基于單片機的溫度測量和報警系統(tǒng)的設計

1、1緒論1.1設計背景溫度采集系統(tǒng)的開發(fā)在很大意義上提高了生產生活的需要，是工業(yè)生產和自動控制中最常見的工藝參數(shù)之一，方便了生產中對溫度的控制，有效的提高了生產質量。外圍電路比較簡單，測量精度較高，分辨力高，使用方便。溫度檢測是現(xiàn)代檢測技術的重要組成部分，在保證產品質量、節(jié)約能源和安全生產等方面起著關鍵的作用。本次課程設計正是為了完成溫度采集而設計的，可以說與人們的日常生活是息息相關的，具有很大的現(xiàn)實意義。現(xiàn)代工業(yè)設計及日常生活中溫度控制都起著重要的作用，早期的溫度控制主要用于工廠時間生產中，能起到實時采集溫度數(shù)據(jù)，提高生產效率，產品質量之用。隨著人們生活質量的提高，現(xiàn)代社會中的溫度控制不僅應用

2、在工廠生產方面也應用于酒店，廠房以及家庭生活中，在有些應用中，如高精度的生產廠房，對溫度的要求及其嚴格，溫度的變化極有可能對生產的產品造成極大的影響。因此，這就需要一種能夠及時檢測溫度變化以及溫度變化的設備，提供溫度數(shù)據(jù)值，使人們對溫度的變化做及時的調整，溫度控制器可根據(jù)人們不同的應用環(huán)境自行設置該環(huán)境的溫度值，及時反映生產，生活中溫度變化時人們能及時看到溫度變化的第一手資料，提示人們溫度變化情況，協(xié)助人們能及時的調整，起到溫度報警作用，使溫度控制更好的服務于社會生產、生活【2】。1.2設計要求設計基于單片機的溫度控制器，用于顯示實時溫度，并且當溫度值超出系統(tǒng)設定的范圍值時，電路要有報警的功能

3、。具體要求如下：（1）溫度測量范圍：0100（2）具有超出上下限報警功能（3）精度：0.1（4）利用數(shù)碼管顯示溫度值1.3設計任務本設計以單片機為核心的溫度控制器，在該設計中采用高精度的溫度傳感器對溫度進行實時精確測量，用超低溫漂移高精度運算放大器OP07將溫度-電壓信號進行放大，再送入12位的A/D轉換器進行A/D轉換以便于單片機進行處理，最后通過四位LED數(shù)碼管實時顯示，并有越限聲光報警電路，從而實現(xiàn)自動檢測報警【3】。2系統(tǒng)總體方案設計2.1系統(tǒng)總體設計框圖及其說明CPU報警電路A/D轉換電路譯碼、信號放大顯示電路放大電路傳感器圖2.1 系統(tǒng)流程框圖工作原理：在導線中輸出利用傳感器接收的

4、電壓信號，經過運算放大器后實現(xiàn)A/D(模擬量轉換為數(shù)字量)轉換，輸入至CPU也即單片機與系統(tǒng)自設溫度值比較并輸出顯示實時溫度值，如果高于系統(tǒng)自設值，則發(fā)出一個接通報警電路的信號報警，具體流程圖如圖2.1。2.2系統(tǒng)芯片及其元器件的選擇2.2.1 單片機AT89S51圖2.2 AT89S51芯片 AT89S51 是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通

5、用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案【7】。此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。由于系統(tǒng)控制方案簡單 ,數(shù)據(jù)量也不大 ,考慮到電路的簡單和成本等因素 ,因此在本設計中選用 ATMEL 公司的 AT89S51單片機作為主控芯片。

6、主控模塊采用單片機最小系統(tǒng)是由于 AT89S51芯片內含有4 kB的 E2PROM ,無需外擴存儲器 ,電路簡單可靠 ,其時鐘頻率為 024 MHz 。在系統(tǒng)中，其功能是實現(xiàn)溫度的數(shù)字值采集，完成溫度的數(shù)字采集值到對應數(shù)字溫度的轉換計算，并把計算的數(shù)字溫度轉換相應的顯示段碼，控制LED顯示器以動態(tài)掃描方式進行溫度顯示【4】。其主要功能特性：兼容MCS-51指令系統(tǒng)4k可反復擦寫(1000次）ISP Flash ROM32個雙向I/O口2個16位可編程定時/計數(shù)器 全雙工UART串行中斷口線128x8 bit內部RAM2個外部中斷源雙數(shù)據(jù)寄存器指針中斷喚醒省電模式3級加密位設置空閑和省電功能看門

