毕业论文：基于单片机温度检测设计1-精品(3)

第4章 温度仪表的硬件设计

4.1 单片机AT89S51简介

本设计采用的CPU为AT89S51单片机如图4.1所示，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes 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80C51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。

图4.1

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes 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80C51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。

AT89S51有40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

4.2 12位A/D转换器

由放大器输出的信号是不能被单片机直接进行处理的，需要A/D转换器对其进行转换。本设计采用的是12位A/D转换器TLC2543。

具有11个输入端的12位模数转换器TLC2543是美国德州仪器公司于近几年推出的一种性能价格比较优的12位A/ D 转换芯片，具有多种封装形式，并具有民用级工业级、军用级产品。在产品型号、规格、封装形式、适用范围等方面，已形成一个系列。一九九八年以来开始在我国推广使用。就12位A/ D转换器来说，TCL2543具有转快、稳定性好、与价格低等优点，相信在我国单片机应用领域将会很快推广。鉴于51系列单片机是我国单片机应用领域的主流型号，一批与之兼容的单片机(如AT89 C51、GMS97C51等) 于近几年相继推广使用，51系列术语含义可以扩大,我们可以把与51系列兼容的单片机称为广义51系列或51系列兼容机，可以预计，51系列单片机的开发应用，在我国的单片机应用领域仍将是主地位，因此，探讨TLC2543与51系列单片机接口具有实际意义。但是，TLC2543与带有行外设接口(SPI ,Serial Peripheral Interface) 的微处理器易于接口，而51系列单片机不具有SPI ,因此必须用软件合成SPI 的操作。 1．TLC2543的引脚及功能

TLC2543 是12位开关电容逐次逼近模数转换器,有多封装种形式，其中DB、DW 或N 封装的管脚图见图4.2。TLC2543有20根引脚，其它封装形式引脚数及引脚功能相同。引脚的功能简要分类说明如下。 (1) 控制引脚

CS,15脚，片选端，由高到低有效，由外部输入。 EOC,19脚，转换结束端，向外部输出。

I/O CLOCK,18 脚，控制输入输出的时钟，由外部输入。 (2) 电源引脚

Vcc ，20 脚，正电源端，一般接+5V 。 GND ，10 脚，地。

REF+，14脚，正基准电压端， 一般接+5V 。 REF - ，13 脚，负基准电压端，一般接地。 (3) 控制字输入引脚

DATA T INPUT，17脚，控制字输入端,选择通道及输出数据格式的控制字由此输入。 0. 3V。

(4) 模拟输入引脚

图4.2 TLC2543引脚图

AIN0～AIN10，1～9 脚、11～12脚，11路模拟输入端，输入电压范围，0. 3V～Vcc+ (5) 转换数据输出引脚

DATA OUT，16脚，A/ D 转换结果输出的3态串行输出端。 2．TLC2543的内部寄存器

从编程角度看，TLC2543内部寄存器有输入数据寄存器与输出数据寄存器。输入数据寄存器存放从DATA IN PUT端移入的控制字。输出数据寄存器存放转换好的数据， 以供从DATA OUT端移出。 3．控制字的格式

控制字为从DATA INPUT端串行输入TLC2543 芯片内部的8位数据，它告诉TLC2543 要转换的模拟量通道、转换后的输出数据长度、输出数据的格式。其中高4 位( D7～D4) 决定通道号，对于0通道至10通道，该4位分别为0000、0001、?、1010 ，该4位为其它数字时的功能，用于检测校正，本文不作具体介绍。低4位决定输出数据长度及格式，其中D3、D2决定输出数据长度，TLC2543的输出数据长度8位、12 位、16 位，但由于TLC2543为12位A/ D转换芯片，经过分析可以看出，8位、16位输出对TLC2543的应用意义不大，宜定在12位输出，D3、D2两位为00即可。D1决定输出数据是高位先送出，还是低位先送出，若为高位先送出，该位为0，反之为1。D0决定输出数据是单极性(二进制) 还是双极性(2 的补码)，若为单极性，该位为0，反之为1。

