智能型灯箱温度控制系统设计方案

- 1 - 智能型灯箱温度控制系统设计方案 第 1 章 系统方案论证 根据设计要求 ,温度控制器是由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成，所以本设计要考虑这些模块器件的选型以及所设计出来的温度控制器的可行性，其主要有以下几种设计方案。 方案一：采用 8031 作为控制核心 ,以使用最为普遍的器件 模数转换。此方案在理论上是可行的 ,器件的价格便宜 ,但 8031 内部没有程序存储器 ,需要内存扩展 ,增加了电路的复杂性 ,且 8 位的模数转换 ,转换的精度很底，一般不能满足控制的要求。 方案二 ：采用比较流行的 为电路的控制核心 , 一种低功耗、高性能 微控制器，具有 8K 在系统可编程 储器 ,不需要外部的扩展存储器，使整个系统的结构简单。数据的采集和转换部分采用 感器，它改变传统温度测试方法 ,能在现场采集温度数据 ,并直接将温度物理量变换为数字信号并以总线方式传送到计算机进行数据处理 ,测试温度范围为 - 55 + 125。可应用于各种领域、各种环境的自动化测试和控制系统 ,使用方便灵活 ,测试精度高 ,优于任何传统的温度数字化、自动化测控 设备。 方案三：采用 为控制一电路的核心，其他部分的电路见采用和方案二同样的设计。这种方案不仅具有和方案二同样的控制精度，而且整个电路的稳定性比方案二更高，但是 价格远远高于单片机，其不适合大批量的生产，所以考虑到价格因素，此种方案不宜选择。 综上分析 ,我们采用方案二。系统设计总体框图如图 2 显示 键盘 单 片 机 传感器 启动 风扇、打开灯？ 被控对象（灯箱） - 2 - 图 2统框图 对于上图分析：根据温度变化慢 ,并且控制精度不易掌握的特点 ,在单片机为检测控制中心，将温度控制在设定的范围之内。其主要的控制原理如为： 对 被控对象的温度进行实时采集，其主要是通过一传感器（ 温度转变成数字量送入单片机中，单片机将传感器所采集到的温度和事先设定的温度进行对比，当小于设定值时系统打开灯箱里面的灯；当大于设定值时将启动风扇，从而使得被控温度控制在一定的范围之内，达到实时控制的功能。 整个控制和检测主要有以下功能： (1)被控温度可以根据实际的需要设定 ; (2)实时显示当前温度值 ; (3)按键控制：设置复位键、加一键、减一键、确定键 ; (4)越限启动风扇或者打开灯 第 3 章 硬件电路的设计 整 个系统分为三个部分 :如图 3统模块方块图 前向通道，控制显示及后向通道。前向通道的主要作用是负责数据的采集和转换，控制和显示部分主要作用是进行实时数据的处理及显示，后向通道主要作用是进行信息的反馈（是否启动风扇、打开灯），从而达到控制目的。 控 制 显 示 模 块 前向通道 后向通道 - 3 - 图 3统模块方块图 向通道的设计 前向通道的主要作用是负责数据的采集和转换，拟采用 片。美国 导体公司的数字化温度传感器 世界 上第一片支持 一线总线 接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ 利技术。全部传感元件及转换电路集成 在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的 积更小、更经济 、更灵活。 在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感 有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。 一、 主要特性： (1)适应电压范围更宽，电压范围： 寄生电源方式下可由数据线供电 (2)独特的单线接口方式， 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 双向通讯 (3)持多点组网功能，多个 以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 (4)使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 (5)温范围 55 125，在 +85时精度为 (6)可编程的分辨率为 9 12 位，对应的可分辨温度分别为 可实现高精度测温 (7)在 9 位分辨率时最多在 把温度转换为数字， 12 位分辨率时最多在 750把温度值转换为数字，速度更快 (8)测量结果直接输出数字温度信号，以 一线总线 串行传送给 时可传送 验码，具有极强的抗干扰纠错能力 由于 在一根 I/O 线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序 要求。 协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。 二、 内部结构和外部结构 内部结构： - 4 - 脚 35封装或 8脚 内部结构框图如图 3示 。 图 3内部结构图 64 位 结构开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 验码，这也是多个 以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器 通过软件写入户报警上下限。 速暂存 结构为 8 字节的存储器，结构如图3示。头 2 个字节包含测得的温度信息，第 3 和 第 4 字节 拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第 5 个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。 