基于AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器的温度测量系统设计.doc

1、摘 要近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。而智能温度控制系统的设计是为了满足市场对成本低，性能稳定，可远程监测，控制现场温度的需求而做的课题，具有较为广阔的市场前景。此硬件系统主要介绍基于AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器的温度测量系统。利用AT89C51单片机采集温度点的温度，实现温度显示和报警等功能。该系统主要包含了温度检测电路，报警电路，电源电路，显示电路。其中，温度检测电路采用DS18B20,它具有直接输出数字量的特点。报警电路则由蜂鸣器、发光二级管、限流电阻和三极管组成。电源电路主要由LM7805构成。

2、显示电路则采用体积小、功耗低的1602液晶显示器。基于AT89C51单片机的单总线温度测控系统具有硬件组成简单、读数方便、精度高、测温范围广等特点，在实际工程中得到广泛应用。关键词：数字温度传感器 AT89C51单片机 温度测量AbstractIn recent years,with the penetration of computer in the social sector,MCU application is continuously going deerper and deeper, and promote the traditional control test developme

3、nt day and night. Intelligent temperature control system is designed to meet the market for low cost,stable performance,remote monitoring and control the temperature，and it has a broad market prospect.This system of hardware mainly introduces a measuring system based on AT89C51 single-chip microcomp

4、uter and digital temperature sensor DS18B20 temperature. AT89C51 single-chip microcomputer is used for collection of the temperature of temperature points,temperature display, alarm functions. The system mainly includes temperature detection circuit, alarm circuit, the power supply circuit, show cir

5、cuit. While, the temperature detection circuit choose DS18B20, it has the characteristics of the digital quantity output. The alarming circuit consist of the buzzer, leds, current limiting resistor and the transistor.Power supply circuit is mainly made by the LM7805. Display circuit used the 1602 LC

6、D monitor，which is small size, low power consumption.Temperature measurement and control system based on AT89C51 MCU has the characteristics of simple constructure, easy reading, high precision and temperature measuring range , which is widely used in practical engineering.Key words: digital tempera

7、ture sensor AT89C51 microcontroller temperature measure目 录摘要IAbstractII绪论11 方案设计与论证31.1 方案设计31.2 方案论证32 系统设计42.1 AT89C51单片机42.1.1 中央处理器AT89C51简介42.1.2 特性概述42.1.3 AT89C51管脚说明52.2 温度检测电路72.2.1 DS18B20技术性能描述72.2.2 DS18B20的内部结构82.2.3 DS18B20的工作原理92.2.4 DS18B20的信号方式102.3 报警电路132.3.1 报警系统蜂鸣器的特性132.3.2 报警系

8、统工作原理142.4 电源电路152.4.1 电路功能与特点152.4.2 电路工作原理152.5 显示电路162.5.1 液晶主要技术参数162.5.2 1602型液晶引脚162.5.3 基本操作时序172.5.4 写/读操作时序173 硬件调试193.1 测试环境及工具193.2 温度检测部分测试193.3 硬件调试方法19结论21致谢22参考文献23附录 硬件电路图2421绪 论二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测

9、量也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要1。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度，控制温度和保持温度，温度测量是工业对象

10、中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。但温度是一个模拟量，如果采用适当的技术和元件，将模拟的温度量转化为数字量虽不困难，但电路较复杂，成本较高。自动控制仪器仪表总的发展趋势是高性能、数字化、集成化、智能化和网络化。智能温度控制系统的设计是为了满足市场对成本低、性能稳定、可远程监测、控制现场温度的需求而做的课题，具有较为广阔的市场前景2。近年来随着计算机在

11、社会领域的渗透, 工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制系统正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术通过信息技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新3。本课题名称为基于单片机的温度控制报警系统，主要进行基于AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器的温度测量系统的设计。该系统利用AT89C51单片机采集温度点的温度

