本科毕业论文智能数字式温度测量报警系统的设计.doc

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1、本科毕业设计（论文）题目名称智能数字式温度测量报警系统的设计学生姓名专业班级电信学号一、 选题的目的和意义：温度是工业对象中一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。温度控制是许多机器的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。不论是在生活中还是在工业生产过程中，温度的变化对生活、生产的某些细节环节都会造成不同程度的影响，所以适时地对温度进行控制具有重要的意义。二、 国内外研究综述：目前，

2、市场上有很多比较先进的温度控制报警仪，如美国福禄克公司(Fluke Corporation)提供的紧凑式高准确度标准温度炉，能满足只有极少公司才可达到的IECIOIO 和CSA安全标准。其500系列温控仪有以下特点:-45670可选温度范围，温度稳定性为0.02，温度一致性为0.05，温度不确定性0.1，计算机接口包括RS-232标准配置，重量13.6kg，尺寸为318*203*267mm 。福禄克公司旗下的HART公司更是温度校准的恒温槽世界第一销量的公司，HART设计的独一无二的控制技术能够给出0.0001的温度稳定性。恒温槽设置点的超高分辨力可达到小数点后5位的高精度。另外，还有德国的L

3、auda公司生产的加热/冷却恒温浴槽、冷却器，温度控制精度可达正负0.01。这些都是当今在温度控制领域研究出来的比较先进的产品，其势头还将一路发展下去。进入21世纪后，本领域的研究还将不断地进行，也必将会有更多、更加先进、经济的产品问世。三、 毕业设计（论文）所用的方法：本系统由于采用了智能温度传感器AD7417，它的转换速率极快。它带有I2C总线接口，进行读、写操作非常简便。它具有数字化输出，可测量远距离点温度。系统具有微型化，微功耗，测量精度高，功能强大等特点，同时可测量5路温度参数，报警的温度值能方便地设置。由于有先进的看门狗电路，加之AD7417内部的故障排队计数器电路，所以它的抗干扰

4、能力强。它的性能可靠，结构简单。经测试，它的测温范围是0150，常温精度可达1，分辨率达到了025。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。本文讲的是的是以单片机AT89C52为核心，基于AD7417型5通道精密智能温度传感器温度测量报警系统，实现对水温的4通道测量显示及超温报警功能，并且系统具有一定的抗干扰能力。四、 主要参考文献与资料获得情况：1 刘乐善.微型计算机接口技术及应用.湖南：华中科技大学出版社.19912 张毅刚.单片微机原理及应用.北京：高等教育出版社.19873 赵茂泰.智能仪器原理及

5、应用.北京：电子工业出版社.1994 4 周航慈.单片机应用程序设计技术.北京：北京航空航天大学出版社.19895 何立民.MCS-51单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社.19926 童诗白.模拟电路技术基础.北京：高等教育出版社.19847 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社.19958 张毅刚.单片及原理及应用北京：高等教育出版社.20059 何立民.单片机系统设计.北京：北京航空航天大学出版社.1990五、 指导教师审批意见： 指导教师：（签名）年 月 日 1 前 言温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人

6、们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展信息科学和微电子技术的飞速发展给控制领域带来了巨大的飞跃；控制技术更加趋向自动化和智能化，为无数的使用者带来了方便。在控制领域里，温度是一个常见的名词，然而它所带来的技术问题和所起的作用却是非同一般的。在控制领域中，对温度的控制有

7、着举足轻重的作用。例如陶瓷的烧烤，只有控制住温度的适度，才能制作出一件完美的艺术品，否则只是一件废品；还有如酿酒的过程，也需要对温度进行控制。可见，在生活的许多方方面面都有着对温度进行感知和控制的需要。本课题就是一个对温度进行检测，采集和超温报警的多路温度检测报警系统信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。最广义地来

8、说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员(IEC: International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。由于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，但是它们都不同程度地存在温漂和

9、非线性等影响因素。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，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，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。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力

10、。温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：（1）传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。（2）模拟集成温度传感器/控制器。（3）智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。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。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

