毕业设计（论文）基于STC89C52单片机的多功能数字温度计的设计与制作

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1、毕毕业业设设计计设计题目； 多功能数字温度计的设计与制作系系 别别 电气工程系应用电子专业技术 班班 级级 车辆电子 092 姓姓 名名 指导老师指导老师 完成时间完成时间 2011 年 12 月 5 日 毕业设计任务书多功能数字温度计的设计与制作二、指导教师：章若冰三、设计内容与要求1.课题概述1）温度是科学技术中最基本的物理量之一，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，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。传统的水银或酒精温度计来测量温度,不仅测量时间长、读数不方便、而且功能单一,已经不能满足人们在数字化时代的要求。因此提出一种新型的数字式温度测量电路的设计

2、方案,该方案集成了基于 AT89S51 的两位数码管显示温度测量电路和通过编程的方式来实现实时时钟的显示、修改、定时闹铃等功能的时钟电路2.系统结构框图如下：DS1620温度传感器电源系统AT89S51单片机系统MAXIM7219 数码驱动4 个按键输入2 位数码管显示温度4 位数码管显示时间一、设计内容与要求设计内容：1）温度测量：能够实时显示当前的环境温度2）时钟功能：能够作为时钟使用，显示当前时间3）闹钟功能：能够在设定时间时钟时，作为闹铃发生4）时钟设置功能：能够设定时钟，修改当前时间5）电源电池或直流稳压电源输入：稳压至 9V 供电6）完成控制器的原理图和 PCB 板图的设计和制作7

3、）完成软件程序的编写与调试8）对整机的调试，完成指定功能设计要求：1）原理图规范2）PCB 板图规范、布局合理3）电路板制作工整、美观4）软件流程图标准5）程序采用结构化设计、可读性强四、设计参考书电力电子技术与应用 高等教育出版社 电机控制技术 北京航空航天大学出版社 模拟电子技术 高等教育出版社 数字电子技术 高等教育出版社 单片机 C 语言程序设计 北京航空航天大学出版社 单片机原理及应用 中南大学出版社 传感器与检测技术 高等教育出版社五、设计说明书要求(小四、宋体) (以下五号、宋体)第 3 章 封面第 4 章 目录第 5 章 内容摘要(200400 字左右，中英文)第 6 章 引言

4、第 7 章 正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）第 8 章 结束语第 9 章 附录(参考文献、图纸、材料清单等)六、毕业设计进程安排序号内容要求完成时间1师生见面,下发毕业设计任务书、布置毕业设计-2011.6.282前期准备完成毕业设计相关资料的收集、设计方案的确定假期3元件选型参数、型号、数量20119154控制板原理图设计-20119305控制板 PCB 板设计与制作-2011.10.146软件程序编写调试-2011.10.317整机调试完成批定功能201111108毕业设计任务书编写毕业设计说明书在规定时间前上交指导教师处2011.11.25

5、9毕业答辩及成绩评定-2011 年 12 月七、毕业设计答辩及论文要求(小四、宋体)(以下五号、宋体)毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。第 2 章 毕业设计论文要求文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版

6、合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求:按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。 摘要本论文介绍的是基于 STC89C52 单片机数字钟和数字温度计设计，体现模块化设计思想。 论文重点阐述了硬件模块 MCU 模块、温度的感应模块、时钟模块、控制模块、 显示模块的设计。 软件同样采用模块化设计， 软件模块中断模块、温度转化模块、 时间调整模块的设计。 温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。 在生产过程中， 为

7、了高效地进行生产， 必须对它的主要参数，如温度、 压力、 流量等进行有效的控制。 温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础 ，技术已经比较成熟。 传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度 ，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。 我们用一种相对比较简单的方式来测量。DS1620 是 Dallas 公司推出的数字温度测控器件。 TH 和 TL 寄存器中的温度报警限设定值存放在非易失性存储器中， 掉电后不会丢失。通过三线串行接口，完成温度值的读取和 TH、TL 的设定。关键字 ： 微控制器， 数字控制 ； 温度计，数字钟

8、 STC89C52， DS1620。MAX7219 ABSTRACTthis paper introduce is based on STC89C52 a digital clock and digital thermometer design, reflect modular design thought. The paper mainly describes the hardware module-module, temperature sensing MCU module, clock module, control module, display module design. The

9、software also modular design, software module-interrupt module, temperature into modules, time to adjust module design. The temperature is the production process and scientific experiments common but also one of the important physical parameter. In the production process, in order to highly efficien

