1、本科畢業(yè)論文本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目名稱智能數(shù)字式溫度測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)電信學(xué)號(hào)一、 選題的目的和意義：溫度是工業(yè)對(duì)象中一個(gè)主要的被控參數(shù)，它是一種常見的過(guò)程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過(guò)程。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問(wèn)題。溫度控制是許多機(jī)器的重要的構(gòu)成部分，它的功能是將溫度控制在所需要的溫度范圍內(nèi)，然后進(jìn)行工件的加工與處理。不論是在生活中還是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的變化對(duì)生活、生產(chǎn)的某些細(xì)節(jié)環(huán)節(jié)都會(huì)造成不同程度的影響，所以適時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行控制具有重要的意義。二、 國(guó)內(nèi)外研究

2、綜述：目前，市場(chǎng)上有很多比較先進(jìn)的溫度控制報(bào)警儀，如美國(guó)福祿克公司(fluke corporation)提供的緊湊式高準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)溫度爐，能滿足只有極少公司才可達(dá)到的iecioio 和csa安全標(biāo)準(zhǔn)。其500系列溫控儀有以下特點(diǎn):-45670可選溫度范圍，溫度穩(wěn)定性為0.02，溫度一致性為0.05，溫度不確定性0.1，計(jì)算機(jī)接口包括rs-232標(biāo)準(zhǔn)配置，重量13.6kg，尺寸為318*203*267mm 。福祿克公司旗下的hart公司更是溫度校準(zhǔn)的恒溫槽世界第一銷量的公司，hart設(shè)計(jì)的獨(dú)一無(wú)二的控制技術(shù)能夠給出0.0001的溫度穩(wěn)定性。恒溫槽設(shè)置點(diǎn)的超高分辨力可達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后5位的高精度。另外，

3、還有德國(guó)的lauda公司生產(chǎn)的加熱/冷卻恒溫浴槽、冷卻器，溫度控制精度可達(dá)正負(fù)0.01。這些都是當(dāng)今在溫度控制領(lǐng)域研究出來(lái)的比較先進(jìn)的產(chǎn)品，其勢(shì)頭還將一路發(fā)展下去。進(jìn)入21世紀(jì)后，本領(lǐng)域的研究還將不斷地進(jìn)行，也必將會(huì)有更多、更加先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品問(wèn)世。三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的方法：本系統(tǒng)由于采用了智能溫度傳感器ad7417，它的轉(zhuǎn)換速率極快。它帶有i2c總線接口，進(jìn)行讀、寫操作非常簡(jiǎn)便。它具有數(shù)字化輸出，可測(cè)量遠(yuǎn)距離點(diǎn)溫度。系統(tǒng)具有微型化，微功耗，測(cè)量精度高，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，同時(shí)可測(cè)量5路溫度參數(shù)，報(bào)警的溫度值能方便地設(shè)置。由于有先進(jìn)的看門狗電路，加之a(chǎn)d7417內(nèi)部的故障排隊(duì)計(jì)數(shù)器電路，所

4、以它的抗干擾能力強(qiáng)。它的性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。經(jīng)測(cè)試，它的測(cè)溫范圍是0150，常溫精度可達(dá)1，分辨率達(dá)到了025。溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。本文講的是的是以單片機(jī)at89c52為核心，基于ad7417型5通道精密智能溫度傳感器溫度測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的4通道測(cè)量顯示及超溫報(bào)警功能，并且系統(tǒng)具有一定的抗干擾能力。四、 主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：1 劉樂善.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用.湖南：華中科技大學(xué)出版社.19912 張毅剛.單片微機(jī)原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社.19873 趙茂泰.智

5、能儀器原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社.1994 4 周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.19895 何立民.mcs-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.19926 童詩(shī)白.模擬電路技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社.19847 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社.19958 張毅剛.單片及原理及應(yīng)用北京：高等教育出版社.20059 何立民.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1990五、 指導(dǎo)教師審批意見： 指導(dǎo)教師：（簽名）年 月 日 1 前 言溫度是一個(gè)十分重要的物理量，對(duì)它的測(cè)量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技

6、術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度。在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無(wú)論你生活在哪里，從事什么工作，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打著交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)發(fā)展對(duì)是否能掌握溫度有著絕對(duì)的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說(shuō)幾乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度對(duì)于工業(yè)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展信息科學(xué)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展給控制領(lǐng)域帶來(lái)了巨大的飛躍；控制技術(shù)更加趨向自動(dòng)化和智能化，為無(wú)數(shù)的使用者帶來(lái)了方便。在控制領(lǐng)域里，溫度是一個(gè)常見的名詞，然而它所帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題和所起的作用卻是非同一般的。在控制領(lǐng)域中，對(duì)

7、溫度的控制有著舉足輕重的作用。例如陶瓷的燒烤，只有控制住溫度的適度，才能制作出一件完美的藝術(shù)品，否則只是一件廢品；還有如釀酒的過(guò)程，也需要對(duì)溫度進(jìn)行控制?？梢?，在生活的許多方方面面都有著對(duì)溫度進(jìn)行感知和控制的需要。本課題就是一個(gè)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，采集和超溫報(bào)警的多路溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來(lái)越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來(lái)越明顯

8、。最廣義地來(lái)說(shuō)，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國(guó)際電工委員(iec: international electrotechnical committee)的定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照gopel等的說(shuō)法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。由于傳感器能將各種物理量、化學(xué)量和生物量等信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，使得人們可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、信息處理和自動(dòng)控制，但是它們都不同程度