7、狗（WDT）電路軟件4.5-5.5V工作電壓時鐘頻率0-33MHz表2-1 AT89S51功能特性 AT89S51管腳說明，如圖2.3所示。 圖2.3 PDIP封裝的AT89S51管腳VCC：電源電壓輸入端。 GND：電源地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4

8、TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄

9、存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口除了作為普通I/O口，還有第二功能： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（T0定時器的外部計數(shù)輸入） P3.5 T1（T1定時器的外部計數(shù)輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通

10、） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 I/O口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內容讀入到內部總線，經過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內部總線。89C51的P0、P1、P2、P3口作為輸入時都是準雙向口。除了P1口外P0、P2、P3口都還有其他的功能。 RST：復位輸入端，高電平有效。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：地址鎖存允許/編程脈沖信號端。當訪問外部存儲器時，地址鎖存允

11、許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/

12、PSEN信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部程序存儲器訪問允許。當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：片內振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：片內振蕩器反相放大器的輸出端【5】。2.2.2 傳感器及放大器的選擇根據(jù)課題設計要求可知該系統(tǒng)需要利用電壓型溫度傳感器采集室溫并產生10mv/的電壓信號，將放大后的信號送給轉換器進行轉換，通過單片機設定上下限報警

13、溫度并顯示轉換后的室溫。傳感器的比較選擇方案如下：方案一：采用熱敏電阻，可滿足0-100的測量范圍，但熱敏電阻精度，重復性，可靠性都比較差，對于檢測小于0.1的溫度信號是不適用的。 方案二：采用電流型溫度傳感器AD590。AD590具有較高精度和重復性（重復性優(yōu)于0.1）其良好的非線性可以保證優(yōu)于0.2的測量精度，利用其重復性較好的特點，通過非線性補償，可以達到+0.2測量精度。AD590 流靈敏度1uA/K。它是二端器件，具有很寬的工作電源電壓范圍和很高的輸入阻抗。作為一種高阻電流源，對于它不需要考慮傳輸線上的電壓信號損失和噪聲干擾的問題，因此特別適合做遠距離測量或控制應用。出于同樣的道理，

14、AD590也特別適用于多點溫度測量系統(tǒng)，而不必考慮選擇開關或CMOS多路轉換開關所引入的附加電阻造成的誤差。由于采用了一種獨特的電路結構，并利用最新的薄膜激光微調技術作最后的定標，因此AD590具有很高的精度。但是，由于AD590采集到的信號是電流信號，在將數(shù)據(jù)傳給ADC0804前還要先把電流信號轉變成電壓信號，因此，用AD590來檢測、采集室溫的電路比較復雜。而且，在高精度測溫電路中，必須考慮AD590的輸出電流不被分流影響。方案三，采用電壓型溫度傳感器LM35D。LM35D是精密集成電路溫度傳感器，它的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例， LM35D無需外部校準或微調來提供0.2的常用的室溫精度

15、， 因為線性極好，所以編程時易于實現(xiàn)。因此，選用此方案。在溫度測量電路中采用方案三，使用線性成比例（10mV/）的電壓型溫度傳感器，之后，將采集到的微弱電壓信號經過整個硬件與軟件系統(tǒng)放大100倍后的電壓信號使其顯示就是室溫。首先，使采集到的電壓信號經過放大電路中的放大器OP07放大十倍后送入AD574的輸入端，A/D轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號后傳給AT89S51。該系統(tǒng)以AT89S51單片機為核心，通過單片機編程可以實現(xiàn)高溫（100）、低溫（0）報警的控制，將擴大500倍的信號縮小5倍，至此已將輸入的微弱電壓信號放大了100倍，現(xiàn)在的電壓值便是室溫值。然后經過P1口將信號傳送給LED八段數(shù)

