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第二章 系统的硬件设计与实现

第二章 系统的硬件设计与实现

2.1 电路设计框图

本系统的电路系统框图如图2-1所示。由L7805供电，AT89S51单片机对电热偶、DS18B20和DS18B20写入控制字并读取相应的数据，继而控制LCD1602作出对应的显示。 键盘控制模块 DS1302时钟模块 L7805电源 AT89S51 主控模块 LCD1602液晶显示模块 温度采集模块 MAX6675 DS18B20 图2-1 系统硬件框图

2.2 系统硬件概述

本电路是由AT89S51单片机作为控制核心，电源电压为3～5V，AT89S51

是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4kBytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80S51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案；温度的采集由MAX6675和DS18B20完成，MAX6675集成了热电偶放大器、冷端补偿、A/D转换器及SPI串口的热电偶放大器与数字转换器，测温范围为0℃～+1024℃，精确度12位0.25℃；DS18B20具有独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，测温范围 －55℃～＋125℃，测温分辨率0.0625℃，工作电源:3～5V DC；时钟电路由DS1302提供，它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。DS1302内部有一个31

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×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。可产生年、月、日、周、时、分、秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能；显示部份由LCD1602液晶显示器完成，该显示器为工业字符型液晶，能够同时显示16×02即32个字符（16列2行）。

2.3 主要单元电路的设计

2.3.1 AT89S51单片机最小系统

单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。

单片机要正常运行，必须具备一定的硬件条件，其中最主要的就是三个基本条件：1.电源正常；2.时钟正常；3.复位正常。

其最小系统如图2-2所示：18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻后构成上电自动复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。

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图2-2 单片机最小系统

2.3.2时钟电路模块的设计

DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。单片机与DS1302连接图如图2-3所示：

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图2-3 DS1302与单片机的连接

2.3.3 温度采集模块设计

采用数字式温度传感器DS18B20测室内环境温度，它是数字式温度传感器，具有测量精度高，电路连接简单特点，此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输，使用P0.7与DS18B20的I/O口连接加一个上拉电阻,Vcc接电源,Vss接地。独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为3.0V至5.5V无需备用电源 测量温度范围为-55度至+125度。-10度至+85度范围内精度为±0.5度温度传感器可编程的分辨率为9～12位。DS18B20连线如图2-4所示。

采用单片K型热电偶放大与数字转换器MAX6675测工业温度。热电偶作为一种主要的测温元件，具有结构简单、制造容易、使用方便、测温范围

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