11、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。本系统由于采用了智能温度传感器AD7417，它的转换速率极快。它带有I2C总线接口，进行读、写操作非常简便。它具有数字化输出，可测量远距离点温度。系统具有微型化，微功耗，测量精度高，功能强大等特点，同时可测量5路温度参数，报警的温度值能方便地设置。由于有先进的看门狗电路，加之AD7417内部的故障排队计数器电路，所以它的抗干扰能力强。它的性能可靠，结构简单。经测试，它的测温范围是0150，常温精

12、度可达1，分辨率达到了025。进入21世纪后，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。本文讲的是的是以单片机AT89C52为核心，基于AD7417型5通道精密智能温度传感器温度测量报警系统，实现对水温的4通道测量显示及超温报警功能，并且系统具有一定的抗干扰能力。2 智能数字式温度测量报警系统概述2.1智能数字式温度测量报警系统原理概述系统原理如下图2-1所示。系统由4个外接的温度传感器及一个内部温度传感器、多通道温度传感器控制芯片、显示器、键盘电路、报警电路、抗干扰电路、单片机、通信接口及上位机组成。将温

13、度传感器转为电信号后，经过温度控制电路交微处理器处理，最后将温度值显示并存储出来。通过键盘可以控制数据的回放，且可以通过接口与上位机进行通信。系统具有超温报警功能。系统的工作原理框图如下图2-1所示： 图2-1 系统原理框图整个系统以单片机AT89C52为核心，基于AD7417型5通道精密智能温度传感器温度测量报警系统，实现对水温的4通道测量显示及超温报警功能，并且系统具有一定的抗干扰能力。整个系统的控制对象为温度检测对象， 温度检测元件为多通道智能温度传感器控制芯片AD7417，通过对环境温度进行测量后，将转换后的信号数据传给主控芯片AT89C52进行处理判断并存储起来，同时将数据传给显示电

14、路以显示，如果超温了，主控芯片再传送信号给超温报警电路警示。其主要功能包括: （1）温度的采集与处理显示； （2）温度与设定的上下限温度进行对比，不符合要求发出报警信号； （3）有的温度报警系统还需要加入控制模块实现对测量对象的控制功能; （4）用看门狗电路实现温度采集系统的稳定控制；（5）添加上位机使单片机与计算机可以联机通信，通过计算机可以储存数据并且控制工业测温报警流程；智能温度报警系统分为以下几个部分：（1）数据的产生多通道智能温度传感器控制芯片AD7417，外接4个传感器，外接的4个传感器LM35读取外部环境温度数据，把温度数据转换为电压信号传送到AD7417中。 （2）数据的转换外

15、接的传感器L35将转换的电压信号传送到AD7417，把电压信号转化为数字信号，此温度数据与预先设置存储的温度比较，当温度超过 高温设置寄存器设置的温度时，OTI漏极开路输出，同时信号复位。（3）数据的存储与显示数据的存储这里使用的是带抗干扰芯片它本身自带存储功能，本系统采用的3段LED数码管动态显示，温度数据通过AT89C52处理存储并送显示器显示。（4）主控电路单片机及其外围电路，包括键盘电路，复位电路以及振荡电路。该系统的设计较为简单，所占体积较小，性能高，重量轻，反应速度较快，读数准确直观，使模拟功率表的功能大大扩充，如若加入通信环节以及其他相应的环节，可以充分实现用户用电管理的智能化。

16、其具体的硬件 电路图如图2-2所示 图2-2 硬件电路图 2.2智能数字式温度测量报警系统硬件构成及其原理2.2.1多通道智能温度传感器控制芯片本系统采用AD7417型5通道精密智能温度传感器集成电路，AD7417采用16引脚SOIC或TSSOP封装。AD7417内部包括几个部分： （1）置温度传感器，它是单片带隙式，可将被测温度转换成电压信号，再经过基于电荷分配DAC的10位逐次逼近式AD转换器转换成数字量。（2）25V基准电压源UREF，本系统采用外基准时，MCl403为25V外基准电压源。（3）多路转换器，它完成对5路信号的5选1工作。（4）逐次逼近型AD转换器 (包括取样电容、电荷平衡

