A. 基於單片機的溫度控制系統的設計
利用溫度感測器DS18B20檢測環境溫度並直接輸出數字溫度信號給單片機AT89C52進行處理。
在LCD液晶上顯示當前環境溫度值、預設溫度值、使用者設定的溫度差以及目前風扇所處的檔位。其中預設溫度值只能為整數形式，檢測到的當前環境溫度可精確到小數點後一位。
同時採用PWM脈寬調制方式來改變直流風扇電機的轉速。
並通過兩個按鍵改變預設溫度值，一個提高預設溫度，另一個降低預設溫度值。通過另一個按鍵控制溫度差的大小。
設有紅外熱釋感測器檢測環境范圍內是否有人，如果有人確定出風方向，如果無人，降低轉速或一定時間內自動關閉。
回答
正如你所說的，一共用了DS18B20模塊，LCD模塊，紅外感測模塊，按鍵，直流電機模塊，程序方面只有一個PWM。現在一一為你分析：
DS18B20模塊：
下圖是它的原理圖，採用單匯流排來進行開發，不像電賽的哪個溫度感測器需要AD轉換，它是可以直接傳出數字信號的。
B. 基於單片機的溫度控制系統設計
第一章 緒論 1. 1 選題背景 防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常工作的重要內容，是衡量倉庫管理質量的重要指標。它直接影響到儲備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進行，首要問題是加強倉庫內溫度與濕度的監測工作。但傳統的方法是用與濕度表、毛發濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大。因此我們需要一種造價低廉、使用方便且測量准確的溫濕度測量儀。1．2 設計過程及工藝要求 一、基本功能~ 檢測溫度、濕度~ 顯示溫度、濕度~ 過限報警 二、主要技術參數 ~ 溫度檢測范圍 ： -30℃-+50℃~ 測量精度 ： 0.5℃~ 濕度檢測范圍 ： 10%-100%RH~ 檢測精度 ： 1%RH~ 顯示方式 ： 溫度：四位顯示 濕度：四位顯示~ 報警方式 ： 三極體驅動的蜂鳴音報警 第二章 方案的比較和論證 當將單片機用作測控系統時，系統總要有被測信號懂得輸入通道，由計算機拾取必要的輸入信息。對於測量系統而言，如何准確獲得被測信號是其核心任務；而對測控系統來講，對被控對象狀態的測試和對控制條件的監察也是不可缺少的環節。感測器是實現測量與控制的首要環節，是測控系統的關鍵部件，如果沒有感測器對原始被測信號進行准確可靠的捕捉和轉換，一切准確的測量和控制都將無法實現。工業生產過程的自動化測量和控制，幾乎主要依靠各種感測器來檢測和控制生產過程中的各種參量，使設備和系統正常運行在最佳狀態，從而保證生產的高效率和高質量。2. 1溫度感測器的選擇 方案一：採用熱電阻溫度感測器。熱電阻是利用導體的電阻隨溫度變化的特性製成的測溫元件。現應用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點為精度高、測量范圍大、便於遠距離測量。鉑的物理、化學性能極穩定，耐氧化能力強，易提純，復制性好，工業性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用於工業檢測中高精密測溫和溫度標准。缺點是價格貴，溫度系數小，受到磁場影響大，在還原介質中易被玷污變脆。按IEC標准測溫范圍-200～650℃，網路電阻比W（100）=1.3850時，R0為100Ω和10Ω，其允許的測量誤差A級為±（0.15℃+0.002 |t|），B級為±（0.3℃+0.005 |t|）。銅電阻的溫度系數比鉑電阻大，價格低，也易於提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質中使用穩定性差。在工業中用於-50～180℃測溫。 方案二：採用AD590，它的測溫范圍在-55℃～+150℃之間，而且精度高。M檔在測溫范圍內非線形誤差為±0.3℃。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無需進行線性校正，所以使用也非常方便，借口也很簡單。作為電流輸出型感測器的一個特點是，和電壓輸出型相比，它有很強的抗外界干擾能力。AD590的測量信號可遠傳百餘米。綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合於本設計系統對於溫度感測器的選擇。 2. 2 濕度感測器的選擇 測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據某種物質從其周圍的空氣吸收水分後引起的物理或化學性質的變化，間接地獲得該物質的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據其高分子材料吸濕後的介電常數、電阻率和體積隨之發生變化而進行濕度測量的。方案一：採用HOS-201濕敏感測器。