10、t production, it needs to the main parameters, such as temperature, pressure, and flow rate of effective control. Temperature control in production process occupies a large proportion. Temperature measurement is the basis for the control of temperature, technology has more mature. The traditional me

11、asuring temperature elements have thermocouple and two resistance. And thermocouple and heat resistance of the measure is commonly voltage, again converted into the corresponding temperature, the method is relatively complex, need more of the external hardware support. We use a relatively simple way

12、 to measure. DS1620 Dallas is out with digital temperature measurement and control devices. TH and the register is the alarm limit TL temperature value in nonvolatile, after power off would be lost. Through the three line serial interface, complete the temperature read and TH, TL setting.Key word: m

13、icro controller, digital control; The thermometer, a digital clock, STC89C52, DS1620. MAX72191目录 毕业设计任务书.I摘要.IABSTRACT.II第 1 章绪论.31.1 课题研究价值 .31.2 温度传感器的发展 .4第 2 章 设计任务与要求. .72.1 设计任务 .72.2 设计要求 .7第 3 章 总体设计方案.83.1 多功能数字温度计设计的技术路线 .83.2 总体设计分析 .83.3 方案的选择与设计.93.4 方案确定.10第 4 章 硬件电路设计.104.1 原理分析 .104.

14、2 温度传感器 DS1620 的介绍 .124.3 STC89C52 的介绍 .154.4 MAX7219 的介绍 .264.5 电路原理图 .30第 5 章 软件电路设计.315.1 软件设计思路 .315.2 软件驱动程序设计 .315.3 调试的设备 .335.4 调试过程： .33第 6 章 程序.。346.1 程序 .346.2 流程图 .49第 7 章 使用说明.507.1 使用方法 .507.2 故障分析 .50总结与体会.52致谢.53参考文献.542材料清单表.55实物图.56PCB.56总原理图:.573第 1 章绪论1.1 课题研究价值温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生

15、产等领域，尤其在热学试验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中，有特别重要的意义。传统所使用的温度计通常都是精度为 1和 0.1的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确等优点，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等，温度计中传感器是它的

16、重要组成部分，它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。但是，作为应用系统设计人员需要根据系统要求选用适宜的传感器，并与自设计的系统连接起来，从而构成性能优良的监控系统。20 世纪 90 年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是 8 位 A/D 转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到 1。目前，国外已相继推出多种高速度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是 912 位 A/D 转换器，分辨力一般可达 0.50.0625。由美国 DALLAS 半导体公司新研制的 DS1624 型高分辨力智能温度传感器，能输出13 位二进

17、制数据，其分辨力高达 0.03125，测温精度为0.2。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D 转换器。以 AD7817型 5 通道智能温度传感器为例，它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为 27s、9s。Maxim 公司生产的 DS1620，DS1620 是直接数字输出的温度传感器，采用 DS1620 不需要在 STC89C52 系统中扩展 A/D 转换器，因此可以降低电路的复杂性。DS1620 是一片 8 引脚的片内建有温度测量并转换为数字值的集成电路，他集温度传感、温度数据转换与传输、温度控制等功能于一体。测温范围：-55+125，精度为

18、 0.5。该芯片非常容易与单片机连接，实现温度的测控应用，单独做温度控制器使用时，可不用外加其他辅助元件。DS1620 可把测得的温度用 9 位的数据表示出来，同时，本身还有 3 个温度报警输出，因此在恒温箱、温度计及其它对温度敏感的系统中得到了广泛的应用。1.2 温度传感器的发展温度传感器的发展大致经历了以下 3 个阶段：传统的分立式温度传感器(含敏感4元件)；主要是能够进行非电量和电量之间转换；模拟集成温度传感器/控制器；智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。 传统的分立式温度传感器热电偶传感器：热电偶传感器是工业测量中应用最广泛

19、的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-501600进行连续测量,特殊的热电偶如金铁镍铬，最低可测到-269，钨铼最高可达 2800。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等功能。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，不需要进行非线性校准，外围电路简单。智能温度传感器：智能温

20、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。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D 传感器、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） ，并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。智能温度传感器包括数字温度传感器和石英温度传感器。数字温度传感器被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器

