带定时功能温度控制器

1、河南理工大学毕业设计（论文）说明书I摘 要本设计主要针对电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类,生产领域内出现的温度控制问题;因此本选题的研究有着极其重要的现实意义和实用性。本设计系统采用数字集成温度传感器 DS18B20 温度采集模块，采用ATMEL 公司的 AT89S52 单片机作为控制器，DS12C887 为实时时钟模块，四位数码管作为显示模块，利用固态继电器和蜂鸣器构成电机驱动电路和报警电路，系统整体构成简单廉价，可作为小型应用的温度监控系统。经过努力实现了对硬件部分的设计，画出原理图 PCB 图；软件部分可以实现 0099 度的温度控制显示（精 度为 1 度）同时

2、温度过高或者定时时间到时能够报警。可应用到对化工厂、粮食存储、酒类生产等，具有较强的实用价值。关键词：AT89S52 单片机； 时钟芯片 DS12C887； 温度传感器 DS18B20河南理工大学毕业设计（论文）说明书IIABSTRACTThe major design Targeted at the emergence of a large number of the temperature control problem. which happened in the area of the electrical force, chemicals, petroleum, metallurgy

3、, aerospace, machinery manufacturing, food storage, alcohol production . Therefore, the research topics are extremely important realistic significance and relevance. The overall design of a simple low-cost system can be used as small-scale application of the temperature monitoring system. Which is m

4、ade of the digital integrated temperature sensor DS18B20 temperature acquisition module, made of the ATMELs AT89S52 MCU as a controller, made of the DS12C887 for real-time clock module, as four of the digital display module, made of the solid state relays and a motor drive buzzer Dynamic circuit and

5、 alarm circuits. I strive to achieve through the hardware part of the design.At the same time, I painted, including schematics and PCB plans; The software can achieve 00 - 99 degrees temperature control display (accuracy of 1 degree). At the same time, the temperature or time limit to the time when

6、the alarm. It can be applied to the chemical plants, food storage, such as alcohol production, which has strong practical value.Key words: AT89S52 MCU; clock chip DS12C887; temperature sensor DS18B20河南理工大学毕业设计（论文）说明书III目 录1 绪论.11.1 温度测量的必要性、应用及发展 .11.2 定时功能的实现原理 .21.3 DS12C887 与与 AT89S52 的接口.32 系统方案

7、论证.52.1 系统技术要求 .52.2 温度传感器及测温原理 .52.2.3 DS18B20 内部结构.102.2.4 实时时钟芯片 DS12C887.123 3 系统硬件设计系统硬件设计.163.1 系统框图 .163.2 电源部分 .163.3 单片机掉电保护电路 .163.4 主控制器的设计 .183.4.1 AT89S52 简介.183.4.2 时钟、复位及看门狗电路 .213.5 前向通道设计 .233.5.1 测温模块 .233.5.2 实时时钟电路 .253.6 后向通道的设计 .263.6.1 压缩机/加热电阻丝驱动电路 .263.6.2 显示电路 .273.6.3 键盘输入

8、电路 .283.6.4 报警指示电路 .28河南理工大学毕业设计（论文）说明书IV4 4 系统软件设计系统软件设计.304.1 主程序设计 .304.2 键盘扫描子程序 .304.3 显示子程序 .324.4 DS18B20 的读写程序.334.5 DS12C887 的读写程序.384.6 EEPROM X25045 的读写程序 .414.7 报警指示、温度控制部分程序 .475 结论与展望.505.1 研究的结论与成果 .505.2 系统存在的问题 .49致 谢.50参考文献.51附图附图.53河南理工大学毕业设计（论文）说明书11 绪论1.1 温度测量的必要性、应用及发展温度是生产生活中最

9、基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行：炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。可见，温度的测量和控制是非常重要。温度的测量是从金属( 物质）的热胀冷缩开始。水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准。