HOS-201濕敏感測器為高濕度開關感測器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ～1KHZ，測量濕度范圍為0～100%RH，工作溫度范圍為0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）時為1MΩ。這種感測器原是用於開關的感測器，不能在寬頻帶范圍內檢測濕度，因此，主要用於判斷規定值以上或以下的濕度電平。然而，這種感測器只限於一定范圍內使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。方案二：採用HS1100/HS1101濕度感測器。HS1100/HS1101電容感測器，在電路構成中等效於一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩定性，快速響應時間，專利設計的固態聚合物結構，由頂端接觸（HS1100）和側面接觸（HS1101）兩種封裝產品，適用於線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜於製造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。相對濕度在1%---100%RH范圍內；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大於±2%RH；響應時間小於5S；溫度系數為0.04 pF/℃。可見精度是較高的。綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測量濕度范圍的要求，但其只限於一定范圍內使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。而且還不具備在本設計系統中對溫度-30～50℃的要求，因此，我們選擇方案二來作為本設計的濕度感測器。2. 3 信號採集通道的選擇 在本設計系統中，溫度輸入信號為8路的模擬信號，這就需要多通道結構。方案一、採用多路並行模擬量輸入通道。這種結構的模擬量通道特點為：（1） 可以根據各輸入量測量的餓要求選擇不同性能檔次的器件。總體成本可以作得較低。（2） 硬體復雜，故障率高。（3） 軟體簡單，各通道可以獨立編程。方案二、採用多路分時的模擬量輸入通道。 這種結構的模擬量通道特點為：（1） 對ADC、S/H要求高。（2） 處理速度慢。（3） 硬體簡單，成本低。（4） 軟體比較復雜。綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合於本設計系統對於模擬量輸入的要求，比較其框圖，方案二更具備硬體簡單的突出優點，所以選擇方案二作為信號的輸入通道。本文來源於： http://www.waibaowang.net/dianzi/
C. 高分求單片機溫度採集系統的課程設計
DS18B20數字溫度計使用
1．DS18B20基本知識
DS18B20數字溫度計是DALLAS公司生產的1－Wire，即單匯流排器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數字溫度計，十分方便。
1、DS18B20產品的特點
（1）、只要求一個埠即可實現通信。
（2）、在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。
（3）、實際應用中不需要外部任何元器件即可實現測溫。
（4）、測量溫度范圍在－55。C到＋125。C之間。
（5）、數字溫度計的解析度用戶可以從9位到12位選擇。
（6）、內部有溫度上、下限告警設置。
2、DS18B20的引腳介紹
TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見圖1，其引腳功能描述見表1。
（底視圖）圖1
表1 DS18B20詳細引腳功能描述 序號
名稱
引腳功能描述
1
GND
地信號
2
DQ
數據輸入/輸出引腳。開漏單匯流排介面引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。
3
VDD
可選擇的VDD引腳。當工作於寄生電源時，此引腳必須接地。
3． DS18B20的使用方法
由於DS18B20採用的是1－Wire匯流排協議方式，即在一根數據線實現數據的雙向傳輸，而對AT89S51單片機來說，硬體上並不支持單匯流排協議，因此，我們必須採用軟體的方法來模擬單匯流排的協議時序來完成對DS18B20晶元的訪問。
由於DS18B20是在一根I/O線上讀寫數據，因此，對讀寫的數據位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協議來保證各位數據傳輸的正確性和完整性。該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單匯流排器件作為從設備。而每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單匯流排器件回送數據，在進行寫命令後，主機需啟動讀時序完成數據接收。數據和命令的傳輸都是低位在先。
