温度控制器-毕业设计

1、石家庄铁道大学四方学院毕业设计 目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第1章绪论 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.1温度控制器设计的目的和意义 1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 国内外研究现状 11.2.1国外研究现状及特点 11.2.2我国研究现状及特点 1论文研究内容及要求 2主要内容技术参数和设计要求 21.4本章小结 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第2章

2、系统设计方案 3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 系统设计基本思路 3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2.2系统设计框图 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第3章高档床垫电加热温控器硬件选择 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3.1温度传感器3.1.1集成温度传感器的产品分类 43.1.2模拟集成温度控制器3.1.3智能温度传感器3.1.4智能温度传感器发展的新趋势 53.1.5传感器从

3、原理上分为3.1.6传感器的主要性能参数有 6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document DS18B20 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3.2.1DS18B20 的介绍 6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document DS18B20 测温原理7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.3选择单片机核心部件单片机的选择 8它的特点有 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document

4、 STC89C52 单片机简介10主要特性 10管脚说明10 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3.4按键电路12 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 3.5输出负载电路 12 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.6显示电路 12 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.7 LED数码管的简介 12 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 3.7.1静态显

5、示驱动 13 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.7.2动态显示驱动 13 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 3.8振荡器的特性13 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 3.8.1振荡器定义 13 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 3.8.2振荡器的分类 14 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 3.8.3振荡器特性14 HYPERLINK l bo

6、okmark50 o Current Document 3.8.4水浴振荡器 143.8.5振荡器主要分为RC LC振荡器和晶体振荡器15 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 3.8.6 LC振荡器的分类153.8.7晶体振荡器 15 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.9光电耦合器163.9.1光电耦合器的定义 163.9.2光电耦合器的作用 16 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 3.10本章小结 17 HYPERLINK l bookmar

7、k58 o Current Document 第4章 高档床垫电加热温控器软件选择与设计 18 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 4.1单片机应用系统的软件设计 18 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 总体设计思路 18 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 主程序的设计 19 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 显示模块程序设计 20 HYPERLINK l bookmark68 o Current

8、Document 4.5温度调节程序设计 20 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 第5章制板与安装21 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 5.1 PCB板的制作 21 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 5.2焊接的基本常识21 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 5.3元器件的安装-22 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 5.4硬件及软件调试22 H

9、YPERLINK l bookmark80 o Current Document 5.5整机的调试与测试 22 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 第6章结论与展望-24 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 结论-24展望-24 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 参考文献25 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 致谢-26附录-27 HYPERLINK l bookmark90 o Current Do

10、cument 文献翻译27英文原文 32 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 主要电路图40 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document MAX23血路图41 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 显示电路图42 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 输出电路图43 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document PCB 图-44 HYPERLINK l bookmark1

11、08 o Current Document 实物图45 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 程序-46石家庄铁道大学四方学院毕业设计 第1章绪论1.1温度控制器设计的目的和意义要在我们的日常生活中，尤其是在科研生产以及教学实验的过程中 ，时常需要检测 温度以及控制温度，在这个过程中，利用单片机能够有效的提高测量效果。很多的工业生产，比如花卉种植或者小型温室等等，对温度都有着比较高的需求，这 重时候,就需要对温度进行检测以及控制。一般来说 ，传统的方法是把温度传感器模拟 信号放大传送到转换器，然后利用单片机转换后的得到的数据再进行分析，最后才是对

12、 于这种分析采取相应的处理。1.2 国内外研究现状1.2.1国外研究现状及特点在国外，30年代就有生产并使用电热毯了。近几十年来，电热毯的结构和工艺不 断改进，例如，像日本的电热毯解决了发热元件机械强度、器具非正常工作、控制器敞 障、发热元件打火等技术问题，大大提高了电热毯的安全性。随着温度控制技术的发 展，智能大功率电热毯越来越受到重视并被广泛的应用。在现阶段，国际上生产的智 能大功率电热毯的设计已经有了很高的成效，可以根据大功率电热毯需要温度的变化 进行控制设定，实现智能控制。所以今后研究的主要方向是实现温度控制器的发展智 能化、数字化。普通电热毯用设定的档位调节温度，温度调节有很大的局限