16、碼管動態(tài)顯示室溫。采用MCS51系列單片機作為核心監(jiān)控器對外界溫度進行測量。這樣，既可以降低對溫度傳感器和放大電路的要求，從而降低成本，又可以針對不同外部環(huán)境或不同通道對溫度顯示及報警設定進行靈活修改【5】。電壓型溫度傳感器LM35D：LM35系列是精密集成電路溫度傳感器，它們的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例,因而 LM35有優(yōu)于用開爾文標準的線性溫度傳感器，LM35無需外部校準或微調來提供1/4的常用的室溫精度。LM35特性如下：直接用攝氏溫度校準；線性+10.0mV/比例因數(shù)；保證0.5精度（在+25時）；-55+150額定范圍；適用于遙控設備；因晶體片微調而低費用；工作在430V；小于60

17、A漏泄電流；較低自熱，在靜止空氣中0.08；只有1/4非線性值；低阻抗輸出，1mA負載時0.1。 LM35D的工作電壓為4V20V，故可直接用溫控電路的電源，但要加一個隔離二極管及平滑電容C。LM35D測溫范圍0100，輸出電壓直接與攝氏溫度成比例，靈敏度為10mV/。輸出電壓接2V直流電壓擋數(shù)字萬用表，可讀出分辨率為0.1的溫度讀數(shù)。如表上讀數(shù)為287mV，即溫度為28.7。集成溫度傳感器LM35D是把測溫傳感器與放大電路做在一個硅片上，形成一個集成溫度傳感器，它的外形與封裝如下圖（見圖2.4）。圖2.4 溫度傳感器LM35D外形與封裝LM35D是一種輸出電壓與攝氏溫度成正比例的溫度傳感器，

18、其靈敏度為10mV/；工作溫度范圍為0-100；工作電壓為4-30V；精度為0.1。最大線性誤差為0.5；靜態(tài)電流為80uA。該器件如塑封三極管（TO-92）。該溫度傳感器最大的特點是是使用時無需外圍元件，也無需調試和較正（標定）。放大器Op07：Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調電壓（對于OP07A最大為25V），所以OP07在很多應用場合不需要額外的調零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，這種低失調、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備

19、和放 大傳感器的微弱信號等方面。特點： 超低偏移： 150V最大。 低輸入偏置電流： 1.8nA 。低失調電壓漂移： 0.5V/ 。 超穩(wěn)定，時間： 2V/month。最大高電源電壓范圍： 3V至22V。圖2.5 OP07管腳OP07芯片引腳功能說明： 1和8為偏置平衡(調零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源+ ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大額定值。2.2.3 A/D轉換器的選擇常用的A/D轉換芯片有ADC0809、ADC0804、ADC0808等，由于測溫精度要求是0.1，有考慮到測量干擾和數(shù)據(jù)處理誤差，則溫度傳感器和AD轉換器的

20、精度更高才能保證精度的實現(xiàn)。這個精度是0.1，故溫度傳感器能夠區(qū)分0.1，而對于AD轉換器，由于測量范圍是0100度，以0.1度作為響應的AD區(qū)分度要求，則AD需要區(qū)分（100-0）/0.1=1000個數(shù)字量，顯然需要10位以上的AD轉換器，為此，選用高精度的12位模數(shù)轉換器AD574A，如圖2.6。AD574A是一種高性能的12位逐次逼進式A/D轉換器，它同ADC0809一樣是常用的A/D轉換器。 圖2.6 AD574A引腳圖轉換時間為25s，線性誤差為1/2LSB，內部有時鐘脈沖源和基準電壓源，單通道單極性或雙極性電壓輸入，采用28腳雙立直插式封裝。 AD574A由12位A/D轉換器，控制

21、邏輯，三態(tài)輸出鎖存緩沖器，10V基準電壓源四部分構成。 12位A/D轉換器 可以單極性也可以雙極性的。單極性應用時，BIPOFF接0V，雙極性時接10V。量程可以是10V也可以是20V。 三態(tài)輸出鎖存緩沖器芯片74LS373 用于存放12位轉換結果。三態(tài)輸出：就是具有高電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路,又稱三態(tài)門輸出電路。8路就是說有8個這樣的電路在一片芯片里面。作用一般有兩個：a、多路信號分時傳遞；b、實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。圖2.7 鎖存器74LS373引出端符號： D0D7 數(shù)據(jù)輸入端 OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效） LE 鎖存允許端 O0O7 輸出端 真值表如下： DnLEOE