DS18B20的復位時序
DS18B20的讀時序
對於DS18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。
對於DS18B20的讀時隙是從主機把單匯流排拉低之後，在15秒之內就得釋放單匯流排，以讓DS18B20把數據傳輸到單匯流排上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。
DS18B20的寫時序
對於DS18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。
對於DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當要寫0時序時，單匯流排要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO匯流排上的「0」電平，當要寫1時序時，單匯流排被拉低之後，在15us之內就得釋放單匯流排。
4． 實驗任務
用一片DS18B20構成測溫系統，測量的溫度精度達到0.1度，測量的溫度的范圍在－20度到＋100度之間，用8位數碼管顯示出來。
5． 電路原理圖
6． 系統板上硬體連線
（1）． 把「單片機系統」區域中的P0.0－P0.7用8芯排線連接到「動態數碼顯示」區域中的ABCDEFGH端子上。
（2）． 把「單片機系統」區域中的P2.0－P2.7用8芯排線連接到「動態數碼顯示」區域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。
（3）． 把DS18B20晶元插入「四路單匯流排」區域中的任一個插座中，注意電源與地信號不要接反。
（4）． 把「四路單匯流排」區域中的對應的DQ端子連接到「單片機系統」區域中的P3.7/RD端子上。
7． C語言源程序
＃i nclude <AT89X52.H>
＃i nclude <INTRINS.h>
unsigned char code displaybit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsigned char code displaycode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00,0x40};
unsigned char code dotcode[32]={0,3,6,9,12,16,19,22,
25,28,31,34,38,41,44,48,
50,53,56,59,63,66,69,72,
75,78,81,84,88,91,94,97};
unsigned char displaycount;
unsigned char displaybuf[8]={16,16,16,16,16,16,16,16};
unsigned char timecount;
unsigned char readdata[8];
sbit DQ=P3^7;
bit sflag;
bit resetpulse(void)
{
unsigned char i;
DQ=0;
for(i=255;i>0;i--);
DQ=1;
for(i=60;i>0;i--);
return(DQ);
for(i=200;i>0;i--);
}
void writecommandtods18b20(unsigned char command)
{
unsigned char i;
unsigned char j;
for(i=0;i<8;i++)
{
if((command & 0x01)==0)
{
DQ=0;
for(j=35;j>0;j--);
DQ=1;
}
else
{
DQ=0;
for(j=2;j>0;j--);
DQ=1;
for(j=33;j>0;j--);
}
command=_cror_(command,1);
}
}
unsigned char readdatafromds18b20(void)
{
unsigned char i;
unsigned char j;
unsigned char temp;
temp=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
temp=_cror_(temp,1);
DQ=0;
_nop_();
_nop_();
DQ=1;
for(j=10;j>0;j--);
if(DQ==1)
{
temp=temp | 0x80;
}
else
{
temp=temp | 0x00;
}
for(j=200;j>0;j--);
}
return(temp);
}
void main(void)