作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图 3 所示。低 5 位一直为 1， 工作模式位，用于设置 工作模式还是在测试模式， 厂时该位被设置为 0，用户要去改动， 定温度转换的精度位数，来设置分辨率。 64 位 单 线 接 口 存储器与控制逻辑 高 速 缓 存 温度传感器 高温触发器 温触发器 置寄存器 8 位 生器 I/O - 5 - 1 1 1 1 1 . 图 3节定义 温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存 第 6、 7、 8 字节保留未用，表现为全逻辑 1。第 9 字节读出前面所有 8 字节的 ，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。 当 收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1、 2 字节。单片机可以通过单线接口 读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 式表示。 当符号位 S 0 时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位 S 1 时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表 3一部分温度值对应的二进制温度数据。 表 3度转换时间表 0 分辨率 /位 温度转换最大时间 / 0 9 1 10 0 11 375 1 1 12 750 成温度转换后， 就把测得的温度值与 的 节内容作比较。若 T T 将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应 。因此，可用多只 时测量温度并进行报警搜索。 在 64 位 最高有效字节中存储有循环冗余检验码（ 主机 度 H 用户字节 1 户字节 2 配置寄存器 保留 保留 保留 - 6 - 的前 56 位来计算 ，并和存入 作比较，以判断主机收到的 据是否正确。 外部结构： 物图以及其芯片引角图如图 3 表 3细引脚功能描述 (1) (字信号输入 /输出端 (2) 电源地 (3) 外接供电电源输入端 图 3物图以及其芯片引角图 三 、 作原理 读写时序和测温原理是将得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750 温原理如图 3示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。计数器 1 和温度寄存器被预置在 55 所对应的一个基数值。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，当计数器 1 的预置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 - 7 - 1，计数器 1 的预置将重新被装入，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。图 3的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1 的预置值。 图 3温原理框图 4 个主要数据部件： （ 1）光刻 的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该地址序列码。 64 位光刻 排列是：开始 8 位（ 28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该 身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（ 8+4+1）。光刻 作用是使每一个 样就可以实现一根总线上挂接多个 目的。 （ 2） 的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位 转化为例： 用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 ，其中S 为符号位。 斜率累加器 预置 减法计数器 1 计数比较器 预置 温度寄存器 减到 0 减到 0 减法计数器 2 高温度系数振荡器 低温度系数振荡器 增加 停止 - 8 - 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 两个 8 比特的 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 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 可得到实际温度。 例如 +125的数字输出为 07 +数字输出为 0191H，数字输出为 数字输出为 表 3 度数据表 （ 3） 度传 感器的存储器 的可电擦除的 者存放高温度和低温度触发器 结构寄存器。 （ 4）配置寄存器 该字节各位的意义如下： 表 3配置寄存器结构 1 1 1 1 1 低五位一直都是 1， 测试模式位，用于设置 工作模式还是在测试模式。在 厂时该位被设置为 0，用户不要去改动。 （ 5） 高速暂存存储器 - 9 - 高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如表 3 示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第1 个字节。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，数据格式如表 1 所示。对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S =1 时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表 3对应的一部分温度值。第九个字节是冗余检验字节。 表 3存寄存器分布 寄存器内容 字节地址 温度值低位 （ 0 温度值高位 （ 1 高温限值（ 2 低温限值（ 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 验值 8 根据 通讯协议，主机（单片机）控制 成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 行复位操作，复位成功后发送一条 令，最后发送 令，这样才能对 行预定的操作。复位要求主 数据线下拉 500 微秒，然后释放，当 到信号后等待 1660 微秒左右，后发出 60 240 微秒的存在低脉冲， 主 到此信号表示复位成功。 片机的选择及其接口电路的设计 控制部分主要对前向通道送来的数据进行分析和处理并且发出信号来控制温度，它主要是一个单片机，显示部分采用的是 示，用来显示实时的温度，输入部分主要是连在单片机上的四个按键，即复位键、加一键、减一键和确定键。 片机的选择 - 10 - 根据实际上面的分析，本设计采用的是 片机。 一、 主要性能 (1)与 片机产品兼容 (2)8K 字节在系统可编程 储器 (3)1000 次擦写周期 (4)全静态操作： 0335)三级加密程序存储器 (6)32 个可编程 I/O 口线 (7)三个 16 位定时器 /计数器 (8)八个中断源 (9)全双工 行通道 (10)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 二、 引脚功能 电源 地 ： 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 辑电平。对 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， 也被作为低 8 位地址 /数据复用。在这种模式下， :具有内部上拉电阻。在 程时， 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。 ： 是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 出缓冲器能驱动 4 个 辑电平。对 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（ 此外， 别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入（ 2）和时器 /计数器 2 的触发输入（ 2具体如下表3示。在 程和校验时， 接收低 8 位地址字节。 表 3第二功能 引角号 第二功能 2（定时器 /计数器 时钟输出 2时器 /计数器 重载触发信号和方向控制） 系统编程用） 系统编程用） 系统编程用） ： 是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 出缓冲器能驱动 4 个 辑电平。对 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（ 在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据 - 11 - 存储器（例如执行 ， 送出高八位地址。在这种应用中，使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8位地址（如 问外部数据存储器时， 2锁存器的内容 。在 位地址字节和一些控制信号。 ： 是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 出缓冲器能驱动 4 个 辑电平。对 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（ 二功能）使用，如下表所示。在 表 33 口第二功能 引角号 第二功能 行输入） 行输出） 部中断 0) 部中断 0) 0（定时器 0外部输入） 1（定时器 1外部输入） R(外部数据存储器写选通 ) D(外部数据存储器写选通 ) 复位输入。 晶振工作时， 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后， 输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 址 8的 位高电平有效。 址锁存控制信号（ 访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在 引脚（ 用作编程输入脉冲。 在一般情况下， 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， 果需要，通过将地址为 8位置 “ 1”， 一位置 “ 1”， 在执行 则，被微弱拉高。