13、性，达不 到无极调温的效果。1.2.2我国研究现状及特点国内所使用的电热毯已经有几十年历史，是一种经济实用的取暖器具是将软索式 电热元件呈盘蛇状织入或缝入毛毯里，通电时即发出热量的一种接触式电暖器具，主 要用于人们睡眠时提高被窝里的温度来达到取暖的目的。我国电热毯起步晚，早期的 电热毯控制器从最初控制器只设开、关两档、不能调温，几十年来，电热毯的结构和 工艺不断改进使它耗电量少，到 80年代中期控制器设高、底、关三档，具有简单调温 功能，90年代研制生产出无级调温、自动控温的电热毯。目前正向国际先进的定时调 温、电脑程序控温和自动控温方向发展。本设计智能电热毯可直观显示电热毯的工作 温度和工作

14、时间，按键用来设置时间，实现3-9小时定时；用旋钮调节使其温度在 20C-75 C之间任意变动，可根据环境和自身感受的舒适性设定温度，温度传感器用负 温度系数的热敏电阻反馈控制毯面温度，达到恒温控制的效果。智能电热毯技术含量 高，温度可任意调节，是未来电热毯发展的必然趋势。安全舒适，经济实惠价格便 宜。1.3论文研究内容及要求1.3.1 主要内容设计一款智能化的大功率床垫电加热温控器，要求可以设定需要的温度，可以设 置工作时间。所有参数要通过数码管显示出来。简单地说，就是恒温定时显示功能。 该项目的关键点就是低成本控制。1.3.2技术参数和设计要求输入电压180-250V。负载能力：500W(

15、 220V/2.5A )。控温范围：20-75 。工作时间：3、6、9小时。其他要求：系统工作时，两位数码管循环显示当前温度、设置温度。用三个指 TOC o 1-5 h z 示灯知识设置的时间，计时停止后，数码管显示Ed1.4本章小结本设计以单片机STC89C52为核心，与温度传感器和数据转换器等相结合，通过软件实行智能控制。它具有高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点。控制器采用新型的智能控制算法，因而系统升温快，控温精度高，稳态误差可达 0.5 C以内，满足系统要求。整个系统操作简便，抗干扰能力强、运行可靠。本章 对设计进行初步介绍，对智能电加热炉定时控制系统的目的和意义，国

16、内外研究现 状， 论文研究内容及创新点进行简单介绍。使得对本设计有初步了解.第2章系统设计方案系统设计基本思路本设计包括硬件和软件设计两个部分。实现当温度传感器探测到电热毯温度超过 设定温度时，单片机关断电路，然后当温度传感器探测到电热毯温度降低到设定温度 以下时，单片机接通电路。同时温控器可以手动设定温度和开通时间。此设计软件部 分可划分为数据采集、键盘控制、数码管显示等子模块。硬件电路可划分为：单片机 控制电路、晶振电路、复位电路、LED显示电路。所有的硬件设备都由相关的软件控制 管理。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定等功能。本设计处理器采用52系列单片机是在系统软件控制下工

17、作的。设置在监测点上的温 度传感器将测量的模拟信号转换成电信号，传送至 STC89C5：单片机。在单片机内，经 软件查询、识别判决等环节实时控制输出电路。就此设计的核心模块来说，STC89C5单片机就是设计的中心单元，所以此系统也 是单片机系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、 输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：温度传感器电路、单片机、按键电路、复 位电路及相关的控制管理软件组成。本设计的构成框图如图下。2.2系统设计框图单片机复位C | SDLSB20LEE）显不愉出电路第3章高档床垫

18、电加热温控器硬件选择高档床垫电加热温控器主要分为硬件部分和软件部分， 这章主要论述硬件 的选择, 本设计用到的硬件部分主要有采集数据的温度传感器 DS18B20处理数据的单片机，电 路和输出显示的显示器3.1温度传感器现代信息技术的三大基础是信息采集 （即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信 息处理（计算机技术）。传感器属于信息技术的前沿尖端产品， 尤其是温度传感器被 广泛 用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；（1）传统的分立式温度传感器（含 敏感元件）； （2）模拟集成温度传感器/控制器；（3）智能温度传感器。目前

19、，国际上 新型温度传感器 正由模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。3.1.1集成温度传感器的产品分类模拟集成温度传感器：集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、 响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种成集传感器，典型产品有 AD590、AD592、T