{
TMOD=0x01;
TH0=(65536-4000)/256;
TL0=(65536-4000)%256;
ET0=1;
EA=1;
while(resetpulse());
writecommandtods18b20(0xcc);
writecommandtods18b20(0x44);
TR0=1;
while(1)
{
;
}
}
void t0(void) interrupt 1 using 0
{
unsigned char x;
unsigned int result;
TH0=(65536-4000)/256;
TL0=(65536-4000)%256;
if(displaycount==2)
{
P0=displaycode[displaybuf[displaycount]] | 0x80;
}
else
{
P0=displaycode[displaybuf[displaycount]];
}
P2=displaybit[displaycount];
displaycount++;
if(displaycount==8)
{
displaycount=0;
}
timecount++;
if(timecount==150)
{
timecount=0;
while(resetpulse());
writecommandtods18b20(0xcc);
writecommandtods18b20(0xbe);
readdata[0]=readdatafromds18b20();
readdata[1]=readdatafromds18b20();
for(x=0;x<8;x++)
{
displaybuf[x]=16;
}
sflag=0;
if((readdata[1] & 0xf8)!=0x00)
{
sflag=1;
readdata[1]=~readdata[1];
readdata[0]=~readdata[0];
result=readdata[0]+1;
readdata[0]=result;
if(result>255)
{
readdata[1]++;
}
}
readdata[1]=readdata[1]<<4;
readdata[1]=readdata[1] & 0x70;
x=readdata[0];
x=x>>4;
x=x & 0x0f;
readdata[1]=readdata[1] | x;
x=2;
result=readdata[1];
while(result/10)
{
displaybuf[x]=result%10;
result=result/10;
x++;
}
displaybuf[x]=result;
if(sflag==1)
{
displaybuf[x+1]=17;
}
x=readdata[0] & 0x0f;
x=x<<1;
displaybuf[0]=(dotcode[x])%10;
displaybuf[1]=(dotcode[x])/10;
while(resetpulse());
writecommandtods18b20(0xcc);
writecommandtods18b20(0x44);
}
}
關鍵詞：單匯流排； 數字溫度感測器； 多點溫度測控
1 前言
隨著科學技術的發展，特別是現代儀器的發展，微型化、集成化、數字化正成為感測器發展的一個重要方向[1]。美國Dallas半導體公司推出的數字化溫度感測器DS1820採用單匯流排協議，即與微機介面僅需佔用一個I/O埠，無需任何外部元件，直接將溫度轉化成數字信號，以9位數字碼方式串列輸出，從而大大簡化了感測器與微處理器的介面。
2 工作原理
目前大多數感測器系統都採用放大--傳輸--數模轉換這種處理模式。這種模式一般要佔用數條數
據/控制線，限制了單片機功能的擴展。而一線匯流排技術則很好地解決了這個問題。
一線匯流排技術就是在一條匯流排上僅有一個主系統和若干個從系統組成的計算機應用系統。由於匯流排上的所有器件都通過一條信號線傳輸信息，匯流排上的每個器件在不同的時間段驅動匯流排，這相當於把數據匯流排、地址匯流排和控制匯流排合在了一起。所以整個系統要按單匯流排協議規定的時序進行工作。為了使其它設備也能使用這條匯流排，一線匯流排協議採用了一個三態門，使得每一個設備在不傳送數據時空出該數據線給
其它設備。一線匯流排在外部需要一個上拉電阻器，所以在匯流排空閑時是高電平。
掛在單匯流排上的器件稱為單匯流排器件，為了區分匯流排上的不同器件，生產單匯流排器件時，廠家都刻錄了一個64位的二進制ROM代碼作為晶元的唯一序列號。這樣通過定址就可以把每個器件識別出來。64位ROM的結構如下：開始8位是產品類型的編號（DS1820為10H），接著是每個器件的唯一的序號，共
有48位，最後8位是前56位的CRC校驗碼，這也是多個DS1820可以採用一線進行通信的原因。 3 DS1820介紹
