单片机构成的环境温度实时测控装置毕业设计

1、.PAGE ：.； 摘 要 单片机对温度的测控是一个工业消费中经常遇到的控制问题，采用单片机对温度进展测控不仅具有控制方便、简单和灵敏等优点，而且可以大幅度提高控制质量。单片机构成的温度测控系统是经过单片机及其温度检测和控制电路，对环境的温度进展控制。本文主要引见了温度传感器的选取和温度实时测控安装硬件部分的电路设计。设计中选用独特的单总线温度传感器DS，并且把整个硬件系统的电路设方案分为DS与的硬件接口电路设计、数据显示与键盘设计、数据存储器的扩展电路设计、通讯接口电路设计。该安装可实现环境温度的实时丈量与控制，并能记录、存储相关数据，并附有通讯接口，能方便地运用于各种温度控制场所。关键词：

2、单片机；传感器；检测 ；控制 ；电路 AbstractMicrocomputer to temperature monitoring is a frequently encountered by the industrial production control, adopting microcomputer to carry on the control to them not only have the control convenience, simple and agility, but also with significant improve the quality of cont

3、rol. Making use of and its temperature detection and control circuits, microcomputer temperature control system can carry on the detection and control to the temperature of the environment. that article mainly introduces the selection of the temperature sensors and the circuit design of the temperat

4、ure real-time detection and control hardware device partial. I choose DS the unique -wire bus temperature sensor, and divide the whole circuits of hardware system for the DS with the of hardware interface circuit design, data display and the design of keyboard, the expand circuit design of data memo

5、ry and the circuit design of communication interface. that device can achieve real-time measurement and control of environmental temperature, and can record, saving related data, and append the communications interface, so can be apply in various situation of temperature control expediently.Key Word

6、s：microcomputer；sensor ；detect ；control ；circuit目 录概述.单片机构成的环境温度控制安装的意义.温度测控安装所实现的功能微机控制系统简介 . 微机控制系统的组成 . 微机控制系统的分类 温度传感器的选择 . 温度传感器的分类 . 温度传感器信号传输方式 .温度传感器确实定 .单总线温度传感器DS引见温度测控安装的电路设计 . Intel单片机简介 . Intel的构造及特性 . Intel时钟电路与复位电路 . DS与的接口电路设计 .温度显示与键盘设计 . LED数码管简介及其显示电路 . 键盘电路设计. 存储器的扩展电路设计.通讯接口电路设计

7、 . RS-C规范引见 . MAX与的接口电路.总结单片机构成的环境温度实时测控安装设计.概述本课题的标题是“单片机构成的环境温度实时测控安装设计，主要论述了环境温度实时测控安装的硬件部分的设计，包括中心元器件的选取和引见、单片机控制系统的电路设计。.单片机构成的环境温度控制安装的意义电子技术和微型计算机的迅速开展，促进了微型计算机丈量和控制技术的迅速开展和广泛运用。可以说，微机测控技术的运用己浸透到国民经济的各个部门。国防技术，航空，航天，铁路，冶金，化工等产业自不用说，就连日常生活中也用上了微机控制的电梯，微波炉，电冰箱，电视机，电扇，智能照相机，玩具，模糊控制洗衣机，模糊控制空调机，携带

8、式心脏监护机等，一切这些智能机电一体化产品的出现，无不是微机测控技术的胜利运用。环境温度是一种最根本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业消费过程中需求实时测控温度，在农业消费中也离不开温度的测控，而温度也是最不易保证的目的，因此研讨可靠并且适用的温度测控安装具有重要的意义。而采用MCS单片机来对温度进展控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵敏性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术目的，从而可以大大提高产品的质量和数量。环境温度实时测控安装在工业消费中也会经常会遇到，因此，具有很强的适用价值。测控温度的关键是控制器和温度传感器。环境温度实时测控安装的设计采用的控制器为单片机，温

9、度传感器是智能集成温度传感器DS。单片机作为控制器件，具有体积小、功能强可靠性高、价钱低廉等一系列优点，再加上近年来随着计算机在社会领域的浸透, 单片机的运用正在不断地走向深化，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机运用系统中，单片机往往是作为一个中心部件来运用。单片机不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们任务和生活的各个角落，有力地推进了各行业的技术改造和产品的更新换代。因此，设计该安装时选用的控制器是单片机，以保证到达设计的控制要求。DS是智能集成数字温度传感器，能快速准确的进展温度采集，从而使温度的检测和控制到达设计要求。.温度测控安装所

10、实现的功能环境温度实时测控安装可在的范围内恣意设定温度控制点，数码管可以显示出环境温度，并附有RS-通讯接口可使多个这样的安装方便地与计算机互联，以实现温度的测控。由于该安装采用了一线数字温度传感器DS来实现温度采样，所以也可以实现多点温度采样的集中控制。此外，该安装还可自动控制多个设备的多点时间控制电路，便于功能的扩展，可保证温度目的满足设计要求。因此能方便地运用于各种温度控制场所，因此具有更广泛的运用。环境温度实时测控安装的设计，是以单片机为控制中心，以DS为温度检测中心构成一个环境温度的实时丈量与控制系统。该安装可实现的功能如下：在间可恣意设定温度控制点；可以实时显示监测环境温湿度的变化

