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1、技术参数和设计任务:、利用单片机 AT9S5实现对温度物理量的控制,以实现对温度控制的目的;2、为达到电源输出 5V 电压目标,完成电源电路的设计;3、为达到数码管显示目标，完成显示电路的设计；、为达到键盘控制的目标，完成键盘电路的设计；5、为达到检测温度的目标,完成检测电路的设计；6、完成报警设计；7、进行软件设计分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块；编写数字调节器软件模块;编写/D 转换器处理程序模块；编写输出控制程序模块；其它程序模块（数字滤波、显示与键盘等处理程)等等。一、本课程设计系统概述 1、系统原理 温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度,单片机 A9S51
2、 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值,再根据当前设定的温度上下限值,通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时,单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备（压缩制冷器),当采集的温度经处理后低于设定温度的下时,单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备(加热器)。当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障,或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。系统中将通过串口通讯连接 PC 机存储温度变化时的历史数据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。2、
3、系统结构图 本设计以 A89S51 单片机为主控核心设计的一个温度控制系统,低温时可控制加热设备,高温时控制风扇，超出设定最高温度值时蜂鸣器发出声响报警。图 1 总体硬件方框图 3、文字说明控制方案（1）温度测量部分方案 DS18B2是 DLLAS 公司生产的一线式数字温度传感器,它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点,特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度DS18B20 温度检测模键盘 AT89S51 单片机 数码管 蜂鸣器 继电器 光耦可控硅 加热设备 风扇 转化成串行数字信号(按位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚O-
4、2 小体积封装形式，温度测量范围-525，可编程为12 位 A/转换精度，测温分辨率可达 0.062，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出,其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生,多个 D1B20可以并联到三根或者两根线上,CU 只需一根端口线就能与多个 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出 DS18B20 可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。(2)主控制部分方案 AT891 是一个低功耗，高性能 CMO 8 位单片机,片内含 8k Byte SP(In-syste pgmble)的可反复擦写00 次的 Flah
5、 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 801 引脚结构，芯片内集成了通用位中央处理器和 IS Flash 存储单元,功能强大的微型计算机的T8S1 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。89S51 具有如下特点：40 个引脚，k Btes Fls片内程序存储器，28 yes 的随机存取数据存储器(RAM）,32 个外部双向输入输出(I/O)口,5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断,个6 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，T89S1 设计和配置了振荡频率可为
6、Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存 RM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式,以适应不同产品的需求。由于系统控制方案简单,数据量也不大,考虑到电路的简单和成本等因素，因此在本设计中选用 A TMEL 公司的 T85单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 A T9S51 芯片内含有 4 kB 的 E2ROM,无需外扩存储器,电路简单可靠,其时钟频率为 024 MHz,并且价格低廉,批量价在 10 元
7、以内。AT8951 提供以下标准功能：字节 Flas闪速存储器，18 字节内部AM,32 个 I/口线,看门狗(WDT）,两个数据指针,两个 16 位定时器计数器,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。同时,A9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。掉电方式何在 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接到一个硬件复位。AT891 引脚功能说明 Vc：电源电压 GND:地 P0 口：P口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口,也
8、即地址/数据总线复用口，作为输出口用时,每位能驱动个 TT逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低位）和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。P1 口:是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/口,P的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号校验期间,P1接收低 8 位地址。表 4-
9、1 为 P1 口第二功能。表 1 系统 P1 口第二功能表 端口引脚 第二功能.5 MO（用于SP 编程)P1.6 MISO(用于 ISP 编程)P.7 SCK(用于SP 编程）P2 口:P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向I/O 口,P2 的输出缓冲级可驱动 4 个TL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 I。在访问位地址的外部数据存储器(如执行:MOVX Ri 指令）时,口线上的内（也即特殊功能寄存器,在整个访问期间不改变。Fl 编程或校验时，P2 也接收高位地址和
10、其它控制信号。)P口:P3 口是一组带有内部上拉电阻的位双向 I/O 口。P口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流)4 个T逻辑门电路。对3 口写入“”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。P3 口除了作为一般的/口线外,更重要的用途是它的第二功能，P口的第二功能如下表 2。表 2 系统 P3 口的第二功能表 端口功能 第二功能 端口引脚 第二功能 XD（P3.0)串行输入口 T0（P3.4)定时计数器 0 外部输入 TX（P.1)串行输出口 T1（P.5)定时/计数器 1 外部输入 IT0（P.2)外中断 0 WR（3.)外部数据存储器写选通 N 1（外中断 RD（P3.)外部数据存储器读
11、选通 3）RST:复位输入。当振荡工作时,RST 引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。D益出将使该引脚输出高电平，设置 S AUX 的 ISRO 位（地址)可打开或关闭该功能。ISTO 位缺省为ESET 输出高电平打开状态。PSEN:程序储存允许(SE)输出是外部程序存储器的读选通信号,当T8S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次SE有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，高有两次有效的 PS信号。A8S1 单片机内部构造及功能:特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片内空间分存如下图所示。这些地址并没有全部占用，没有占用的地址不可使用,读这些地址将得到一个随意的数
12、值。中断寄存器：各中断允许控制位于 IE 寄存器,5 个中断源的中断优先级控制位于 IP 寄存器。下图 为 AUXR 辅助寄存器。电源空闲标志：电源空闲标志（F）在特殊功能寄存储器SFR中PN的第4位（PON.4），电源打开时PO置“1”,它可由软件设置睡眠状态并不为复位所影响。存储器结构:CS-1单片机内核采用程序存储器和数据存储器空间分开的结构,均具有64B外部程序和数据的寻址空间。程序存储器：如果引脚接地(G),全部程序均执行外部存储器。在8S5假如接至Vc（电源)，程序首先执行从地址000FFFH(4KB)内部程序存储器,再执行地址为1000H-FFF(60KB）的外部程序存储器。数据
13、存储器：在AT89S51的具有18字节的内部RAM，这18字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行,8字节均可设置为堆栈区空间。看门狗定时器(WDT）：WDT是为了解决P程序运行时可能进入混乱或死循环而设置，它由一个14bit计数器和看狗复位SFR(DTRT)构成。外部复位时，DT默认为关闭状态，要打开WDT，必按顺序将1H和0E1H写到DTRS寄存器,当启动了WDT，它会随晶体振荡器在每个机器周期计数，除硬件复位或WDT溢出复位外没有其它方法关闭T,当WDT溢出,将使RT引脚输出高电平的复位脉冲。引脚图详见图3 图 A8S51 单片机引脚图 二、各单元硬件设计 ()键
14、盘单元 单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外，其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。键开关状态的可靠输入：为了去抖动我采用软件方法,它是在检测到有键按下时，执行一个 10ms 的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平,如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响 对照图示的 4*4 键盘,说明线反转法工作原理。首先辨别键盘中有无键按下，有单片机 I/口向键盘送全扫描字,然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字 00H，把全部列线置为低电平,然后将列线的电平状态读入累加器中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为 1。判断键盘中哪一个键被按下是通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现的。方法是：依次给列线送低电平,然后查所有行线状态,如果全为 1，则所按下的