21、等各种温度控制系统中。用石英作为温度传感器的数字温度计可实现多种功能：用于热化疗仪中对药液的温度进行测量，能获得较好的测温效果；用于温度检测系统，测温系统可用于各行各业中。比如：可用于温室大棚的温度检测，当温度过高就产生报警信号；在轮胎生产中,进行的温度检测。进入 21 世纪后，数字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。提高测温精度和分辨力：20 世纪 90 年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是 8 位 A/D 转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到 1。目前，国外已相继推出多种高速度、高分辨力的

22、智能温度传感器，所用的是 912 位 A/D 转换器，分辨力一般可达 0.50.0625。由美国 DALLAS 半导体公司新研制的 DS1624 型高分辨5力智能温度传感器，能输出 13 位二进制数据，其分辨力高达 0.03125，测温精度为0.2。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D 转换器。以 AD7817 型 5 通道智能温度传感器为例，它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为 27s、9s。增加测试功能：新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC） ，使其功能更加完善。DS

23、1624 还增加了存储功能，利用芯片内部 256 字节的 E2PROM 存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能温度传感器而言，主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其 A/D 转换速率(典型产品为 MAX7219)，分辨力及最大转换时间(典型产品为 DS1624)。智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。典型产品有 DS1620、TCN75

24、、LM76、MAX7219。智能温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温控系统；它们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。总线技术的标准化与规范化：目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C 总线、Emboss 总线和 dpi 总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。可靠性及安全性设计：传统的 A/D 转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术，其噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度传感器(例如TMP03/04、LM74、LM83)普遍采用了高性能的 式 A转换器，它能以很高的采样速

25、率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号，再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术，来提高有效分辨力。 式 AD 转换器不仅能滤除量化噪声，而且对外围元件的精度要求低；由于采用了数字反馈方式，因此比较器的失调电压及零点漂移都不会影响温度的转换精度。这种智能温度传感器兼有抑制串模干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。为了避免在温控系统受到噪声干扰时产生误动作，在 AD7416/7417/7817、LM7576、MAX66256626 等智能温度传感器的内部，都设置了一个可编程的“故障排队(fault queue)”计数器，专用于设定允许被测温度值超过上、下限的次数。仅当被测温度连续超过上

26、限或低于下限的次数达到或超过所设定的次数 n(n=14)时，才能触发中断端。若故障次数不满足上述条件或故障不是连续发生的，故障计数器就复位而不会触发中断端。这意味着假定 n=3 时，那么偶然受到一次或两次噪声干扰， 都不会影响温控系统的正常工作。LM76 型智能温度传感6器增加了温度窗口比较器 非常适合设计一个符合 ACPI(Advanced Configuration And Power Interface，即“先进配置与电源接口”)规范的温控系统。这种系统具有完善的过热保护功能，可用来监控笔记本电脑和服务器中 CPU 及主电路的温度。微处理器最高可承受的工作温度规定为 H，台式计算机一般为

27、 75，高档笔记本电脑的专用CPU 可达 100。一旦 CPU 或主电路的温度超出所设定的上、下限时， INT 端立即使主机产生中断，再通过电源控制器发出信号，迅速将主电源关断起到保护作用。此外，当温度超过 CPU 的极限温度时, 也能直接关断主电源，并且该端还可通过独立的硬件关断电路来切断主电源，以防主电源控制失灵。上述三重安全性保护措施已成为国际上设计温控系统的新观念。为防止因人体静电放电(ESD)而损坏芯片。一些智能温度传感器还增加了 ESD 保护电路，一般可承受 10004000V 的静电放电电压。通常是将人体等效于由 100PF 电容和 1.2K 欧姆电阻串联而成的电路模型，当人体放

28、电时，TCN75 型智能温度传感器的串行接口端、中断比较器信号输出端和地址输入端均可承受 1000V 的静电放电电压。最新开发的智能温度传感器(例如 MAX6654、LM83)还增加了传感器故障检测功能，能自动检测外部晶体管温度传感器(亦称远程传感器)的开路或短路故障。MAX6654 还具有选择“寄生阻抗抵消”(Parasitic Desistance Cancellation，英文缩写为 PRC)模式，能抵消远程传感器引线阻抗所引起的测温误差，即使引线阻抗达到100 欧姆，也不会影响测量准确度。远程传感器引线可采用普通双绞线或者带屏蔽层的双绞线。 7第 2 章 设计任务与要求.2.1 设计任

