基于AT89S51 单片机炉温控制系统的模块电路设计
基于AT89S51 单片机炉温控制系统的模块电路设计
曲全鹏
（郑州华信学院机电工程学院, 河南郑州，451100）
摘要：本文详细介绍了利用单片机结合传感器技术开发设计的温度控制系统中，如何采用AT89S51 单片机设计模块电路。
关键词：单片机; 温度控制; 模块电路
中图法分类号：TP29 文献标识码：Ａ 文章编号：
Based on the AT89S51 single-chip temperature control system
with module circuit design
Qu Quanpeng
（Machatronics Engineering Department,Zhengzhou Huaxin College,Zhengzhou,451100,China）
Abstract ：This paper introduces in detail combined with the use of single-chip sensor technology development
and design of the temperature control system,how to use the AT89S51 microcontroller design module circuit.
Keywords ：Single chip microcontroller;Temperature control;module circuit
0 引言
在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处
理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温
度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可
以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品
的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产
中经常会遇到的控制问题。
1 设计要求
设计一个基于单片机的温度控制系统，能够对炉温进行控
制。炉温可以在一定范围内由人工设定，并能在炉温变化时实
现自动控制。若测量值高于温度设定范围，由单片机发出控制信
号，经过驱动电路使加热器停止工作。当温度低于设定值时，单
片机发出一个控制信号，启动加热器。通过继电器的反复开启和
关闭，使炉温保持在设定的温度范围内。
1）温度设定范围为0 ～ 99℃，最小区分度为1℃，温度控制
的误差≤ 1℃
2）能够用数码管精确显示当前实际温度值
3）按键控制：设置复位键、加一键、减一键
4）越限处理
2 单片机选择
本设计选择AT89S51 作为主控芯片。AT89S51 单片机的
40 个引脚中有2 个专用于主电源引脚，2 个外接晶振的引脚，
4 个控制或与其它电源复用的引脚，以及32 条输入输出I/O 引
脚。
1）电源引脚Vcc 和Vss
Vcc（40 脚）：接+5V 电源正端；
Vss（20 脚）：接+5V 电源正端。
2）外接晶振引脚XTAL1 和XTAL2
XTAL1（19 脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它
是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成外部时钟时，对于
CHMOS 单片机，该引脚接地；对于CHOMS 单片机，该引脚作为外
部振荡信号的输入端。
XTAL2（18 脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至
片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于
CHMOS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS
芯片，该引脚悬空不接。
3）控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、
PSEN 和EA/VPP 等4 种形式。
RST/VPD（9 脚）：RST 即为RESET，VPD 为备用电源，所以该
引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作
时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操
作，使单片机复位到初始状态。
当VCC 发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可
接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM 供电，以保证RAM 中的数据
不丢失。
ALE/ P （30 脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁
存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0 口
的地址信号。
PSEN(29 脚): 片外程序存储器读选通输出端, 低电平有
效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期
PESN 两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外
部数据存储器期间，PESN 信号将不出现。
EA/Vpp（31 脚）：EA 为访问外部程序储器控制信号，低电平
有效。当EA 端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB
（MS—52 子系列为8KB）。若超出该范围时，自动转去执行外部
程序存储器的程序。当EA 端保持低电平时，无论片内有无程序
机，在EPROM 编程期间，该引脚用于接21V 的编程电源Vpp。
4）输入/ 输出（I/O）引脚P0 口、P1 口、P2 口及P3 口
P0 口（39 脚～ 22 脚）：这8 条引脚有两种不同功能，分别适
用于两种不同情况。第一种情况是89S51 不带片外存储器，P0
口可以作为通用I/O 口使用，P0.0-P0.7 用于传送CPU 的输入
/ 输出数据。第二种情况是89S51 带片外存储器，P0.0-P0.7
在CPU 访问片外存储器时用于传送片外存储器的低8 位地址，
然后传送CPU 对片外存储器的读写数据。
P1 口（1 脚～ 8 脚）：这8 条引脚和P0 口的8 条引脚类似，
P1.7 为最高位，P1.0 为最低位。当P1 口作为通用I/O 口使用时，
P1.0-P1.7 的功能和P0 口的第一功能相同，也用于传送用户的
输入和输出数据。
P2 口（21 脚～ 28 脚）：这组引脚的第一功能和上述两组引
脚的第一功能相同，既它可以作为通用I/O 口使用。它的第二功
能和P0 口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8
位地址。
P3 口（10 脚～ 17 脚）：P3.0 ～ P3.7 统称为P3 口。它为双
功能口，可以作为一般的准双向I/O 接口，也可以将每1 位用于
第2 功能，而且P3 口的每一条引脚均可独立定义为第1 功能的
输入输出或第2 功能。P3 口的第2 功能见表1。
表1 单片机P3 口管脚第2 功能
Table 1 singlechip P3 mouth second pin function
AT89S51 单片机引脚图如图1 所示
3 单片机控制模块电路设计
控制模块是整个设计方案的核心，它控制了温度的采集、处
理与显示、温度值的设定与温度越限时控制电路的启动。本控制
模块由单片机AT89S51 及其外围电路组成，电路如图2 所示。
该电路采用按键加上电复位，S2 为复位按键，复位按键按
下后，复位端通过51Ω 的小电阻与电源接通, 迅速放电, 使
RST 引脚为高电平, 复位按键弹起后, 电源通过8.2KΩ 的电
阻对10KμF 的电容C5 重新充电,RST 引脚端出现复位正脉冲.