12、，实现温度显示、报警等功能。它以AT89C51单片机为主控制芯片,采用数字温度传感器DS18B20实现温度的检测,测量精度可以达到0.5。该系统采用1602显示模块，形象直观的显示测出的温度值。基于AT89C51单片机的单总线温度测控系统具有硬件组成简单、读数方便、精度高、测温范围广等特点，在实际工程中得到广泛应用。1 方案设计与论证1.1 方案设计该硬件设计方案主要由DS18B20传感器，AT89C51单片机，1602液晶显示电路，报警电路组成。AT89C51单片机是整个系统控制核心。DS18B20的主要作用是对环境温度测量，然后与预先设定好的温度上下限值就行比较，超过则报警。显示电路采用的

13、是1602液晶模块。报警电路则主要由二极管，电阻和蜂鸣器组成。图1-1 温度测量系统方案框1.2 方案论证DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。按照DS18B20的通信协议，由主机向DS18B20发送命令，读取DS18B20转换的温度，从而实现对环境的温度的测量，当温度超过一定的值时，报警器开始报警。基于直接输出数字量，精度高，电路简单的各方面优点来考虑

14、，温度传感器DS18B20是最佳选择，除此之外DS18B20的读写时序，根据DS18B20的协议读取转换的温度4。Protel软件是此次硬件设计要用到的软件，由于对此软件有所掌握，而且在课余时间，通过书刊、杂志、网络对DS18B20、字符型液晶显示有所了解，此外曾经在网上看到过此类程序程序设计，更重要的是已经使用过开发工具KEIL用C语言对系统进行了程序设计，用单片机开发板对系统进行了测试，可以达到预期的目的。由此得知，不管从经济上还是技术上，该方案是具有可行性。2 系统设计2.1 AT89C51单片机 此次温度控制报警系统设计的核心部件就是AT89C51。该器件是INTEL公司生产的MCS-

15、51系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS工艺制造技术，具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS-51的CMOS产品。不仅结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，而且继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易

16、失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案5。2.1.1 中央处理器AT89C51简介(1) 与MCS-51 兼容 (2) 4K字节可编程FLASH存储器 (3) 寿命：1000写/擦循环 (4) 数据保留时间：10年 (5) 全静态工作：0Hz-24MHz (6) 三级程序存储器锁定 (7) 1288位内部RAM, 片内振荡器和时钟电路 (8) 32可编程I/O

17、线, 可编程串行通道 (9) 两个16位定时器/计数器 (10) 5个中断源, 低功耗的闲置和掉电模式2.1.2 特性概述AT89C51 提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51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。掉电方式保存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到下一个硬件复位。因为只有该口能直接用于对外部

18、存储器的读/写操作6。2.1.3 AT89C51管脚说明图2-1 AT89C51单片机最小系统图VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：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P0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外部必须接上拉电阻。 P1口：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1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

19、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。 表2-1 AT89C51单片机P3口的第二功能端口引脚各个功能P3.0RXD (串行口输入端)P3.1TXD (串行口输出端)P3.2INTO (外部中断0)P3.3INT1 (外部中断1)P3.4T0 (记时器0外部输入)P3.5T1 (记时器1外部输入)P3.6WR (外部数据存储器写选通)P3.7RD (外部数据存储器读选通)P2口：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

20、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口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：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还有第二功能，具体功能如表2-1所示7。 2.2 温度检测电路P

21、2端口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O，其输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对该端口写“1”，可通过内部上拉电阻将其端口拉至高电平，此时可作为输入口使用，这是因为内部存在上拉电阻，某一引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。其中P2.7是单片机的高位地址线，DS18B20数字温度传感器的单总线(1-Wire)与单片机的P2.7连接。2.2.1 DS18B20技术性能描述(1) 采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其他I/O口线与微机接口，无须经过其他变换电路，直接输出被测量值（9位二进制数，含符号位）。(2) 测温范围为-55到+125之间，测量分辨率为0.06

22、25。实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。(3) 内含64位经过激光修正的只读存储器ROM。数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。(4) 适配各种单片机或系统机。(5) 用户可分别设定各路温度的上下限。(6) 内含寄生电源。表2-2 DS18B20各引脚功能描述序号名称 引脚功能描述1GND地信号2DQ数字输入输出引脚,开漏单总线接口引脚,当使用寄生电源时,可向电源提供电源3VDD可选择的VDD引脚,当工作于寄生电源时,该引脚必须接地DS18B20数字温度传感器接线是十分方便的，其封装成后可应用于多种场合，如不锈钢封装式，管道式，螺纹式，磁铁吸附式，型号多种多样，有LTM887