9、地存在溫漂和非線性等影響因素。傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。因此，不僅必須掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號(hào)的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過(guò)對(duì)傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和信息處理結(jié)合起來(lái)，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應(yīng)用。另一方面，傳感器的被測(cè)信號(hào)來(lái)自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。溫度傳感器是其中重要的一類傳感器。其發(fā)展速度之快，以及其應(yīng)用之廣，并且

10、還有很大潛力。溫度傳感器，使用范圍廣，數(shù)量多，居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下3個(gè)階段：（1）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件），主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。（2）模擬集成溫度傳感器/控制器。（3）智能溫度傳感器。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式想數(shù)字式、集成化向智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ate）的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器、a/d傳感器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路

11、選擇器、中央控制器（cpu）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ram）和只讀存儲(chǔ)器（rom）。智能溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（mcu），并且可通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，即智能化取決于軟件的開發(fā)水平。本系統(tǒng)由于采用了智能溫度傳感器ad7417，它的轉(zhuǎn)換速率極快。它帶有i2c總線接口，進(jìn)行讀、寫操作非常簡(jiǎn)便。它具有數(shù)字化輸出，可測(cè)量遠(yuǎn)距離點(diǎn)溫度。系統(tǒng)具有微型化，微功耗，測(cè)量精度高，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，同時(shí)可測(cè)量5路溫度參數(shù)，報(bào)警的溫度值能方便地設(shè)置。由于有先進(jìn)的看門狗電路，加之a(chǎn)d7417內(nèi)部的故障排隊(duì)計(jì)數(shù)器電路，所以它的抗干擾能力強(qiáng)。它的性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。經(jīng)測(cè)試，它的測(cè)溫范圍是01

12、50，常溫精度可達(dá)1，分辨率達(dá)到了025。進(jìn)入21世紀(jì)后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。本文講的是的是以單片機(jī)at89c52為核心，基于ad7417型5通道精密智能溫度傳感器溫度測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的4通道測(cè)量顯示及超溫報(bào)警功能，并且系統(tǒng)具有一定的抗干擾能力。2 智能數(shù)字式溫度測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)概述2.1智能數(shù)字式溫度測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)原理概述系統(tǒng)原理如下圖2-1所示。系統(tǒng)由4個(gè)外接的溫度傳感器及一個(gè)內(nèi)部溫度傳感器、多通道溫度傳感器控制芯片、顯示器、鍵盤電路、報(bào)警電路、抗干擾電路、單片機(jī)、通信接口及上位

13、機(jī)組成。將溫度傳感器轉(zhuǎn)為電信號(hào)后，經(jīng)過(guò)溫度控制電路交微處理器處理，最后將溫度值顯示并存儲(chǔ)出來(lái)。通過(guò)鍵盤可以控制數(shù)據(jù)的回放，且可以通過(guò)接口與上位機(jī)進(jìn)行通信。系統(tǒng)具有超溫報(bào)警功能。系統(tǒng)的工作原理框圖如下圖2-1所示： 圖2-1 系統(tǒng)原理框圖整個(gè)系統(tǒng)以單片機(jī)at89c52為核心，基于ad7417型5通道精密智能溫度傳感器溫度測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的4通道測(cè)量顯示及超溫報(bào)警功能，并且系統(tǒng)具有一定的抗干擾能力。整個(gè)系統(tǒng)的控制對(duì)象為溫度檢測(cè)對(duì)象， 溫度檢測(cè)元件為多通道智能溫度傳感器控制芯片ad7417，通過(guò)對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量后，將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)數(shù)據(jù)傳給主控芯片at89c52進(jìn)行處理判斷并存儲(chǔ)起來(lái)，同時(shí)將數(shù)

14、據(jù)傳給顯示電路以顯示，如果超溫了，主控芯片再傳送信號(hào)給超溫報(bào)警電路警示。其主要功能包括: （1）溫度的采集與處理顯示； （2）溫度與設(shè)定的上下限溫度進(jìn)行對(duì)比，不符合要求發(fā)出報(bào)警信號(hào)； （3）有的溫度報(bào)警系統(tǒng)還需要加入控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量對(duì)象的控制功能; （4）用看門狗電路實(shí)現(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的穩(wěn)定控制；（5）添加上位機(jī)使單片機(jī)與計(jì)算機(jī)可以聯(lián)機(jī)通信，通過(guò)計(jì)算機(jī)可以儲(chǔ)存數(shù)據(jù)并且控制工業(yè)測(cè)溫報(bào)警流程；智能溫度報(bào)警系統(tǒng)分為以下幾個(gè)部分：（1）數(shù)據(jù)的產(chǎn)生多通道智能溫度傳感器控制芯片ad7417，外接4個(gè)傳感器，外接的4個(gè)傳感器lm35讀取外部環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，把溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)傳送到ad7417中。 （2）

15、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換外接的傳感器l35將轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)傳送到ad7417，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，此溫度數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)置存儲(chǔ)的溫度比較，當(dāng)溫度超過(guò) 高溫設(shè)置寄存器設(shè)置的溫度時(shí)，oti漏極開路輸出，同時(shí)信號(hào)復(fù)位。（3）數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)這里使用的是帶抗干擾芯片它本身自帶存儲(chǔ)功能，本系統(tǒng)采用的3段led數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，溫度數(shù)據(jù)通過(guò)at89c52處理存儲(chǔ)并送顯示器顯示。（4）主控電路單片機(jī)及其外圍電路，包括鍵盤電路，復(fù)位電路以及振蕩電路。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，所占體積較小，性能高，重量輕，反應(yīng)速度較快，讀數(shù)準(zhǔn)確直觀，使模擬功率表的功能大大擴(kuò)充，如若加入通信環(huán)節(jié)以及其他相應(yīng)的環(huán)節(jié)，可以充分實(shí)現(xiàn)用戶用電管