11、情况，并记录、存储相关数据；具有多点定时设备控制电路，便于功能扩展；配有通讯接口，可方便地与计算机进展通讯；温度控制的精度为：.。本安装的整个硬件系统的电路划分为DS与的硬件接口电路、数据显示与键盘、数据存储器的扩展电路、通讯接口电路，并经过这些电路来实现上述功能，在本论文中将对这些电路作详细引见。微机控制系统简介微机测控系统是由微型机与其它器件和安装适当衔接起来的硬件系统，并在软件的操作下协调运转执行预定的丈量与控制义务。电子技术和微型计算机的迅速开展，促进了微型计算机丈量和控制技术的迅速开展和广泛运用。可以说，微机测控技术的运用己浸透到国民经济的各个部门。国防技术，航空，航天，铁路，冶金，

12、化工等产业自不用说，就连日常生活中也用上了微机控制的电梯，微波炉，电冰箱，电视机，电扇，智能照相机，玩具，模糊控制洗衣机，模糊控制空调机，携带式心脏监护机等，一切这些智能机电一体化产品的出现，无不是微机测控技术的胜利运用。.微机控制系统的组成 微机控制系统包括硬件和软件两部分。 硬件是微机控制系统的物质根底。它在软件的协调下运转，实现对消费过程或被控对象参数的检验，完成对消费过程或被控对象的控制义务。 硬件包括:主机，外部设备，传感器和变送器，功率放大和执行机构，模拟量输入通道，模拟量输出通道，开关量输入和输出通道，接口电路和电源。控制系统的软件，指的是它的全部程序，包括系统软件和运用软件两大

13、类。其中系统软件主要包括以下内容:()监控程序和操作系统监控程序是一种低级计算机的管理程序。它的功能是扫描键盘，实现人机对话，接受用户程序，显示、调试、修正和运转用户程序，显示和修正存储器中的内容。通电后立刻进入监控程序，各种程序均在监控程序下运转。 操作系统是一种微型计算机的大型管理程序，是在监控程序的根底上进一步扩展许多控制程序构成的。其主要功能是实现人机对话，管理微型机、存储器、操作台、外部设备、文件和作业进程。它控制各种软件，如汇编程序、解释程序、编译程序、I/驱动程序、衔接程序等。汇编程序、解释程序和编译程序汇编程序用于把汇编言语程序变为计算机可以认识和执行的机器言语程序，也称为目的

14、程序。例如MCS-单片机仿真器里有MCS-汇编程序，用户可以把本人用汇编言语编写的程序送入仿真器然后把它变为机器言语程序，再把这些机器言语程序固化到EPROM中，EPROM中的程序就可以在用户系统中执行。 解释程序能把用某种程序设计言语写的源程序(如BASIC)，翻译成机器言语的目的程序，此目的程序是可执行程序。 编译程序能把用高级言语编写的源程序，编译成某种中间言语(如汇编言语)或机器目的程序。运用软件是由微机控制系统的设计者编写的，对不同的系统，运用软件的差别也很大，就算是同一个系统，也会有多种运用软件。运用软件普通采用模块化构造，一个程序模块就是一个子程序。总的来说，这些子程序可分为两类

15、:通用软件和公用软件。()通用软件通用软件在普通的微机控制系统软件设计中经常用到，常见的有以下几种：a.数制变换程序，例如二进制与BCD码之间相互转换程序；b.运算程序，包括加、减、乘、除、乘方、开方、函数运算等；c.数字滤波程序，用于对数据进展处置；d.工程量程序，在工程显示时往往会用到这类程序；e.查表程序，例如查找热电势对应的温度值；f.报警程序。()公用软件这是针对某一详细控制系统和不同控制规律编制的程序，常见的有以下几种:a.数据采集程序;b.输出程序;c.各种控制算法程序，例如PID算法程序。.微机控制系统的分类 微型机控制系统有多种分类方法，这里是按单片机在系统中参与控制的方式来

16、分。消费过程的巡回检测和数据处置系统这种系统是微型机不断轮番检测消费过程的各个参数，即所谓巡回检测，然后微型机对所测得的参数进展处置和加工，如数字滤波，并将处置和加工的数据存于半导体存储器或磁盘上，在需求时可打印和显示这些数据。假设发生异常情况，还可以发出声光报警。这样的系统称为消费过程的巡回检测和数据处置系统，简称为巡回检测系统或数据采集系统。人们可以利用巡回检测系统所得到的数据和信息获得消费过程的数学模型和其它有用信息，作为设计或修正微型机控制系统的根据。这种系统更多地是作为较大型和复杂的消费过程控制系统的一部分，作为这个控制系统的数据采集安装，它能快速向微机提供消费过程的有关数据和信息，

17、由微机行复杂的运算和决策，以便实现自顺应控制和最优控制。 直接数字控制系统(DDC) DDC (Direct Digital Control)控制系统，就是微型机不仅对数据进展采集，还经过输出通道直接对消费过程进展控制。这里的“数字二字是区别于模拟或延续控制系统而言的。大多数直接数字控制系统不需配备磁盘驱动器、打印机和显示终端，而用简单的数码显示器替代显示终端。系统的控制过程是：DDC微型机经过模拟量输入通道和开关量输入通道巡回检测消费过程的参数，并与事先存于存储器中的给定值进展比较，得出误差(给定值与消费过程的被调量之差)，然后根据误差及其变化趋势，运用表达控制规律的控制算法(程序)求出控制