29、务1 查阅相关文献资料，了解数字温度计程序的原理，能够运用 C 语言进行数字温度计的设计与制作。2 设计基于 C 语言的数字温度计的控制系统硬件部分，画出控制系统硬件框图，设计数字温度计的控制系统的软件部分，首先根据数字温度计所需的具体功能设计好程序流程图，包括控制流程图、控制时序图、梯形图程序设计；根据设计的程序流程图写出代码，并进行代码编译的调试。3 根据总体的方案设计，包括完成的硬件部分和软件部分来选择合适的元器件；根据硬件电路图进行硬件电路板的制作并调试硬件。4 把设计好的软件代码烧入硬件中，然后进行总体调试，直至原先预定要实现的功能完全实现为止。5 设计出系统方框图、单元图、原理总图

30、；画出控制程序流程图，以及编写完整的程序代码；撰写硬件系统总体说明、硬件接线图、控制程序、其他附件及图纸。6 完成论文的撰写，根据格式要求和范文要求，先把目录确定，再根据目录的章节把具体内容撰写好，以此完成整篇论文。2.2 设计要求通过集成数字温度传感器 DS1620 来实现温度的采集，DS1620 自带 9 位 A/D 转换器，可以直接输出精度比较高的数字量温度值。DS1620 的转换数率为 0.5ms，测量的温度范围为-55+125，测量温度精度为 0.5，供电电压为 2.7 V5.5V，所以可以用它来实现比较理想的温度测量。设计中还包括显示驱动电路的设计，用Maxim 公司生产的一款高性

31、能 8 位共阴极数码管驱动芯片 MAX7219，MAX7219 和单片计算机连接有三条引线（DIN、CLK、LOAD） ，采用 16 位数据串行移位接收方式。温度和时钟显示分别采用 2 位、4 位的共阴极数码管。按键部分采用 4 个上拉按键，用于实现时间的修改、闹钟的设定等功能。单片机的最小系统包括晶振电路和复位电路。电源系统采用 MC7805 作为电源的电路，输出 5V 的供电电压。实现功能如下：1 温度测量：能够实时显示当前的环境温度；2 时钟功能：能够作为时钟使用，显示当前时间；3 闹钟功能：能够在设定时间时钟时，作为闹铃发生；4 时钟设置功能：能够设定时钟，修改当前时间；8第 3 章

32、总体设计方案3.1 多功能数字温度计设计的技术路线多功能数字温度计的原理为通过温度传感器测量温度，再通过单片机控制 LED 数码管显示温度和时间。主要包括以下几个部分：核心处理器：为 STC89C52 的最小系统，作为数字温度计的计算处理设备。温度传感器：采用 Maxim 公司生产的 DS1620 直接数字输出的温度传感器。温度显示设备：采用一个两位的共阴数码管作为温度显示设备。本设计中只考虑 0到 100 摄氏度之间的温度显示，所以采用两个数码管显示温度值。时间显示设备：采用一个四位的共阴数码管作为时钟显示设备，四位分别显示小时和分钟。数码管驱动芯片：为了降低系统复杂性，减小单片机引脚资源的

33、使用，采用 MAX7219作为数码管设备的驱动芯片，MAX7219 芯片是一个专门的 8 位 LED 显示驱动的串行接口芯片，可以独立于单片机对数码管进行扫描显示驱动。 3.2 总体设计分析本课题设计的是以 STC89C52 单片机，DS1620 温度传感器，MAX7219 数码管驱动芯片为核心，采用两个四位数码管显示，辅以必要电路，共同构成的一个具有多功能的数字温度计。该系统能够准确的显示时间、调整时间、闹钟报时并能够对时钟所在的环境温度进行测量显示。 主程序进行初始化，其他的程序选择模块式的方式。首先对每个模块进行调试, 当模块调试成功后，逐一的加入主程序中，最后完成整个软件部分的设计。3

34、.3 方案的选择与设计3.3.1 方案一：采用 FPGA 控制FPGA 是一种高密度的可编程逻辑器件,自从 Exiling 公司 1985 年推出第一片FPGA 以来,FPGA 的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高达 500 万门/片以上,系统性能可达 200MHz。由于 FPGA 器件集成度高,方便易用,开发和上市周期短,在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用,并一度在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。但是而基于 SRAM 编程的 FPGA,其编程信息需存放在外部存储器上 ,需外部存储器芯片 ,且使用方法复杂 ,保密性差，而其对于一个简单的多功能数字温度计而言，实用 FPGA 有点