10、可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒，玻璃管易碎。代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度很低，只能作为一个概略指示。在居民住宅中使用可满足要求。在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN 结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数（如电阻值，热电势等）的变化的原理。随着大规模集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。原来的温度检测采取对各测温点取样的人工方法，工作量大，可靠性差。近年来，随着计算机技术的发展和测量技术的提高，传统的人工查看温度的方法，已逐步被

11、电子检测温度设备所取代。前一种方式多数采用由拨动手动开关逐点查看温度的方法，有些也采用自动巡检方式并配备小型打印机记录温度数据。后一种方式则可在微机机房监测温度情况，并能利用微机对温度数据进行分析对比。由于微处理器芯片和网络河南理工大学毕业设计（论文）说明书2通信技术的发展，现场总线技术成为自动化领域技术发展的热点之一，现场总线控制系统成为中继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统 DCS 后的新一代控制系统。它的出现，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。采用现场总线技术的测温自动化系统实现。1.2 定时功能的实现原理在实际应用中，定时器

12、（或计时器）随处可见，利用单片机（MCU即 Microcomputer unit）来实现的也很多。此功能的实现采用单片机MCU 配合数字时钟芯片 DS12C887 来实现，可以实现很高的精度和避免掉电数据失效的弊端。实现实时时钟的方法：（1）软件时钟：由软件计时实现。其特点是硬件开销小、成本低、外围电路简单、占用 CPU(Central Processing Unit/中央处理器)的时间、计时精度低、走时误差较大。（2）硬件时钟：由硬件时钟芯片实现，其特点是计时精确，不占用CPU 资源，扩展电路简单。在单片机系统中应用较为广泛。 （3）GPS(Global Position Systerm)全

13、球定位系统时钟：由全球卫星定位系统提供。其特点是精度高，成本高。因此,在本设计中选用第二个方法来实现精确,高效的定时功能。MCS51 系列的单片机一般有两个内部的 16 位定时器/计数器分别称为 T0 和 Tl。这两个计数器分别是由两个 8 位的 RAM 单元组成的，即每个计数器都是 16 位的计数器，最大的计数量是 65536。 那么这个定时/计数器是如何产生定时作用的呢?举个例子，如果将时钟定时到 1 分钟，那么秒针计数到 60 次后，时钟闹铃就会响。这里有个计数和定时之间的概念转化，时间表示为秒针计数值，即秒针每一次走动的时间正好是 ls。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书3单片机中的

14、定时器和计数器是复用的，计数器是记录外部脉冲的个数，而定时器则是由单片机提供的一个非常稳定的计数源。定时器是由单片机的晶振经过 12 分频后获得的一个脉冲源。当单片机的晶振为12MHz 时，计数值 1 代麦的时间就是 1us。计数器的容星是 16 位，也就是最大的计数值到 65536，因此计数计到 65536 就会产生溢出。当定时器/计数器计溢出时，就会使得相关的寄存器标志产生变化，单片机将由此而产生定时中断，在中断服务程序中处理定时到而需要完成的任务。DS12C887 是美国 Dallas 公司生产的实时日历时钟芯片，采用 CMOS技术，与 MC146818B 和 DS1287 管脚兼容，特

15、点如下：（1）具有秒、分、时、星期、日、月、年计数功能，有 12 小时制和 24 小时制两种模式。（2）可实现闰年调整,时间可用二进制数和 BCD 码表示。（3）内部有 128 字节 RAM，其数据具有掉电保护功能。（4）可以选择 Motorola 和 Intel 总线时序,通过编程可实现多种方波输出。（5）工作电压为 4.55.5，工作电流为 715mA。在断电情况下运行十年以上不丢失数据。（6）功耗低、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。 ds12c887 具有提供较高精度年、月、日、时、分、秒时间的功能，对其校准后，在掉电情况下，10 年之内仍