18、器的输出量，并经过模拟量输出通道和开关量输出通道送给执行机构，控制消费过程，使被控量接近给定值。 计算机监视控制系统(SCC) 计算机监视控制系统即SCC (Supervisory Computer Control)系统是比DDC系统更高一级的系统，它是一个两级控制系统。上位级是SSC计算机，它根据原始的消费工艺信息和其它信息，如运转条件的变卦等，按照消费过程的数学模型，计算出消费过程的最优给定值(设定值或期望值)送给SCC计算机的下级计算机。建立消费过程的数学模型和求解控制战略是SCC计算机的两个重要义务。由于SCC计算机的输出不直接控制执行机构，而是给出下级计算机的设定值，所以这种系统也称

19、为设定值控制系统SPC (Set Point Computer)。监视控制系统的下位级为DDC计算机或模拟控制系统，它对消费过程进展直接控制，从而实现整个消费过程的综合最优控制，例如消费效率高、产质量量好、能源耗费少、原资料省、本钱低、人员和设备平安等。计算机多机控制系统 计算机多机控制系统是为了顺应现代化工业消费规模大，消费过程复杂，要求可靠性高的要求出现的，它不仅对消费过程进展控制，还进展各种管理任务。整个系统由三级组成:最低级为直接控制级，中间级为计算机监视控制级(SCC)，最高级为管理级MISManagement Information System。直接控制级采集消费过程的参数，接纳

20、SCC计算机的给定值并按预定的控制规律对被控对象进展控制。监视控制级的SCC计算机的作用如前面所述，其功能主要是建立过程的数学模型，求解控制战略，确定各DDC级的给定值并传送给各DDC级以实现最优或自顺应控制。SCC计算机不仅可以与DDC级通讯，各SCC级之间也有通讯联络，以便交流信息。分布型综合控制系统分布型综合控制系统TDCS Total Distributed Control Systems也称为分布型微处置机控制系统(Distributed Microprocessors Control Systems)或分布控制系统(Distributed Control Systems)，简称集散

21、系统或分布系统。它本质上就是一种多级控制系统，只不过系统各部分(硬件和软件)以组件或模块的方式出现。 集散控制系统由根本控制器进展局部分散控制，用协调级协调各根本控制器的任务，实现最优控制，并实现集中监视、操作和管理，以到达掌握全局的目的。集散系统的优点是：容易掌握，组建系统任务量少。扩展灵敏，可实现各种控制。分散控制，缺点分散，再加上有完善的系统自检功能，故可靠性高。集中协调和管理，可实现最优控制。维修方便。哪一部分有缺点，换下来即可，系统可不停顿运转。对于大型集散系统，用户可以购买现成模块，只需把模块衔接起来并对软件进展组态就可组成系统。按这种方法组成系统，节省时间，系统性能优良，可靠性高

22、。根据单片机构成的温度测控安装的设计要务虚现的功能如下：在间可恣意设定温度控制点；可以实时显示监测环境温湿度的变化情况，并记录、存储相关数据；具有多点定时设备控制电路，便于功能扩展；配有通讯接口，可方便地与计算机进展通讯；温度控制的精度为：.。为了到达上述要求，并且使安装构造尽量简单，本温度测控安装采用的是直接数字控制方式，属于直接数字控制系统。.温度传感器的选择设计环境温度实时测控安装，首先遇到的问题就是选用什么样的温度传感器，这对于整个系统的性能、简繁程度以及设计本钱等都有一定的影响，因此我对各种温度传感器先进展了比较。温度传感器的开展阅历了三个开展阶段：传统的分立式温度传感器，模拟集成温

23、度传感器，智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速开展。.温度传感器的分类 根据制造温度传感器采用资料的不同，常用的温度传感器有热电偶、热电阻、NTC热敏电阻、半导体温度传感器等。 热电偶由两种特定的金属资料(如铂锗)结合后制成，测温范围普通在-至。热电阻是由一种特定的金属资料(如铂等)制成的，测温范围普通在-至。以上两种温度传感器测温范围宽、可以在高温场所任务、体积较大、本钱较高。 NTC热敏电阻即负温度系数热敏电阻。它由Mn-Co-Ni-Fe-Cu等过渡金属氧化物的至种组合，采用陶瓷工艺烧结而成。测温范围普通在-至。NTC热敏电阻

24、阻值随温度的变化符合指数规律，其最大的缺陷也在于它的非线性，普通需求经过线性化处置，使输出电压与温度之间根本上成线性关系。随着对检测温度精度要求越来越高，以及丈量环境要求越来越苛刻，目前，人们正在研制高精度高可靠性的NTC热敏电阻。NTC热敏电阻的综合性能以日本的产品为最好。 NTC热敏电阻主要用于静电复印机、自动化设备、热打印头、锅炉、热水器等做温度控制检测。半导体温度传感器的温度检测根据是PN结正向电压和温度的关系。其测温范围普通在-至。半导体温度传感器很容易制成集成温度传感器。与热电偶、热电阻、热敏电阻等其它温度传感器相比，半导体温度传感器具有灵敏度高、线性度好、呼应速度快等特点。另外，