35、大材小用，成本太高。93.3.2 方案二：采用 ATMEL 公司的 STC89C52 单片机STC89C52 是一种低功耗、高性能的片内含有 4KB 快闪可编程擦除只读存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory) 8 位 CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与 80C51 引脚和指令系统完全兼容。芯片上的 FPEROM 允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。AT89S51（以下简称 89C51）将具有多种功能的 8 位 CPU 与 FPEROM 结合在一个芯片上，为很多嵌入式

36、控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，其性能价格比较高。ATMEL 公司的功能强大，低价位 STC89C52 单片机可提供许多高性价比的应用场合。单片机广泛用于智能产品，智能仪表，测控技术，智能接口等，具有操作简单，实用方便，价格便宜等优点，而其中 STC89C52 以 MCS-52 为内核，是单片机中最典型的代表，应用于各种控制领域。3.3.3 采用 DS18b20 温度传感器 DS18B20 数字温度计以 9 位数字量的形式反映器件的温度值。 DS18B20 通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和 DS18B20 之间仅需一条连接线（加上地线） 。用于读写和温度转换的电源

37、可以从数据线本身获得，无需外部电源。 因为每个 DS18B20 都有一个独特的片序列号， 所以多只 DS18B20 可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在 HVAC 环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。3.43.4 方案确定通过以上两种方案论证和比较，从设计的实用性，方便性和成本出发，选择了以STC89C52 单片机作为中央处理器，DS1620 温度传感器为主要器件进行此项目的设计。经过对比以及我们在日常教学中采用的是采用 STC89C52，同时为提高我们对外围电路的焊接等技术，提高综合能力，我们选择使用 STC89

38、C52 单片机。 10第 4 章 硬件电路设计4.1 原理分析 此项目设计一个具备温度计和时钟的功能的多功能数字温度计，该系统由以下几个部分组成：单片机、温度传感器、显示设备、键盘输入几部分组成。多功能数字温度计的原理十分简单，即通过温度传感器测量温度，通过单片机采集后在 LED 数码管上显示出来，同时，该温度计还兼有时钟的功能。4.1.1 电源电路为了降低成本，该多功能数字温度计采用了 MC7805 作为电源芯片 MC7805 是使用最为广泛的一种电源稳压芯片，各大芯片公司都有生产或具有兼容产品。从芯片的手册上可知，MC7805 能够将 730V 的输入电压稳压至 5V 输出，但是由于MC7

39、805 不是开关电源，而是线性稳压电源，因此多余的电压都将转换为热能被消耗，导致芯片发热，因此 MC7805 的输入电压不宜太高。 采用 MC7805 作为电源的电路，其中 BAT 是电池电源输入端，一般为 9V。4.1.2 蜂鸣器电路本设计采用软件处理电路，利用有缘蜂鸣器进行报警输出，采用直流供电，当显示的分与秒相与为零时，蜂鸣器嘀一声；当当前与闹钟时间相等时，蜂鸣器连续响。蜂鸣器通过 PNP 管连接到单片机的 P2.7 口，三极管在这里起到了放大作用，以保证有足够的电流驱动蜂鸣器进行报警。蜂鸣器硬件电路图如下： 蜂鸣器电路图114.1.3 键盘电路 由于多功能数字温度计具备时钟的功能，因此

40、需要具有设置时钟的按键输入设备，在本章案例中采用 4 个按键作为输入设备，与 STC89C52 的 P0_0P0_3相连，其电路如图所示。 按键电路4.1.4 时钟电路 时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的心脏！典型值有6MHz 和 12MHz，单片机内部有一个反相放大器，XTAL1 和 XTAL2 分别为反相放大器的输入与输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机的内部各个部件。时钟电路用于产生单片机工作所需要的

41、时钟信号，在单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，其输出端为引脚 XTAL2。而在芯片外部，XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路。12 时钟电路4.1.5复位电路 复位电路是单片机的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或者操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。单片机在启动运行时都需要复位，使 CPU 和其他部件处于一种确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

42、其电路图如图所示： 复位电路4。温度传感器 DS1620 的介绍 4.2.1DS1620 功能概述DS1620 是 Dallas 公司推出的数字温度测控器件。 2.7 5.0V 供电电压，测量温度范围为-55+125，9 位数字量表示温度值，分辨率为 0.5。在 0+70精确度为 0.5， -400和+70+85精确度为 1，-55-40和+85 +125精确度为2。TH 和 TL 寄存器中的温度报警限设定值存放在非易失性存储器中，掉电后不会丢失。通过三线串行接口，完成温度值的读取和 TH、TL 的设定。DS1620 的外围接线13简单，使用灵活。使用时请注意它的测量范围及精度能否满足要求。用