23、7，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20数字温度传感器只有三个引脚，包括GND，DQ，VDD，各引脚的具体功能如2-2所示8。2.2.2 DS18B20的内部结构DS18B20的内部结构如图2-2所示。其中暂存器的主要作用是存储温度传感器的数字输出，它包含两字节（0和1字节）的温度寄存器。暂存器还提供一字节的上线警报触发（TH）和下线警报触发（T

24、L）寄存器（2和3字节），和一字节的配置寄存器（4字节），使用者可以通过配置寄存器来设置温度转换的精度。暂存器的5、6和7字节器件内部保留使用。第八字节含有循环冗余码（CRC）。使用寄生电源时，DS18B20不需额外的供电电源；当总线为高电平时，功率由单总线上的上拉电阻通过DQ引脚提供；高电平总线信号同时也向内部电容CPP充电，CPP在总线低电平时为器件供电。图2-2 DS18B20的内部结构主要数据部件有四个：(1) 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位(28H)是产品类型标号，接着的48位是该DS18B2

25、0自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。(2) DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。各温度对应的数字输出如表2-3所示。表2-3 DS18B20温度数据表温度（）数字输出数字输出+1250000 0111 1101 000007D0H+25.06250000 0001 1001 00010191H+0.50000 0000 0

26、000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-551111 1100 1001 0000FC90H(3) DS18B20的配置寄存器表2-4 配置寄存器TMR1R011111低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。(4) DS18B20的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM，后者存放

27、高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。2.2.3 DS18B20的工作原理访问DS18B20必须严格遵守这一命令序列，如果丢失任何一步或序列混乱，DS18B20都不会响应主机。DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的

28、预置值减到0时，温度寄存器的值将加1计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2-3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。DS18B20的功能命令如表2-5所示。图2-3 DS18B20工作原理2.2.4 DS18B20的信号方式DS18B20采用严格的单总线通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类型：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。除了应答脉冲所有这些信号都由主机发出同步信号。总线上传输的所有

29、数据和命令都是以字节的低位在前。(1) 初始化时序：复位脉冲和应答脉冲。 在初始化过程中，主机通过拉低单总线至少480s，以产生复位脉冲(TX)。然后主机释放总线并进入接收(RX)模式。当总线被释放后，4.7k的上拉电阻将单总线拉高。DS18B20检测到这个上升沿后，延时15s60s，通过拉低总线60s240s产生应答脉冲。初始化脉冲如图2-4所示。(2) 读和写时序在写时序期间，主机向DS18B20写入指令；而在读时序期间，主机读入来自DS18B20的指令。在每一个时序，总线只能传输一位数据。DS18B20读/写时序如图2-5和图2-6所示。表2-5 DS18B20的功能命令表指令代码功能读

30、ROM33H读DS18B20中的编码(即64位地址)符合ROM55H发出此命令后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS18B20,使之作出响应，为下一步对该DS18B20的读写作准备搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址，为操作各器件作好准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20温度转换命令，适用于单个DS18B20工作报警搜索命令0ECH执行后，只有温度超过预警值上限或下限的片子才做出响应温度转换44H启动DS18B20进行温度转换，转换时间最长为500ms(典型为200ms),结果送入内部9字节RAM

31、中读暂存器BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的第3、4字节写上、下温度数据命令，紧接着该温度命令之后，传达两字节的数据复制暂存器48H将RAM中第3、4字内容复制到E2PROM中重调EEPROM0B8H将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节读供电方式0B4H读DS18B20的供电模式，寄生供电时DS18B20发送“0”，外部供电时DS18B20发送“1”存在两种写时序：写“ 1”和写“0” 。主机在写1时序向DS18B20写入逻辑1，而在写0时序向DS18B20写入逻辑0。所有写时序至少需要60s，且在两次写时序之间至少需要1s的恢复时间。两种写时序均以主