25、它将驱动电路、信号处置电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有尺寸小、运用方便等特点。随着集成工艺的提高，集成温度传感器的功能和性能己有了较大的提高，已广泛运用于台式计算机、笔记本电脑、打印机、数字相机、汽车电子、家电控制器等系统。 集成温度传感器普通用来丈量本身封装的温度，但是片上加热后封装温度上升，可以丈量气流温度，二极管衔接方式的三极管可以丈量远端温度。集成温度传感器的信号输出有三种方式：模拟输出、逻辑输出和数字输出。 根据温度传感器的输出信号方式，可以分为模拟温度传感器、逻辑温度传感器和数字温度传感器。 模拟温度传感器 模拟温度传感器输出模拟信号，信号为电压或电流。模拟信号必需经

26、过专门的A/D转换接口电路，转换成数字信号后才干由微处置器进展处置。 传统的热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器都是将温度经过一定的接口电路转换后输出电压或电流信号，再用这些电压、电流信号进展丈量控制。假设想将这种模拟信号转换成微处置器可以处置的信号，需求利用模数转换器将模拟信号转换为数码，然后由微处置器读取、处置。另一种转换方式是进展V/F变换。V/F变换器实践上是一个振荡频率随控制电压变化而变化的振荡电路。 电压输出温度传感器主要特点是电源电压和电流比较低，在传输线路电压降和电压噪声不是主要思索要素时，其电压输出直接成为控制系统和数据采集系统的输入。常用的电压输出半导体温度传感器有N

27、S公司的LM/等。 电流输出温度传感器的主要特点是输出阻抗高，输出电流不受传输线路电压降和电压噪声的影响，且对电源电压脉冲和漂移具有很强的抑制才干。电流输出温度传感器与微处置器接口时，普通仍需将电流变成电压，再转换成微处置器可以处置的信号。这样的传感器有AD公司的AD、TMP等。 逻辑温度传感器 逻辑温度传感器在有些文献中将其划分为模拟温度传感器，称为输出跳变信号的模拟温度传感器。 在有的系统中，并不需求知道准确的温度值，而只需了解温度能否高于或低于某特定值即可。该信息可用来触发风扇、空调、加热器等环境控制单元。这种特殊的模拟传感器普通只是输出跳变信号进展控制，通常称之为温度控制器。 逻辑温度

28、传感器可由传统的温度传感器和比较器组合或集成而成。当温度超越预设门限时，输出发生变化，普通是电平发生跳变。如Maxim公司的MAX/, AD公司的AD等均属于此类产品。 数字温度传感器 习惯上将具有数字输出才干的温度传感器称为数字温度传感器。将模拟温度传感器与数字转换接口电路集成在一同制成的温度传感器是其中的-种。另一种是传感器内部不涉及到模拟量的真正意义上的数字温度传感器，比如用振荡器和计数器等构成的温度传感器。由于半导体技术的迅猛开展，功能越来越强大、准确，廉价的数字温度传感器己在不断推出。数字温度传感器目前有单线输出和多线输出等方式。 单线输出数字温度传感器的特点是接口电路简单。由于只需

29、一根输出线，丈量出的温度值必需转换成某种方式以方便进展输出。常见的输出方式有时间输出、频率输出以及数值输出等。由微处置器将温度传感器输出的信号转换成真实温度值，再进展进一步的处置与控制。 多线输出数字温度传感器采用的是目前比较成熟的几种工业总线方式，输出格式时序严厉遵守某种协议，方便运用，适宜于各种场所，尤其是远端丈量。这种温度传感器普通有多根线进展输出。.温度传感器信号传输方式温度传感器信号传输的方式，根据温度传感器的种类及其与数据采集器之间衔接方式的不同，可以分为多线制和总线制。对于运用模拟温度传感器的温度检测系统，为理处理温度传感器供电和信号传输问题，温度传感器与数据采集器之间采用多线方

30、式衔接，即每个温度传感器至少有两根线与数据采集器相连，这样按线的分配方式不同，常见的有N线制，N+线，即有根公共线，N+ 线制，有根公共线等几种。如图.所示是N+线系统的衔接方式。 图. N+线系统多线制系统用线量大，安装、调试和维护困难，点数多时将造本钱钱的大幅度提高。但由于原理简单、可靠性高，目前在小规模工程及工业领域依然运用这种多线制系统。随着通讯技术的提高，出现了总线制传输方式。总线制通常采用地址编码方式将一切的传感器并联在根总线上，每个温度传感器拥有本人独立的地址以区别其它温度传感器。目前运用较多的是总线制和单总线制。总线制中温度传感器与数据采集器之间需求两根数据线传送信息；单总线制

31、中那么只需求一根数据线传送信息。图.和图.分别是总线和单总线的衔接方式。图. 总线衔接方式 图. 单总线衔接方式 对于多线制系统，信号传输的内容不包括地址信息，不同的温度传感器根据信号线的接口位置的不同进展区分；对于总线制系统，信号传输的内容必需包括地址信息，以此区分同一个接口上的多个温度传感器。单总线也称为一线总线。单总线技术是美国DALLAS半导体公司近年推出的新技术。它将地址线、数据线、控制线合为一根信号线，允许在这根信号线上挂接多个测控对象，这些测控对象所用器件芯片是由DALLAS公司提供的。每个芯片均有一个位的ROM，厂家对每一个芯片烧写了固定的编码，其中存有位十进制编码的序列号，也