这个 能标志位（地址为 8位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 部程序存储器选通信号（ 外部程序存储器选通信号。在访问外部数据存储器时， 问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 了执行内部程序指令， 2伏 荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 荡器反相放大器的输出端。 - 12 - 图 3角图 三、 殊功能寄存器 特殊功能寄存器 (地址空间映象如表 3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 含定时器 2 的控制位和状态位，寄存器对 的捕捉 /自动重载寄存器。 中断寄存器：各中断允许位在 存器中，六个中断源的两个优先级也可在 表 3殊寄存器映象及复位值 - 13 - 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 16位数据指针寄存器：位于 2H834H 85。特殊寄存器 0 选择 选择 户应该在访问 数据指针寄存器前先初始化 表 32时器 /计数器 2 控制寄存器 。必须软件清“ 0”。 或 时， 用置位。 时器 2 外部标志位。 时， 的负跳变而出现捕捉或重载时， 被硬件置位。定时器 2 打开， 时，将引导 行定时器 2 中断程序。 须如见清“ 0”。在向下 /向上技术模式（ ）下 行口接收数据时钟标志位。若 ，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； 0，将使用定时器 1计数溢出作为串口接收时钟。 行口发送数据时钟标志位。若 ，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； 0，将使用定 - 14 - 时器 1计数溢出作为串口发送时钟。 时器 2外部允许标志 位。当 时，如果定时器 2没有用作串行 时钟， 负跳变见引起定时器 2 捕捉和重载。若 0，定时器 2将视 始 /停止控制定时器 2。 ，定时器 2开始工作 C/时器 2 定时 /计数选择标志位。 C/0，定时； C/1，外部事件计数（下降沿触发） 捉 /重载选择标志位。当 时， 1， 会引起捕捉操作；当定时器 2溢出或 时 会出 现自动重载操作。 0 将引起 负脉冲。当 或 1时，此标志位无效，定时器 2溢出时，强制做自动重载操作。 掉电标志位：掉电标志位（ 于特殊寄存器 上电期间 1”。 不受复位影响。 四、 存储器结构 部程序存储器和数据存储器都可以 64 程序存储器：如果 序读取只从外部存储器开始。对于果 序读写先从内部存储器（地址为 0000H 1始，接着从外部寻址，寻址地址为： 2000H 数据存储器： 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 7地址时，寻址方式决定 问高 128 字节 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（ 例如，下面的直接寻址指令访问 0储单元 #用间接寻址方式访问高 128 字节 如，下面的间接寻址方式中， 容为 0问的是地址 0不是 的地址也是 0 #栈操作也是简介寻址方式。因此，高 128字节数据 五、 看门狗定时器 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（ 成。 默认情况下无法工作；为了激活 用必须往 存器（地址： 0依次写入01 0 振工作， 了复位（硬件复位或 没有办法停止 将驱动 掉电和空闲方式下的 掉电模式下，晶振停止工作，这意味这 这种方式下，用户不必喂狗。有两种方式可以离开掉电模式：硬件复位或通过一个激活的外部中断。通过硬件复位退出掉电模式后，用户就应该给 狗，就如同通 常 位一样。通过中断退出掉电模式的情形有很大的不同。中断应持续拉低很长一段时间，使得晶振稳定。当中断拉高后，执行中断服务程序。为了防止 到中断拉低后才开始工作。这就意味着 该在中断服务程序中复位。为了 - 15 - 确保在离开掉电模式最初的几个状态 好在进入掉电模式前就复位 进入待机模式前，特殊寄存器 认状态下，在待机模式下， 0， 了防止 式下复位 户应该建立一个定时器，定时离开待机模式，喂狗，再重新进入待机模式。 六、 定时器 定时器 0、 定时器 1、 定时器 2。在 ，定时器 0 和定时器 1 的操作与 样。定时器 2是一个16位定时 /计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。其工作方式由特殊寄存器 （如表 3定时器 2有三种工作模式：捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。如表 3示，工作模式由 时器 2 有 2 个 8位寄存器： 定时工作方式中，每个机器周期， 存器都会加 1。由于一个机器周期由 12 个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的 1/12。 表 3时器 2工作模式 P/ 0 1 16位自动重载 0 1 1 16位捕捉 1 1 波特率发生器 0 （不用） 在计数工作方式下，寄存器在相关外部输入角 生 1 至 0 的下降沿时增加 1。