16、理的智能化。其具體的硬件 電路圖如圖2-2所示 圖2-2 硬件電路圖 2.2智能數(shù)字式溫度測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)硬件構(gòu)成及其原理2.2.1多通道智能溫度傳感器控制芯片本系統(tǒng)采用ad7417型5通道精密智能溫度傳感器集成電路，ad7417采用16引腳soic或tssop封裝。ad7417內(nèi)部包括幾個(gè)部分： （1）置溫度傳感器，它是單片帶隙式，可將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)基于電荷分配dac的10位逐次逼近式ad轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。（2）25v基準(zhǔn)電壓源uref，本系統(tǒng)采用外基準(zhǔn)時(shí)，mcl403為25v外基準(zhǔn)電壓源。（3）多路轉(zhuǎn)換器，它完成對(duì)5路信號(hào)的5選1工作。（4）逐次逼近型ad轉(zhuǎn)換器 (包括取樣電

17、容、電荷平衡比較器、時(shí)鐘振蕩器、控制邏輯和電荷分配式dac)。在對(duì)模擬信號(hào)取樣時(shí)，uin經(jīng)過(guò)sw2對(duì)取樣電容c進(jìn)行充電，c上儲(chǔ)存電荷。在對(duì)該電荷進(jìn)行取樣時(shí)，末位數(shù)值為12lsb。(1lsb的大小等于uref1024=251024=244mv)ad的轉(zhuǎn)換以convst信號(hào)上升沿開始，以convst的下降沿結(jié)束。在自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式下，讀、寫操作時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)ad的轉(zhuǎn)換；操作結(jié)束后，跟蹤保持電路經(jīng)過(guò)3s后進(jìn)入保持模式，并開始下次轉(zhuǎn)換。跟蹤保持時(shí)間為400s。ad的轉(zhuǎn)換時(shí)間由內(nèi)部提供，不需外部時(shí)鐘。（5）內(nèi)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換開關(guān)(sw1)完成內(nèi)、外基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換。（6）數(shù)據(jù)比較器、數(shù)據(jù)輸出電路、i2c接口、故障排隊(duì)計(jì)數(shù)器

18、電路，完成數(shù)據(jù)傳輸、處理等。（7）內(nèi)部有7個(gè)寄存器：溫度數(shù)據(jù)寄存器、地址指針寄存器、下限溫度thyst寄存器、上限溫度toti寄存器、adc寄存器、配置寄存器1和配置寄存器。2.2.2主要電路ad7417外接4個(gè)傳感器，外接溫度傳感器采用lm35。它的靈敏度為10mv，常溫測(cè)量精度在土05之內(nèi)，自身發(fā)熱對(duì)精度影響在01以下，用運(yùn)放lm6134產(chǎn)生兩倍的增益，使外接傳感器的輸出電壓滿足ad7417的模擬通道輸入要求。單片機(jī)與其他電路的連線，單片機(jī)選用at89c52，at89c52是一種低功耗、高性能的cmos型8位微型計(jì)算機(jī)，它有8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32線i/o口，3個(gè)16位定

19、時(shí)計(jì)數(shù)器，6向量?jī)蓸O中斷，一個(gè)雙工串行口，具有片內(nèi)自激振蕩器和時(shí)鐘電路等標(biāo)準(zhǔn)功能。此外，at89c52設(shè)有靜態(tài)邏輯，用于運(yùn)行到零頻率，并支持軟件選擇的節(jié)電運(yùn)行方式和空閑方式使cpu停止工作，而允許ram、定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式下，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被凍結(jié)，一切功能都停止，只有片內(nèi)ram的內(nèi)容被保存，直到硬件復(fù)位才恢復(fù)正常工作。顯示器為led數(shù)碼管，與cpu接口簡(jiǎn)單、功耗低、編程方便。鍵盤部分設(shè)計(jì)4個(gè)鍵完成測(cè)量、傳送、回放、通道選擇等功能，操作方便。接口用maxim公司的max232，利用89c52本身的全雙工串行接口，連接max232，變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的rs232通

20、信協(xié)議，直接與上位機(jī)的異步通信接口適配器的rs232口連接，將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)?？垢蓴_電路為x25045芯片，它有看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)測(cè)、e2prom三種功能?？撮T狗電路在系統(tǒng)出現(xiàn)故障，程序“跑飛”時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。電壓監(jiān)測(cè)可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓狀態(tài)的影響，當(dāng)vcc降到最小vcc轉(zhuǎn)換點(diǎn)以下時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位，一直到vcc返回且穩(wěn)定為止。存儲(chǔ)器部分是cmos型的4096位串行e2prom，內(nèi)部按512 x 8排列，可存儲(chǔ)512個(gè)字節(jié)，它可以用于存儲(chǔ)溫度等一些數(shù)據(jù)。ad7417的oti輸出用來(lái)指示己發(fā)生的超過(guò)溫度極限的事件，它是漏極開路輸出。當(dāng)其配置寄存器2中的d2位設(shè)置為0時(shí)

21、，oti端被編程為低電平有效。由555定時(shí)器組成多諧振蕩器，當(dāng)ad7417的oti端輸出為低電平時(shí)，多諧振蕩器處于振蕩工作狀態(tài)，報(bào)警電路產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)。將oti端輸出配置成比較模式(將配置寄存器中的d1位置0)。在這種模式下，當(dāng)溫度超過(guò)toti時(shí)oti輸出有效，并一直保持到溫度降到thysy以下為止。3 元器件選擇3.1 微控制器選擇主要性能:（1）與mcs-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容（2）8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器（3）1000次擦寫周期（4）全靜態(tài)操作：0hz33hz（5）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器（6）三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（7）八個(gè)中斷源（8）32個(gè)可編程i/o口線（9）全雙工uart串