20、MP17、LM135 等。3.1.2模拟集成温度控制器模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器 （例女口 TC652/653）中还包含了 A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某 些相似之处。但它自成系统， 工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。3.1.3智能温度传感器智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代 中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术 (ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品3.1.4智能温度传感器发展的新趋势进入2

21、1世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性 及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。本文将传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热敏电阻作为热 敏传感器探测炉内温度的过程，以及实现热电转换的原理过程。传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用 计算机实现自动测量、信息处理和自动控制。传感器主要用于测量和控制系统，它的性 能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的 要求，而且只有通过对

22、传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来。传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个 领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是 种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器就是其中重要的一类传感器。传感器是借助于检测元件，接受一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种 信息的装置。它获取的信息，可以是各种化学量和生物量，物理量，而转换后的信息也有各种形式。目前大多数的传感器将获取的信息转换为电信号。具体本设计用到的温度传感器，由于温度分布范围极宽，加上被测对象繁杂、多样，因此只能根据不同的温度范围和不同

23、的被测对象，适当的选择不同的传感器。3.1.5传感器从原理上分为热阻变化、热电效应、P-N结电压变化、频率变化、晶体管特性变化压电效应、热 辐射等多种。其中又分为接触式和非接触式，非接触式 女口：热辐射传感器、红外测温 传感器，它们通常用于高温测量，如：炼钢、炼铁炉内的温度测量。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM) 和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量， 适配各种微控制器(MCU);并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的

24、，其智 能化程度也取决于软件的开发水平。3.1.6传感器的主要性能参数有线性度，线性度传感器测出的输入、输出曲线与某以规定直线不吻合的程度，称 为非线性误差，或称为线性度。在输出特性与规定直线间，垂直方向上的最大偏差与最 大输出的百分比，即为非线性误差。线性度的考虑在选择传感器中很重要，采用线性度 高的传感器，在电路上处理较方便，测量精度也高。而线性度不高，则需要加入线性转 化的硬件或在软件中处理。测量范围（量程），各种传感器都有一定的测量范围，超过规定的测量范围，测量结果会有较大的误差或造成传感器的损坏。有的传感器允许过载（即允许超过测量范围），但过载范围不作为测量范围。在选用传感器时，传感

25、器的测量范围应稍大于实际测量范围，以防止万一超量程时，不致损坏传感器。其它如：重复性，滞后（迟滞），精确度（精度），灵敏度（传感器系数），零点温 度漂移，灵敏度漂移，零点时间漂移，工作环境条件，响应速度等参数应该综合考虑。综上所述，设计为日常生活测温，再考虑小型化，使用方便，故选择晶体管特征变化的集成传感器为最佳，它是温度传感器（热敏晶体管）、放大电路等后续电路，利用集 成化技术做在同一芯片上的功能器件，这种传感器输出信号大，与温度有较好的线性关 系，小型化、成本低、使用方便、测温精度高，得到广泛的使用。再根据设计所要求的 测量范围，选择了比较常用的温度传感器 DS18B20。DS18B203

26、.2.1DS18B20 的介绍DS18B20的核心功能是指示数字的温度传感器，其万案可以由用尸设置（9，10,11，12位），默认情况使用12位。这相当于现实不同的精度。通过温度转换命令执行操作后温度数据被保存在16位高速缓存中,信号分为两种不同的格式保存，通过执行读缓存的命令返回采集到的温度。传送时最低有效位LSB优先，最高加权位包含了标识温度正负的“ s”位。下边的图描述了输出数据的格式，在这里使用12bit，如果想设置为更低位解决方案，可以在空位处补零。如果采用华氏温度显示，则需要查找表或者是查找路径。DS18B20测温原理低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲

27、信号送给 减法计数器1 ,为计数器提供一频率稳定的计数脉冲。高温度系数晶振随温度变化其 震荡频率明显改变，很敏感的振荡器，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。图中还隐含着计数门，当计数门打 开时，DS18B20就对低温度13系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温 度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 C所对应的基数分别置入减法计数器 1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置 在-55 C所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1的预置值减到0时

28、温度寄存器的值将加 1，减法计数 器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号 进行计数，如此循环直到减法计数器 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。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性， 其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度 寄存器值达到被测温度值。注意：当温度高于10 0C时，不能使用寄生电源，因为此时器件中较大的漏电 流会使总线不能可靠检测高低电平，从而导致数据传输误码率的增大。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 T