DS1820是美國Dallas半導體公司推出的第一片支持"一線匯流排"介面的溫度感測器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優點，可直接將溫度轉化成串列數字信號供微機處理[2]。
DS1820的工作原理是：DS1820採用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，其中 GND為地；I/O為數據輸入/輸出端（即單線匯流排），該腳為漏極開路輸出，常態下呈高電平；VDD是外部+5V電源端，不用時應接地；NC為空腳。圖1 所示為DS1820的內部框圖，它主要包括寄生電源、溫度感測器、64位激光ROM單線介面、存放中間數據的高速暫存器（內含便箋式RAM），用於存儲用戶設定的溫度上下限值的TH和TL解發器存儲與控制邏輯、8位循環冗餘校驗碼（CRC）發生器等七部分。
DS1820 特點如下：硬體介面簡單，性能穩定，單線介面，僅需一根口線與MCU連接無需外圍元件；由匯流排提供電源；測溫范圍為-55～75℃；精度為0.5℃；9位溫度讀數；A/D變換時間為200ms；用戶自設定溫度報警上下限，其值是非易失性的；報警搜索命令可識別那片DS1820超溫度限。
DS1820的溫度測量原理如下[3]：DS1820測量溫度時使用特有的溫度測量技術，其測量電路框圖如圖2所示。內部計數器對一個受溫度影響的振盪器的脈沖計數，低溫時振盪器的脈沖可以通過門電路，而當到達某一設置高溫時，振盪器的脈沖無法通過門電路。計數器設置為-55℃時的值，如果計數器到達0之前，門電路未關閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示當前溫度高於-55℃。同時，計數器復位在當前溫度值上，電路對振盪器的溫度系數進行補償，計數器重新開始計數直到回零。如果門電路仍然未關閉，則重復以上過程。溫度表示值為9bit，高位為符號位。
4 溫度檢測系統設計
由於每片DS1820含有唯一的硅串列數，所以在一條匯流排上可掛接多個DS1820晶元。從DS1820讀出的信息或寫入DS1820的信息，僅需要一根口線（單線介面）。讀寫及溫度變換功率來源於數據匯流排，匯流排本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無需額外電源。DS1820提供9位溫度讀數，構成多點溫度檢測系統而無需任何外圍硬體。對DS1820的使用，多採用單片機實現數據採集。處理時，將DS1820信號線與單片機一位口線相連，單片機可掛接多片DS1820，從而實現多點溫度檢測系統。由於DS1820隻有三個引腳，其中兩根是電源線VDD和GND，另外兩根用作匯流排DQ(Data In/Out)，由於其輸出和輸入均是數字信號且與TTL電平兼容，因此其可以與微處理器直接進行介面，從而省去了一般感測器所必需的中間轉換環節。
本設計中以DS1820為感測器、AT89C52單片機為控制核心組成的多點溫度測試系統如圖3所示[4]。用6隻DS1820同時測控6路溫度（視實際需要還可擴展通道數）。89C52單片機P1.1口接單線匯流排。DS1820採用寄生電源供電方式。為保證在有效的DS1820時鍾周期內能提供足夠的電流，圖3中採用一個MOSFET管和89C52的H.0口來完成對DS1820的匯流排上拉。鍵盤掃描和動態掃描的顯示共用一片可編程介面晶元8279，顯示採用8位共陰極LED數碼管，它可用來顯示通道數、溫度測量值以及TH、TL的值。
程序處理是整個系統的關鍵，即簡潔的硬體結構是靠復雜的軟體來支持的。多個器件掛在一條匯流排上為了識別不同的器件，在程序設計過程中一般有四個步驟：初始化命令；傳送ROM命令；傳送RAM命令；數據交換命令。
需要注意的是，無論是單點還是多點溫度檢測，在系統安裝及工作之前，應將主機逐個與DS1820掛接，讀出其序列號。其工作過程為：主機發出一個脈沖，待 "0"電平大於480μs後，復位DA1820，在DS1820所發響應脈沖由主機接收後，主機再發讀ROM命令代碼33H，然後發一個脈沖（15μs），並接著讀取DS1820序列號的一位。用同樣方法讀取序列號的56位。另外，由於DS1820單線通信功能是分時完成的，遵循嚴格的時隙概念，因此，系統對DS1820和各種操作必須按協議進行，即初始化DS1820（發復位脈沖）→發ROM功能命令→發存儲器操作命令→處理數據。系統對 DS1820操作的總體流程圖如圖4所示。
在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5℃。採用下述方法可獲得高解析度的溫度測量結果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5℃為解析度的溫度測量結果，然後切去測量結果中的最低有效位（LSB），得到所測實際溫度的整數部分Tz，然後再用BEH指令取計數器1的計數剩餘值Cs和每度計數值CD。考慮到DS1820測量溫度的整數部分以0.25和0.75℃為進位界限的關系.