22、行通道（10）低功耗空閑和掉電模式（11）掉電后中斷可喚醒（12）看門狗定時(shí)器（13）雙數(shù)據(jù)指針（14）掉電標(biāo)識(shí)符功能特性:at89c52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲(chǔ)器。使用atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32 位i/o 口線，

23、看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89s52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。引腳結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 圖3-1 引腳結(jié)構(gòu)圖vcc : 電源。gnd: 地。p0 口：p0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存

24、儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。p1 口：p1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0和p1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex）。p2 口：p2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電

25、阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movx dptr）時(shí)，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如movx ri）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收到8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。p3 口：p3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖

26、器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能）使用。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p3口也接收一些控制信號(hào)。rst: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，rst腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，rst 腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能無(wú)效。disrto默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ale/prog：地址鎖存控制信號(hào)（ale）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8

27、位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（prog）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ale 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為8eh的sfr的第0位置 “1”，ale操作將無(wú)效。這一位置 “1”，ale 僅在執(zhí)行movx 或movc指令時(shí)有效。否則，ale 將被微弱拉高。這個(gè)ale 使能標(biāo)志位（地址為8eh的sfr的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。psen:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（psen）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)at89s52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部

28、代碼時(shí)，psen在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，psen將不被激活。ea/vpp:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000h 到ffffh的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，ea必須接gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea應(yīng)該接vcc。在flash編程期間，ea也接收12伏vp-p電壓。xtal1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路。xtal1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.2 溫度傳感器選擇本系統(tǒng)由于采用了智能溫度傳感器ad7417，它的轉(zhuǎn)換速率極快。它帶有i2c總線接口，進(jìn)行讀、寫操作非常簡(jiǎn)便。它具有數(shù)字化輸出，可測(cè)量遠(yuǎn)距離

29、點(diǎn)溫度。系統(tǒng)具有微型化，微功耗，測(cè)量精度高，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，同時(shí)可測(cè)量5路溫度參數(shù)，報(bào)警的溫度值能方便地設(shè)置。由于有先進(jìn)的看門狗電路，加之a(chǎn)d7417內(nèi)部的故障排隊(duì)計(jì)數(shù)器電路，所以它的抗干擾能力強(qiáng)。它的性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。經(jīng)測(cè)試，它的測(cè)溫范圍是0150，常溫精度可達(dá)1，分辨率達(dá)到了025。ad7417采用16引腳soic或tssop封裝。ad7417內(nèi)部包括幾個(gè)部分：1)內(nèi)置溫度傳感器，它是單片帶隙式，可將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)基于電荷分配dac的10位逐次逼近式ad轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。2)25v基準(zhǔn)電壓源uref。ad7416 功能特性如下：（vdd = +2.7 v to +5.5

30、 v, gnd = 0 v, refin = +2.5 v）（1）供電電源+2.7v+5.5v。（2）內(nèi)含10位數(shù)字溫度傳感器。（3）400ua的更新速率。（4）0.25的溫度分辨率。（5）工作溫度范圍為0-150。（6）常溫精度可達(dá)士1。（7）ad模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間為15us30us。管腳說(shuō)明ad7417的管腳如圖3-2所示。該器件采用16管腳soic 封裝，各引腳的功能如下：gnd：模擬地和數(shù)字地。scl：與串行總線相對(duì)應(yīng)的串行時(shí)鐘輸入端。sda：數(shù)字i/o，雙向串行數(shù)據(jù)總線，漏極開路輸出。+vdd：供電電源正輸入端。供電電源范圍為+2.7v+5.5v。a2、a1、a0：串行地址總線的低三位數(shù)字

31、輸入端。oti：邏輯輸出端口。當(dāng)溫度超過(guò)高溫設(shè)置寄存器設(shè)置的溫度時(shí)，oti漏極開路輸出，同時(shí)信號(hào)復(fù)位。vin1，vin2，vin3，vin4：外接傳感器端。如圖3-2 管腳說(shuō)明圖3.3 抗干擾芯片選擇抗干擾電路為x25045芯片，x25045是美國(guó)xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它有看門狗定時(shí)器、電扭監(jiān)測(cè)、e2pr om三種功能?？撮T狗電路在系統(tǒng)出現(xiàn)故障，程序“跑飛”時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。電壓監(jiān)測(cè)可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓狀態(tài)的影響，當(dāng)vcc降到最小vcc轉(zhuǎn)換點(diǎn)以下時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位，一直到vcc返回且穩(wěn)定為止。存儲(chǔ)器部分是cmos型的4096位串行ezprom，內(nèi)部按512x8排

32、列，可存儲(chǔ)512個(gè)字節(jié)，它可以用于存儲(chǔ)溫度等一些數(shù)據(jù)。 3.3.1 芯片特性（1）可選時(shí)間的看門狗定時(shí)器。（2）vcc 降壓檢測(cè)和復(fù)位控制。（3）5種標(biāo)準(zhǔn)的開始復(fù)位電壓。（4）使用特定的編程順序即可對(duì)低電壓檢測(cè)和復(fù)位開始電壓進(jìn)行編程。（5）復(fù)位電壓可低至vcc=1v。 （6）省電特性。（7）在看門狗打開時(shí)電流小于50ua。（8）在看門狗關(guān)閉時(shí)電流小于10ua。（9）在讀操作時(shí)電流小2ma。（10）不同的型號(hào)的器件其供電1.8-3.6v,2.7v-5.5v,4.5v-5.5v。 （11）4k位eeprom 1000000次的擦寫周期。 （12）具有數(shù)據(jù)的塊保護(hù)功能可以保護(hù)1/4、1/2全部的ee