29、H 和TL、配置寄存器。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（地址：28H ）是产品类型标号，接着的48位是该 DS18B20自身的序列号，并且每个DS18B20的序列号都不相同，因此它可以看作DS18B20的地址序列码；最后 8位则是前面56位的循环冗余校验（CRC=X8+X5+X4+1 ）。由于每一个 DS18B20的ROM 数据都各不相同，因此微控制器就可以通过单总线对多个DS18B20进行寻址，从而实现一根总线上挂接多个 DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器用于完成对温度 的测

30、量，它的测量精度可以配置成 9位，10位，11位或12位4种状态。温度传 感器在测量完成后将测量的结果存储在DS18B20的两个8BIT的RAM中，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后数据的存储格式如下图（以12 位转化为例）：这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20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 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14。例如：+ 125 C的数字输 出为07D0H，+ 25.062

31、5 C的数字输出为 0191H，-25.0625 C的数字输出为FF6FH，-55 C 的数字输出为 FC90H 。DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与 TH，TL作比较，若TTH或 TTL,则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。因此， 可用多只DS18B20同时测量温度并进行告警搜索。3.3选择单片机3.3.1核心部件单片机的选择单片机系统（System On Chip）是21世纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成 一个系统或子系统，其集成度将高达 108109元件/片，这将给IC产业及IC应用带 来划时代的进步。以STC89C52单片机为该控制系统的核

32、心，实现对温度的采集、检测和控制。 单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU），随机存取数据存储器（RAM），只读程 序存储器（ROM），输入输出电路（I/O 口），可能还包括定时计数器，串行通信口 （SCI）， 显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换器及A/D 转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽小但完善的计算机系统。这些电路能 在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。它可单独地完成 现代工业控制所要求的智能化控制功能。331.1它的特点有控制

33、能力强。单片机虽然结构简单，但是它“五脏俱全”，已经具备了足够的控制功能。单片机具有较多的I/O 口，CPU可以直接对I/O进行操作、算术操作、逻辑操 作和位操作，指令简单而丰富。所以单片机也是“面向控制”的计算机。低电压、低功 耗。单片机可以在2.2V的电压下运行，有的已能在1.2V或0.9V下工作；功耗降至为 卩A级，一颗纽扣电池就可长期使用。体积小、结构简单、可靠性高。它把各功能部件 集成在一个芯片上，内部采用总线结构，减少了每个芯片之间的连线，大大提高了单 片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适 合在恶劣环境下工作。优异的性能/价格比。由于单片机构

34、成的硬件结构简单、 开发周期 短、控制功能强、可靠性高，因此，在达到同样功能的条件下，用单片机开发的控制系 统比用其它类型的微型计算机开发的控制系统价格更便宜。由于以上特点，完全体现了我们设计所需，所以我们选择STC89C52单片机。在一些运算量较大，速度要求较高的系统中，可以采用16位单片机MCS-96或IBMPCLXT 及其兼容机。在较小的测控系统中，特别是在智能化仪器，仪表和装置中，例如，打印 机控制，洗衣机控制，电冰箱，空调控制，智能电加热炉定时控制装置中，就采用 8位单片机MCS48和MCS51。选择STC89C52单片机构成炉温控制系统。它具有 8位 CPU，32根I/O 线，4k

35、B片内ROM存储器，128kB的RAM 存储器。STC89C52对 温度是通过可控硅调功器实现的。在系统开发过程中修改程序容易，可以大大缩短开发 周期。同时，系统工作过程中能有效地保存一些数据信息，不受系统掉电或断电等突发 情况的影响。STC89C52单片机内部有128B的RAM存储器，如果不够本系统使用， 可以采用6264(8kB)的RAM作为外部数据存储器。STC89C52单片机内的I/O 口的数量 和种类较多且齐全，51系列有32根I/O 口线，尤其是它有一个全双工的串行口。该串 行口是利用两根I/O 口线构成的，有四种工作方式，可编程工作，在此不做赘述。 在设计中用到的将在电路设计中具

36、 体说明。STC89C52是一种带4K字节闪烁可编程可 擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memo)的低 电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL高密度非易失存 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STC89C52是一种高效微 控制器，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。STC89C52单片机简介3.3.2.1 主要特性与MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/

37、擦循环.数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路3.3.2.2 管脚说明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P1 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/地址的第八位。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外部必须被拉高。P1 口 ： P1 口是一个

