INT1（外部中断1）； 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：复位输入端，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）。见插图3-1 AT89C51管脚,由此单片机构成的最小单片机原理图如图3-1，表3-1为P3引脚功能表。
表3-1 P3引脚功能表 端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 第二功能 RXD (串行输入口) TXD (串行输出口) INT0 (外部中断0) INT1 (外部中断1) T0（定时器0） T1（定时器1） ER（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） 7
田丰：基于单片机的温度控制器的设计
SV1234567891011121314151617181920P11P10P12P13P14P15P16P17RSTP30/RXDP31/TXDP32/INT0P33/INT1P34/T0P35/T1P36/WRP37/RDXTAL2XTAL1GNDVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EAALEPSENP27P26P25P24P23P22P21P204039383736353433323130292827262524232221VCCSVS15V
图3-1 最小的单片机原理图
3.2温度传感器的介绍与选择 3.2.1 DS18B20性能
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[11]。
3.2.2 DS18B20外形及引脚说明
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。
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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-Wire 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。
6、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，但是不能正常的工作。 3.2.3 DS18B20接线原理图
由上DS18B20原理,画出DS18B20接线原理图如图3-2
存储器与控制逻辑VD1CGNB内部VDDVD264位ROM和单总线接口高速缓存电源检测温度传感器高温触发器低温触发器配置寄存器8位CRG发生器 图3-2 DS18B20接线原理图
3.3 模数转换部分
模数转换是将模拟输入信号转换为 N 位二进制数字输出信号的技术。采用数字信号处理能够方便地实现各种先进的自适应算法，完成模拟电路无法实现的功能，因此，越 来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。与之相应的是，作为模拟系统和数字系 统之间桥梁的模数转换的应用日趋广泛。为了满足市场的需求，各芯片制造公司不断推出性能更加先进的新产品、新技术，令人目不暇接[12]。 3.3.1 模数转换技术
本次设计还涉及到数模转换技术，而模数转换技术包括采样、保持、量化和编码四 个过程。
1．采样就是将一个连续变化的模拟信号 x(t)转换成时间上离散的采样信号 x(n)。
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