基于單片機(jī)at89c51數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 （ 11） XTAL1：反向振蕩放大器的輸 入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 （ 12） XTAL2：來自反向振蕩器的輸出 【 6】 。 片內(nèi) 振蕩器： 該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器 ，如圖 32 所示 。 長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 32 片內(nèi) 振蕩器 芯片擦除： 整個(gè) PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作 中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM、 定時(shí)器 、 計(jì)數(shù)器 、 串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 單片機(jī) AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn) ， 四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。 單片機(jī) AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。 AT89C2051 構(gòu)成的溫度計(jì)主要有三部分組成： DS18B20 溫度傳感器、單片機(jī)AT89C205由 LED 數(shù)碼管構(gòu)成的顯示模塊。其系統(tǒng)原理框圖如圖。 DS18B20 作為單片機(jī) AT89C2051 的外部信號(hào)源，把所采集到的溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過 I/O 接口傳給 51 單片機(jī)， 51 單片機(jī)啟動(dòng) ROM 內(nèi)的控制程序驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管，通過 I/O 接口的數(shù)據(jù)線（單片機(jī)和數(shù)碼管的接口）把數(shù)據(jù)線 傳送給數(shù)碼管，將采集到的溫度顯示出來。 DS18B20 的特點(diǎn)： 它是采用單總線專用技術(shù)，既可以通過串行口西岸，又可以通過其他 I/O 口線和微機(jī)接口，不需要經(jīng)過其他的轉(zhuǎn)換電路，直接就可以輸出被測溫度值。測量溫度范圍是： 55~+125，分辨率為 ，它內(nèi)含 64 位經(jīng)過激光修正的只讀存儲(chǔ)器ＲＯＭ，適合各種單片機(jī)和系統(tǒng)機(jī)，用戶可以分別設(shè)定溫度的上．下限，它內(nèi)含寄生電源。它的長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 內(nèi)部結(jié)構(gòu)重要由４部分組成：６４位光刻 ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，高速暫存器。 在硬件上，它和單片機(jī)的鏈接 有兩種方式。一種是 VCC 接外部電源， GND 接地，I/O 和單片機(jī)的 I/O 線相連；第二種是用寄生電源供電，此時(shí) 接地， I/O 接地， I/O 接單片機(jī)的 I/O。不論是內(nèi)部寄生電源還是外部寄生電源供電， I/O 口線都要接5K 歐左右的上拉電阻。 把它的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的 13 管腳鏈接。 CPU 對它的訪問流程：先對ＤＳ１８Ｂ２０初始化，再進(jìn)行ＲＯＭ操作命令，最后才能對存儲(chǔ)器操作和數(shù)據(jù)操作。它的每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。 單片機(jī)主板電路 單片機(jī) AT89C51 是數(shù)字溫度計(jì)的核心元件，單片機(jī)的主板電路如圖 33 所示，包括單片機(jī)芯片、報(bào)警系統(tǒng)電路、晶振電路、上拉電阻以及與單片機(jī)相連的其他電路。 圖 33 單片機(jī)的主板電路 溫度采集部分的設(shè)計(jì) 溫度傳感器 DS18B20 長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 DS18B20溫度傳感器是美國 DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式 【 7】 。 TO－ 92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見圖 34，其引腳功能描述見表 31。 表 31 DS18B20 詳細(xì)引腳功能描述 序號(hào) 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號(hào) 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄電源下，也可以向器件提供電源。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 圖 34 DS18B20 引腳排列 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： ●獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； ●多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； ●無須外部器件； ●可通過數(shù) 據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； ●零待機(jī)功耗； ●溫度以 9 或 12 位數(shù)字； ●用戶可定義報(bào)警設(shè)置； ●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； ●負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 采用 3 腳 PR－ 35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝 【 8】 ，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 35 所示。 長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 圖 35 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最 后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限 【 9】 。 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 36 所示。頭 8 個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，第 8 和第 8 字節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第 8 個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。 DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精 度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖 36 所示。低 8 位一直為１， TM 是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 8，用戶要去改動(dòng)， R1 和 R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率 【 10】 。 DS18B20 最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳送方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來完成。 DS18B20 的電源供電方式有兩種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時(shí)， VDD 和 GND 均接地，它在需要遠(yuǎn)程溫度探測和空間受限的場合特別有用處。原理是當(dāng) 1Wire 總 線的信號(hào)線 DQ 為高電平時(shí)，竊取信號(hào)能量給 DS18B20 供電，同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電，當(dāng) DQ 為低電平時(shí)釋放能量為 DS18B20 供電。但是寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路，軟件控制變得復(fù)雜（特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到 E2PROM 時(shí)），同時(shí)芯片的性能也有所降低。因此，在條件允許的場合，盡量采用外供電方式。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O 口線要接 5K 歐左右的上拉電阻，在這采用前者方式供電。 采集的溫度經(jīng)過處理后，超過規(guī)定溫度上限的時(shí)候，單片機(jī)將通過Ｐ１．５口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)送警報(bào)聲；當(dāng)采集到 的溫度經(jīng)過處理后，低于設(shè)定溫度下線時(shí)，單片機(jī)將通過Ｐ１．５口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)送警報(bào)聲。要是由于環(huán)境溫度變化太劇烈或加熱，或溫度傳感頭出現(xiàn)故障，而在一定時(shí)間內(nèi)，不能將溫I/O C 64 位 R O M 和 單 線 接 口 高速緩存存儲(chǔ)器與控制邏輯 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 Vdd 長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 度控制到規(guī)定的溫度限內(nèi)，單片機(jī)也將會(huì)通過Ｐ１．５口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)送警報(bào)聲。在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的下限溫度是２０攝氏度，當(dāng)溫度達(dá)到２０攝氏度時(shí)，蜂鳴器就將發(fā)出警報(bào)聲，實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的上限溫度為４０攝氏度，當(dāng)溫度達(dá)到所顯示的４０攝氏度時(shí)，蜂鳴器就會(huì)開始警報(bào)。 報(bào)警模塊的器件選擇：在本設(shè)計(jì)中溫度測量范圍是 0 攝氏度到 +125 攝氏度之間，因 此只需要液晶就可以完成相關(guān)的顯示功能，報(bào)警器可以用有源蜂鳴器配合三極管來代替。 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 圖 36 DS18B20 字節(jié)定義 由表 32 可見， DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。 表 32 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表 R1 R0 分辨率（位） 溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間（ ms） 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16溫度 LSB 溫度 MSB TH 用戶字節(jié) 1 TL 用戶字節(jié) 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC 長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 2 字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃ ／ LSB形式表示 【 11】 。 當(dāng) 符號(hào)位 S＝ 0 時(shí)，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S＝ 1 時(shí)，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表 33 是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)內(nèi)容作比較。若 TTH 或 TTL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（ CRC）。主機(jī) ROM 的前56 位來 計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20 的測溫原理是這這樣的，器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所