17、比较器、时钟振荡器、控制逻辑和电荷分配式DAC)。在对模拟信号取样时，UIN经过SW2对取样电容C进行充电，C上储存电荷。在对该电荷进行取样时，末位数值为12LSB。(1LSB的大小等于UREF1024=251024=244mV)AD的转换以CONVST信号上升沿开始，以CONVST的下降沿结束。在自动转换模式下，读、写操作时会自动启动AD的转换；操作结束后，跟踪保持电路经过3s后进入保持模式，并开始下次转换。跟踪保持时间为400s。AD的转换时间由内部提供，不需外部时钟。（5）内基准转换开关(Sw1)完成内、外基准的转换。（6）数据比较器、数据输出电路、I2C接口、故障排队计数器电路，完成数

18、据传输、处理等。（7）内部有7个寄存器：温度数据寄存器、地址指针寄存器、下限温度THYST寄存器、上限温度TOTI寄存器、ADC寄存器、配置寄存器1和配置寄存器。2.2.2主要电路AD7417外接4个传感器，外接温度传感器采用LM35。它的灵敏度为10mV，常温测量精度在土05之内，自身发热对精度影响在01以下，用运放LM6134产生两倍的增益，使外接传感器的输出电压满足AD7417的模拟通道输入要求。单片机与其他电路的连线，单片机选用AT89C52，AT89C52是一种低功耗、高性能的CMOS型8位微型计算机，它有8K字节Flash，256字节RAM，32线I/O口，3个16位定时计数器，6

19、向量两极中断，一个双工串行口，具有片内自激振荡器和时钟电路等标准功能。此外，AT89C52设有静态逻辑，用于运行到零频率，并支持软件选择的节电运行方式和空闲方式使CPU停止工作，而允许RAM、定时计数器、串行口和中断系统继续工作。在掉电方式下，片内振荡器停止工作，由于时钟被冻结，一切功能都停止，只有片内RAM的内容被保存，直到硬件复位才恢复正常工作。显示器为LED数码管，与CPU接口简单、功耗低、编程方便。键盘部分设计4个键完成测量、传送、回放、通道选择等功能，操作方便。接口用MAXIM公司的MAX232，利用89C52本身的全双工串行接口，连接MAX232，变为标准的RS232通信协议，直接

20、与上位机的异步通信接口适配器的RS232口连接，将现场采集的数据传送到上位机。抗干扰电路为X25045芯片，它有看门狗定时器、电压监测、E2PROM三种功能。看门狗电路在系统出现故障，程序“跑飞”时，它会产生复位信号，使系统复位。电压监测可以保护系统免受低电压状态的影响，当Vcc降到最小Vcc转换点以下时，系统复位，一直到Vcc返回且稳定为止。存储器部分是CMOS型的4096位串行E2PROM，内部按512 x 8排列，可存储512个字节，它可以用于存储温度等一些数据。AD7417的OTI输出用来指示己发生的超过温度极限的事件，它是漏极开路输出。当其配置寄存器2中的D2位设置为0时，OTI端被

21、编程为低电平有效。由555定时器组成多谐振荡器，当AD7417的OTI端输出为低电平时，多谐振荡器处于振荡工作状态，报警电路产生声光报警信号。将OTI端输出配置成比较模式(将配置寄存器中的D1位置0)。在这种模式下，当温度超过TOTI时OTI输出有效，并一直保持到温度降到THYSY以下为止。3 元器件选择3.1 微控制器选择主要性能:（1）与MCS-51单片机产品兼容（2）8K字节在系统可编程Flash存储器（3）1000次擦写周期（4）全静态操作：0Hz33Hz（5）三级加密程序存储器（6）三个16位定时器/计数器（7）八个中断源（8）32个可编程I/O口线（9）全双工UART串行通道（10

22、）低功耗空闲和掉电模式（11）掉电后中断可唤醒（12）看门狗定时器（13）双数据指针（14）掉电标识符功能特性:AT89C52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AT89S52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。AT89S52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

23、，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，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。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。引脚结构如图3-1所示。 图3-1 引脚结构图VCC : 电源。GND: 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

24、口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；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P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。P2 口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8 位双

25、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，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口也接收到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，p2 输出缓冲器能驱动4个

26、TTL 逻辑电平。对P3 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）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出