33、prom 當(dāng)然也可以置于不保護(hù)狀態(tài)內(nèi)建的防誤寫措施。（13）用指令應(yīng)寫操作。 （14）寫保護(hù)引腳。 （15）時(shí)鐘可達(dá)3.3m。 （16）短的編程時(shí)間。（17）16字節(jié)的頁(yè)寫模式。 （18）寫時(shí)由器件內(nèi)部自動(dòng)完成。 （19）典型的器件寫周期為5ms。3.3.2 芯片功能描述 本器件將四種功能合于一體上電復(fù)位控制、看門狗定器、降壓管理及具有塊保護(hù)功能的串行eeprom，它有助于簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少印制板的占用面積，提高可靠性。該芯片內(nèi)串行eeprom是具有xicor公司的塊鎖保護(hù)cmos串行 eeprom 它被組織成8位的結(jié)構(gòu)。它由一個(gè)由四線構(gòu)成的spi總線方式進(jìn)行操作，其擦寫周期至少有100

34、0000次并且寫好的數(shù)據(jù)能夠保存100年。如圖3-3所示。 圖3-3 功能描述圖 3.3.3 芯片引腳 如圖3-4所示。 圖3-4 x25045引腳圖其引腳功能如下。cs：片選擇輸入。so：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出。si：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入x25045。sck：串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出。wp：寫保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫操作被禁止。vss：地。vcc：電源電壓。reset：復(fù)位輸出。x25045在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式。如下表3-1所示。表3-1 x25045指令及其含義圖 3.4 溫度傳感器 1.簡(jiǎn)述lm35

35、是一種內(nèi)部電路已校準(zhǔn)的集成溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫度成正比，線性度好，靈敏度高，精度適中l(wèi)m35比按絕對(duì)溫度標(biāo)校準(zhǔn)的線形溫度傳感器優(yōu)越得多。lm35系列傳感器生產(chǎn)制作時(shí)已經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，輸出電壓與攝氏溫度一一對(duì)應(yīng)，使用極為方便，其輸出靈敏度為10.0mv，精度達(dá)0.5其測(cè)量范圍為-55150。在靜止溫度中自熱效應(yīng)低(0.08)工作電壓較寬，可在420v的供電電壓范圍內(nèi)正常工作，且耗電極省，工作電流一般小于60ua輸出阻抗低，在1ma負(fù)載時(shí)為0.1。重復(fù)性好，線性輸出和內(nèi)部精密校準(zhǔn)使其與讀出或控制電路接口簡(jiǎn)單和方便，可單電源和正負(fù)電源工作。2.特性(1)在攝氏溫度下直接校準(zhǔn)。(2)+10.0mv

36、/的線形刻度系數(shù)。(3)額定溫度范圍為-55150。(4)工作電壓范圍寬，4v至30v。(5)低功耗，小于60微安。(6)在攝氏溫度下直接校準(zhǔn)。3.管腳如圖3-5所示。圖3-5 管腳圖 4 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)及其外圍電路單片機(jī)選用at89c52, 它是一種低功耗、高性能的cmos型8位微型計(jì)算機(jī)，它有8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram, 32線i/o口，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6向量?jī)蓸O中斷，一個(gè)雙工串行口，具有片內(nèi)自激振蕩器和時(shí)鐘電路等標(biāo)準(zhǔn)功能。此外，at89c52設(shè)有靜態(tài)邏輯，用于運(yùn)行到零頻率，并支持軟件選擇的節(jié)電運(yùn)行方式和空閑方式使cpu停止工作，而允許ram、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串

37、行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式下，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被凍結(jié)，一切功能都停止，只有片內(nèi)ram的內(nèi)容被保存，直到硬件復(fù)位才恢復(fù)正常工作4.1.1 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳xtal1，輸出端為引腳xtal2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。配置為使用內(nèi)部振蕩時(shí)，xtal1和xtal2可分別作為一個(gè)反向放大器的輸入和輸出。要使用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件時(shí)，xtal2可以不連接而由xtal1驅(qū)動(dòng)。外部時(shí)鐘信號(hào)無(wú)占空比的要求，因?yàn)闀r(shí)鐘通過(guò)觸發(fā)器二分頻輸入到內(nèi)部時(shí)鐘電路。但高低電平的最短和最長(zhǎng)時(shí)間必須符合資料的規(guī)定。振蕩器電

38、路圖如圖4-1所示。核心芯片at89c51的18、19腳（即xtal2、xtal1）用來(lái)接振蕩電路。晶體呈感性，與c1，c2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。振蕩器的振蕩頻率主要取決于晶體；電容起微調(diào)作用，通常取30pf左右。并且電容的安裝應(yīng)盡量靠近芯片。本系統(tǒng)采用的晶振是6mhz。at89c51xtal2(18)xtal1(19)圖4-1振蕩電路圖4.1.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)x25045芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通過(guò)軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動(dòng)，則x25045將從reset輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)微分電路c2、r3輸出一個(gè)正脈沖，使cpu復(fù)位。下圖4-2電路中，cpu的

39、復(fù)位信號(hào)共有3個(gè)：上電復(fù)位(c1、r2)，人工復(fù)位(s、r1、r2)和watchdog復(fù)位(c2、r3)，通過(guò)或門綜合后加到reset端。c2、r3的時(shí)間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因?yàn)檫@時(shí)cpu的振蕩器已經(jīng)在工作。4.2 ad7417與外接傳感器電路ad7417外接4個(gè)傳感器，外接溫度傳感器采用lm35。它的靈敏度為10mv，常溫測(cè)量精度在土05之內(nèi)，自身發(fā)熱對(duì)精度影響在01以下，用運(yùn)放lm6314產(chǎn)生兩倍的增益，使外接傳感器的輸出電壓滿足ad7417的模擬通道輸入要求。ad7417 與外接傳感器電路如下圖4-3所示： 圖4-2 復(fù)位電路圖4.3 鍵盤電路設(shè)計(jì)鍵盤是人與微機(jī)系統(tǒng)打交道的主要