38、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 口作为第八位地址接收。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

39、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 11,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 口也可作为STC89C52的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD （串行输出口） P3.2 /INTO （外

40、部中断 0） P3.3 /INT1 （外 部中断1） P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3.5 T1 （记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平 时 间。ALE/PROG :当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE端以不 变的 频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉 冲或用于定时目的。

41、然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE珂5 FL FL ?T2/F1. 0T2EK/F1 1KS7RXD/F3 0TWF? 1WTl/P s 3 T0/P3 4 I1/J3 5T7R/F3 6W/F3ITAL2miPDIP 顷脉冲。如想禁止 ALE的输出可在 SFR8EH地址上置0。此时，ALE只 有在执行 MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果 微处理器在I ccI rcr 0诙I FQ 1UD1 r F0 m珑 l PO. S/AD?i FOl PO 5UMl FOI 毁 7/AD7i n/vppI AL和瓯gI FE汴I P? T/iJS

42、I P2 &/AJ4I P2. $7tl 3I V2I P2. S/ilti T2 2】0 L F2 MA?I F2 0?A外部执行状态 ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部 程序存储器取指期间，每个机 器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时， 这两次有效的/PSEN信号将 不出现。/EA/VPP :当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当 /EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加 12V编程电源（V

43、PP）。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 :来自反向振荡器的输出。3.4按键电路采用独立式键盘的接口设计。独立式按键的数量较少，并且各按键相互独立，每一个按键由一个单独的I/O 口控制，一个按键改变的是一个相应I/O 口的输入电平，而 不会对其他I/O 口电平产生影响。这样，通过检测各I/O 口电平变化，即可以容易的确 定是否有键按下以及是何按键按下。3.5输出负载电路一般来说，单片机都是数字型集成电路，而要保证这种类型集成电路的正常工 作, 一般需要直流电源；当要驱动交流 220V负载时，还应选择合适的执行部件来 设计相 应的驱动电路。直流电源的设计有多

44、种方案，常用的有交流 220V/直流电源 模块、由 整流电路和三端稳压器件组成的电路模块以及专门设计的光电隔离开关电源电路等三种。相比来说，第一种电路的优点是简单、方便、可靠，但价格稍高；第二种电路虽然性能较好，但调试比较费事，且成本稍高；而第三种比较成熟而且 简单、方便，抗EMI 能力强。所以本系统采用光电隔离的电源电路。3.6显示电路STC89C52片内有一个全双工的串行口 , RXD为串行输入端，TXD为串行输出 端。以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。串行口控制电路主要包括串行控 制寄存器SCON、串行缓冲寄存器SBUF等，用于对串行口工作方式、数据的接收与 发送等进行控制。 设

45、计中STC89C52的串行口不作通信使用，串行口工作于移位寄存 器，用来驱动LED静态显示，这样可以充分利用串行口，而将并行口用到最需要的地 方去。只要向LED送人相应的命令和数据便可实现所需要的显示，使用特别方便灵 活。3.7 LED数码管的简介LED数码管实际上是由七个发光管组成 8字形构成的，加上小数点就是8个。这些 段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮， 以形成我们眼睛看到的字样了。led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类。LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LE

46、D数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。3.7.1静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动，或者使用如 BCD码二-十进位*器*进行驱动。静态驱动的优点是编程 简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示则需要5X 8=40 根I/O埠来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O埠才32个呢。故实际应用时必须 增加*驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。动态显示驱动数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp 的同

47、名端连在一起，另外为每个数码管的公 共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取 决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通 控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这 就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫 描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示

48、资料，不会有闪烁感，动态显示的效 果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O埠，而且功耗更低。3.8振荡器的特性3.8.1振荡器定义振荡器简单地说就是一个频率源，一般用在锁相环中。详细说就是一个不需要外信 号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。 一般分为正反馈和负阻型两种 所谓“振荡”，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。 能够完成从直流电能到交流电能的转化，这样的装置就可以称为“振荡器”。3.8.2振荡器的分类振荡器（英文：oscillator）是用来产生重覆电子讯号（通常是正弦波或方波）的电 子电路。低频振荡器（low-frequency oscill