32、称之为身份证号，确保挂在单总线上后，可以被独一地域分并识别出来。这是定位和寻址器件实现单总线测控功能的前提条件。ROM中含有CRC校验码，能确保数据交换可靠。芯片内还设有收、发控制和电源存储电路。这些芯片在检测点就把模拟信号数字化了，这样在单总线上传送的是数字信号，提高了系统的抗干扰性能和可靠性。这类芯片的耗电量都很小，既可以用电源从供电端直接供电，也可以从总线上“偷一点电，空闲时几微瓦，任务时几毫瓦，并把“偷来的电存在大电容中，供芯片电路正常任务运用。这种供电方式被称为数据线寄生供电。单总线芯片入口的表示图如图.所示。图. 单总线芯片入口表示图 单总线技术是建立在码分多址、串行数据交换根底上

33、的，因此只能用于对速度要求不高的场所，普通用于kbps以下速率的测控系统中。.温度传感器确实定 研讨了目前各种温度传感器的特性以及信号传输方式后，我以为单片机环境温度实时测控安装中选择单总线数字温度传感器DS比较适宜。 传统的温度检测系统以热敏电阻为温度敏感元件，热敏电阻本钱低，但需求后续信号处置电路，而且热敏电阻的可靠性较差，丈量温度的准确度低，检测系统的精度差。 假设采用模拟温度传感器，模拟信号在传输过程中遇到的干扰问题往往不能得到彻底处理，当传感器与数据采集器间隔 较远，信号线周围存在电磁干扰源时，该问题显得尤为突出。另外，模拟传感器特征参数的不一致性和放大器的零点漂移问题使系统调试变得

34、非常困难。 从温度传感器信号传输方式思索，多点检测时多线制用线量大，施工困难，本钱高，系统的整体可靠性差；总线制由于不能采用寄生供电，传感器数量较多时，也会使整个系统构造变得复杂起来。 单总线数字温度传感器抑制了上述缺乏。用单总线温度传感器设计单片机环境温度实时测控安装具有如下特点：较高的性能价钱比；监测对象越多越能显示其优越性；硬件施工任务量少；系统维修方便；抗干扰性能好；有CRC校验，可靠性高；系统简明直观。 由于单片机环境温度实时测控安装温度巡检的速度并不要求太快，所以单总线速率较慢的问题不会对系统呵斥明显的不良影响。.单总线温度传感器DS引见 DS的引脚见图.图. DS的引脚图GND：

35、接地引脚。DQ：数据输入/输出引脚(单总线接口，可作寄生供电)。VDD：+V电压电源电压引脚。 DS是DALLAS半导体公司消费的单总线数字温度传感器。单线数字温度传感器是经过输出位(二进制)数字来直接表示所丈量的温度值，温度值是经过DS 的数据总线直接输入到CPU，无需A/D转换，而且读写指令以及温度转换指令又都是经过数据总线传入DS ，可以无需接外部电源。由于每一个DS 在出场是曾经给定了独一的编码，该编码存放在DS 内部ROM中。开场的位是产品类型编码。接着的位是每个器件的独一序号。最后位是前面位的CRC(循环冗沉检验)码。正由于每个DS都包含有一个独一的位ROM编码，所以可以在一根总线

36、上挂接多个器件。DS数字温度传感器与AD, LM等温度传感器相比除具有相当的测温范围和精度外，还具有温度丈量准确，不受外界干扰等。并且一切的传感元件及转换电路集成在一块极小的芯片上，外形好像普通小功率塑封三极管，体积很小，在温度测控系统中运用非常方便。与其它温度传感器相比DS具有以下特点： 、独特的单线接口方式。DS在与微处置器衔接时仅需求一条接口线即可实现微处置器与DS的双向通讯。 、DS在运用中无需任何外围元件。 、可以由总线提供电源。 、支持多点组网功能。多个DS可以并接在同一条总线上，实现多点测温。 、测温范围-至+，固有测温分辨率.。 、丈量结果以位数字量方式串行传送。、可以设置温度

37、警报系统，当温度超界时可以经过警报搜索命令，和外部设备相连。、转换温度时间小于秒。DS的内部构造框图如图.所示。 图. DS的内部构造框图 、DS的寄生供电原理 DS既可以由外部电源供电也可以利用总线信号寄生供电。在寄生供电情况下，当总线信号为高电平常，DS从总线上获得能量并储存在内部电容上；当总线为低电平常，由电容向DS供电。利用DS的这一特点，可以构成简约明了的温度测控系统，能节省大量的线材以及施工费用。、DS的测温原理DS的测温原理框图如图-所示。图中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。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改动，所产生的信号作为

38、计数器的脉冲输入。计数器、计数器和温度存放器被预置在-所对应的一个基数值。计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进展减法计数，当计数器的预置值减到时，温度计数器的值将加，计数器的预置值将被重新装入，计数器重新开场对低温度系数晶振产生的脉冲信号进展计数，如此循环直到计数器计数到时，停顿温度存放器的累加，此时温度存放器中的数值即为所测温度。图.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的预置值。 图. DS的测温原理框图在正常测温情况下，DS的测温分辨率为.，以位数据格式表示，其中最低有效位(LSB)由比较器进展.比较，当计数器中的余值转化成温度后低于.时，去除温度存放器的