在这种方式下 ，每个机器周期的 个机器周期采样到高电平，而下一个周期采样到低电平，计数器将加 1。在检测到跳变的这个周期的 间，新的计数值出现在寄存器中。因为识别 1 0的跳变需要 2个机器周期（ 24个晶振周期），所以，最大的计数频率不高于晶振频率的 1/24。为了确保给定的电平在改变前采样到一次，电平应该至少在一个完整的机器周期内保持不变。 表 3 控制寄存器 6 5 4 3 2 1 0 符号 功能 无定义， 预留扩展 时器 2输出允许位 1后，定时器 2可配置成向上 /向下计数 七、 6个中断源：两个外部中断（ 三个定时中断（定时器 0、 1、 2）和一个串行中断。这些中断如图 10所示每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器 的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。A，它能一次禁止所有中断。如表 2于 户软件不应给这些位写1。它们为 时器 2可以被寄存器 16 - 的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清 0。实际上，中断服务程序必须判定是否是 志位也必须由软件清 0。定时器 0和定时器 1标志位 5们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器 2 的标志位 计数溢出的那个周期的 同一个周期被电路捕捉下来。 表 3断允许控制寄存器（ S 号 位地址 功能 断总允许控制位。 ，中断总禁止； ，各中断由各自的控制位设定 - 留 时器 2中断允许控制位 行口中断允许控制位 时器 1中断允许控制位 E. 外部中断 1允许控制位 时器 0中断允许控制位 部中断 1允许控制位 6. 片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器， 别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件的话， 以不接，而从 入。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。 图 3部振荡电路连接图 - 17 - 图 3部振荡电路连接 示电路 在单片机控制中，显示装置是一个重要组成部 分，主要用来显示车间灯箱工作中其内部温度状况，以便于保护灯箱。常用的显示器件有显示记录仪、发光二极管显示器 晶显示器 屏幕显示器和图形显示器终端 设所用的是 示器。 一、 示器工作原理： 在某些半导体材料的 中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二级管叫 发光二极管 ， 简称 示器属于全固体冷光源，更小、更轻、更坚固，工作电压仅有 2V，使用寿命长达十多年。按照通常的光效定义， 发光效率并不高，但由于光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可达 80 示器有多种结构形式，单段的圆形或方形 用来显示设备的运行状态， 8 段可以显示各种数字和字符，所以也称为 码管，其外形如图 3示。 8 段 控制系统中应用最为广泛。 (a)单段 (b)方 形 图 3示器 - 18 - 八段 示器由 8 个发光二极管组成。基中 7 个长条形的发光管排列成“日”字形（ 如图 3a） ,点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用。 示器有两种不同的形式：一种是 8 个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极 时器 (如图 3b)； 另一种是 8 个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极 示器 (如图 3c)。 (a)段排列 (b)共阴极 （ c）共阳极 图 3码显示器结构原理图 共阴和共 阳结构的 示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。 8 个笔划段 应于一个字节（ 8 位）的 6 4 2 0,于是用 8 位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。 共阴极 所有发光管的阴极并接成公共端 共阳极 所有发光管的阳极并接成公共端 共阴极 接地，则某个发光二极管的阳极加上高电平时，则该管有电流流过因而点亮发光；当共阳极 接高电平，则某个发光 管的阴极加上低电平时，则该管有电流流过因而点亮发光。 8 段 过不同段点亮时的组合，可以显示 09、 AF 等十六进制数。显然，将单片机的数据输出口与 段引脚相连，控制输出的数据就可以使 常把控制 码管发光显示字符的 8 位字节数据称为段选码或者字符译码 . 二、 示器显示方式 在计算机控制系统中，常利用 n 个 示器构成 n 位显示。通常把点亮 一段的控制称为段选，而把点亮 一位的控制称为位选或片选。根据 示 器的段选线、位选线与控制端口的连接方式不同， 示器有静态显示与动态显示两种方式。本设计采用的是动态的显示方式，所以以下着重介绍动态显示。 动态扫描显示是单片机中应用最为广泛的一种显示方式。其接口电路是把所有显示器的 8 个笔划段 da名端连在一起，而每一个显示器的公共极 自独立地受 I/O 线控制。 