27、脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PS

28、EN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VP-P电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路。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。3.2 温度传感器选择本系统由于采用了智能温度传感器AD7417，它的转换速率极快。它带有I2C总线接口，进行读、写操作非常简便。它具有数字化输出，可测量远距离点温度。系统

29、具有微型化，微功耗，测量精度高，功能强大等特点，同时可测量5路温度参数，报警的温度值能方便地设置。由于有先进的看门狗电路，加之AD7417内部的故障排队计数器电路，所以它的抗干扰能力强。它的性能可靠，结构简单。经测试，它的测温范围是0150，常温精度可达1，分辨率达到了025。AD7417采用16引脚SOIC或TSSOP封装。AD7417内部包括几个部分：1)内置温度传感器，它是单片带隙式，可将被测温度转换成电压信号，再经过基于电荷分配DAC的10位逐次逼近式AD转换器转换成数字量。2)25V基准电压源UREF。AD7416 功能特性如下：（VDD = +2.7 V to +5.5 V, GN

30、D = 0 V, REFIN = +2.5 V）（1）供电电源+2.7V+5.5V。（2）内含10位数字温度传感器。（3）400uA的更新速率。（4）0.25的温度分辨率。（5）工作温度范围为0-150。（6）常温精度可达士1。（7）AD模数转换时间为15us30us。管脚说明AD7417的管脚如图3-2所示。该器件采用16管脚SOIC 封装，各引脚的功能如下：GND：模拟地和数字地。SCL：与串行总线相对应的串行时钟输入端。SDA：数字I/O，双向串行数据总线，漏极开路输出。+VDD：供电电源正输入端。供电电源范围为+2.7V+5.5V。A2、A1、A0：串行地址总线的低三位数字输入端。OT

31、I：逻辑输出端口。当温度超过高温设置寄存器设置的温度时，OTI漏极开路输出，同时信号复位。VIN1，VIN2，VIN3，VIN4：外接传感器端。如图3-2 管脚说明图3.3 抗干扰芯片选择抗干扰电路为X25045芯片，X25045是美国Xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它有看门狗定时器、电扭监测、E2PR OM三种功能。看门狗电路在系统出现故障，程序“跑飞”时，它会产生复位信号，使系统复位。电压监测可以保护系统免受低电压状态的影响，当VCC降到最小VCC转换点以下时，系统复位，一直到VCC返回且稳定为止。存储器部分是CMOS型的4096位串行EZPROM，内部按512x8排列，可存储5

32、12个字节，它可以用于存储温度等一些数据。 3.3.1 芯片特性（1）可选时间的看门狗定时器。（2）VCC 降压检测和复位控制。（3）5种标准的开始复位电压。（4）使用特定的编程顺序即可对低电压检测和复位开始电压进行编程。（5）复位电压可低至VCC=1V。 （6）省电特性。（7）在看门狗打开时电流小于50uA。（8）在看门狗关闭时电流小于10uA。（9）在读操作时电流小2mA。（10）不同的型号的器件其供电1.8-3.6V,2.7V-5.5V,4.5V-5.5V。 （11）4K位EEPROM 1000000次的擦写周期。 （12）具有数据的块保护功能可以保护1/4、1/2全部的EEPROM 当

33、然也可以置于不保护状态内建的防误写措施。（13）用指令应写操作。 （14）写保护引脚。 （15）时钟可达3.3M。 （16）短的编程时间。（17）16字节的页写模式。 （18）写时由器件内部自动完成。 （19）典型的器件写周期为5ms。3.3.2 芯片功能描述 本器件将四种功能合于一体上电复位控制、看门狗定器、降压管理及具有块保护功能的串行EEPROM，它有助于简化应用系统的设计，减少印制板的占用面积，提高可靠性。该芯片内串行EEPROM是具有Xicor公司的块锁保护CMOS串行 EEPROM 它被组织成8位的结构。它由一个由四线构成的SPI总线方式进行操作，其擦写周期至少有1000000次并