16、能准确的进行计时，并且能与单片机直接相连。1.3 DS12C887 与 AT89S52 的接口由于 DS12C887 片内自带地址锁存器，故 AD0AD7 与单片机处理器的 P0 口直接相连，将单片机的 ALE 信号连到 DS12C887 的 AS 引脚。其他的引脚与单片机的连接如下图所示。DS12C887 内部存储器起始地址为7F00H，时间、日历及报警信息分别存储在 7F00H7F09H 单元中，状态河南理工大学毕业设计（论文）说明书4控制寄存器 AD 的地址分别为：7F0AH, 7F0BH, 7F0CH, 7F0DH。1-1 图 DS12C887 与 AT89S52 的接口Figure

17、1-1 DS12C887 and AT89S52 of the interfaceAD0AD7 SQWASRDWR MOTCSIRQAT89S52DS12C887P0ALERDWRP2.6INT0河南理工大学毕业设计（论文）说明书52 系统方案论证2.1 系统技术要求(1)以 MCS-51 系列单片机实现控制电路系统设计；(2)选择合适的测温元件，要求精度较高；(3)选择合适的时钟元件，要求精度较高且能够断电走时； (4)能够实现定时温度控制；(5)用键盘输入对温度的控制值； (6)在调节范围内，可实现按键设定所需温度；(7)用八段 LED 显示当前被测温度值；(8)温度超越界限或定时时间到时

18、能够报警；2.2 温度传感器及测温原理温度传感器种类很多，主要分为模拟温度传感器和数字温度传感器。模拟温度传感器又有线性和非线性之分。不同的传感器有各自的特点。在温度测量中常用的电阻式温度传感器、热电偶式、PN 结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。传统的方法多使用模拟传感器，那么一个温度量要经过感温元件、测量电路、放大电路、模数转换电路之后才能得到相应的数字量。这样设计者须考虑的线路环节较多，相应测温装置中元器件数量降不下来，随之影响产品的可靠性和体积微缩化，产品的成本较高。而且模拟信号在长距离传输过程中，如何抗电磁干扰是一个难以解决的问题。对于多点温度检测的场合，各被测点到测试装置之间引线距

19、离往往不同，还有各敏感元件参数的不一致性都是造成误差的原因。把被测温度这一非电模拟量转换成数字信号，将其处理过程的多个环节集成在单片 IC 器件内部，是解决传统温度检测方法弊病的理想途径。与模拟传感器相比，由河南理工大学毕业设计（论文）说明书6于采取高集成度设计，使数字式传感器在可靠性、抗干扰能力、体积以及设计成本方面都有明显的优点，但受半导体器件本身限制，数字式传感器还存在一些不够理想的地方。比如实际应用时需加修正值，测温范围不宽，一般为-50 +l50 。虽然存在一些不足，但是充分利用微处理技术发展数字化、集成化和自动化的温度传感器仍是温度传感器的发展方向之一。集成化温度传感器如 DALL

20、AS 公司的数字式温度传感器DS18B20。2.2.1 单总线技术近年来，美国的达拉斯半导体公司（DALLAS SEMICONDUCTOR ）推出了一项特有的单总线（1-wire Bus ）技术。它采用一根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，系统中的数据交换、控制都由这根线完成。设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线。其单总线通常要求外接一个约为 4.7k 的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。主机和从机之间的通信可通过 3 步完成，分别为初始化 1-wire 器件、识别 1-wire

21、 器件和交换数据。由于它们是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问 1-wire 器件都必须严格遵循单总线命令时序，即初始化、ROM 、命令功能命令。如果出现序列混乱，1-wire 器件将不响应主机（搜索 ROM 命令，报警搜索命令除外） 。所有的单总线器件都要遵循严格的通信协议，以保证数据的完整性。1 -wire 协议定义了复位脉冲、应答脉冲、写 0 写1、读 0 读 1 时序等几种信号类型在这些信号中，除了应答脉冲外，其它均由主机发出同步信号，并且发送的所有命令和数据都是字节的低位在前。单总线技术以其线路简单、硬件开销少、成本低廉、软件设计简单，优势为有着无可比拟的应用前