結束語
對應於傳統概念，這一粒三極體一樣的感測器相當於傳統的溫度感測器+ 數字化+ CPU+ 匯流排協議及介面。一線器件採用單條連線，解決了控制、通信和供電等問題，降低了系統成本，並簡化了設計，為未來感測器的發展和應用開辟了新的領域。
http://www.mcublog.com/blog/blog2007/shuizhongzehui/archives/2007/22353.html
http://blog.21ic.com/user1/422/archives/2006/12900.html
有流程圖，電路圖和資料，不過網路上傳不了
D. 基於單片機的溫度數據採集系統設計
單片機課程設計任務書
題目：基於單片機的溫度數據採集系統設計
一．設計要求
1．被測量溫度范圍：0~500℃，溫度解析度為0.5℃。
2．被測溫度點：4個，每2秒測量一次。
3．顯示器要求：通道號1位，溫度4位（精度到小數點後一位）。
顯示方式為定點顯示和輪流顯示。
4．鍵盤要求：
（1）定點顯示設定；（2）輪流顯示設定；（3）其他功能鍵。
二．設計內容
1．單片機及電源管理模塊設計。
單片機可選用AT89S51及其兼容系列，電源管理模塊要實
現高精密穩壓輸出，為單片機及A/D轉換器供電。
2．感測器及放大器設計。
感測器可以選用鎳鉻—鎳硅熱電偶（分度號K），放大器要實現熱電偶輸出的mV級信號到A/D輸入V級信號放大。
3．多路轉換開關及A/D轉換器設計。
多路開關可以選用CD4052，A/D可選用MC14433等。
4．顯示器設計。
可以選用LED顯示或LCD顯示。
5．鍵盤電路設計。
實現定點顯示按鍵；輪流顯示按鍵；其他功能鍵。
6．系統軟體設計。
系統初始化模塊，鍵盤掃描模塊，顯示模塊，數據採集模塊，標度變換模塊等。
引言：
在生產和日常生活中，溫度的測量及控制十分重要，實時溫度檢測系統在各個方面應用十分廣泛。消防電氣的非破壞性溫度檢測，大型電力、通訊設備過熱故障預知檢測，各類機械組件的過熱預警，醫療相關設備的溫度測試等等都離不開溫度數據採集控制系統。
隨著科學技術的發展，電子學技術也隨之迅猛發展，同時帶動了大批相關產業的發展，其應用范圍也越來越廣泛。近年來單片機發展也同樣十分迅速，單片機已經滲透到工業、農業、國防等各個領域，單片機以其體積小，可靠性高，造價低，開發周期短的特點被廣泛推廣與應用。傳統的溫度採集不僅耗時而且精度低，遠不能滿足各行業對溫度數據高精度，高可靠性的要求。溫度的控制及測量對保證產品質量、提高生產效率、節約能源、生產安全、促進國民經濟的發展起到重要作用。在單片機溫度測量系統中關鍵是測量溫度，控制溫度和保持溫度。溫度測量是工業對象的主要被控參數之一。本此題目的總體功能就是利用單片機和熱敏原件實現溫度的採集與讀數，利用五位LED顯示溫度讀數和所選通道號，實現熱電轉化，實現溫度的精確測量。本設計是以Atmel公司的AT89S51單片機為控制核心，通過MC14433模數轉換對所測的溫度進行數字量變化，且通過數碼管進行相應的溫度顯示。採用微機進行溫度檢測，數字顯示，信息存儲及實時控制，對於提高生產效率和產品質量、節約能源等都有重要作用。
目錄：
一、系統總體功能及技術指標的描述........................................ 5
二、各模塊電路原理描述............................................................. 5
2.1單片機及電源模塊設計...................................................... 5
2.2、AT89S51引腳說明.......................................................... 7
2.3、數據採集模塊設計........................................................ 11
2.4、多路開關......................................................................... 12
2.5、放大器............................................................................. 15
2.6、A/D轉換器..................................................................... 16
2.7、顯示器設計..................................................................... 21
2.8、鍵盤電路設計................................................................. 22
2.9、電路總體設計圖........................................................... 22
