第2章 整体方案设计
本设计的整体思路是：检测环境温度和直接输出数字温度信号给单片机AT89C52处理温度传感器采用DS18B20，LED数码管显示当前温度值与设定温度值。所设定的温度值只能是一个整数，而当前环境温度可以精确地检测到小数点。同时，采用脉宽调制方法改变直流风扇电机的转速。并通过两个按钮来改变预设温度的大小，一个预设的温度，另一个降低预设的温度。系统结构框图如图2-1所示。
温度显示 DS18B20 独立按键 AT89C52 PWM驱动电路 直流电机 复位 晶振
图2-1 系统构成框图
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第3章 各单元模块的硬件设计
系统的主要设备包括DS18B20温度传感器，由AT89C52单片机、五位LED共阴极数码管、风扇电机、反向驱动ULN2803达林顿。该辅助装置包括电阻器、电容器、电源、钥匙、拨号开关等。
3.1 系统器件简介
3.1.1 DS18B20单线数字温度传感器简介
DS18B20数字温度传感器，是由美国达拉斯半导体公司的DS18B20数字温度传感器芯片用于网络的包装，它具有体积小、功耗低、性能高、抗干扰能力强，易于与微处理器的优点，可以直接转换成串行数字信号处理器的温度。各种小空间设备的数字温度测量与控制领域。
DS18B20的主要特点：测量结果直接以数字信号的形式输出发送到CPU的“一线总线”串行，同时可传送CRC校验码，具有较强的抗干扰能力的误差校正；温度测量范围为55±125°C，在10 + 85°C时的准确性。0.5 C；可检测9 ~ 12温度分辨率，相应的分解温度为0.5度，0.25度，0.125度和0.0625度，可以实现高精度的温度；其独特的单线接口与微处理器相连接时，只有一个端口，可以实现与微处理器的支持双向通信；多点网络的功能，即多个DS18B20可以并联在三线，实现了多网络；工作电压范围宽，其范围从3至5.5V。
DS18B20的内部结构主要有四部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL配置。针有三针：数字信号端子，接地是电源，VDD为电源输入端。
3.1.2 达林顿反向驱动器ULN2803简介
本系统要用单片机控制风扇直流电机，需要加驱动电路，为直流电机提供足够大的驱动电流。在本系统驱动电路中，选用达林顿反向驱动器ULN2803来驱动风扇直流电机。ULN2803在使用时接口简单，操作方便，可为电机提供较大的驱动电流，它实际上是一个集成芯片，单块芯片可同时驱动8个电机。每个电机由单片机的一个I/O口输出的为5V的TTL信号。
UNL2803由8个NPN达林顿晶体管组装而成，共18个引脚，引脚1～8分别是8路驱动器的输入端，输入信号可直接是TTL或是CMOS信号；引脚11～
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18分别是8路驱动器的输出端；引脚9为接地线，引脚10为电源输入。当输入TTL信号为5V或CMOS信号为6～15V时，输出的最大电压为50V，最大电流为500mA，工作温度范围为0～70℃。本系统选用的电机为12V直流无刷电机，可用ULN2803来驱动。 3.1.3 AT89C52单片机简介
AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是由ATMEL公司生产的一个低电压、高性能的8位单片机，片内器件采用ATMEL公司的非易失性、高密度存储技术 ，与标准的MCS-51指令系统兼容，同时片内设置有通用8位中央处理器和8k字节的可反复擦写的只读程序存储器ROM以及256字节的数据存储器RAM，在许多较复杂的控制系统中AT89C52单片机得到了广泛的应用。AT89C52有40个引脚，各引脚介绍如下： 3.1.4 LED数码管简介
本系统选用五个LED数码管来进行温度显示。LED又称为数码管，它主要有8段发光二极管组成的不同组合，其中a～g为数字和字符显示段，dp为小数点的显示，通过a～g这7个发光二极管点亮的不同组合，可以显示0～9和A～F共16个数字和字母。LED数码管可以分为共阴极和共阳极两种结构，如图3-2（a）和图3-2（b）所示。共阴极结构把8个发光二极管阴极连接在一起，共阳极结构是把8个发光二极管阳极连接在一起。通过单片机引脚输出高低电平，可使数码管显示相应的数字或字母，这种使数码管显示字形的数据称字形码，又称段选码。
3-1 七段LED的段选码表
显示字符 共阴极段码 共阳极段码 显示字符 共阴极段码 共阳极段码 0 1 2 3 4 3FH 06H 5BH 4FH 66H C0H F9H A4H B0H 99H 8 9 A B C 7FH 6FH 77H 7FH 39H 80H 90H 88H 83H C6H 4
5 6 7
6DH 7DH 07H 92H 82H F8H D E F 3FH 79H 71H A1H 86H 8EH 一个共阴极数码管接至单片机的电路，要想显示“7”，须a、b、c这3个显示段发光（即这3个字段为高电平）只要在P0口输入00000111（07H）即可。这里07H即为数字7的段选码。字形与段选码的关系见表3-1所示。
3.2电路设计
3.2.1 开关复位与晶振电路
在单片机应用系统中，单片机本身需要复位，外部扩展的I / O接口电路还需要复位，所以需要一个上电复位电路，包括电源和复位按钮。单片机XTAL1和XTAL2用于连接外部石英晶体和微调电容器，是用于连接控制器振荡器定时反馈回路。复位和晶振电路如图3-3所示。开关的设计，当你按下按钮开关S1，系统复位。其中电容C1、C2为33pF，C3为10uF，电阻R2、R3阻值为10k，晶振频率为12MHz。
图3-3 系统复位与晶振电路
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3.2.2 独立按键连接电路
按钮包括两个独立按键S2和S3，一端连接口和单片机的P1.4口，而另一端接地。按下按钮时，P1口读取有源低水平。系统上电后，输入键扫描子程序，检查方式确定键，完成初始值的温度设置。S2键每按一次键，与设定值的原型系统，为minusbuttons关键S3，每按一次系统，计算的初始值减一。其连线图如图3-4所示。
图3-4 独立按键连接电路
3.2.3 数码管显示电路
本设计采用5个共阴极数码管作为显示模块，与单片机的接口如图3-5所示。排名前3位的数码管DS1、DS2、DS3是用来显示温度传感器检测采集的温度，精确到0.1摄氏度，显示范围为0至99.9摄氏度；2 DS4数码管后，DS5是用来显示系统设置初始温度只能显示温度显示范围0 ~摄氏99度的整数。所选B，A，C，D，E，F，G 5个数码管段，DP线与单片机的P0.0 ~ P0.7端口，其中P0口需要上拉电阻接一个10K，使单片机的P0口输出高低电平。所选的W1 ~ W5 5位数码管与单片机P2.0 ~ 2.4端口，只要在任何一个输出低电平，则选中与该位相连的数码管。
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