22、景。基于单总线的 iButton 技术能较好地解决传统识别器普遍存在的携带不便、易损坏、易受腐蚀、易受电磁干河南理工大学毕业设计（论文）说明书7扰等不足，可应用于高度安全的门禁、身份识别等领域。其通信可靠简单，很容易实现。因此单总线技术有着广阔的应用前景，是值得关注的一个发展领域。有了单总线的概念，下面来了解一下数字温度传感器DS18B20 。2.2.2 温度传感器 DS18B20 温度传感器选择单线数字器件 DS18B20 ，是在经过多方面比较和考虑后决定的，主要有以下几方面的原因：系统成本：由于计算机技术和微电子技术的发展，新型大规模集成电路功能越来越强大，体积越来越小，而价格也越来越低。

23、一支 DS18B20 的体积与普通三极管相差无几，价格只有十元人民币左右。系统复杂度：由于 DS18B20 是单总线器件，一条总线上可以挂接几十个（理论上可以挂接 248个单总线器件）DS18B2O。因此，与模拟传感器相比，可以大大减少接线的数量，降低系统的复杂度，减少工程的施工量。系统的调试和维护：由于引线的减少，使得系统接口大为简化，给系统的调试带来方便；由于 DS18B20 是全数字器件，故障率低，抗干扰性强。DS18B20 利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型

24、工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控过程生产线的温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行 AD 转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片 DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线性较好。在 0100 摄氏度时，最大线形偏差小于 1 摄氏度。河南理工大学毕业设计（论文）说明书8

25、DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820 和微控制器 AT89S52 组成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于 AT89C52 可以驱动多个 DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。采用温度芯片 DS18B20 测量温度，可以体现系统芯片化的趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋

26、势。DSl8B20 数字温度计提供 12 位(二进制)温度读数，指示器件的温度。 信息经过单线接口送入 DSl8B20 或从 DSl8B20 送出，因此从主机 CPU 到 DSl8B20 仅需一条线(和地线)。DSl8B20 的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。因为每一个 DSl8b20 在出厂时已经给定了唯一的序号， 因此任意多个 DSl8B20 可以存放在同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。 DSl8B20 的测量范围从-55 到+125 增量值为 0.0625。1s(典型值)内把温度变换成数字。每一个 DSl8B20 包括一个唯一的 64 位长的序号，该序号

27、值存放在 DSl8B20 内部的 ROM(只读存贮器)中。开始 8 位是产品类型编码(DSl820 编码均为 10H)。接着的 48 位是每个器件唯一的序号。最后 8 位是前面 56 位的 CRC(循环冗余校验)码。DSl8B20 中还有用于贮存测得的温度值的两个 8 位存贮器 RAM，编号为 0 号和 1 号。1 号存贮器前四位存放温度值的符号，如果温度为负( )则 1 号存贮器前四位全为 1，否则全为 0。0 号存贮器用于存放温度值的补码，LSB(最低位)的 1 表示 0.0625。将存贮器中低 12 位的二进制数求补后转换成十进制数并除以 16 就得到被测温度值(-55125 )。河南理

28、工大学毕业设计（论文）说明书921 表温度值及其二进制、十六进制对应关系表Table 2-1 temperature and binary, hexadecimal correspondence relationTable温度/二进制表示十六进制表示+125 +25.0625+10.125+0.50-0.5-10.125-25.0625-5500000111 1101000000000001 1001000100000000 1010001000000000 0000100000000000 0000000011111111 1111100011111111 0101111011111110

29、0110111111111100 1001000007D0H0191H00A2H0008H0000HFFF8HFF5EHFE6FHFC90H2-1 表是 DS18B20 温度采集转化后得到的 12 位数据，存储在DS18B20 的两个 8 比特的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于或等于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于 0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加1 再乘于 0.0625 即可得到实际温度。温度转换计算方法举例：例如当 DS18B20 采集到+125的实际温度后，输出为 07D0H，则：实际温度