三、軟體流程圖 ...................................................................... 24
四、程序清單.............................................................................. 25
五、設計總結及體會.................................................................... 31
六、參考資料................................................................................ 32
一、系統總體功能及技術指標的描述
1. 系統的總體功能：
溫度數據採集系統，實現溫度的採集與讀書，利用五位LED顯示溫度讀數和所選通道號，實現熱電轉化的原理過程。
被測量溫度范圍：0~500℃，溫度解析度為0.5℃。被測溫度點4個，每2秒測量一次。顯示器要求：通道號1位，溫度4位（精度到小數點後一位）。顯示方式為定點顯示和輪流顯示，可以通過按鍵改變顯示方式。
2. 技術指標要求：
1．被測量溫度范圍：0~500℃，溫度解析度為0.5℃。
2．被測溫度點：4個，每2秒測量一次。
3．顯示器要求：通道號1位，溫度4位（精度到小數點後一位）。
顯示方式為定點顯示和輪流顯示。
4．鍵盤要求：
（1）定點顯示設定；（2）輪流顯示設定；（3）其他功能鍵。
二、各模塊電路原理描述
2.1單片機及電源模塊設計
如圖所示為AT89S51晶元的引腳圖。兼容標准MCS-51指令系統的AT89S51單片機是一個低功耗、高性能CHMOS的單片機，片內含4KB在線可編程Flash存儲器的單片機。它與通用80C51系列單片機的指令系統和引腳兼容。
AT89S51單片機片內的Flash可允許在線重新編程，也可用通用非易失性存儲編程器編程；片內數據存儲器內含128位元組的RAM；有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）埠;具有兩個16位可編程定時器；中斷系統是具有6個中斷源、5個中斷矢量、2級中斷優先順序的中斷結構；震盪器頻率0到33MHZ，因此我們在此選用12MHZ的晶振是比較合理的；具有片內看門狗定時器；具有斷電標志POF等等。AT89S51具有PDIP、TQFP和PLCC三種封裝形式[8]。
圖5.1-1 AT89S51引腳圖
上圖就是PDIP封裝的引腳排列，下面介紹各引腳的功能。
2.2、AT89S51引腳說明
P0口：8位、開漏級、雙向I/O口。P0口可作為通用I/O口，但須外接上拉電阻；作為輸出口，每各引腳可吸收8各TTL的灌電流。作為輸入時，首先應將引腳置1。P0也可用做訪問外部程序存儲器和數據存儲器時的低8位地址/數據匯流排的復用線。在該模式下，P0口含有內部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接收代碼位元組數據；在編程效驗時，P0口輸出代碼位元組數據(需要外接上拉電阻)。
P1口：8位、雙向I/0口，內部含有上拉電阻。P1口可作普通I/O口。輸出緩沖器可驅動四個TTL負載；用作輸入時，先將引腳置1，由片內上拉電阻將其抬到高電平。P1口的引腳可由外部負載拉到低電平，通過上拉電阻提供電流。在FLASH並行編程和校驗時，P1口可輸入低位元組地址。在串列編程和效驗時，P1.5/MO-SI，P1.6/MISO和P1.7/SCK分別是串列數據輸入、輸出和移位脈沖引腳。
P2口：具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P2口用做輸出口時，可驅動4各TTL負載；用做輸入口時，先將引腳置1，由內部上拉電阻將其提高到高電平。若負載為低電平，則通過內部上拉電阻向外部輸出電流。CPU訪問外部16位地址的存儲器時，P2口提供高8位地址。當CPU用8位地址定址外部存儲時，P2口為P2特殊功能寄存器的內容。在FLASH並行編程和校驗時，P2口可輸入高位元組地址和某些控制信號。
P3口：具有內部上拉電阻的8位雙向口。P3口用做輸出口時，輸出緩沖器可吸收4各TTL的灌電流；用做輸入口時，首先將引腳置1，由內部上拉電阻抬位高電平。若外部的負載是低電平，則通過內部上拉電阻向輸出電流。在與FLASH並行編程和校驗時，P3口可輸入某些控制信號。P3口除了通用I/O口功能外，還有替代功能，如表5.3-1所示。
表5.3-1 P3口的替代功能
引腳
符號
說明
P3.0
RXD
串列口輸入
P3.1
TXD
串列口輸出
P3.2
/INT0
外部中斷0
P3.3
/INT1
外部中斷1
P3.4
T0
T0定時器的外部的計數輸入
P3.5
T1
T1定時器的外部的計數輸入
P3.6
/WR
外部數據存儲器的寫選通
P3.7
/RD
外部數據存儲器的讀選通
RST：復位端。當振盪器工作時，此引腳上出現兩個機器周期的高電平將系統復位。