34、且写好的数据能够保存100年。如图3-3所示。 图3-3 功能描述图 3.3.3 芯片引脚 如图3-4所示。 图3-4 X25045引脚图其引脚功能如下。CS：片选择输入。SO：串行输出，数据由此引脚逐位输出。SI：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入X25045。SCK：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出。WP：写保护输入。当它低电平时，写操作被禁止。Vss：地。Vcc：电源电压。RESET：复位输出。X25045在读写操作之前，需要先向它发出指令，指令名及指令格式。如下表3-1所示。表3-1 X25045指令及其含义图 3.4 温度传感器 1.简述LM35是一种内部电

35、路已校准的集成温度传感器，其输出电压与摄氏温度成正比，线性度好，灵敏度高，精度适中LM35比按绝对温度标校准的线形温度传感器优越得多。LM35系列传感器生产制作时已经过校准，输出电压与摄氏温度一一对应，使用极为方便，其输出灵敏度为10.0MV，精度达0.5其测量范围为-55150。在静止温度中自热效应低(0.08)工作电压较宽，可在420V的供电电压范围内正常工作，且耗电极省，工作电流一般小于60uA输出阻抗低，在1MA负载时为0.1。重复性好，线性输出和内部精密校准使其与读出或控制电路接口简单和方便，可单电源和正负电源工作。2.特性(1)在摄氏温度下直接校准。(2)+10.0mV/的线形刻度

36、系数。(3)额定温度范围为-55150。(4)工作电压范围宽，4V至30V。(5)低功耗，小于60微安。(6)在摄氏温度下直接校准。3.管脚如图3-5所示。图3-5 管脚图 4 硬件系统的设计4.1单片机及其外围电路单片机选用AT89C52, 它是一种低功耗、高性能的CMOS型8位微型计算机，它有8K字节Flash，256字节RAM, 32线I/O口，3个16位定时/计数器，6向量两极中断，一个双工串行口，具有片内自激振荡器和时钟电路等标准功能。此外，AT89C52设有静态逻辑，用于运行到零频率，并支持软件选择的节电运行方式和空闲方式使CPU停止工作，而允许RAM、定时/计数器、串行口和中断系

37、统继续工作。在掉电方式下，片内振荡器停止工作，由于时钟被冻结，一切功能都停止，只有片内RAM的内容被保存，直到硬件复位才恢复正常工作4.1.1 时钟电路设计单片内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器就构成一个稳定的自激振荡器。配置为使用内部振荡时，XTAL1和XTAL2可分别作为一个反向放大器的输入和输出。要使用外部时钟源驱动器件时，XTAL2可以不连接而由XTAL1驱动。外部时钟信号无占空比的要求，因为时钟通过触发器二分频输入到内部时钟电路。但高低电平的最短和最长时间必须符合资料的规定。振荡器电路图如图4-

38、1所示。核心芯片AT89C51的18、19脚（即XTAL2、XTAL1）用来接振荡电路。晶体呈感性，与C1，C2构成并联谐振电路。振荡器的振荡频率主要取决于晶体；电容起微调作用，通常取30pf左右。并且电容的安装应尽量靠近芯片。本系统采用的晶振是6MHz。AT89C51XTAL2(18)XTAL1(19)图4-1振荡电路图4.1.2 复位电路设计X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X25045将从RESET输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使CPU复位。下图4-2电路中，CPU的复位信号共有

39、3个：上电复位(C1、R2)，人工复位(S、R1、R2)和Watchdog复位(C2、R3)，通过或门综合后加到RESET端。C2、R3的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时CPU的振荡器已经在工作。4.2 AD7417与外接传感器电路AD7417外接4个传感器，外接温度传感器采用LM35。它的灵敏度为10mV，常温测量精度在土05之内，自身发热对精度影响在01以下，用运放LM6314产生两倍的增益，使外接传感器的输出电压满足AD7417的模拟通道输入要求。AD7417 与外接传感器电路如下图4-3所示： 图4-2 复位电路图4.3 键盘电路设计键盘是人与微机系统打交道的主要设备,借以向