43、作热继电器使用时必须写入控制寄存器操作模式和 TH、TL 寄存器的温度设定值。4.2.2DS1620 引脚功能说明DS1620 采用 8 脚 DIP 封装或 8 脚 SOIC 封装。引脚排列如图 1 所示，引脚功能说明如表 1 所列。表 1 DS1620 引脚功能说明引 脚名 称功 能1DQ三线制的数据输入/输出2CLK/CONV三线制的时钟输入和标准转换输入3RST三线制的复位输入4GND地5TCOM温度高/低限触发输出6TLOW温度低限触发输出7THIGH温度高限触发输出8VDD35V 电源4.2.3 DS1620 温度值数据格式DS1620 的温度值为 9 位数字量，数据用补码表示，最低

44、位表示 0.5。通过三线传送数据时，低位在前，高位在后。DS1620 读出或写入的温度数据值可以是 9 位的字（在第 9 位后将置为低电平） ，也可以作为两个 8 位字节的 16 位字。这时高 7 位为无关位。这种方式在 8 位单片机中处理是比较方便的。4.2.4 DS1620 的操作和控制控制/状态寄存器用于决定 DS1620 在不同场合的操作方式，也指示温度转换时的状态。控制/状态寄存器的定义如下。DONE THF TLF NVB 1 0 CPU1SHOTDONE：温度转换完标志。 “1”转换完成， “0”转换进行中。THF：温度过高标志。温度高于或等于 TH 寄存器中的设定值时变为“1”

45、。当THF 为“1”后，即使温度降到 TH 以下，THF 值也仍为“1”。可以通过写入“0”或断开电源来清除这个标志。TLF：温度过低标志。温度低于或等于 TL 寄存器中的设定值时变为“1”。当TLF 为“1”后，即使温度升高到 TL 以上，TLF 值也仍为“1”。可以通过写入“0”或断开电源来清除这个标志。NVB：非易失性存储器忙标志。 “1”表示正在向存储器中写入数据；“0”表14示存储器不忙。写入存储器要 10ms 时间。CPU：CPU 使用标志。 “1”表示使用 CPU，DS1620 和 CPU 通过三线制进行数据传输；“0”表示不使用 CPU，当不使用 CPU 时， 接低电平，CLK

46、/作为转换控制使用。这一位存放在非易失存储器中，允许至少 50 000 次写操作。1SHOT：一次突发模式。 “1”时按转换协议进行一次转换；“0”时连续转换。这一位存放在非易失性存储器中，允许至少 50 000 次写操作。表 2 DS1620 的几个典型温度和数字量对应关系温度/数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+1250 1111101000FAH+250 00110032H+0.50 00000000001H00 00000000000H-0.51 1111111101FFH-251 1100111001CEH-551 10010010192H(1)单独工作模式在这种工作模式下，DS

47、1620 作为热继电器使用，常用连续转换方式，可在没有CPU 参与下工作。预先必须写入控制寄存器操作模式和 TH、TL 寄存器的温度设定值，CLK/用作转换开始控制端。要注意：这种工作模式下，控制/状态寄存器的 CPU标志位必须设为“0”。为了使 CLK/作转换控制，必须为低电平。如果 CLK/被拉低，且在 10ms 以内置高，则产生一次转换；如果 CLK/保持低，则 DS1620 连续进行转换。当 CPU 为“0”时，转换由 CLK/控制，而不受 1SHOT 控制位的限制。DS1620 有三个温度触发控制端。当 DS1620 的温度高于或等于 TH 寄存器设定值时，THIGH 输出为高电平；

48、当温度低于或等于 TL 寄存器设定值时，TLOW 输出高电平；当温度高于 TH 寄存器设定值时，TCOM 输出为高电平，直到温度下降到 TL寄存器设定值以下时才会变为低电平。(2)三线串行通信模式三线制由三个信号线组成：（复位） 、CLK（时钟）和 DQ（数据） 。数据传输在由低电平变为高电平后开始。在数据传输过程中，使变为低电平会终止数据传输。时钟由一序列上升沿和下降沿组成。DS1620 输入、输出数据时，都必须是上升沿数据有效。读写数据时低位在前，高位在后。4.2.5 DS1620 的应用154.2.5.1 无 CPU 参与下的应用DS1620 有三个温度触发输出，都可作为温控端使用，用于

