天津大学网络教育学院本科毕业设计（论文）
3.3 温度信号采集模块的设计 3.3.1温度传感器的选择
温度传感器的选择在温度控制系统的设计中占有重要地位，如今在市场上所见的温度传感器，价格低廉的温度传感器灵敏度不高，且很容易出现问题，灵敏度高的温度传感器，却价格昂贵，并不实用。因此，本设计在设计之初考虑到了这些因素的影响，根据具体的应用场合选择使用不同的温度传感器，且整体设计并不因为传感器的选择而发生变化。
作为样本，本设计选择DS18B20智能温度传感器[6]，样本DS18B20温度传感器的分辨率可达到12位，识别0.0625℃的温度。DS18B20传感器具有独立输出信号和处理信号的功能，而且只需要一位与AT89C51芯片的接口，抗干扰能力强，温度测量范围为?67?C~125?C，在本设计中简单实用。
DS18B20采用1-总线的数据传输的温度传感器，采取总线的方式不仅可以
大大降低硬件成本,同时也有利于系统的扩展设计,所以串行总线广泛应用于单片机测控中[7]。此采取的数字化单总线技术[8]，这样感测的温度信息可以从
DS18B20接口单线传出，指令信号也可以单线传入DS18B20中，因此温度传感
器与单片机的接口不像别的传感器那么复杂，只需要一条线，连接温度感测部分。温度传感器的供电方式，可以采用总线的供电方式，也可以采用外部电源供电的方式[9]。
在DS18B20传感器上有唯一的系列号，因而一条总线上可以放置多个
DS18B20温度传感器，这样就可以增多本设计的适用场合，比如火力发电厂、
浴室、植物的培植室等众多场所。关于DS18B20温度传感器的内部结构图如图3-3所示，DS18B20温度传感器的引脚说明在表3-3所示。
图3-3 DS18B20内部结构图
表3-3 DS18B20的引脚说明
引脚 1 2 符号 说明 接地 单线数据的输入/输出 GND DQ
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天津大学网络教育学院本科毕业设计（论文） 3 VCC 可供选择的VDD两种供电方式 AT89C51单片机与DS18B20温度传感器结合的设计可以从通信线上得到电源[10]，此工作原理为：当信号线为高电平时，接上电源，给电容器充电，当信号线为低电平时，断开电源，此时电容器供电，直到信号线再为高电平时，传感器接上电源，从电容器充电，反复运行。另一种工作方法为DS18B20温度传感器外接5V电源直接供电。此DS18B20温度传感器与AT89C51芯片的接线如图3-4所示。
图3-4 图3.2 DS18B20与AT89C51接线方式
3.3.2 信号放大电路
在基于单片机的温度控制系统的设计中，信号放大的电路部分属于V-V放大，主要是对DS18B20温度传感器感测空间温度信号的放大。前面温度传感器传输过来的信号经过差动放大器放大后，才能经过A/D转换器进行模拟信号、数字信号的转换，最后将数字信号送入单片机中处理，实现单片机对温度的控制。
放大器的极数与单极放大器的带宽增益相关，在这里我们选用差分式斩波稳零高精度的运算放大器ICL7650。其中，一级放大器可以接成双端差分的输入，单端的输出形式。将放大器连接成T型反馈网络的形式，那么此放大器的放大倍数：
Au?U02R?R6?Rv2R//R6?Rv2??4(1?4) U01R3R5在实际应用中，各类元器件可以按照实际情况选定，通过电阻Rv2微调电阻实现系统需求。
3.3.3 A/D转换电路
A/D转化电路的功能主要是将模拟信号转换成数字信号，它是将温度传感器
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NetLabel1测量的温度信号传递给单片机的一个重要环节。如图3-5所示为AD574芯片的
NetLabel2引脚图。
171115910812TextText 1OVIN20VINVLVCCVEEDCACREFINREFOUTBIPOFFAD574CSA0R/CDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0CESTS12/83452726252423222120191817166282343332313029282753698356D0D1D2D3D4D5D6D7RDWRA0A1RESETCS8255PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7432140393837181920212223242514151617131211101314 图3-5 AD574引脚图 图3-6 8255引脚图 Text
NetLabel4TextA/D转换芯片AD574主要由两个部分组成，一个为模拟芯片，另一个为数字
NetLabel3芯片。模拟芯片由高性能的AD565转换器和参考电压构成，数字芯片由逻辑控制电路和三态缓冲器构成。
AD574芯片有以下功能特性：
芯片的分辨率：12位；
芯片的非线性误差：<±0.5LSB或±1LSB； 芯片的转换速率：25μs; 模拟电压输入范围：0-10V,0-20V; 电源电压：±15V和5V; 芯片的数据输出格式：12位/8位
芯片工作模式：全速或者单一的工作模式。
3.4键盘控制电路的设计
本研究所设计的基于单片机的温度控制系统，因适用场合不同，根据具体情况会在设置不同的温度值，此时就需要前面所提到的键盘控制电路。在键盘控制电路的设计中，选用8255芯片可编程并行I/O接口，具体引脚如图3-6所示。
AT89C51单片机有4个8位的并行I/O接口，这些I/O接口在设计中并不是完全提供给用户的，在外部扩展存储器时，只有P1和P3接口的部分口线供用户
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使用。因此在AT89C51单片机设计的过程中也进行了I/O接口局部拓展。
在如图3-7所示的8255芯片的片选信号CS以8255芯片的接口没那么复杂，
NetLabel5及A0、A1地址选择线主要由AT89C51单片机的P0.7和P0.0、P0.1接口经过地址锁存器来提供。
S1343332313029282753698356D0D1D2D3D4D5D6D7RDWRA0A1RESETCSPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7432140393837R118192021222324251415161713121110R2R3R4R5S2S3S4S5NetLabel68255VCCNetLabel7图3-7 键盘接口电路图
NB、C端口以及相应的控制端口地址分别为FF7CH、8255芯片的A、FF7DH、
FF7EH和FF7FH。8255芯片的D0～D7端口与单片机中的P0.0端口到P0.7端
口连接。
键盘控制电路主要功能有：键1表示上升温度。键2表示下降温度。键3表示下限温度值。键4表示确定上限温度值。键5表示查询上下限的温度。根据具体的使用情况可以调节键1和键2来调节温度，当温度调到理想温度时，按下键3来确定下限值，此时调节的下限值将会保存到一个专用的寄存器中，在完成设定下限温度值后，再来调节键1和键2来调节温度，当温度调到理想温度时，按下键4来确定上限值，此时调节的上限值将会保存到一个专用的寄存器中，然后系统才能正常工作。
3.5液晶显示电路的设计
关于液晶显示器的功能前文已有相关介绍，液晶显示电路主要用来显示密闭空间的不同温度值。在如图3-8所示的电路图中，液晶显示模块用LED显示块来
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