32、机拉低总线开始。 图2-4 初始化脉冲产生写1时序：主机拉低总线后，必须在15s内释放总线，然后由上拉电阻将总线拉至高电平。产生写0时序：主机拉低总线后，必须在整个时序期间保持低电平（至少60s）。图2-5 DS18B20读时序在写时序开始后的15s60s期间，DS18B20采样总线的状态。如果总线为高电平，则逻辑1被写入DS18B20；如果总线为低电平，则逻辑0被写入DS18B20。DS18B20只能在主机发出读时序时才能向主机传送数据。所以主机在发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便DS18B20能够传送数据。所有读时序至少60s，且在两次独立的读时序之间至少需要1s的恢复时间。每次读

33、时序由主机发起，拉低总线至少1s。在主机发起读时序之后，DS18B20开始在总线上传送1或0。若DS18B20发送1，则保持总线为高电平；若发送0，则拉低总线。当传送0时，DS18B20在该时序结束时释放总线，再由上拉电阻将总线拉回空闲高电平状态。DS18B20发出的数据在读时序下降沿起始后的15s内有效，因此主机必须在读时序开始后的15s内释放总线，并且采样总线状态。图2-6 DS18B20写时序图DS18B20在使用时，一般都采用单片机来实现数据采集。只需将DS18B20信号线与单片机1位I/O线相连，且单片机的1位I/O线可挂接多个DS18B20，就可实现单点或多点温度检测9。 图2-7

34、 温度传感器与单片机的连接图2.3 报警电路2.3.1 报警系统蜂鸣器的特性蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，广泛应用于电子产品中作发声报警。蜂鸣器有两类：一类是压电式，一类是电磁式。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后(1.515V直流工作电压)，多谐振荡器起振,输出1.52.5kHz的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。本设计使用是电磁式蜂鸣器电磁式。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号

35、电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。电磁式蜂鸣器有两种类型：有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有源蜂鸣器内部带振荡源，无源蜂鸣器内部不带振荡源。有源蜂鸣器工作的理想信号是直流电，无源蜂鸣器工作的理想信号是方波。无源蜂鸣器接直流电是不会工作的。有源蜂鸣器直接接上额定电源(新的蜂鸣器在标签上都有注明)就可连续发声；而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出电路中才能发声10。2.3.2 报警系统工作原理蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，需要一定的电流才能驱动它，单片机I/O引脚输出的电流较小，输出的TTL电

36、平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。单片机实验板通过一个三极管C8550来放大驱动蜂鸣器11。如图2-8所示，蜂鸣器的正极接到VCC（5V）电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射极E，三极管的基级B经过限流电阻R9后由单片机的P3.0引脚控制，当P3.0输出高电平时，三极管截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当P3.0输出低电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，结合电路可以通过程序控制P3.0脚的电平来使它发出声音和关闭。程序中改变单片机P3.0引脚输出波形的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音12。另外，改变P3.0输出电

37、平的高低电平占空比，则可以控制蜂鸣器的声音大小，都可以通过编程实验来验证。系统中的报警电路是由三极管，蜂鸣器，发光二极管和限流电阻组成，并与单片机的P1.0P1.3端口连接。P1端口的作用和接法与P2端口相同，不同的是在Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址数据。图2-8 报警电路工作原理图2.4 电源电路2.4.1 电路功能与特点该电路输入家用220v交流电，经过全桥整流，稳压后输出稳定的5v直流电。方便实用，输出电压稳定，最大输出电流为1A，电路能带动一定的负载。2.4.2 电路工作原理在电容C1两端大约会有11V多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有

38、少许波动都会使C1两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压，在这里接一个三端稳压器的元件。三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。因为我们要输出5V的电压，所以选用7805，7805前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。LM7805最大可以输出1A的电流，内部有限流式短路保护，短时间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（2脚）短路并不会使7805烧坏，当然如果时间很长就不好说

39、了，这跟散热条件有很大的关系。三端稳压器后面接一个105的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。最后在C2两端接一个输出电源插针，可用于与其它用电器连接，比如MP3等。虽然7805最大电流是一安培，但实际使用一般不要超过500mA，否则会发热很大，容易烧坏。一般负载电有200mA以上时需要散热片13。图2-9 电源电路工作原理图2.5 显示电路采用微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中的1602液晶显示器做为输出显示。1602液晶显示器的特点：可以显示两行，一行有16个字符，但是不能显示汉字。此外，内置128个字符的ASC字符库集，没有串行接口，只有并行接口。2.