49、控制加热或制冷装置。在设置控制/状态寄存器以及 TH 和 TL 寄存器内容后，DS1620 可在脱离 CPU 的情况下单独作温控器使用。图 4 是用 THIGH 作控制的应用实例。当环境温度高于 TH 寄存器的温度设定值后，THIGH 输出为高，2N7000 导通，启动风扇散热；当环境温度低于 TH 寄存器的设定值后，THIGH 输出为低电平，2N7000 截止，风扇停转。4.2.5.2 有 CPU 参与图 5 是用 STC89C52 单片机作 CPU 来操作 DS1620 的。单片机的 P1 口连接DS1620 的三线通信接口：P1.1 接 DQ，P1.2 接 CLK/，P1.3 接。4.3

50、 STC89C52 的介绍4 4. .3 31 1 主要性能与 MCS-52 单片机产品兼容 、8K 字节在系统可编程 FLASH 存储器、 1000次擦写周期、 全静态操作：0Hz33MHz 、 三级加密程序存储器 、 32 个可编程 I/O 口线 、三个 16 位定时器/计数器 八个中断源 、全双工 UART 串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针 、断电标识符。 4 4. .3 3. .2 2 功能描述STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 ATMel 公司高密度非易失

51、性存储器 技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统 可编程Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 STC89C52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器 ，2 个数据指针，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持 2 种软件可选择节电

52、模式。空闲模式下 ，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止4 4. .3 3. .4 4 内部结构及功能16引脚描述VCC： 电源电压GND： 接地P0 口： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 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 不具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字

53、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，将输出电流 （IIL）。此外，P1.0 和 P1.1 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（ P1.0/T2）和定时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。 在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。引脚号第 2 功能P1.0T2（定时器/

54、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

55、， 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，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，P3 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17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 STC89C52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 flash 编程和校验时，P3

56、口也接收一些控制信号。 端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断 0)P3.3INT1(外中断 1)P3.4TO(定时/计数器 0)P3.5T1(定时/计数器 1)P3.6WR(外部数据存储器写选通 )P3.7RD(外部数据存储器读选通 )此外，P3 口还接收一些用于 FLASH 编程和程序校验的控制信号。 RST: 复位输入。当振荡器工作时 ，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG: 当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ALE 仍以

57、时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器 （SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。 PSEN:程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期

58、两次PSEN 有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN 信号。 EA/VPP:外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H-FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Acc 端），CPU 则执行内部18程序存储器的指令 。FLASH 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源App，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 App。 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。

59、4 4. .3 3. .5 5 特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）的地址空间映象如表 1 所示。并不是所有的地址都被定义了。片上没有定义的地址是不能用的。读这些地址，一般将得到一个随机数据；写入的数据将会无效。用户不应该给这些未定义的地址写入数据 “1”。由于这些寄存器在将来可能被赋予新的功能，复位后，这些位都为 “0”。 定时器 2 寄存器：寄存器 T2CON 和 T2MOD 包含定时器 2 的控制位和状态位，寄存器对 RCAP2H 和 RCAP2L 是定时器 2 的捕捉/自动重载寄存器。 中断寄存器：各中断允许位在 IE 寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在IE 中设置。 表 2 T

60、2CON：定时器/计数器 2 控制寄存器 19T2CON 地址为 0C8H 复位值：0000 0000B 位可寻址 TF2 EXF2RLCLK TCLK EXEN2TR2C/T2CP/RL27654 3210符号功能TF2定时器 2 溢出标志位。必须软件清“0”。RCLK=1 或 TCLK=1 时，TF2不用置位。EXF2定时器 2 外部标志位。EXEN2=1 时，T2EX 上的负跳变而出现捕捉或重载时，EXF2 会被硬件置位。定时器 2 打开，EXF2=1 时，将引导 CPU 执行定时器 2 中断程序。EXF2 必须如见清“0”。在向下/向上技术模式（DCEN=1）下 EXF2 不能引起中断