49、ator，或称LFO ）是指产生频率在0。1赫兹到10 赫兹之间交流讯号的振荡器。这个词通常用在音讯合成中，用来区别其他的音讯振荡器。振荡器主要可以分成两种：谐波振荡器（harm on ic oscillator）与弛张振荡器（relaxation oscillator）。3.8.3振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为12，片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2NT.XL 1Y1hOiXT.XL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号 脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平

50、要求的宽度。3.8.4水浴振荡器能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置。种类很多，按 振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电 容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振 荡器。广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。主要适用于各大中院校、医疗、石油化工、卫生防疫、环境监测等科研部门作生物、生化、细胞、菌种等各种液态、固 态化合物的振荡培养。自激多谐振荡器也叫无稳态电路.两管的集电极各有一个电容分别接到另一管子的 基极，起到交流耦合作用，形成正反馈电路，当接通电源的瞬间，某个管子先通，另一只管子 截止，这

51、时,导通管子的集电集有输出，集电极的电容将脉冲信号耦合到另一只管子的基极 使另一只管子导通.这时原来导通的管子截止.这样两只管子轮流导通和截止，就产生了震 荡电流.由于器件不可能参数完全一致，因此在上电的瞬间两个三极管的状态就发生了变化 这个变化由于正反馈的作用越来越强烈，导致到达一个暂稳态.暂稳态期间另一个三极管 经电容逐步充电后导通或者截止，状态发生翻转，到达另一个暂稳态.这样周而复始形成振 荡3.8.5振荡器主要分为RC LC振荡器和晶体振荡器RC振荡器采用RC网络作为选频移相网络的振荡器统称为 RC正弦振荡器，属音 频振荡器。LC振荡器采用LC振荡回路作为移相和选频网络的正反馈振荡器称

52、为LC振荡器。3.8.6 LC振荡器的分类变压器耦合？单管LC正弦振荡器？差分对管LC正弦振荡器三点式？电容三点式（考毕兹）振荡器？电感三点式（哈特莱）振荡器改进三点式？克拉泼振荡器？西勒振荡器差分对管振荡器3.8.7晶体振荡器振荡器的振荡频率受石英晶体控制的振荡器。特性：物理、化学性能非常稳定。具有正压电效应和逆压电效应，石英晶体谐振频率3 s当3 =3 s时,压电效应最强,称3 s为基频当3 =n3 s时，压电效应也较强，称之为泛音频率石英晶体振荡器的特点石英晶体振荡器中的放大器由至少一个驱动设备，偏压电阻并且可能包含其他用来限制带宽，阻抗匹配和 增益控制的元件组成。反馈网络由石英晶体谐振

53、器，和其他元件比如用来协调的可变电容等 组成。可调性和稳定度要使振荡器谐调在宽的频率范围内，就会降低其稳定度，因为要使振荡器按要求进行调 谐，同时也会使振荡器容易受不合要求的调谐因素影响。调谐范围越宽，就越难以保持咼的稳定度。例如，如果设计 OCXO的短期稳定度在某一平均时间为 1X10-12,而可调性 为1X10-7，则晶体的负载电抗在上述平均时间必须稳定在上1 X 10-5。要获得这样的稳定度使困难的，因为影响负载电抗的因素有：寄生电容和电感、变容二极管的电容与电压特性的稳 定度，以及加在变容二极管上的电压的稳定度。此外，1X 10-5的负载电抗稳定度不仅必须在开始条件下保持，而且在环境条

54、件（温度、振动、辐射等）变化时，也必须保持。同时，高稳定度10 MHz的恒温压控晶振的频率调整范围为5X 10-7,老化率为2X10-8/y，而宽调谐范围的10 MHz压控晶振的调谐范围为50 ppm，老化率为2 ppm/y。3.9光电耦合器3.9.1光电耦合器的定义光电耦合器是一种把红外光发射器件和红外光接受器件以及信号处理电路等封装在同一管座内的器件。当输入电信号加到输入端发光器件LED 上, LED发光，光接受阳粧報也慢器件接受光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出,光 fir 建XTO- WUiJLZ j . CUB或者将电信号放大处理成标准数字电平输出，这样就实现了“电一光一电”