40、設(shè)備,借以向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入程序，置數(shù)，操作命令，控制程序走向等。所以應(yīng)用很廣泛，本組設(shè)計(jì)中，需要人機(jī)對(duì)話功能，設(shè)有按鍵控制和led顯示數(shù)據(jù)鍵盤控制。 圖4-3 ad7417 與外接傳感器電路圖 鍵盤按其工作原理可以分為兩種：編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。編碼式鍵盤是由按鍵鍵盤和專用鍵盤編碼器兩個(gè)部分組成。當(dāng)鍵盤中某一按鍵被按下時(shí)，鍵盤編碼器自動(dòng)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的按鍵代碼，并輸出一選通信號(hào)與cpu進(jìn)行信息聯(lián)絡(luò)。非編碼式鍵盤不含編碼器，當(dāng)某鍵被按下時(shí)，鍵盤只能送出一個(gè)簡(jiǎn)單的閉和信號(hào)，對(duì)應(yīng)的按鍵的確定要依靠軟件完成。非編碼鍵盤按照與主機(jī)的連接方式分為兩種：獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。雖然非編碼式鍵盤的軟件比較復(fù)雜

41、，但是本組設(shè)計(jì)中的按鍵少，只需要4個(gè)按鍵和一個(gè)復(fù)位鍵，我們采用了獨(dú)立式鍵盤，同時(shí)還降低了電路成本。其具體接法如圖4-4所式：k1：上下溫度設(shè)置鍵，當(dāng)該鍵按下時(shí)，進(jìn)入上下限溫度設(shè)置功能。 k2：確認(rèn)鍵，當(dāng)該鍵按下時(shí)，指向下一個(gè)要調(diào)整的位。k3:加一調(diào)整鍵，在輸入上下限溫度時(shí)，該鍵按下一次，被調(diào)整位加一。 圖4-4 鍵盤電路圖4.4 顯示電路設(shè)計(jì)led即發(fā)光二極管，它是一種由某些特殊材料的半導(dǎo)體材料制成的pn結(jié)，由于參雜濃度很高，當(dāng)正向偏置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的電子空穴復(fù)合，把多余的能釋放變?yōu)楣饽堋ed顯示器有工作電壓低、體積小、壽命長(zhǎng)（約十萬(wàn)小時(shí)）、響應(yīng)速度快（小于1us），顏色豐富（紅、黃、綠等）

42、等特點(diǎn)，是智能儀器的最常用的顯示器。led的正向工作電壓一般在1.22.6伏，發(fā)光二極管工作電流在5ma20ma,發(fā)光強(qiáng)度基本上與正向電流成正比，故電路須串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛ed很適用脈沖工作狀態(tài)，在平均電流相同的情況下，脈沖工作狀態(tài)比直流工作狀態(tài)產(chǎn)生的亮度增強(qiáng)20%左右。led的顯示器有單個(gè)、七段和點(diǎn)陣式等幾種類型，我們這里使用的是七段led顯示器，七段led顯示器是由數(shù)個(gè)led組成一個(gè)陣列并封裝于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的外殼中。為適用于不同的驅(qū)動(dòng)電路，有共陽(yáng)極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)，這里使用的是共陽(yáng)數(shù)碼管，可以顯示09數(shù)字和多種字母，并設(shè)有小數(shù)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖4-5。為了顯示某個(gè)或字符，就要點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的段，這就

43、需要譯碼。譯碼有硬件譯碼和軟件譯碼之分。這里使用的是軟件譯碼，與硬件電路相比，軟件譯碼顯示電路省去了硬件譯碼器，其bcd碼轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的段碼這項(xiàng)工作由軟件來(lái)完成。根據(jù)設(shè)計(jì)中硬件的接法，段碼與數(shù)字、字母的關(guān)系如下，其中根據(jù)需要只要求09的數(shù)字，故其它省略。如表圖4-1。用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管有很多方法，如圖4-6 led數(shù)碼顯示。按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再管，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的cpu時(shí)間。動(dòng)態(tài)顯示 圖4-5 le

44、d的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表4-1 引腳圖需要cpu時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的cpu時(shí)間多。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的cpu時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的cpu時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。4.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路芯片采用的是ne555，電路如下圖4-7所示ne555時(shí)基電路封形式有兩種，一是dip雙列直插8腳封裝，另一種是sop-8小型（smd）封裝形式。其他ha17555、lm555、ca555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。ne555屬于 圖4-6 l

45、ed數(shù)碼顯示圖cmos工藝制造，下面我們將對(duì)其進(jìn)行介紹。下圖4-8是它的內(nèi)部功能原理框圖。ne555的內(nèi)部中心電路是三極管q15和q17加正反饋組成的rs觸發(fā)器。輸入控制端有直接復(fù)位reset端，通過(guò)比較器a1，復(fù)位控制端的th、比較器a2置位控制的t。輸出端為f，另外還有集電極開路的放電管dis。它們控制的優(yōu)先權(quán)是r、t、th。4.6 抗干擾電路設(shè)計(jì)看門狗(watchdog)電路是嵌入式系統(tǒng)需要的抗干擾措施之一。這里用x25045芯片設(shè)計(jì)了一種新的看門狗電路，具有體積小、占用i/o口線少和編程方便的特點(diǎn)。工控系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，通常都會(huì)遇到各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能的一個(gè)重要