22、OnHHLHLHLLXLLQ0XXH高阻態(tài)表2-2 74LS373真值表邏輯控制 任務包括：啟動轉換，控制轉換過程和控制轉換結果D的輸出。 CE CS(即CS上面一橫杠) R/C(C上一橫杠) 12/8（8的上面有一橫杠) A(0) 操作功能： 1 0 0 X 0 啟動12位轉換 1 0 0 0 0 啟動8位轉換 1 0 1 1 X 輸出12位數(shù)字 1 0 1 0 0 輸出高8位數(shù)字 1 0 1 0 1 輸出低4位數(shù)字 0 X X X X 無操作 X 1 X X X 無操作3 系統(tǒng)硬件電路設計3.1 傳感器及放大電路的設計圖3.1 系統(tǒng)的放大電路部分 如圖3.1，為系統(tǒng)的放大電路部分，電壓型溫

23、度傳感器LM35D是一種輸出電壓與攝氏溫度成正比例的溫度傳感器，其靈敏度為10mV/，如果室溫為26，那么經LM35D采集室溫后得到的電壓信號為0.26 V，我們需要將此信號在整個硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)中放大100倍，之后將其送入驅動電路，即可在LED數(shù)碼管上顯示室溫，達到目的。這里這個電壓信號太微弱，不利于處理，容易產生誤差且不穩(wěn)定。LM35D的輸出端經過750的電阻和100uF的電容可使采集到的與溫度成比例（10mV/）的電壓信號更加穩(wěn)定；在放大電路中，取R1為1K是因為好計算放大倍數(shù)，R10用20K的滑動變阻器使這個0.26 V的微弱電壓信號在0-20的放大倍數(shù)范圍內可調，在此,將其放大10

24、倍，因此需要將R10調至10K，這樣經放大器OP07放大后的6腳輸出就為放大十倍的電壓信號2.6V。3.2 A/D轉換電路設計圖3.2中，AD574A是一種高性能的12位逐次逼進式A/D轉換器，它同ADC0809一樣是常用的A/D轉換器，轉換時間為25s，線性誤差為1/2LSB，內部有時鐘脈沖源和基準電壓源，單通道單極性或雙極性電壓輸入，采用28腳雙立直插式封裝。 AD574A由12位A/D轉換器，控制邏輯，三態(tài)輸出鎖存緩沖器，10V基準電壓源四部分構成，其引腳中DB0DB11為12個數(shù)字信號輸出端。在這個轉換電路中，AD574起著兩個作用，一是將模擬量轉換為二進制的數(shù)字量，二是將此輸入信號在

25、放大電路放大10倍后再放大50倍。經AD574轉換后的二進制數(shù)字信號通過DB0-DB11端傳給單片機的P0口，供后面編程控制，使其縮小5倍，顯示室溫。為AD574的片選信號，低電平有效。、分別為寫、讀端，將其與單片機的寫、讀端相連。INTR端為中斷，當其為高電平時表示轉換完成，之后，送中斷信號給單片機，等待單片機發(fā)出信號接收轉換好的數(shù)據(jù)?？梢?，在整個系統(tǒng)中，這部分電路起著至關重要的作用。圖3.2 A/D轉換電路3.3 單片機最小系統(tǒng)設計AT89C51在電路中的應用：圖3.3中，XTAL1接外部晶體的一個引腳。在單片機內部，它是構成片內振蕩器的反相放大器的輸入端。當采用外部振蕩器時，該引腳接收振

26、蕩器的信號，既把此信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2 接外部晶體的另一個引腳。在單片機內部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。RES是復位輸入端，當振蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE是當訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的【6】。在對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖。/PSEN是程序存儲允許（/PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。/EA/Vpp是