40、5.1 液晶主要技术参数显示容量为162个字符，芯片工作电压是4.55.5V，工作电流为2.0mA(5.0V)，模块工作电压为5.0Vf，字符尺寸为2.954.35(WH)mm。2.5.2 1602型液晶引脚 第1脚：VSS为电源地。第2脚：VDD接5V电源正极。 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平(0)时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 图2-10 显

41、示电路连接图第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。 第714脚：D0D7为8位双向数据端。 第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极14。2.5.3 基本操作时序表2-6 基本操作时序表操作名输入输出读状态RS=L, R/W=H,E=HD0D7=状态字。读数据RS=H, R/W=H,E=H无写指令RS=L, R/W=L,D0D7=指令码，E=高脉冲D0D7=数据写数据RS=H, R/W=L, ,D0D7=数据，E=高脉冲无2.5.4 写/读操作时序写/读操作时序如图2-11和2-12所示。如图，第一条竖线画面在了RS和R/W上，也就是说首先应该从这里开始,即先将R

42、S设为高或低(高表示数据读或写,低表示指令读或写)，而R/W的高低代表是读还是写。图2-11 1602液晶写操作时序图图2-12 1602液晶读操作时序图接着就是先把使能信号E置低，然后可以延时一小会儿,然后数据线上送数据，从上图的写操作时序图上可以看出，数据线上送完数据后需要延时tsp2（称之为数据建立时间）的时间后才能把E拉高，注意Tsp2的最小时间要求是40ns，最大时间没有要求；接下来一步就是把E置高电平，并且至少保持Tpw（E脉冲宽度）的时间（150ns，也是很小的）；延时完成后再把E置为低电平就可以把数据写入1602了。最后不需要延时就行15。3 硬件调试3.1 测试环境及工具测试

43、温度：20.045.0(模拟多点不同温度值环境)。测试仪器：温度计(0100)。测试方法：目测。3.2 温度检测部分测试当环境温度低于25摄氏度是，蜂鸣器开始以慢“滴”声报警，并且伴随着P1.0口发光二极管闪烁（模拟开启制热设备），当环境温度继续降低到22摄氏度时，蜂鸣器伴随P1.0和P1.1口发光二极管一起闪烁（模拟加大制热功率）。当环境温度高于35摄氏度是，蜂鸣器开始以慢“滴”声报警，并且伴随着P1.2口发光二极管闪烁（模拟开启制热设备），当环境温度继续升高到37摄氏度时，蜂鸣器伴随P1.2和P1.3口发光二极管一起闪烁（模拟加大制热功率）。3.3 硬件调试方法(1) 逻辑错误它是由设计错

44、误或加工过程中的工艺性错误所造成的。这类错误包括错线、开路、短路、相位错等。排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，并重点检查系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。(2) 元器件失效有两方面的原因：一是器件本身已损坏或性能不符合要求；二是组装错误造成元件失效，如电解电容、二极管的极性错误、集成电路安装方向错误等。(3) 可靠性差引起可靠性差的原因很多，如金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时坏，经不起振动；内部和外部干扰、电

45、源纹波系数大、器件负荷过大等造成逻辑电平不稳定；走线和布局不合理也会引起系统可靠性差。(4) 电源故障若样机有电源故障，则加电后很容易造成器件损坏。电源故障包括电压值不符合设计要求，电源引线和插座不对，功率不足，负载能力差等。在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查VCC与GND之间电位，若在5V4.8V之间属正常。结 论经过长达三个多月的设计，终于完成了基于单片机的温度控制的硬件设计。此次设计分别详细地介绍了对温度的显示、控制及报警的过程及原理，实现了温度的实时显示及控制的功能。控制部分提出了用DS18B20、AT89C51单片机及LCD的硬件电路完成对温度的实时检测及显示，利用DS18B20与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现对温度的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。 本课题完成了以下工作：(1) 查阅大量资料，了解相关元器件，选取最合适的器件。