30、=07D0H0.0625=20000.0625=125。 DSl8B20 的引脚如图 2-1 所示。每个 DS18B20 都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采取数据总线供电方式可以节省一根导线 但完成温度测量的时间较长；采取外部供电方式则多用一根导线，但测量速度较快。河南理工大学毕业设计（论文）说明书1021 图 DS18B20 的引脚图Figure 2-1 DS18B20Figure-pin2.2.3 DS18B20 内部结构1. DS18B20 的内部结构如 22 图所示。22 图 DS18B20 内部结构Figure 2-2 the internal struc

31、ture of DS18B20DS18B20 有 4 个主要的数据部件：存储器和控制器高速缓存存储器64 位 ROM 和单线接口电源检测8 位 CRC 生成器温度灵敏元件低温触发器 TL配置寄存器高温触发器 TH河南理工大学毕业设计（论文）说明书11（1）64 位激光 ROM;64 位激光 ROM 从高位到低位依次为 8 位 CRC,48 位序列号和 8 位家族代码(28H)组成。（2）温度灵敏元件;（3）非易失性温度报警触发器 TH 和 TL,可通过软件写入用户报警上下限值。（4） 配置寄存器,配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。DS18B20 在 0 工作时按此寄存器中的分辨率将温度

32、转换成相应精度的数值，其各位定义如 22 表所示。22 表 DS18B20 内部 ROM 各位分配 Table 2-2DS18B20 internal ROM of the schedule其中 TM：测试模式标志位，出厂时被写入 0，不能改变；R0、R1：温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时 R0、R1 置为缺省值：R0=1，R1=1（即 12 位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。配置寄存器与分辨率关系如 23 表所示。23 表配置寄存器与分辨率关系Table 2-3 configuration register with the resolutio

33、n of relations 2. 高速暂存存储器高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如 24 表所示。24 表 DS18B20 内部 RAM 字节组成表Table 2-4 bytes of RAM DS18B20 internal table配置寄存器与分辨率关系TMR1R011111R0R1温度计分辨率/bit最大转换时间/us00993.750110187.510113751112750RAM 字节组成河南理工大学毕业设计（论文）说明书12当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位

34、在前，高位在后，数据格式如 25 表所示。对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，先将补码变为原码，再计算十进制值。2-5 表 DS18B20 温度值格式表Table 2-5DS18B20 temperature format tableMSBMSB LSBLSB3222120212223242SSSSS6252422.2.4 实时时钟芯片 DS12C887 DS12C887 实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替 IBM PC 上的时钟日历芯片 DS12887，同时，它的管脚也和 MC146818B、DS12887 相兼容。 由于 DS12C887

35、能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子“千年”问题；DS12C887 中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持 10 年之久；对于一天内的时间记录，有 12 小时制和 24 小时制两种模式。在 12 小时制模式中，用 AM 和 PM 区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用 BCD 码表示；DS12C887 中带有 128 字节 RAM，其中有 11 字节 RAM 用来存储时间信息，4 字节 RAM 用来存储 DS12C887 的控制信息，称为控制寄存器，113 字节通用 RAM 使用户使用；

36、此外用户还可对 DS12C887 进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。（1）DS12C887 的引脚描述 DS12C887 的引脚排列如图 23 所示，各管脚的功能说明如下： 温度低位温度高位THTL配置保留保留保留8 位CRC河南理工大学毕业设计（论文）说明书1323 图 DS12C887 芯片管脚图Figure 2-3 The chip of the DS12C887 figure-pinGND、VCC：直流电源，其中 VCC 接+5V 输入，GND 接地，当 VCC 输入为+5V 时，用户可以访问 DS12C887 内 RAM 中的数据，并可对其进行读、写