55、的转换及传输，光是传输的媒介，因而 输入端与输出端在电气上是绝缘的，也称为电隔离。3.9.2光电耦合器的作用由于光耦种类繁多，结构独特，优点突出，因而其应用十分广泛，主要应用以下场合：在逻辑电路上的应用光电耦合器可以构成各种逻辑电路，由于光电耦合器的抗干扰性能和隔离性能比晶 体管好，因此，由它构成的逻辑电路更可靠。作为固体开关应用在开关电路中，往往要求控制电路和开关之间要有很好的电隔离，对于一般的电子 开关来说是很难做到的，但用光电耦合器却很容易实现。在触发电路上的应用将光电耦合器用于双稳态输出电路，由于可以把发光二极管分别串入两管发射极回 路，可有效地解决输出与负载隔离地问题。在脉冲放大电路

56、中的应用光电耦合器应用于数字电路，可以将脉冲信号进行放大。在线性电路上的应用线性光电耦合器应用于线性电路中，具有较高地线性度以及优良地电隔离性能。特殊场合的应用光电耦合器还可应用于高压控制，取代变压器，代替触点继电器以及用于 A/D电路 等多种场合。3.10本章小结本章主要介绍了高级床垫电加热温控器设计的硬件方面的选择，先后介绍了温度传感器，单片机，键盘电路，输出显示的显示器和光电耦合器。第4章高档床垫电加热温控器软件选择与设计4.1单片机应用系统的软件设计软件设计可以分为两部分：一是用于管理单片机系统工作的监控管理程序；二是用于 执行完成实际具体任务的功能程序。而功能程序通常应包括数据米集和

57、处理程序、控制算法实现程序、人机联系程序和 数据管理程序。监控程序是控制单片机系统按预定操作方式运转的程序，它的任务是：在系统投入运行的最初时刻，应对系统进行自检和初始化。当用户操作键盘时， 必须对键盘操作进行解释，调用相应的功能模块，完成预定的任务，并通过显示等方式 给出执行的结果，即完成处理键盘命令的任务。对于具有遥控通信接口的单片机系统，监控程序还应包括通信解释程序，即具有 处理接口命令的功能。单片机系统在运行时也能被某些预定的条件触发而完成规定的操作，这类条件中有定时信号、外部触发信号等，监控程序也应考虑处理条件触发并完成显示的功能。软 件设计通常才用模块化程序设计、自顶向下的程序设计

58、方法。4.2总体设计思路当接通电源后，STC89C52芯片进行初始化，STC89C52在SCLK时钟的上升沿时， 数据开始写入STC89C52,然后开始判断是否有按键按下。若有则判断是否是S2按下,单片机臭位 L AA LED显亓按键电路 =I - 输出电路若是S2按下则计数S2按下的次数，然后取S2按下的次数每到5计数归0。若是次数 为0次则为测量温度显示，若是次数为1次则为调时显示，示若是次数为次 2则为调分 显示，示若是次数为3次则为调节最高温度显示，若是余数为4次则为调最低温度显示。4.3 主程序的设计系统功能是通过主程序调用各子程序来实现的。在此设计中，主程序主要实现的功 能是系统的

59、初始化。调用STC89C52来实现数据的读取和显示，并通过相应的条件来判 断是否执行时间调节、温度调节、温度显示。系统的主控制流程图4.4显示模块程序设计前面以及接受过显示模块的硬件实现，显示模块是通过 LED数码管来实现显示， 在程序设计中需要涉及到三个按键的扫描。由于数码管的显示要让人的视觉看到时间或温度是一起显示的，则要用动态数码管，而且在没一个数码管位选之后有一段延迟，这 样人的眼就能看到数值是一起显示的。4.5温度调节程序设计温度调节的硬件由三个按键组成：当 S2按键按下的次数为1时，程序进入调时的 子程序，然后每按下S3 一次，数字增加一个数，每按下 S4 一次，数字减少一个数。当

60、 S2按键按下的次数为2时，程序进入调分的子程序，然后每按下 S3一次，数字增加一 个数，每按下S4 一次，数字减少一个数。当 S2按键按下的次数为3时，程序进入调 最高温度的子程序，然后每按下 S3 一次，数字增加一个数，每按下S4 一次，数字减少 一个数。当S2按键按下的次数为4次时，程序进入调最低温度的子程序，然后每按下 S3 一次，数字增加一个数，每按下 S4 一次，数字减少一个数。第5章制板与安装5.1 PCB板的制作在PCB板的制作时，要考虑电气要求、散热、封装尺寸等。在确定PCB尺寸后，再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。对于手工自制印刷电