61、。RLCLK串行口接收数据时钟标志位。若 RCLK=1，串行口将使用定时器 2 溢出脉冲作为串行口工作模式 1 和 3 的串口接收时钟；RCLK0，将使用定时器 1计数溢出作为串口接收时钟。TCLK串行口发送数据时钟标志位。若 TCLK=1，串行口将使用定时器 2 溢出脉冲作为串行口工作模式 1 和 3 的串口发送时钟；TCLK0，将使用定时器 1计数溢出作为串口发送时钟。EXEN2定时器 2 外部允许标志位。当 EXEN2=1 时，如果定时器 2 没有用作串行时钟，T2EX（P1.1）的负跳变见引起定时器 2 捕捉和重载。若 EXEN20，定时器 2 将视 T2EX 端的信号无效TR2开始/

62、停止控制定时器 2。TR2=1，定时器 2 开始工作C/T2定时器 2 定时/计数选择标志位。C/T2 0，定时； C/T2 1，外部事件计数（下降沿触发）20CP/RL2捕捉/重载选择标志位。当 EXEN2=1 时， CP/RL21，T2EX 出现负脉冲，会引起捕捉操作；当定时器 2 溢出或 EXEN2=1 时 T2EX 出现负跳变，都会出现自动重载操作。CP/RL20 将引起 T2EX 的负脉冲。当 RCKL=1 或 TCKL1 时，此标志位无效，定时器 2 溢出时，强制做自动重载操作。4 4. .3 3. .6 6 双数据指针寄存器：为了更有利于访问内部和外部数据存储器，系统提供了两路1

63、6 位数据指针寄存器：位于 SFR 中 82H83H 的 DP0 和位于 84H85。特殊寄存器 AUXR1 中DPS0 选择 DP0；DPS=1 选择 DP1。用户应该在访问数据指针寄存器前先初始化 DPS 至合理的值。 表 3a AUXR：辅助寄存器 AUXR 地址：8EH 复位值：XXX00XX0B 不可位寻址WDIDLEDISRTO DISALE 7 6 5 432 10预留扩展用 DISALE ALE 使能标志位 DISALE 操作方式 0 ALE 以 1/6 晶振频率输出信号 1 ALE 只有在执行 MOVX 或 MOVC 指令时激活 DISRTO 复位输出标志位 DISRTO 0

64、 看门狗（WDT）定时结束，Reset 输出高电平 1 Reset 只有输入 WDIDLE 空闲模式下 WDT 使能标志位 WDIDLE 0 空闲模式下，WDT 继续计数 1 空闲模式下，WDT 停止计数 掉电标志位：掉电标志位 （POF）位于特殊寄存器 PCON 的第四位（PCON.4）。上电期间 POF 置“1”。POF 可以软件控制使用与否，但不受复位影响。 表 3b AUXR1：辅助寄存器 1 21AUXR1 地址：A2H 复位值：XXXXXXX0B 预留扩展用 DPS 数据指针选择位 0 选择 DPTR 寄存器 DP0L 和 DP0H 1 选择 DPTR 寄存器 DP1L 和 DP1

65、H 4 4. .3 3. .7 7 存储器结构STC89C52 器件有单独的程序存储器和数据存储器。 外部程序存储器和数据存储器都可以 64K 寻址。 程序存储器如果 EA 引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。 对于 89C52，如果 EA 接 VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为 ：2000HFFFFH。 数据存储器STC89C52 有 256 字节片内数据存储器。高 128 字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高 128 字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。 当一条指令访问高于 7FH 的地址时，寻址方式决定 CPU

66、访问高 128 字节RAM 还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（ SFR）。 例如，下面的直接寻址指令访问 0A0H（P2 口）存储单元 MOV 0A0H , #data使用间接寻址方式访问高 128 字节 RAM。例如，下面的间接寻址方式中 ，R0 内容为 0A0H，访问的是地址 0A0H 的寄存器，而不是 P2 口（它的地址也是0A0H）。 MOV R0 , #data 堆栈操作也是简介寻址方式。因此，高 128 字节数据 RAM也可用于堆栈空间。 、 4 4. .3 3. .8 8 看门狗定时器WDT 是一种需要软件控制的复位方式 。WDT 由 13 位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器 （WDTRST）构成。WDT 在默认情况下无法工作；为了激活 WDT，用户必须往 WDTRST 寄存器（地址：0A6H）中依次写入01EH 和 0E1H。当 WDT 激活后，晶振工作， WDT 在每个机器周期都会增加。WDT 计时周期依赖于外部时钟频率。除了复位（硬件复位或WDT 溢出复位），没有办法停止 WDT 工作。当 WDT 溢出，它将驱动 RSR 引脚一