举例说明，设采集第6通道、输出数据为12位、高位先送出、输出数据的格式为二进制，则控制字为:0110 0000，用十六进制表示即为60H。 4．转换过程

上电后,片选CS必须从高到低，才能开始一次工作周期，此时EOC为高，输入数据寄存器被置为0，输出数据寄存器的内容是随机的。

开始时，片选CS为高，I/OCLOCK、DATA INPUT 被禁止，DATA OUT呈高阻状态，EOC为高。使CS变低，I/O CLOCK、DATA IN PUT使能，DATA OUT 脱离高阻状态。12个时钟信号从I/O CLOCK端依次加入，随着时钟信号的加入，控制字从DATA INPUT一位一位地在时钟信号的上升沿时被送入TLC2543(高位先送入), 同时上一周期转换的A/D数据,即输出数据寄存器中的数据从DATA OUT一位一位地移出。TLC2543收到第4个时钟信号后，通道号也已收到，因此，此时TLC2543开始对选定通道的模拟量进行采样，并保持到第12个时钟的下降沿。在第12个时钟下降沿，EOC变低,开始对本次采样的模拟量进行A/D转换,转换时间约需10μs,转换完成EOC变高,转换的数据在输出数据寄存器中，待下一个工作周期输出。此后，可以进行新的工作

周期。

5．TLC2543与单片机的接口

本设计中TLC2543与单片机的接口如图4.3所示，图中TLC2543与单片机之间只用4 根线，转换结束EOF未接入单片机，这是基于二个工作周期之间的单片机指令一般大于10μs，转换已经完成,不必判断EOF，也可以通过试验或计算指令执行时间确定转换是否结束，这样可以省去一根接线。

4.3 显示电路

本设计采用HD7279A（见图4.4）对键盘输入和LED显示进行控制，HD7279A是一片具有串行接口的可同时驱动8位共阴式数码管（或64只独立LED的智能显示驱动芯片该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵单片即可完成LED显示键盘接口的全部功。

一 ，HD7279A的简介。

HD7279A内部含有译码器可直接接受BCD码或16

进制码并同时具有2种译码方式。

此外还具有多种控制指令如消隐闪烁、左移、右移、段

寻址等。

HD7279A具有片选信号可方便地实现多于8位的

显示或多于64键的键盘接口。

二???串行接口，无需外围元件可直接驱动LED；各位独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性；（循环）

图4.4 HD7279的引脚图

左移/（循环）右移指令；具有段寻址指令，方便控制独立的LED；64键键盘控制 器，内含去抖动电路；有DIP和SOIC两种封装形式供选择；

HD7279A应连接共阴极式数码管。无须使用的键盘和数码管可以不连接,省去数码管或对数码管设置消隐属性均不会影响键盘的使用。

HD7279A的典型应用电路（如图4.5所示）及硬件使用。HD7279A以串行方式CPU通信,这里使用了单片机的P1口的4根口线: P1.2、P1. 3、P1.4和P1. 5。

HD7279A需要外接RC振荡电路供系统工作,其典型值为R =1.5kΩ , C=15pF ,当单片机的主频为6MHz时,可以稳定工作。HD7279A的引脚RESET在一般情况下,可以直

图4.5 HD7279的典型应用电路图

接与正电源连接,若对可靠性要求较高,可以外接复位电路,或直接由CPU控制。HD7279A上电后,所有的显示为空,所有的显示位的属性为“显示”及“不闪烁”。当有键按下时,引脚KEY变为低电平,此时如果收到“读键盘”指令,HD7279A将输出所按下键的代码。键盘代码的定义见表4.1,表4.1中代码以十进制表示。如果有2个键同时按下,HD7279A只能给出其中一个键的代码,因此,HD7279A 不适合用在需要2个或2个以上键同时按下的场合。另外,HD7279A的空脚(NC)必须悬空,即不得有任何外部连接。

4.4 时钟电路

Dallas(如图4.6所示)公司生产的串行时钟芯片DS1302具有实时时钟和静态RAM，采用串行通信，可以方便地与单片机接口。DS1302是美国Dallas 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附带31字节静态RAM，采用SPI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时钟信号或RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31日时可自动调整，包括闰年，有效至2100年。可采用12h和24h方式计时，采用双电源涓涓电流充电的方式。芯片为8引脚DIP封装[15]。

图4.6 DS1302引脚图

（主电源和备用电源）供电，可设置备用电源充电方式，同时提供了对后备电源进行

DS1302时钟芯片的引脚及其功能X1、X2，连接到32.768KHZ晶振，为芯片提供时钟脉冲；GND，电源地；RST，复位引脚，用于对芯片的操作；SCLK，串行时钟输

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