基于單片機糧庫的溫度檢測系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 電阻。 P1 口： P1 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1” ,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號校驗期間， P1 接收低 8位地址。 下圖 為 P1口第二功能。 表 27 P1口的第二功能列表 引腳號 第二功能 T2（定時器 /計數器 T2 的外部計數輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數器 T2的捕捉 /重載觸發信號和方向控制） 11 MOSI（在系統編程用） MISO（在系統編程用） SCK（在系統編程用） P2 口： P2 是一個帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2的輸出緩沖級可驅動 4個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1” ,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 I。在訪問８位地址的外部數據存儲器（如執行：MOVX @Ri 指令）時， P2 口線上的內（也即特殊功能寄存器，在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時， P2 也接收高位地址和 其它控制信號。） P3 口： P3 口是一組帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 I。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能， P3口的第二功能如下表。 表 28 P3口的第二功能列表 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時 /計數器 0) T1(定時 /計數器 1) WR(外部數據存儲器寫選通 ) RD(外部數據存儲器讀選通 ) RST：復位輸入。當振蕩工作時， RST 引腳出現兩個機器周期上高電平將使單片機復位。 WDT益出將使該引腳輸出高電平，設置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打開或關閉該功能。 DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態。 ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存 地址的低 8位字節。即使不訪問外部存儲器， ALE仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目地，要注意的是：第當訪問外部數據存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位禁位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機執行外部程序時，應設置 ALE 無效。 PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89S51 12 由外部程序存儲器取指令（ 或數據）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數據存儲器，高有兩次有效的 PSEN 信號。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 公訪問外部程序存儲器（地址 0000H－FFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內部會鎖存 EA 端狀態。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執行內部程序存儲器中的指令。 Flash 存儲器編程時 ,該引腳加上＋ 12V 的編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器 的輸出端。 AT89S51 芯片的最小系統設計 由設計的要求，只要做很小集成度的最小系統應用在一些小的控制單元。其應用特點是 :全部 I/O 口線均可供用戶使用 ； 內部存儲器容量有限（只有 4KB 地址空間） ； 應用系統開發具有特殊性 。 圖 29 最小系統設計原理圖 單片機最小系統 [11]如 圖 28 所示，其中有 4個雙向的 8 位并行 I/O 端口，分別記作 P0、 P P P3，都可以用于數據的輸出和輸入， P3 口具有第二功能為系統提供一些控制信號。時鐘電路用于產生 MCS51 單片機工作所必須的時鐘控制信號，內部 電路在時鐘信號的控制下，嚴格地按時序指令工作。 MCS51 內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳 XTAL1，輸出端為 XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調電 13 容，就構成了一個穩定的自激振蕩器。電路中的微調電容通常選擇為 30pF 左右，該電容的大小會影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為 12MHz。 MCS51 的復位是由外部的復位電路來實現。采用最簡單的外部按鍵復位電路。按鍵自動復位是通過外部復位電路的來實現的 .我們選用時鐘頻率為 12MHz。 溫度傳感器的選擇 測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發展主要大體經過了三個階段 : (含敏感元件 ) /控制器 3.智能溫度傳感器 [13]。 模擬集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在 20世紀 80 年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上，可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用 IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一 (僅測量溫度 )、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠 、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。它是目前在國內外應用最為普遍的一種集成傳感器，典型產品有 AD59O、 AD59 TMP1 LM135 等。 模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關和可編程溫度控制器，典型產品有LM5 AD22105 和 MAX6509。某些增強型集成溫度控制器 (例如 TC652/653)中還包含了刀 D轉換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統，工作時并不受微處理器的控制，這是二者的主要區別。 智能溫度傳感器 (亦稱數字溫度傳感器 )[14]是在 20世紀 90 年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術 (ATE)的結晶。