37、操作；当 VCC 的输入小于+4.25V 时，禁止用户对内部 RAM 进行读、写操作，此时用户不能正确获取芯片内的时间信息；当 VCC 的输入小于+3V时，DS12C887 会自动将电源发换到内部自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作。MOT：模式选择脚，DA12C887 有两种工作模式，即 Motorola 模式和Intel 模式，当 MOT 接 VCC 时，选用的工作模式是 Motorola 模式，当MOT 接 GND 时，选用的是 Intel 模式。本文主要讨论 Intel 模式。SQW：方波输出脚，当供电电压 VCC 大于 4.25V 时，SQW 脚可进行方波输出，此时用户可以通

38、过对控制寄存器编程来得到 13 种方波信号的输出。AD0AD7：复用地址数据总线，该总线采用时分复用技术，在总线周期的前半部分，出现在 AD0AD7 上的是地址信息，可用以选通 DS12C887内的 RAM，总线周期的后半部分出现在 AD0AD7 上的数据信息。AS：地址选通输入脚，在进行读写操作时，AS 的上升沿将 AD0AD7上出现的地址信息锁存到 DS12C887 上，而下一个下降沿清除 AD0AD7河南理工大学毕业设计（论文）说明书14上的地址信息，不论是否有效，DS12C887 都将执行该操作。DS/RD：数据选择或读输入脚，该引脚有两种工作模式，当 MOT 接VCC 时，选用 Mo

39、torola 工作模式，在这种工作模式中，每个总线周期的后一部分的 DS 为高电平，被称为数据选通。在读操作中，DS 的上升沿促使 DS12C887 将内部数据送往总线 AD0AD7 上，以供外部读取。在写操作中，DS 的下降沿将使总线 AD0AD7 上的数据锁存到 DS12C887 中；当MOT 接 GND 时，选用 Intel 工作模式，在该模式中，该引脚是允许读输入脚，即 Read Enable。R/W：读/写输入端，该管脚也有 2 种工作模式，当 MOT 接 VCC 时，R/W 工作在 Motorola 模式。此时，该引脚的作用是区分进行的是读操作还是写操作，当 R/W 为高电平时为读

40、操作，R/W 为低电平时为写操作；当MOT 接 GND 时，该引脚工作在 Intel 模式，此时它为允许写输入，即Write Enable。CS：片选输入，低电平有效。IRQ：中断请求输入，低电平有效，该引脚有效时对 DS12C887 内的时钟、日历和 RAM 中的内容没有任何影响，仅对内部的控制寄存器有影响，在典型的应用中，RESET 可以直接连接 VCC，这样可以保证 DS12C887在掉电时，其内部控制寄存器不受影响。在 DS12C887 内有 11 字节 RAM 用来存储时间信息，4 字节用来存储控制信息，其具体地址及取值如 26 表所列。由表 26 可以看出：DS12C887 内部有

41、控制寄存器的 A-B 等 4 个控制寄存器，用户都可以在任何时候对其进行访问以对 DS12C887 进行控制操作。河南理工大学毕业设计（论文）说明书1526 表 DS12C887 的存储功能Table 2-6 storage function of the DS12C887取值范围地 址功 能取值范围十进制数二进制BCD 码0秒059003B00591秒闹铃059003B00592分059003B00593分闹铃059003B005912 小时模式012010C AM，818C PM0112AM，8192PM424 小时模式02300170023时闹铃，12 小时制112010C AM，818

42、C PM0112AM，8192PM5时闹铃，24 小时制023001700236星期几（星期天=1131011F01318月112010C01129年0990063009910控制寄存器 A11控制寄存器 B12控制寄存器 C河南理工大学毕业设计（论文）说明书16MCU温度检测温度控制报警、指示键盘、显示适时时钟电路复位、晶振EEPROM、看门狗系统电源13控制寄存器 D50世纪099NA19，203 3 系统硬件设计系统硬件设计3.1 系统框图(如 3-1 图示) 31 图系统框图Figure 3-1 system diagram3.2 电源部分电源部分采用传统的降