46、指標(biāo)?？撮T狗(watchdog)電路是自行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的重要保證，幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門狗電路x25045是美國(guó)xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將eeprom、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。門狗電路在系統(tǒng)出現(xiàn)故障，程序“跑飛”時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。電壓監(jiān)測(cè)可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓狀態(tài)的影響，當(dāng)vcc降到最小vcc轉(zhuǎn)換點(diǎn)以下時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位，一直到vcc返回且穩(wěn)定為止。存儲(chǔ)器部分是cmos型的4096位串行e2prom，內(nèi)部按512x

47、8排列，可存儲(chǔ)512個(gè)字節(jié)，它可以用于存儲(chǔ)溫度等一些數(shù)據(jù)。 圖4-7 報(bào)警電路圖 圖4-8是它的內(nèi)部功能原理框圖 4.7直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)直流電源的任務(wù)是將有效值通常為220v，50hz的交流電壓轉(zhuǎn)換成幅值穩(wěn)定的直流電壓（例如幾十伏或幾伏），同時(shí)能提供一定的直流電流，（比如幾安甚至幾十安）。這個(gè)轉(zhuǎn)換部分一般要分成幾個(gè)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖4-9所示。圖4-9直流電源的組成框圖 (1)因?yàn)橄到y(tǒng)中需要的直流電壓與電網(wǎng)的交流電壓在數(shù)值上相差比較大，因此常常利用變壓器降壓得到比合適的交流電壓后在轉(zhuǎn)換。(2)整流部分是在經(jīng)過(guò)變壓器的降壓后的交流電通過(guò)整流電路變成了單方向的直流電。但此時(shí)的直流電幅值變化大，不

48、可以直接作為電源去給電子電路供電，而且可能會(huì)影響電路的工作狀態(tài)。這種直流電我們叫做是脈動(dòng)大的直流電。(3)在濾波部分中，可以將脈動(dòng)大的直流電處理成平滑的脈動(dòng)小的直流電，需要利用濾波電路將其中的交流部分濾掉，只留下直流成分，顯然，這里需要利用截止頻率低于整流輸出電壓基波頻率的低通濾波電路。(4)經(jīng)過(guò)整流濾波電路后舊得到了較平滑的直流電，可以充當(dāng)電子電路的電源。但直流電的電壓值此時(shí)仍會(huì)受到電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。直流電就很不穩(wěn)定，在增加了穩(wěn)壓電路后，得到是基本上不受外界影響的、穩(wěn)定的直流電源。具體的電路如圖4-10所示：圖4-10直流電源電路圖在選擇元件方面，應(yīng)該遵循的原則有以下幾個(gè)方面：（

49、1）耐壓值高的電容應(yīng)該放在電路的前半部分，而耐壓值低的應(yīng)放在后半部分。（2）在選有二極管方面，產(chǎn)生+5v電壓的電路選用4001，而產(chǎn)生+15v電壓的電路選用4004，這主要也是耐壓值方面的考慮，也可以采用集成的橋式整流片。由于我們選用了-9v+9v的變壓器，故可以產(chǎn)生+5v和+15的電壓，輸出的電流大小大概有幾十毫安。5 軟件設(shè)計(jì)5.1 軟件設(shè)計(jì)總體論述在硬件方案確定后，軟件設(shè)計(jì)就成了關(guān)鍵所在。 軟件設(shè)計(jì)/實(shí)現(xiàn)是軟件生命周期中的一個(gè)非常重要的和必不可少的環(huán)節(jié)，它是將經(jīng)過(guò)分析后得出的用戶需求規(guī)格轉(zhuǎn)化為提交給用戶的目標(biāo)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)硬件電路包含cpu模塊，數(shù)據(jù)采集處理模塊，led顯示模塊，鍵盤

50、模塊，報(bào)警器模塊，看門狗電路模塊。根據(jù)以上硬件設(shè)計(jì)模塊，我將軟件設(shè)計(jì)部分劃分成如下幾個(gè)模塊：主程序模塊，它主要是完成系統(tǒng)資源得分配，系統(tǒng)的初始化。ad信號(hào)的采集與轉(zhuǎn)換處理及通過(guò)譯碼器譯碼后將數(shù)據(jù)送顯示都作為數(shù)據(jù)采集處理顯示模塊安排到主程序中 。鍵盤模塊 ， 其 主要完成鍵盤控制報(bào)警溫度上下限的功能，這里要啟動(dòng)鍵盤用中斷觸發(fā)方式，而調(diào)節(jié)則用軟件查詢方式完成。報(bào)警模塊，該部分程序的設(shè)計(jì)主要是用當(dāng)接受到ad7417傳來(lái)的報(bào)警觸發(fā)信號(hào)時(shí)候，讓蜂鳴器完成的溫度報(bào)警功能。最后是看門狗電路的軟件設(shè)計(jì)模塊，該模塊可通過(guò)軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動(dòng)，則x25045將從rese

51、t輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)微分電路c2、r3輸出一個(gè)正脈沖，完成cpu的復(fù)位操作 5.2 主程序的設(shè)計(jì)這一節(jié)將詳細(xì)地闡述整個(gè)軟件設(shè)計(jì)中主程序的設(shè)計(jì)流程。一般單片機(jī)主程序都以系統(tǒng)資源初始化開始。本設(shè)計(jì)也以初始化程序模塊開始。初始化程序完成對(duì)系統(tǒng)資源的分配，包括i/o口分配、中斷源分配、寄存器的分配等等，是主程序必不可少的一部分?？紤]到后面要用到中斷，因此在初始化程序后緊接著開中斷，該中斷用于鍵盤按鍵功能的識(shí)別。之后系統(tǒng)就應(yīng)該進(jìn)入數(shù)據(jù)檢測(cè)階段，由于本設(shè)計(jì)用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片是一款集溫度采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、報(bào)警溫度控制功能于一體的智能轉(zhuǎn)換芯片。故將溫度采集、ad轉(zhuǎn)換、報(bào)警判斷作為一個(gè)統(tǒng)一的程序模塊來(lái)設(shè)計(jì)。溫