27、外部訪問允許端。要使CPU只訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），則/EA端必須保持低電平（接到GND端）。當/EA端保持高電平（接Vcc端）時，CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的程序【7】。圖3.3 AT8S51在電路中的應用P0端口（P0.0 P0.7） P0是一個8位雙向I/O端口，它與AD574A的輸出相接。 P1端口（P1.0 P1.7），P2端口 （P2.0P2.7），P3端口（P3.0P3.7）均是帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口，其中，P1端口用于控制顯示電路【8】。3.4 報警電路的設計由于由單片機的P1.7發(fā)出的電壓信號非常微弱，因此，需要將其放大，才能帶動蜂鳴

28、器使其工作。此報警電路的輸入引腳由單片機的P1.7控制，我們在系統(tǒng)中設的下限報警溫度為0，上限報警溫度為100。在軟件設計中，當由LM35采集到的溫度超出0100的范圍，令P1.7=1則可實現(xiàn)蜂鳴器和發(fā)光二極管聲光報警，如圖3.4所示。 圖3.4 報警電路3.5驅動及其顯示電路的設計3.5.1 數(shù)碼管的選擇一個單片機應用系統(tǒng)中，顯示是人機通道的重要組成部分。目前廣泛使用的顯示器件主要有LED（二極管顯示器）LCD（液晶顯示器）和VFD（真空熒光管）等。本文主要介紹LED顯示方式。LED顯示器的基本結構和原理:LED顯示器采用發(fā)光二極管顯示字段。單片機中經常采用的是八段顯示器，即LED顯示器中有

29、8個發(fā)光二極管，代表“a，b，c，d，e，f，g”七個字段和一小數(shù)點“dp ”。它有共陰和共陽兩種結構。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管負極接地，當發(fā)光二極管的正極為高電平時，發(fā)光二極管被點亮。共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管正極相連，當二極管的負極為低電平時，發(fā)光二極管被點亮。LED顯示器按照接口不同有靜態(tài)和動態(tài)兩種方式。靜態(tài)顯示方式中，多個LED顯示器中的每一個段代碼都與一個獨立的8位并行口連接，公共端則根據(jù)LED的種類（共陰或共陽）連接到“地”或“VCC ”上。四位靜態(tài)LED顯示電路中，每個LED的段代碼都由獨立的并行8位I/O口線控制，可以在同一時間內顯示不同的字符。所謂動態(tài)顯示，實質上就

30、是各個不同的LED顯示器按照一定的順序輪流顯示。它利用了人眼的“視覺暫留現(xiàn)象”，只要多個LED顯示器的選通掃描速率足夠快，人眼就覺察不到數(shù)碼管的閃爍現(xiàn)象。動態(tài)掃描方式的所有LED段選線并聯(lián)在一起，只由一個8位的I/O 口控制，而各個LED的位選線則由另外一組I/O 口控制。動態(tài)LED顯示方式的優(yōu)點是功耗較低，占用CPU I/O 線少，外圍接口簡單，本系統(tǒng)便是采用了動態(tài)LED顯示方式【9】。3.5.2 顯示電路設計由于測量室溫的精度為0.1，因此，顯示中會出現(xiàn)小數(shù)點，在這里我們選用四個數(shù)碼管，第一個備用，因為本系統(tǒng)選用的測溫元件為LM35D，測溫范圍為0+100，當不需要很大精度時，可以通過軟件

31、將顯示范圍調到0+100，也就是可以將上限報警溫度設置為100，這樣，顯示最高溫度再加上小數(shù)點后一位，就是四位顯示。圖3.5 驅動和顯示電路有關硬件電路總圖見附錄A4電路板圖的設計4.1電路板圖的設計原則原則如下：印刷電路板的設計，從確定板的尺寸大小開始，印刷電路板的尺寸因受機箱外殼大小限制，以能恰好安放入外殼內為宜，其次，應考慮印刷電路板與外接元器件（主要是電位器、插口或另外印刷電路板）的連接方式。印刷電路板與外接元件一般是通過塑料導線或金屬隔離線進行連接。但有時也設計成插座形式。布線圖設計的基本方法首先需要對所選用元件器及各種插座的規(guī)格、尺寸、面積等有完全的了解；對各部件的位置安排作合理的