43、压、整流、滤波、稳压，四部分结构.变压器将 220v 市电降压为 12v 交流电,再通过四个整流二极管 D2,D3,D4,D5 整流,将交流电变为直流电,再经过滤波电容 E3 将电流的纹波滤掉,最后通过三端集成稳压器 LM7805 输出稳定的 5v 电压.电源部分如图 32 所示。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书17图 32 电源部分原理图Figure 3-2 power of the principle3.3 单片机掉电保护电路 通常，在数字钟、打铃仪、某些定时器和日历钟等类型的单片机系统中，当主电源 DC5V 失去时，我们称之为掉电。掉电之后，单片机会停止工作，时钟会停止往前走，这种结

44、果在许多场合往往是不希望的，为了保证单片机在主电压失去时仍然能够保持运行，人们就利用干电池对单片机系统继续进行供电。 当电池经过保护时间的使用之后，就需要补充电能，目的是下一次保护时能够投入保护工作。所以，又有一个如何给电池充电的问题。归纳一下：就是电池在主电源正常供电时，需要由主电源对其进行充电；当主电源失去一时，又由电池放电以保持单片机系统的运行。 图 33 是掉电保护电路。(VCC = 6V). 33 图掉电保护电路Figure 3-3 brownout protection circuit河南理工大学毕业设计（论文）说明书18当主电源正常时，单片机由VCC5V电源供电，此时，VCC5V

45、 电源通过 D1 和R1 ，对保护用电池进行充电，以保证电池电量的充足。适当选择 R1 的大小，可以保证充电电流和充电时间都比较合理。 调频FM发射话筒制作套件 例如：需要对 3V6 * 60mAH 的电池充电，充电时间选择在 8 小时左右，我们就选择充电电流为 8 mA，R1 （6V - 0.6）/ 8（0.6 是串连二极管的导通压降） 。与电池并联的稳压二极管是防止电池过充电用的。 放电路径是：电池通过 R1+R2 ，对单片机供电端口进行供电，供电电流通过 R1+R2 之后，会有压降，到达单片机的 VCC 端口时，电压就会比 3V6 低，一般会在 2V-2V5 左右，不要企图在这个时候提高

46、单片机的供电电压，这样反而会适得其反，令单片机仍然工作于正常供电状态。对各单片机生产公司的各种单片机，这个低供电电压会有某些差别，调整电阻 R2，在保证单片机能够保持运行的情况下，耗用电流越小越好。3.4 主控制器的设计3.4.1 AT89S52 简介本设计采用 ATMEL 公司的 8 位单片机 AT89S52, AT89S52 片内含 8k bytes 的可反复擦写的只读 Flash 程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元

47、，功能强大；图 3 AT89S52 引脚排列图 AT89S52 单片机可为提供许多高性价比的应用场合。AT89S52 的引脚排列图如下：河南理工大学毕业设计（论文）说明书19 34 图 AT89S52 的引脚排列图Figure 3-4 AT89S52 pin diagram AT89S52 有 40 个引脚（如图 34 所示），32 个双向输入/输出（I/O）端口，除 P0 口外，其它端口均带有内部上拉电阻，其中 P1 口具有锁存功能。P1 口的 P1.5、P1.6、P1.7 及 Reset（9 脚）为 ISP（在系统编程）口，可对 MCU 进行在系统编程；P1.0、P1.1 口与内部定时器

48、2配合可作为捕获/比较输入口；P3 口均具有第二功能，分别为：串行口（RXD、TXD）、外中断口（INT0、INT1）、两个 16 位可编程定时/计数器（T0、T1）,读写控制口（RD、WR）；内部具有双数据指针，这为数据在不同存储区的存取操作带来了的方便；同时 AT89S52 的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有 RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内 RAM 被冻结，时钟停振，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。VCC : 电源GND: 地P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O

49、口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接河南理工大学毕业设计（论文）说明书20收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因