40、计算机系统输入程序，置数，操作命令，控制程序走向等。所以应用很广泛，本组设计中，需要人机对话功能，设有按键控制和LED显示数据键盘控制。 图4-3 AD7417 与外接传感器电路图 键盘按其工作原理可以分为两种：编码式键盘和非编码式键盘。编码式键盘是由按键键盘和专用键盘编码器两个部分组成。当键盘中某一按键被按下时，键盘编码器自动产生相对应的按键代码，并输出一选通信号与CPU进行信息联络。非编码式键盘不含编码器，当某键被按下时，键盘只能送出一个简单的闭和信号，对应的按键的确定要依靠软件完成。非编码键盘按照与主机的连接方式分为两种：独立式键盘和矩阵式键盘。虽然非编码式键盘的软件比较复杂，但是本组设

41、计中的按键少，只需要4个按键和一个复位键，我们采用了独立式键盘，同时还降低了电路成本。其具体接法如图4-4所式：K1：上下温度设置键，当该键按下时，进入上下限温度设置功能。 K2：确认键，当该键按下时，指向下一个要调整的位。K3:加一调整键，在输入上下限温度时，该键按下一次，被调整位加一。 图4-4 键盘电路图4.4 显示电路设计LED即发光二极管，它是一种由某些特殊材料的半导体材料制成的PN结，由于参杂浓度很高，当正向偏置时，会产生大量的电子空穴复合，把多余的能释放变为光能。LED显示器有工作电压低、体积小、寿命长（约十万小时）、响应速度快（小于1US），颜色丰富（红、黄、绿等）等特点，是智

42、能仪器的最常用的显示器。LED的正向工作电压一般在1.22.6伏，发光二极管工作电流在5mA20mA,发光强度基本上与正向电流成正比，故电路须串联适当的限流电阻。LED很适用脉冲工作状态，在平均电流相同的情况下，脉冲工作状态比直流工作状态产生的亮度增强20%左右。LED的显示器有单个、七段和点阵式等几种类型，我们这里使用的是七段LED显示器，七段LED显示器是由数个LED组成一个阵列并封装于一个标准的外壳中。为适用于不同的驱动电路，有共阳极和共阴极两种结构，这里使用的是共阳数码管，可以显示09数字和多种字母，并设有小数点，其结构如图4-5。为了显示某个或字符，就要点亮对应的段，这就需要译码。译

43、码有硬件译码和软件译码之分。这里使用的是软件译码，与硬件电路相比，软件译码显示电路省去了硬件译码器，其BCD码转换为相对应的段码这项工作由软件来完成。根据设计中硬件的接法，段码与数字、字母的关系如下，其中根据需要只要求09的数字，故其它省略。如表图4-1。用单片机驱动LED数码管有很多方法，如图4-6 LED数码显示。按显示方式分，有静态显示和动态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。动态显示 图4-5 LED的内部结构

44、图表4-1 引脚图需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多。这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。4.5报警电路设计报警电路芯片采用的是NE555，电路如下图4-7所示NE555时基电路封形式有两种，一是DIP双列直插8脚封装，另一种是SOP-8小型（SMD）封装形式。其他HA17555、LM555、CA555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。NE555属于 图4-6 LED数码显示

45、图CMOS工艺制造，下面我们将对其进行介绍。下图4-8是它的内部功能原理框图。NE555的内部中心电路是三极管Q15和Q17加正反馈组成的RS触发器。输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。输出端为F，另外还有集电极开路的放电管DIS。它们控制的优先权是R、T、TH。4.6 抗干扰电路设计看门狗(Watchdog)电路是嵌入式系统需要的抗干扰措施之一。这里用X25045芯片设计了一种新的看门狗电路，具有体积小、占用I/O口线少和编程方便的特点。工控系统在运行时，通常都会遇到各种各样的现场干扰，抗干扰能力是衡量工控系统性能的一个重要指标。看门狗

46、(Watchdog)电路是自行监测系统运行的重要保证，几乎所有的工控系统都包含看门狗电路X25045是美国Xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。门狗电路在系统出现故障，程序“跑飞”时，它会产生复位信号，使系统复位。电压监测可以保护系统免受低电压状态的影响，当VCC降到最小VCC转换点以下时，系统复位，一直到VCC返回且稳定为止。存储器部分是CMOS型的4096位串行E2PROM，内部按512x8排列，可存储512个字节，它可以用于存储温度等一些数据。 图4-7 报警电路图 图4-8是它的内部功能原理框图 4.7直流稳压电源电路设计直