39、最低位(LSB)；当计数器中的余值转化成温度后高于.时，置位温度存放器的最低位(LSB ) 。DS操作的总体流程分三步完成：系统经过反复操作，搜索DS序列号；启动一切在线DS做温度A/D变换；逐个读出在线DS变换后的温度数据。温度测控安装的电路设计为了使单片机构成的环境温度实时测控安装的硬件设计具有层次行，并在设计时方便对整个控制系统硬件系统进展优化，我将整个硬件系统的电路设方案分为DS与的硬件接口电路设计、数据显示与键盘设计、数据存储器的扩展电路设计、通讯接口电路设计。其安装构造框图如图.所示。 图. 单片机构成的环境温度实时测控安装的构造图下面首先引见本系统的中心控制器件单片机和温度传感器

40、的选，然后将分别引见以上几种电路的设计。详细电路图见附录。. Intel单片机简介. Intel的构造及特点Intel单片机为位高档单片机，它在一块大规模集成电路上集成了CPU、ROM、RAM、定时器计数器和位并行IO，一个串行IO线等一台微型机的根本部件，其构造框图如图.所示。 图. Intel构造框图其内部的部件和特性如下： 一个位微处置器；振荡器和时钟电路；KB的片内程序存储器； 可寻址外部程序存储器和数据存储器，各KB；两个位定时器计数器；位可编程并行IO口；一个可编程全双工串行IO口；()二十多个特殊功能存放器；()个中断源，两个优先级嵌套中断构造。由于单片机芯片的集成度很高，它将微

41、型计算机的主要部件都集成在一个芯片上，所以它具有以下特点：体积小、分量轻、价钱廉价、耗电少。根据工控环境要求设计的，许多功能部件集中在芯片内部，其信号通道受外界影响小，故可靠性高，抗干扰性能优于采用的CPU。控制功能强，运转速度快。其构造组成与指令系统都着重满足工控要求。有极丰富的条件分支转移指令，有很强的位处置功能和I/O口逻辑操作功能。片内存储器的容量不能够很大，引脚也较少，I/O引脚常不够用，且兼第二功能，但存储器和I/O口都容易扩展。 当然，还有很多系列的单片机的性能比单片机更加优秀，但单片机构成的环境温度实时测控安装以可以到达设计要求，思索到本钱要素及单片机的运用效率，我在本设计中选

42、择了单片机作为系统的控制中心器件。. Intel时钟电路与复位电路单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡电路，XTAL为振荡电路的输入端、XTAL为振荡电路的输出端。的时钟可以由内部方式或外部方式产生。内部方式时钟电路如图. 所示，利用内部的振荡电路，在XTAL和XTAL引脚上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡。定时元件普通采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体可以在.MHz之间任选，电容可以在pF之间选择，电容C、C的大小，可起频率微调作用。上述电路可用示波器察看到XTAL输出的正弦波。 图. 内部方式时钟电路 外部方式的时钟电路，如图.所示。XTAL接地,XTAL接外部振荡器。

43、对外部振荡信号无特殊要求，但需保证脉冲宽度，通常为频率低于MHz的方波信号。图 . 外部方式时钟电路在单片机构成的环境温度实时测控安装的设计中，采用的是内部方式时钟电路。其电路构造简单，需求附加的元器件相对来说也较少。 要了解的复位电路，首先要知道复位的任务形状。复位不影响片内RAM存放的内容，但它在复位后单片机的初始形状如下：PC=H 复位后程序的入口地址为H；PSW=H由于RSPSW =，RSPSW =，复位后单片机选择任务存放器组；SP=H 复位后堆栈在片内RAM的H单元处建立；TH、TL、TH、TL的内容为H，复位后定时器/计数器的初值为；TMOD=H 复位后定时器/计数器、选择定时器

44、任务方式，非门控方式。TCON=H 复位后定时器/计数器、停顿任务，外部中断、为电平触发方式；TCON=OOH 复位后定时器/计数器停顿任务；SCON=H 复位后串行口任务在移位积存器方式、且制止串行移位接纳；IE=H 复位后中断系统制止任务；IP=H 复位后全部中断设置在低优先级中断形状；PP口锁存器都是全形状，阐明复位后这些并行借口可以作输入口。 单片机和其他计算机一样，经常有上电复位和操作复位两种方法。所谓上电复位，是指计算机上电瞬间，要在RST引脚上出现宽度大于ms的正脉冲，使单片机进入复位形状。操作复位是指用户按下“复位按键使单片机进入复位形状。且复位电路是要靠外部电路实现的，复位电

45、路的根本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。如图.所示的RC复位电路可以实现上述根本功能，图.为其输入输出特性。但处理不了电源毛刺 (A点)和电源缓慢下降(电池电压缺乏)等问题。而且调整RC常数改动延时会令驱动才干变差。左边的电路为高电平复位有效，右边为低电平，Sm为手动复位开关，C可防止高频谐波对电路的干扰。 图. RC复位电路图.所示的复位电路是我所采用的复位电路，在普通的RC复位电路添加了二极管，在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也

46、可令系统可靠复位。图.所示复位电路输入输出特性图的下半部分是其特性，可与上半部分比较添加放电回路的效果。图. 添加放电回路的RC复位电路 图. RC复位电路输入-输出特性. DS与的接口电路设计前面已对DS作了详细的引见，采用DS数字温度传感器也是本系统设计的一个特点，但 DS毕竟只是一个传感器，所以其本身无法独立任务，只需在微机的控制下任务，本系统选择的微机是单片机。另外由于DS可以运用寄生电源方式或外部电源方式提供任务能量，所以与接口有两种方式。图.为寄生电源方式。DS是经过当数据线在处于高电平常储存能量在内部电容中，当数据线处于低电平常那么内部电容放电任务。这种任务方式主要由两个优点：从