32、、仔細的考慮，主要是從電磁場兼容性、抗干擾的角度，走線短，交叉少，電源，地的路徑及去耦等方面考慮。各部件位置定出后，就是各部件的連線，按照電路圖連接有關引腳，完成的方法有多種，印刷線路圖的設計有計算機輔助設計與手工設計方法兩種。 （）印刷電路中不允許有交叉電路，對于可能交叉的線條，可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決。（）電阻、二極管、管狀電容器等元件有“立式”，“臥式”兩種安裝方式。立式指的是元件體垂直于電路板安裝、焊接，其優(yōu)點是節(jié)省空間，臥式指的是元件體平行并緊貼于電路板安裝，焊接，其優(yōu)點是元件安裝的機械強度較好。這兩種不同的安裝元件，印刷電路板上的元件孔距是不一樣的。（）同一級電路的接地點應

33、盡量靠近，并且本級電路的電源濾波電容也應接在該級接地點上。 （）總地線必須嚴格按高頻中頻低頻一級級地按弱電到強電的順序排列原則，切不可隨便翻來復去亂接，級與級間寧肯可接線長點，也要遵守這一規(guī)定。特別是變頻頭、再生頭、調頻頭的接地線安排要求更為嚴格，如有不當就會產生自激以致無法工作。（）強電流引線（公共地線，功放電源引線等）應盡可能寬些，以降低布線電阻及其電壓降，可減小寄生耦合而產生的自激。（）阻抗高的走線盡量短，阻抗低的走線可長一些，因為阻抗高的走線容易發(fā)笛和吸收信號，引起電路不穩(wěn)定。4.2電路板圖的設計步驟步驟如下：1.設計原理圖2.生成網絡表3.PCB設計設置4.更新網絡表或PCB5.修改

34、封裝與布局6.布線規(guī)則設置7.自動布線8.手工調整布線9.保存文件與輸出10.結束4.3電路板圖的設計布局布局如下：1.各元件排列，分布要合理和均勻，力求整齊，美觀，結構嚴謹?shù)墓に囈?. 當電路元件數(shù)較多，而且電路板尺寸不大的情況下，一般是采用豎放，豎放時兩個焊盤的間距一般取12/10英寸。3.進出接線端布置：（）相關聯(lián)的兩引線端不要距離太大，一般為23/10英寸左右較合適。（）進出線端盡可能集中在1至2個側面，不要太過離散。4. 設計布線圖時要注意管腳排列順序，元件腳間距要合理。5. 在保證電路性能要求的前提下，設計時應力求走線合理，少用外接跨線，并按一定順充要求走線，力求直觀，便于安裝，

35、高度和檢修。6. 布線條寬窄和線條間距要適中，電容器兩焊盤間距應盡可能與電容引線腳的間距相符。7. 設計應按一定順序方向進行，例如可以由左往右和由上而下的順序進行【10】。 PCB印刷板圖見附錄B 5系統(tǒng)軟件設計5.1程序功能介紹本設計軟件部分主要用來實現(xiàn)：（1）設定測量溫度的上下限，超過此溫度報警。（2）將數(shù)字信號進行十進制調整。（3）控制譯碼管及驅動器實現(xiàn)數(shù)碼管動態(tài)顯示。5.2主程序設計本程序總程序流程圖如圖5.1所示。程序啟動后首先清理系統(tǒng)內存，然后進行采集，并通過A/D轉換后，傳輸?shù)絾纹瑱C中，再有單片機控制顯示設備，顯示現(xiàn)在實時溫度，并與設置溫度范圍進行比較，若越限則報警，然后系統(tǒng)進入

36、待機狀態(tài)，等待下一次掃描。開始AT89S51初始化顯示器清零溫度采集轉換比較溫度大小報警LED顯示圖5.1 系統(tǒng)流程總圖5.3采樣子程序的設計采樣值起始地址送R0選通道IN0啟動傳感器延時A/D轉換完成所有采樣完成 圖5.2 采樣子程序流程圖 5.4 A/D轉換子程序的設計A/D入口啟動A/D轉換查詢EOC讀取轉換數(shù)據(jù)處理好的數(shù)據(jù)分別存入存儲單元子程序結束圖5.3 模數(shù)轉換子程序流程圖圖5.3是A/D轉換子程序的流程圖。單片機給出一個脈沖信號啟動A/D轉換后，AD574對接受到的模擬信號進行轉換，這個過程大約需要25us，系統(tǒng)采用的是固定延時程序，所以在預先設定的延時后，單片機直接從AD574