50、，将输出电流（IIL）。此外，P1.0 和P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和定时/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如 3-1 表所示。在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。3-1 表 P1 引脚的特殊功能表Figure 3-1 P1-pin of the special function引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编

51、程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉河南理工大学毕业设计（论文）说明书21低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2锁存器的内容。在 flash 编程和校验时，

52、P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3 口亦作为AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如 3-2 表所示。在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。3-2 表 P3 引脚的特殊功能表Figure 3-2 P3-pin of the special function引脚号第二功能P3.0RXD（串行输

53、入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断 0)P3.3INT0(外部中断 0)P3.4T0（定时器 0 外部输入）P3.5T1（定时器 1 外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器写选通)RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使河南理工大学毕业设计（论文）说明书22单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储

54、器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE 脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为 8EH 的 SFR的第 0 位置 “1” ，ALE 操作将无效。这一位置 “1” ，ALE 仅在执行MOVX 或 MOVC 指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个 ALE 使能标志位（地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程

55、序存储器选通信号。当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN 将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接 GND,为了执行内部程序指令，EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端;XTAL2:振荡器反相放大器的输出端;3.4.2 时钟、复位及看门狗电路为了提高单片机应用系统的抗干扰性能，可外扩电源监控电路、看门狗、系统监控芯片等。本

56、设计采用简单的手动复位电路,这种手动复位利用电容 E1 的充电来实现.当加电时,电容 E1 充电,电路有电流通过,构成回路,在电阻 R1 上产生压降,引脚 RESET 为高电平当电容充满电后,电路相当于断开,RESET电位与地相同,复位结束.也可以通过按键 SW1 实现复位,按下键后,通过河南理工大学毕业设计（论文）说明书23R1 和 R2 形成回路,使 RESET 端产生高电平.按键的时间决定了复位的时间.可见复位的时间与充电的时间有关,充电时间越长,复位时间越长,一般使引脚 RESET 保持 10ms 以上的高电平,单片机便可以可靠的复位。AT89S52 内部有一个高增益反向放大器,用于构

57、成振荡器,引脚 XTAL1和 XTAL2 分别是放大器的输入端和输出端.在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨结晶体或陶瓷谐振器,就构成了稳定的自激振荡器,其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器.外接晶振时,C1,C2 指通常选择为 30pF 左右;外接陶瓷谐振器时,C1,C2 约为 47PF.对频率有微调作用,震荡频率范围是 1.212MHz.为了减少寄生电容,更好的保证振荡器稳定可靠的工作,谐振器和电容应尽可能安装的与单 片及芯片靠近.内部时钟发生器实质上是一个二分频的触发器,其输出信号是单片机工作所需的时钟信号. 时钟电路如 35 图35 图 时钟电路 36 图 X25045 引脚图Figu

58、re 3-5 clock circuit Figure 3-6 X25045 figure-pin看门狗及数据保护电路采用美国 Xicor 公司的生产的标准化 8 脚集成电路，它将 EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。 X25045 引脚如图 36 所示其引脚功能及与 MCU 接口电路（如图37）： CS：片选择输入；SO：串行输出，数据由此引脚逐位输出； SI：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入 X25045； 河南理工大学毕业设计（论文）说明

59、书24SCK：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出 WP：写保护输入。当它低电平时，写操作被禁止；Vss：地； Vcc：电源电压；RESET：复位输出。 图 37 复位及 EEPROM 接口电路Figure 3-7 reset and EEPROM interface circuit3.5 前向通道设计3.5.1 测温模块DALLAS 最新单线数字温度传感器 DS18B20 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的

60、现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持 3V-5.5V 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20 可以程序设定9-12 位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中,掉电后依然保存。（1）DS18B20 的引脚说明（如图 38）河南理工大学毕业设计（论文）说明书25图 38 DS18B20 的引脚说明Figure 3-8 DS18B20 pin noteDQ 为数字信号输入/输出端；GND 为电源地；VDD 为外接