字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于 ，而这一端是由 I/O 控制的，因此就可以自行决定何时显示哪一位了。所谓动态扫描就是采用分时的方法，轮流控制各个显示 - 19 - 器的 ，使各个显 示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约 1但由于人的观觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，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数据，不会有闪烁感。 三 示器显示设计电路图 本设计采用的是 示，由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠性高等优点，目前已被微型计算机控制系统及智能化仪表广泛采用。由于本设计所用的温度传感器是 其测温范围是55 125，在 +85时精度为 所以采用 8 个 码管显示。其具体的设计电路图如下图所示。 图 3态循环扫描显示电路图 键电路 按键和电路的设计是本设计的一个重要组成部分，通过按键工作人员可以对整个系统进行控制；从而达到实际的控制目标。 本设计一共设有四个按键，他们分别是输入和确定键、加一键、减一键和复位键，当需要对控制器进行设置时，首先按输入和确定键进入设置的状态，再通过加一键和减一键来设置具体的数值，最后按输入和确定键进行确定和退出设置状态，复位键用来当系统死机时使系统恢复 到初试的状态重新运行。其具体的设计电路土如图 3示。 - 20 - 图 3键设计电路图 向通道的设计 灯箱工作工程中温度是很主要的参数，也影响着它的性能和寿命，所以检测出它运行工作中温度很主要，所以后向通道是整个温度控制器的执行部分，它主要用来控制风扇的工作状态，当温度高于设定温度时，单片机发出控制信号控制后向通道启动风扇，当温度低于设定值时，单片机发出控制信号打开灯箱里面的灯，从而达到设计的目的。 当温度低于设置温度如下图 - 21 - ： 图 3度低于设置，打开灯箱控制图 当温度超过温度设 计，则启动风扇： - 22 - 图 3动风扇电路设计电路图 载程序电路 使用 +5v 单电源供电。 第一部分是电荷泵电路。由 1、 2、 3、 4、 5、6 脚和 4 只电容构成。功能是产生 +12v 和 个电源，提供给 口电平的需要。 第二部分是数据转换通道 。由 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14 脚构成两个数据通道。 其中 13 脚（ 12 脚（ 11 脚（ 14脚（ 第一数据通道。 8 脚（ 9 脚（ 10 脚（ 7 脚（ 第二数据通道。 据从 2入转换成 据从 到电脑 头； 头的 据从 入转换成 据后从 2出。 第三部分是 供电。 15 脚 16 脚 +5v） 。 - 23 - 数据保护功能模块的介绍及其应用 片简介 一种集看门狗、电压监控和串行 种功能于一身的可编程控制电路。 课题设计中 介绍了它的主要特点和工作原理，同时结合 8051 单片机给出了 接口电路与相应的读写程序。 引脚 图 见图 3功能如下： C C 5S S C K 70 45*图 3引脚图 片选信号； 串行输出； 串行输入； 串行时钟输入； 保护输入。 复位信号输出。 地。 电源电压。 用三线总线串行 (设接口，对芯片进行操作的所有操作码、字节地址及写入的数据都从 脚输入，写入数据在串行时钟 上升沿被锁存。从芯片读取的数据从 脚串行移出，并在 下降沿读出数据。芯片的把关定时器和电压监视器都对单片机提供独立的保护。当电源电压降到 脚立即自动产生高电平复位信号，并一直保持到电源电压恢复 - 24 - 正常；当系统上电或掉电时， 脚也自动产生一个高电平复位信号；当系统发生故障时 ，只要把关定时器达到其可编程的超时极限， 脚立即自动产生一个持续 200高电平复位信号。这样，就可有效地防止死机、数据误写及误操作等故障的发生。 片内部有 2K8 位的串行 以擦写十万次以上，内部数据可以保存一百年以上。应用时可以通过编程对指定的块进行锁定，以防止由于误操作等原因破坏保存的数据。 隔一段时间 (可编程设定 )向 一个触发信号，否则它 会 使系统复位，以保证系统不死机。 令简介 七条指令 (如表 3对芯片所有操作都是通过对指令寄存器写命令来完成的。所有指令、地址、数据均以高位在前的方式串行传送，向指定的存储单元写数据。 表 3指 令存储器 指令名 指令格式 操作 000 0110 设置写使能 (允许写操作 ) 000 0100 复位写使能 (禁止写操作 ) 000 0101 读状态寄存器 000 0001 写状态寄存器 (超时时间和块操作 ) 0000 从指定的起始起址读取数据 000 指定的存储单元写数据 有一个八位状态寄存器，在任何时间都可以通过指令访问其中的内容。复位时为 0，其格式如表 3示。 表 3状态存储器 7 6 5 4 0 0 2 1 0 读位，用于指示芯片是否正忙于内部非易失性的写操作。 使能，指示当前写使能锁存器状态。 置 保护的地址范围， - 25 - 见表 3 表 3块保护地址范围 保护的地址范围 0 0 0 1 180 - 1 0 100 - 1 1 000 - 1 设置把关定时器的超时周期 ,见表 3 表 3定时器的超时周期 时周期 0 0 1.4 s 0 1 600 0 200 1 禁止 在本次设计中 应用 图 3本次设计中的运用 如上图 3示，由于 片内部有 2K8 位的串行 以擦写十万次以上，内部数据可以保存一