37、中讀取數(shù)據(jù)。5.5 程序源代碼見附錄C 程序源代碼6設計體會在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。 過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解

38、決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！課程設計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。在此要感謝我段廣云和俞學蘭老師對我們悉心的指導，感謝老師給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學

39、習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益。 參考文獻1 美Michael A. Miller 著.Data and Network Communications M. 北京:科學出版社，20022 何希才，劉洪梅. 新型通用集成電路實用技術M. 北京:國防工業(yè)出版社， 1997.3 李隆寶. 實用電子器件和電路簡明手冊M. 北京:電子工業(yè)出版社，1991.4 康華光，電子技術基礎 數(shù)字部分（第四版）M.北京:高等教育出版社，198

40、7 5何立民. 單片機應用技術選編（1）M. 北京:北京航空航天大學出版社，1993.6張友德，趙志英，涂時亮。單片微型機原理、應用與實驗M.上海：復旦大學出版社，19927 李廣弟，朱月秀，王秀山. 單片機基礎M. 北京:北京航空航天大學出版社，2001.8余永權，ATMEL89系列FLASH單片機原理及應用M. 電子工業(yè)出版社， 2001 9劉常澍，數(shù)字邏輯電路M. 北京:國防工業(yè)出版社，200210魯捷，Protel DXP 電路設計基礎教程M 北京:清華大學出版社，2005附錄A 硬件電路總圖附錄B PCB印刷圖附錄C 程序源代碼#include reg52.h/頭文件#include

41、 intrins.h#define uchar unsigned char/宏定義#define uint unsigned int/宏定義 #define DPDR P2/LED并行數(shù)據(jù)輸出接口定義#define DPDR_1 P0/AD574并行數(shù)據(jù)輸入接口定義sbit RS=P10;/LED定義I/O的硬件接口sbit RW=P11;/LED定義I/O的硬件接口sbit E=P12;/LED定義I/O的硬件接口sbit LM35D=P27;/A定義I/O的硬件接口,通道選擇/C、D接地sbit key_1=P17;/按鍵1定義I/O的硬件接口/控制 溫度報警標志位sbit ST=P30;

42、 /ST和ALE接在一起sbit OE=P31; sbit EOC=P32; sbit CLK=P33; sbit LED1=P17; /LED報警，蜂鳴器報警unsigned long temp1;/AD574接IN0uchar Alarm_Value;/溫度報警值bit Alarm_Value_bit;/溫度報警標志位uchar code DispTab_1=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;/1602：0-9 數(shù)字uchar code DispTab_2=0x10,0x06,0x09,0x08,0x08,0x09,0x06,0x00;/溫度符號uchar DispBuf6; /6字

43、節(jié)的顯示緩沖區(qū)char char_char_1= Temperature: ;/定義字符串/延時程序/void delay(uint z)/1ms延時 uchar x,x1;for(;z0;z-)for(x=0;x114;x+)for(x1=0;x11;x1+);/顯示程序/void write_Directive(uchar a)/寫LED指令RS=0;RW=0;delay(5);E=0;DPDR=a;delay(5);E=1;delay(5);E=0;delay(5);void write_Data(uchar a)/寫LED數(shù)據(jù)RS=1;RW=0;delay(5);E=0;DPDR=a;

44、delay(5);E=1;delay(5);E=0;delay(5);void LED_init()/LED初始化 uchar i;delay(15);write_Directive(0x38);delay(5);write_Directive(0x38);delay(5);write_Directive(0x38);write_Directive(0x01);write_Directive(0x02);/初始化后數(shù)據(jù)地址為0x80;即第一行，第一個位置write_Directive(0x0c);/不顯示光標/write_Directive(0x0f);/顯示光標write_Directive(0x80+0x00);/第一行第一位地址for(i=0;i=100)temp=99;return;elseAlarm_V