47、电路接发上更加简单、明晰和明了；减少传感器的功耗，使ROM在没有外部电源的情况下任务，维护传感器。但是采用这种接法时，必需留意以下几点:为了让DS准确的转换温度，必需给该器件提供足够的能量，即当该器件在进展转换温度时必需把数据总线拉高，给DS充电； DS的最大任务电流为mA那么当几个DS同时任务，且都在转换温度时要特别留意这一点。所以在实践任务中普通都在数据总线上加一个提拉电阻，并用一个MOSFET来协助 提供能量。 图.寄生电源任务方式 也可以采用外部电源任务方式，图.就是采用的这种方式，可以保证DS温度转换的精度，并且这样就不需求MOSFET，而且不用思索DS的充电和功耗问题了，可以在同一

48、数据总线上挂接恣意个DS 。 图.外部电源任务方式综上思索，为了满足温度检测的精度，并且使设计的系统有更大的扩展空间，我选用了外部电源任务方式。.温度显示与键盘设计. LED数码管简介及其显示电路LED数码管是目前最常用的一种数显器件，它等效于多只具有发光性能的PN结。当PN结导通时，依托少数载流子的注入及随后的复合而辐射发光，其伏安特性与普通二极管类似。在正导游通之前，正向电流近似于零，笔段不发光。当电压超越开启电压时，电流就急剧上升，笔段发光。LED数码管的主要特点如下:能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、TTL电路兼容。发光呼应时间极短.s高频特性好，单色性好，亮度高。体积小

49、，分量轻，抗冲击性能好。寿命长，运用寿命在万小时以上，甚至可达万小时，本钱低。所以它被广泛用作数字仪器仪表、数控安装、计算机的数显器件。单片机构成的环境温度实时测控安装设计就是选用的是位LED数码管做温度显示。单片机构成的环境温度实时测控安装的设计选用了MAX数码管显示驱动器，这也是本设计的特点之一。传统的数码管显示驱动电路占用的系统资源较多假设是动态显示，位显示驱动电路普通由片，片构成，不仅硬件资源占用多，而且需求由软件定时刷新，软件资源占用也不少；假设是静态显示，位数码管显示驱动电路普通由片LS构成，硬件资源占用太多。如今，一片MAX便可完成位数码管的显示驱动义务。虽然在本安装中只用了位L

50、ED显示器，但用普通的显示驱动电路依然比较复杂，选用MAX构成的驱动电路就相对简单明了多了，下面对MAX作简单的引见。MAX是一种串行接口的位数码管显示驱动器，其引脚图如图.所示。 图 . MAX引脚图MAX是共阴极LED显示驱动器，其引脚功能为：DIN：串行数据输入端。在CLK的上升沿,数据被装入到内部的位移位存放器中。()DIGDIG：位数值驱动线。输出位选信号,从每位LED显示器公共阴极吸入电流。()GND：接地端。()LOAD：装载数据控制端。在LOAD的上升沿,最后送入的位串行数据被锁存到数据或控制存放器中。()DOUT：串行数据输出端。进入DIN的数据在.个时钟后送到DOUT端,以

51、便在级联时传送到下一片MAX。()SEG ASEG G：LED七段显示器段驱动端。()SEG H：小数点驱动端。()VCC：+V电源端。()Iset：LED段峰值电流提供端。它经过一只电阻与电源相连,以便给LED段提供峰值电流。 ()CLK：串行时钟输入端。最高输入频率为MHz，在CLK的上升沿,数据被移入内部移位存放器；在CLK的下降沿,数据被移至DOUT端。MAX内部逻辑构造主要由个数位存放器和个控制存放器组成，分别是： 数位存放器：它决议该位LED显示内容。译码方式存放器：它决议数位存放器的译码方式,它的每一位对应一个数位。其中,代表码方式；表示不译方式。假设用于驱动LED数码管,应将数

52、位存放器设置为B码方式；当用于驱动条形图显示器时,应设置为不译码方式。扫描位数存放器：设置显示数据位的个数。该存放器的DD低三位指定要扫描的位数,支持位,各数位均以.KHz的扫描频率被分路驱动。亮度控制存放器：该存放器通常用于数字控制方式,利用其DD位控制内部脉冲宽度调制DAC的占空比来控制LED段电流的平均值,实现LED的亮度控制。DD取值可从,对应电流占空比那么从/变化到/,共级，DD的值越大，LED显示越亮。而亮度控制存放器中的其他各位未运用,可置恣意值。 显示测试存放器：它用来检测外挂LED数码管各段的好坏。当D置为时,LED处于显示测试形状,一切位LED的段被扫描点亮,电流占空比为/

53、；假设D为，那么处于正常任务形状。DD位未运用,可恣意取值。关断存放器：用于关断一切显示器。当D为时,关断一切显示器,但不会消除各存放器中坚持的数据;当D设置为时,正常任务。剩下各位未运用,可取恣意值。无操作存放器：它主要用于多MAX级联,允许数据经过而不对当前MAX产生影响。MAX与单片机只需根串行线相连，可以节约单片机的I/O口资源，最多可驱动个共阴数码管或个发光二极管。它内部有可存储显示信息的静态RAM，动态扫描电路，以及段、位驱动器。它的特点有：串行接口的传输速率可达MHz；独立的发光二极管段控制；译码与非译码两种显示方式可选；数字、模拟两种亮度控制方式；可以级联运用。MAX的数据输入