ALE/ ：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存）是一個用於鎖存地址的低8位位元組的書粗脈沖。在Flash 編程期間，此引腳也可用於輸入編程脈沖（）。在正常操作情況下，ALE以振盪器頻率的1/6的固定速率發出脈沖，它是用作對外輸出的時鍾，需要注意的是，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如果希望禁止ALE操作，可通過將特殊功能寄存器中位地址為8EH那位置的「0」來實現。該位置的「1」後。ALE僅在MOVE或MOVC指令期間激活，否則ALE引腳將被略微拉高。若微控制器在外部執行方式，ALE禁止位無效。
：外部程序存儲器讀選取通信號。當AT89S51在讀取外部程序時， 每個機器周期 將PSEN激活兩次。在此期間內，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過兩個信號。
/Vpp：訪問外部程序存儲器允許端。為了能夠從外部程序存儲器的0000H至FFFFH單元中取指令，必須接地，然而要注意的是，若對加密位1進行編程，則在復位時，的狀態在內部被鎖存。
執行內部程序應接VCC。不當選擇12V編程電源時，在Flash編程期間，這個引腳可接12V編程電壓。
XTAL1：振盪器反向放大器輸入端和內部時鍾發生器的輸入端。
XTAL2：振盪器反相放大器輸出端[9]。
電源模塊設計
在影響單片機系統可靠性的諸多因素中，電源干擾可謂首屈一指，據統計，計算機應用系統的運行故障有90％以上是由電源雜訊引起的。為了提高系統供電可靠性，交流供電應採用交流穩壓器，防止電源的過壓和欠壓，直流電源抗干擾措施有採用高質量集成穩壓電路單獨供電，採用直流開關電源，採用DC-DC變換器。本次設計決定採用MAXim公司的高電壓低功耗線性變換器MAX 1616作為電壓變換，採用該器件將輸入的24V電壓變換為5V電壓，給外圍5V的器件供電。MAX1616具有如下特點：
1.4~28V電壓輸入范圍。
2.最大80uA的靜態工作電流。
3.3V/5V電壓可選輸出。
4.30mA輸出電流。
5.2％的電壓輸出精度。
電源管理模塊電路圖如下：
本電路採用該器件將輸入的24V電壓變成5V電壓，給外圍5V的器件供電，其中二極體D1是保護二極體，防止輸入電壓接反可能帶來的對電路的影響和破壞。
E. 51單片機的溫度採集系統設計
第一章 確定系統功能與性能
本系統的功能主要有數據採集、數據處理、輸出控制。能對0～1000 �0�2c范圍內的各種電加熱爐的溫度進行精密測量，同時，四位LED顯示器直接跟蹤顯示被控對象的溫度值，准確度高，顯示清晰，穩定可靠，使用方便（在具體設計編程、調試過程中，為了調試方便，編程把溫度范圍設在0～100 �0�2c）。
本系統的原理框圖如下圖所示。
數據採集部分能完成對被測信號的采樣，顯示解析度0.1�0�2c，測量精度0.1�0�2c，控制精度0.1�0�2c，可以實現採集信號的放大及A/D轉換，並自動進行零漂校正，同時按設定值、所測溫度值、溫度變化速率，自動進行FID參數自整定和運算，並輸出0～10mA控制電流，配以主迴路實現溫度的控制。數據處理分為預處理、功能性處理、抗干擾等子功能。輸出控制部分主要是數碼管顯示控制。
第二章 確定系統基本結構及硬體設計
本單片機應用系統結構是以單片機為核心外部擴展相關電路的形式。確定了系統中的單片機、存儲器分配及輸入/輸出方式就可大體確定出單片機應用系統的基本組成。
1)單片機選用MCS-51系統的8031
8031是INTEL公司MCS-51系列單片機中最基本的產品，它採用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術製造的高性能8位單片機，屬於標準的MCS-51的HCMOS產品。它結合了HMOS的高速和高密度技術及CHMOS的低功耗特徵，標准MCS-51單片機的體系結構和指令系統。
8031內置中央處理單元、128位元組內部數據存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、2個16位定時/計數器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串列通信口，片內時鍾振盪電路。但80C31片內並無程序存儲器，需外接ROM。
此外，8031還可工作於低功耗模式，可通過兩種軟體選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結CPU而RAM定時器、串列口和中斷系統維持其功能。掉電模式下，保存RAM數據，時鍾振盪停止，同時停止晶元內其它功能。8031有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。
主要功能特性：
· 標准MCS-51內核和指令系統
· 外部程序存儲器ROM地址空間64kB
· 32個可編程雙向I/O口
· 128x8bit內部RAM(可擴充64kB外部存儲器)
· 2個16位可編程定時/計數器
· 時鍾頻率3.5-16MHz
· 5個中斷源
· 5.0V工作電壓
· 全雙工串列通信口
· 布爾處理器
· 2層優先順序中斷結構
· 兼容TTL和CMOS邏輯電平
· PDIP(40)和PLCC(44)封裝形式