计算机光盘软件与应用 ２０１０年第１期 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 软件设计开发 基于单片机的温度采集硬件开发 卢晓东（曲阜师范大学日照校区 山东日照摘２７６８２６） 要：论文进行了单片机下温度采集系统的硬件设计，首先分析了设备和总线的特点与选型，然后给出了硬件的总体设计 与详细设计。 关冀词：单片机；温度采集；硬件设计；系统开发；计算机应用 中圈分类号：ＴＨ１６４ 文献标识码：Ａ 文章稿号：１００７—９５９９（２０１０）０１￣０５５—０１ 新型数字化传感器在工程中的应用具有极其重要的意义。本次设 和磁性材料。存储器中最小的存储单位就是一个双稳态半导体电路或 计的目的就是以数字传感器ＬＭ７５Ａ作为前端，采集温度经过单片机 处理后，再通过字符液晶１６０２Ａ显示并通过Ｉ２Ｃ总线把温度值存储 在ＡＴ２４Ｃ０２中。 一、单片机的选取 针对一定的用途，恰当的选择所使用的单片机是十分重要的。有 对于明确的应用对象，选择功能过少的单片机，无法完成控制任务； 选择功能过强的单片机，则会造成资源浪费，使产品的性能价格比下 降。本系统选用ＡＴＭＥＬ公司生产的ＡＴ８９系列单片机中的ＡＴ８９Ｃ５１， ＡＴ８９Ｃ５１是一种带４Ｋ字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压， 高性能ＣＭＯＳ８位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储 器可以反复擦除１００次。该器件采用ＡＴＭＥＬ高密度非易失存储器制 造技术制造，与工业标准的ＭＣＳ ５１指令集和输出管脚相兼容。由于 将多功能８位ＣＰＵ和闪烁存储器组合在单个芯片中，ＡＴＭＥＬ的 ＡＴ８９Ｃ５１是一种高效微控制器，ＡＴ８９Ｃ２０５１是它的一种精简版本。 ＡＴ８９Ｃ单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的 方案。本设计以ＡＴ８９Ｃ５１为核心器件，基于Ｉ２Ｃ总线协议，完成了 整个温度采集系统的设计。 二、１２Ｃ总线 为了提供硬件的效率和简化电路的设计，ＰＨＩＬＩＰＳ开发了一种用 于内部ＩＣ控制的简单的双向两线串行总线Ｉ２Ｃ。Ｉ２Ｃ总线支持任何一 种ＩＣ制造工艺，并且ＰＨＩＬＩＰＳ和其他厂商提供了种类非常丰富的Ｉ２Ｃ 兼容芯片。作为一个专利的控制总线，Ｉ２Ｃ已经成为世界性的工业标 准。在发送时，设备监听总线。如果设备试图发送逻辑１但是却监听 到逻辑０时，它立即停止传送，并且把优先权让给其它发送设备（设 备应该被设计成可以及时停止传送来允许有效位被发送）。在许多情 况下，仲裁在传送地址部分时完成，但也以在数据部分继续。如果两 个设备都试图向同一个地址发送同样数据时，那么它们之间不会互相 影响且最后都会成功发送报文。 三、系统硬件设计 （一）总体设计 整个温度采集系统以ＡＴ８９Ｃ５１单片机为核心，基于Ｉ２ｃ总线协 议（其中ＳＣＬ为时钟电路，ＳＤＡ为数据线路），辅以温度传感器、 存储器、时钟线路等芯片，其中每一个芯片都有一个硬件地址，单片 机可以通过不同的地址来访问每一个芯片。整体设计框图如图１示： 图１基于Ｉ２ｃ总线的硬件整体框图 （二）子模块设计 （１）存储器接口设计存储器是计算机系统中的记忆设备，用来 存放程序和数据。构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件 一５５一 一个ＣＭＯＳ晶体管或磁性材料的存储元，它可存储一个二进制代码。 由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个 存储器。本系统所采用的存储器芯片的主要功能是利用循环队列的方 式来存储最近１Ｏ次的温度值和时钟值。 （２）时钟电路设计它可以简单定义如下：１就是产生象时钟一 样准确的振荡电路。２任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的 电路就是时钟电路。现在流行的串行时钟电路很多，如ＤＳ１３０２、 ＤＳ１３０７、ＰＣＦ８４８５等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便， 被广泛地采用。实时时钟电路ＤＳ１３０２是ＤＡＬＬＡＳ公司的一种具有 涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电 保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。 （３）温度传感器接口设计具有Ｉ２Ｃ接口的集成数字温度传感器 和温度监控器ＬＭ７５Ａ，不但能作为温度测量装置使用，而且还能作 为温度控制装置使用，具有价格低、精度高、线性好、稳定性好等优 点。ＬＭ７５Ａ可设置成工作在两种模式：正常工作模式或关断模式。 在正常工作模式中，每隔１００ｍｓ执行一次温度一数字的转换，Ｔｅｍｐ 寄存器的内容在每次转换后更新。在关断模式中，器件变成空闲状态， 数据转换禁止，Ｔｅｍｐ寄存器保存着最后一次更新的结果；但是，在 该模式下，器件的Ｉ２Ｃ接口仍然有效，寄存器的读／写操作继续执行。 器件的工作模式通过配置寄存器的可编程位Ｂ０来设定。当器件上电 或从关断模式进入正常工作模式时启动温度转换。本设计采用 ＬＭ７５Ａ芯片进行温度采集，其接口电路如下图２所示： 图２温度传感器接口电路 （４）电磁式蜂鸣器设计这由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及 外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈， 使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期 性地振动发声。在本设计中，蜂鸣器作为报警系统，与Ｐ３．５接口连接。 （５）ＬＥＤ显示屏设计ＬＥＤ就是ｆｉｇｈｔ ｅｍｉＵｍｇ ｄｉ０ｄｅ，发光二极 管的英文缩写，简称ＬＥＤ。它是一种通过控制半导体发光二极管的 显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的小灯组成，靠灯 的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、 录像信号等各种信息的显示屏幕。本设计选用１０６２液晶显示屏，为 两行１６位显示。采用并口传输，其中Ｐ１口为液晶数据传送端口， Ｐ２．５口为液晶时能端传送端口。 参考文献： ［１］冯志华等编著．《检测技术和系统》，北京，清华大学出版社，２００５ ［２】金伟，王建国编著《现代检测技术》，北京，北京邮电大学出版社，２００５