4 结束语
本设计采用内部时钟方式, 利用芯片内部的振荡器, 然后
在引脚XTAL1 和XTAL2 两端跨接晶体振荡器, 就构成了稳定的
自激振荡器, 发出的脉冲直接送入内部时钟电路,C6 和C7 的
值通常选择为30pF 左右, 晶振Y1 选择12MHz. 为了减小寄生
电容, 更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器电容应尽可
能安装得与单片机引脚XTAL1 和XTAL2 靠近。
参考文献
[1] 李虹，温秀梅，高振天. 基于MSP430 单片机和DS18B20 的
小型测温系统[J]. 微计算机信息,2006，22(2) ：137-
138
[2] 王文海. 单片机应用于实践项目化教程[M]. 北京：化学
工业出版社，2010,23-38
[3] 蔡美琴，毛敏.MCS-51 系列单片机系统及其应用[M]. 北
京：高等教育出版社，2009,28-46
[4] 张齐，杜群贵. 单片机应用系统设计技术[M]. 北京：电子
工业出版社2007,32-35
作者简介
曲全鹏（1981—），男，河南周口人，实验师，郑州华信学院
机电工程学院，研究方向：机电一体化技术
图2 单片机控制模块电路
Figure. 2 single chip control module circuit
曲全鹏
（郑州华信学院机电工程学院, 河南郑州，451100）
摘要：本文详细介绍了利用单片机结合传感器技术开发设计的温度控制系统中，如何采用AT89S51 单片机设计模块电路。
关键词：单片机; 温度控制; 模块电路
中图法分类号：TP29 文献标识码：Ａ 文章编号：
Based on the AT89S51 single-chip temperature control system
with module circuit design
Qu Quanpeng
（Machatronics Engineering Department,Zhengzhou Huaxin College,Zhengzhou,451100,China）
Abstract ：This paper introduces in detail combined with the use of single-chip sensor technology development
and design of the temperature control system,how to use the AT89S51 microcontroller design module circuit.
Keywords ：Single chip microcontroller;Temperature control;module circuit
0 引言
在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处
理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温
度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可
以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品
的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产
中经常会遇到的控制问题。
1 设计要求
设计一个基于单片机的温度控制系统，能够对炉温进行控
制。炉温可以在一定范围内由人工设定，并能在炉温变化时实
现自动控制。若测量值高于温度设定范围，由单片机发出控制信
号，经过驱动电路使加热器停止工作。当温度低于设定值时，单
片机发出一个控制信号，启动加热器。通过继电器的反复开启和
关闭，使炉温保持在设定的温度范围内。
1）温度设定范围为0 ～ 99℃，最小区分度为1℃，温度控制
的误差≤ 1℃
2）能够用数码管精确显示当前实际温度值
3）按键控制：设置复位键、加一键、减一键
4）越限处理
2 单片机选择
本设计选择AT89S51 作为主控芯片。AT89S51 单片机的
40 个引脚中有2 个专用于主电源引脚，2 个外接晶振的引脚，
4 个控制或与其它电源复用的引脚，以及32 条输入输出I/O 引
脚。
1）电源引脚Vcc 和Vss
Vcc（40 脚）：接+5V 电源正端；
Vss（20 脚）：接+5V 电源正端。
2）外接晶振引脚XTAL1 和XTAL2
XTAL1（19 脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它
是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成外部时钟时，对于
CHMOS 单片机，该引脚接地；对于CHOMS 单片机，该引脚作为外
部振荡信号的输入端。
XTAL2（18 脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至
片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于
CHMOS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS
芯片，该引脚悬空不接。
3）控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、