目前，國際上已開發出多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、刀D轉換器、信號處理器、存儲器 (或寄存器 )和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器 (CPU)、隨機存取存儲器 (RAM)和只讀存儲器 (ROM)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器 (MCU)。并且它是在硬件的基礎上通過軟件來實現測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發水平。 目前， 國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式、從集成化向智能化和網絡化的方向飛速發展。智能溫度傳感器 DS18B2O 正是朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統等高科技的方向迅速發展。因此，智能溫度傳感器 DS18B20 作為溫度測量裝置己廣泛應用于人民的日常生活和工農業生產中。 14 溫度傳感器 DS18B20 的簡介 DS18B20 是美國 DALLAS 半導體公司繼 DS182O 之后最新推出的一種數字化單總線器件，屬于新一代適配微處理器的改進型智能溫度傳感器 [15]。與傳統的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現912 位的數字值讀數方式。可以分別在 和 750ms 內完成 9位和 12 位的數字量，并且從 DSl8B20 讀出的信息或寫入 DSl8B20 的信息僅需要一根口線 (單線接口 )讀寫，溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B2O 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B2O 可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。同時其“一線總線”獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入了全新的概念 。 DS18B20“一線總線”數字化溫度傳感器支持“一線總線”接口。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，用符號擴展的 16 位數字量方式串行輸出，大大提高了系統的抗干擾性。因此，數字化單總線器件 DS18B20 適合于惡劣環境的現場溫度測量，如 :環境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DSl8B2O 都有了很大的改進，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。可廣泛用于工業、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統和大型設備中。 DS18B20 的性能特點 (1)采用 DALLAS 公司獨特的單線接口方式 :DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與 DSI8B20 的雙向通訊。 (2)在使用中不需要任何外圍元件。 (3)可用數據線供電，供電電壓范圍 :+ 一 +。 (4)測溫范圍 :55 一 +l25℃。固有測溫分辨率為 度。當在一 10℃一 +85℃范圍內，可確保測量誤差不超過 ℃，在 55 一 +125℃范圍內，測量誤差也不超過 2℃。 (5)通過編程可實現 9一 12 位的數字讀數方式。 (6)用戶可自設定非易失性的報警上下限值。 (7)支持多點 組網功能，多個 DSI8B20 可以并聯在唯一的三線上，實現多 點測溫 [12]。 (8)負壓特性，即具有電源反接保護電路。當電源電壓的極性反接時，能保護 DS18B20 不會因發熱而燒毀。但此時芯片無法正常工作。 (9)DS18B2O 的轉換速率比較高，進行 9位的溫度轉換僅需 。 (10)適配各種單片機或系統。 (11)內含 64 位激光修正的只讀存儲 ROM，扣除 8 位產品系列號和 8 位循環冗余校驗碼 (CRC)之后，產品序號占 48 位。出廠前產品序號存入其 ROM 中。在構 15 成大型溫控系統時，允許在單線總線上掛接多 片 DS18B20。 DS18B20 的管腳排列 DS18B20 采用 3腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝。其管腳排列如下圖所示： 圖 210 DS18B20的管腳排列 I/O 為數據輸入 /輸出端 (即單線總線 )，它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態下呈高電平。 VCC 是可供選用的外部電源端，不用時接地， GND 為地，NC空腳。 DS18B20 的內部結構 DS18B2O 的內部結構框圖 [17]如下圖所示。它主要包括 7部分 :寄生電源 。溫度傳感器 。 64 位激光 (loser)ROM 與單線接口 。高速暫存器，即便筏式 RAM，用于存放中間數據 : TH觸發寄存器和 TL 觸發寄存器，分別用來存儲用戶設定的溫度上下限值 。存儲和控制邏輯 。 8位循環冗余校驗碼 (CRC)發生器。 16 圖 211 DS18B20部分結構框圖 高 8 位是 CRC 校驗碼，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48位，低 8位是產品類型的編號，前 56 位的這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。非易失性溫度報警觸發器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限。而DS18BZO溫度傳感器的內 部存儲器包括一個高速暫存 RAM和一個非易失性的可電擦除的 RAM。后者用于存儲 TH， TL值。數據先寫入 RAM，經校驗后再傳給可擦除RAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第 5 個字節，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率， DS18B20 工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉換為相應精度的數值。 DS18B20 的控制方法 在硬件上， DS18B20 與單片機的連接有兩種方法。一種是將 DS18B20 的 VCC接外部電源， GND 接地，其 I/O 與單片機的 I/O 線相連 。另一種是用寄生電源供電，此時 DSISBZO 的 VCC、 GND 接地，其 I/O 接單片機 I/O。無論是內部寄生電源還是外部供電， DS18B20 的 I/O 口線要接 5K 左右的上拉電阻。 CPU 對 DS18B20 的訪問流程是 :先對 DS18B20 初始化，再進行 ROM 操作命令，最后才能對存儲器操作和對數據操作。 DS18B2O 每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協議。例如主機控制 DS18B20 完成溫度轉換這一過程，根據 DS18B20的通訊協議，必須經歷三個步驟 :每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復位，復位成功后發送一條 ROM 指令，最后發送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。 DS18B20 的測溫原理 DS18B20 的測溫原理如下圖所示： 17 圖 212 DS18B20的內部測溫電路原理圖 圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器 1，高溫度系數晶振的振蕩頻率隨溫度變化而明顯改變，所產生的信號作為