52、度數(shù)據(jù)采集后要通過(guò)送數(shù)碼管顯示，完成系統(tǒng)的主要功能。因此在主程序的最后部分添加led顯示模塊，但溫度顯示后并不結(jié)束，而是再次轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊，完成信號(hào)的循環(huán)采集處理與顯示。通過(guò)以上分析，設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)主程序功能模塊，如下5-1所示：5.2.1 初始化程序模塊的設(shè)計(jì)程序中初始化主要包括對(duì)存儲(chǔ)單元的初始化，堆棧指針的初始化，報(bào)警溫度初始化，定時(shí)器計(jì)數(shù)器0的初始化，顯示緩沖區(qū)初始化。存儲(chǔ)器初始化即各寄存器賦初值。包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和一些特殊功能寄存器，如累加器，標(biāo)志寄存器等。堆棧指針是一個(gè)8位的特殊功能寄存器，是為子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)立的，因此必須將堆棧指針的初始化，讓其指向一個(gè)合適的初值。系統(tǒng)顯

53、示模塊是用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，該方式用動(dòng)態(tài)掃描顯示實(shí)現(xiàn)，這里我將該掃描程序設(shè)置為定時(shí)中斷模式，并用定時(shí)器0為其提供中斷信號(hào)。為此需要在主程序的前面部分對(duì)定時(shí)器0進(jìn)行初始化，讓其工作在模式0方式下，并對(duì)其設(shè)置初值為，setb tr0，使其每10秒掃描一次，為后面定時(shí)中斷程序做準(zhǔn)備。數(shù)碼管作為顯示部件也應(yīng)該執(zhí)行清零操作，以免顯示不準(zhǔn)確。另外需要對(duì)報(bào)警溫度進(jìn)行初始化，使程序開始運(yùn)行就可以執(zhí)行水溫監(jiān)督功能。初始化程序模塊設(shè)計(jì)如圖5-2所示。圖5-1主程序流程圖5.2.2 溫度檢測(cè)報(bào)警程序模塊的設(shè)計(jì)現(xiàn)代微單片控制器中可以集成大量的硬件，給用戶帶來(lái)了很大的方便，在智能化傳感器的應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)可以將其僅僅作為一個(gè)元

54、件使用，輸入模擬信號(hào)輸出數(shù)值信號(hào)。而在傳感器的智能化中，實(shí)際上硬件所占比重微乎其微，軟件才是增加傳感器功能提高其附加值的主要因素。在傳感器中使用嵌入式微處理單片機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)時(shí)，其軟件的結(jié)構(gòu)不同于一般pc機(jī)中所采用的方式，前者簡(jiǎn)單得多。在傳感器中應(yīng)用單片機(jī)的主要功能是讀入輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理再輸出結(jié)果，這些功能的實(shí)現(xiàn)主要采用下面三種結(jié)構(gòu)方式：順序方式、中斷方式、多重選擇方式。這里用第一種方法設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集檢測(cè)程序如圖5-3圖5-2 初始化程序模塊圖5.2.3 led顯示模塊設(shè)計(jì)如圖5-4所示。5.2.4 鍵盤處理程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)監(jiān)控程序是控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序。它完成人機(jī)

55、會(huì)話和遠(yuǎn)程控制等功能，使系統(tǒng)按我們的意圖或遙控命令來(lái)完成指定的作業(yè)。它是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。當(dāng)我們操作鍵盤（或按扭）時(shí)，監(jiān)控程序必須對(duì)鍵盤操作進(jìn)行解釋，并調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，完成預(yù)定的任務(wù)，并通過(guò)顯示等方式給出執(zhí)行的結(jié)果。因此，監(jiān)控程序必須完成解釋鍵盤，調(diào)度執(zhí)行模塊的任務(wù)。(1)判鍵 鍵盤信號(hào)的獲取有三種方法：第一種：中斷方法，按下任何按鍵都引起一個(gè)中斷請(qǐng)求，鍵碼分析過(guò)程放在中斷子程序中，這種方法需要獨(dú)自占有一個(gè)外部中斷源。第二種：?jiǎn)渭儾樵兎椒?，主程序用掃描鍵盤等手段來(lái)獲取鍵盤信息執(zhí)行對(duì)應(yīng)作業(yè)。第三種：定時(shí)查詢方法，每隔一段時(shí)間查詢一次鍵盤。這里 我選用第一種方法設(shè)計(jì)了查鍵程序，第一個(gè)鍵接外部中斷0，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)鍵按下的時(shí)候，程序跳到該中斷執(zhí)行中斷子程序。而剩下的兩個(gè)鍵判定我放到中斷程序中，并利用單純查詢方法的方法判鍵。 圖5-3 數(shù)據(jù)采集檢測(cè)程序圖 (2)去抖動(dòng)處理按鍵的接觸點(diǎn)在閉和斷開時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)接觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令的混亂,導(dǎo)致程序無(wú)法正常運(yùn)行。現(xiàn)在一般均用軟件延時(shí)的方法來(lái)避開抖動(dòng)階段，這一延時(shí)過(guò)程一般大于5ms 圖5-4 led顯示模塊設(shè)計(jì)圖（本系統(tǒng)采用20ms的延時(shí)）。本系統(tǒng)監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序和鍵盤