PSEN 和EA/VPP 等4 种形式。
RST/VPD（9 脚）：RST 即为RESET，VPD 为备用电源，所以该
引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作
时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操
作，使单片机复位到初始状态。
当VCC 发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可
接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM 供电，以保证RAM 中的数据
不丢失。
ALE/ P （30 脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁
存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0 口
的地址信号。
PSEN(29 脚): 片外程序存储器读选通输出端, 低电平有
效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期
PESN 两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外
部数据存储器期间，PESN 信号将不出现。
EA/Vpp（31 脚）：EA 为访问外部程序储器控制信号，低电平
有效。当EA 端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB
（MS—52 子系列为8KB）。若超出该范围时，自动转去执行外部
程序存储器的程序。当EA 端保持低电平时，无论片内有无程序
机，在EPROM 编程期间，该引脚用于接21V 的编程电源Vpp。
4）输入/ 输出（I/O）引脚P0 口、P1 口、P2 口及P3 口
P0 口（39 脚～ 22 脚）：这8 条引脚有两种不同功能，分别适
用于两种不同情况。第一种情况是89S51 不带片外存储器，P0
口可以作为通用I/O 口使用，P0.0-P0.7 用于传送CPU 的输入
/ 输出数据。第二种情况是89S51 带片外存储器，P0.0-P0.7
在CPU 访问片外存储器时用于传送片外存储器的低8 位地址，
然后传送CPU 对片外存储器的读写数据。
P1 口（1 脚～ 8 脚）：这8 条引脚和P0 口的8 条引脚类似，
P1.7 为最高位，P1.0 为最低位。当P1 口作为通用I/O 口使用时，
P1.0-P1.7 的功能和P0 口的第一功能相同，也用于传送用户的
输入和输出数据。
P2 口（21 脚～ 28 脚）：这组引脚的第一功能和上述两组引
脚的第一功能相同，既它可以作为通用I/O 口使用。它的第二功
能和P0 口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8
位地址。
P3 口（10 脚～ 17 脚）：P3.0 ～ P3.7 统称为P3 口。它为双
功能口，可以作为一般的准双向I/O 接口，也可以将每1 位用于
第2 功能，而且P3 口的每一条引脚均可独立定义为第1 功能的
输入输出或第2 功能。P3 口的第2 功能见表1。
表1 单片机P3 口管脚第2 功能
Table 1 singlechip P3 mouth second pin function
AT89S51 单片机引脚图如图1 所示
3 单片机控制模块电路设计
控制模块是整个设计方案的核心，它控制了温度的采集、处
理与显示、温度值的设定与温度越限时控制电路的启动。本控制
模块由单片机AT89S51 及其外围电路组成，电路如图2 所示。
该电路采用按键加上电复位，S2 为复位按键，复位按键按
下后，复位端通过51Ω 的小电阻与电源接通, 迅速放电, 使
RST 引脚为高电平, 复位按键弹起后, 电源通过8.2KΩ 的电
阻对10KμF 的电容C5 重新充电,RST 引脚端出现复位正脉冲.
4 结束语
本设计采用内部时钟方式, 利用芯片内部的振荡器, 然后
在引脚XTAL1 和XTAL2 两端跨接晶体振荡器, 就构成了稳定的
自激振荡器, 发出的脉冲直接送入内部时钟电路,C6 和C7 的
值通常选择为30pF 左右, 晶振Y1 选择12MHz. 为了减小寄生
电容, 更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器电容应尽可
能安装得与单片机引脚XTAL1 和XTAL2 靠近。
参考文献
[1] 李虹，温秀梅，高振天. 基于MSP430 单片机和DS18B20 的
小型测温系统[J]. 微计算机信息,2006，22(2) ：137-
138
[2] 王文海. 单片机应用于实践项目化教程[M]. 北京：化学
工业出版社，2010,23-38
[3] 蔡美琴，毛敏.MCS-51 系列单片机系统及其应用[M]. 北
京：高等教育出版社，2009,28-46
[4] 张齐，杜群贵. 单片机应用系统设计技术[M]. 北京：电子
工业出版社2007,32-35
作者简介
曲全鹏（1981—），男，河南周口人，实验师，郑州华信学院
机电工程学院，研究方向：机电一体化技术
图2 单片机控制模块电路
Figure. 2 single chip control module circuit