54、主要由三根输入线完成。它们分别是串行数据线、时钟线与加载线。当个位的数据从高位到低位依次输入MAX后，在加载的上升沿将DD送入对应的内部存放器。MAX的串行输入数据格式，高位字节的高位保管，低位为片内存放器地址；低位字节为位数据。单片机构成的环境温度实时测控安装中，单片机与MAX和位LED数码管组成了一个数码管的显示系统。其中单片机的P.作为串行数据线，P.作为数据加载控制线，P.作为时钟线，电阻R可改动LED的亮度,每段的驱动峰值电流约为R中电流的倍。R的取值不能小于K。实践运用时,可先用一只可调电阻调理亮度,达要求后用一只一样阻值的固定电阻替代即可，在这里应留意, MAX的段电流正常任务范

55、围为mA,当段电流超越 mA时,必需外加扩流电路。单片、与MAX和四位LED数码管构成的温度显示电路图如.。 图. 温度显示电路图由单片机向MAX保送信息的任务流程描画如下：将P.置“低；将P.置成与“D一样的形状；将P.先置“低，再置“高，产生个移位脉冲将“D移入MAX；反复过程将“DD移入MAX；将P.置“高，将“DD送入MAX片内相应的存放器。过程用软件实现非常方便，可以由专门的子程序来完成。此外，对MAX的各控制存放器和位存放器赋值也可方便地由循环程序来完成。由于MAX有自动的动态刷新功能，所以赋值终了后，单片机不用对它有其它的操作，如定时刷新，这就大大减轻了单片机的任务负担。.键盘电

56、路设计通常键盘的列线接到微机的输出端，CPU依次向各列线发送低电乎称为扫描，键盘的行线接到微机的输入口，CPU检测行线的电平，CPU对键盘的扫描可以来用程序控制的随机方式，即CPU在空闲时间才去扫描控盘。也可以采取定时控制方式，即CPU每隔一定的时间对键盘扫描一次。还可以采用中断方式，当键盘上有键按下时，向CPU发出中断，在CPU呼应中断时，对键盘进展扫描，以判别哪个键被按下。单片机构成的环境温度实时测控安装采用的是四位键盘，采用的扫描方式是中断方式。由于这种中断扫描方式既能确保单片机能及时地呼应键盘的输入，又提高单片机的任务效率。 四个键的功能如表.：代号接口键名功能SP.MODE不按显示当

57、前温度，按下时显示设定温度SP.SET按下此键时才干设定温度值SP.ADD设定温度渐次添加SP.REDUCE设定温度渐次减少 表. 四个键的功能表按键与的接口电路如图.所示，四个功能键分别与单片机的四个I/O口相连，四个功能键经过三个与逻辑门电路构成了一个四输入的与逻辑电路，只需有一个功能键有输入，就会有低电平送入的外部中断，然后单片机呼应中断，开场对各功能键进展扫描，执行中断程序。 图. 按键与的接口电路. 存储器的扩展 为了对相关数据进展记录、存储，又思索到单片机的片内存储器只需个字节的容量，所以单片机构成的环境温度实时测控安装的设计必需求对存储器进展扩展，本安装采用的是K位静态RAM在片

58、外扩展K个单元的数据存储器。其中，的编址是KB，自H到FFFH。由于只是扩展了一片片外存储器，所以将的两个片选信号都接为有效电平，这样可以简化电路，易于编程。在扩展电路中，还用到了LS地址锁存芯片，用来锁存低位地址。扩展电路如图.所示。 图. 存储器扩展电路.通讯接口电路设计. RS-C规范引见为了更好地实现与上位计算机之间的通讯和系统功能的扩展，该安装设有RS-接口电路。由于单片机的输入、输出电平为TTL电平，与 PC机RS-规范串行接口的电气规范不一致，因此要实现单片机与PC机之间的数据通讯，必需进展电平转换，就必需运用RS-接口电路。为了更好的了解RS-接口电路，下面简单引见RS-C规范

59、的相关知识。串行通讯接口规范经过运用和开展，目前曾经有几种，但都是在RS-规范的根底上经过改良而构成的。RS-C规范是美国EIA(电子工业结合会与BELL等公司一同开发的年公布的通讯协议。它适宜于数据传输速率在b/s范围内的通讯。这个规范对串行通讯接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都消费与RS-C制式兼容的通讯设备，因此，它作为一种规范，目前已在微机通讯接口中广泛采用。在了解RS-C规范之前，首先要认识以下两点：首先，RS-C规范最初是远程通讯衔接数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)与数据通讯设备DCEData Communi

60、cation Equipment)而制定的。因此这个规范的制定，并未思索计算机系统的运用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机接口与终端或外设之间的近端衔接规范。显然，这个规范的有些规定及和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解，他们对RS-C规范与计算机不兼容的地方就不难了解了。其次，RS-C规范中所提到的“发送和“接纳，都是站在DTE立场上，而不是站在DCE的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是CPU和I/O设备之间传送信息，两者都是DTE，因此双方都能发送和接纳。 RS-C规范协议的全称是EIA-RS-C规范，其中EIA(Electronic Industry A