【正文】 中原工學院信息商務學院外文 翻譯 1 基于單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)的設計 一 、 引言 隨著社會的發(fā)展和技術的進步，人們越來越注重溫度檢測與顯示的重要性。溫度檢測與狀態(tài)顯示技術與設備已經普遍應用于各行各業(yè)，市場上的產品層出不窮。溫度檢測及顯示也逐漸采用自動化控制技術來實現(xiàn)監(jiān)控。本課題就是一個溫度檢測及狀態(tài)顯示的監(jiān)控系統(tǒng)。 二、 系統(tǒng)方案 本系統(tǒng)采用 AT89C51 作為該系統(tǒng)的單片機。系統(tǒng)整體硬件電路包括，電源電路，傳感器電路，溫度顯示電路，上下限報警電路等。報警電路可以在被測溫度不在上下限范圍內時，發(fā)出報警鳴叫聲音。溫度控制的基本原理為 :當 DSl8B20 采集到溫度信號后，將溫度信號送至 AT89C51 中處理，同時將溫度送到 LCD 液晶屏顯示，單片機根據(jù)初始化設置的溫度上下限進行判斷處理，即如果溫度大于所設的最高溫度就啟動風扇降溫 。如果溫度小于所設定的最低溫度就啟動報警裝置。 溫度控制器的原理 圖 三、系統(tǒng)硬件設計 AT89C51 的介紹 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓，高性能 COMS8 位單片機，片內含 4Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，片內置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。 主要性能參數(shù)： 與 MCS51 產品指令系統(tǒng)完全兼容 4K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz— 24MHz 三級加密程序存儲器 中原工學院信息商務學院外文 翻譯 2 128 8字節(jié)內部 RAM 32 個可編程 I/O 口線 2個 16位定時 /計數(shù)器 6個中斷源 可編程串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述： AT89C51 提供以下標準功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內部 RAM， 32 個I/O 口線，兩個 16位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51 可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器。串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 引腳功能說明： VCC：電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動 8個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間即或內部上拉電阻。 在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1是一個帶有內部上拉電阻的 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拉低時會輸出一個電流（ IIL）。 Flash 編程和程序校驗期間， P1接收低 8位地址。 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（吸中原工學院信息商務學院外文 翻譯 3 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拉低時會輸出一個電流（ IIL）。 在 訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX@DPTR 指令）時， P2 口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX@RI 指令）時， P2 口線上的內容在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或檢驗時， P2 亦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。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 RET：復位輸入。當振蕩器工作時， RET 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ALE/PROG ：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)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(jié)。對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG ）。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘 或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)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(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)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 AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 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(tài)。如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)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 的編程允許電源 VPP，當然這必須是該器件是中原工學院信息商務學院外文 翻譯 4 使用 12V 編程電壓 VPP。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 Ready/BUSY ：字節(jié)編程的進度可通過 RDY/BSY 輸出信號監(jiān)測，編程期間， ALE 變?yōu)楦唠娖健?H”后 （ RDY/BSY ）端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)（忙狀態(tài)）。編程完成后， 變?yōu)楦唠娖奖硎緶蕚渚途w狀態(tài)。 時鐘振蕩器： AT89C51 中有一個用于構成內部振蕩 器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體 或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。 用戶也可以采用外部時鐘。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。 由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產品技術條件的要求。 空閑節(jié)電模式： 在空閑工作模式狀態(tài)， CPU 保持睡眠狀態(tài)而所有片內的外設仍保持 激活狀態(tài)，這種方式由軟件產生。此時，片內 RAM 和所有特殊功能寄存器的內容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。 通過硬件復位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是：當由硬件復位來終止空閑工作模式時， CPU 通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期有效，在這種情況下，內部禁止CPU 訪問片內 RAM，而允許訪問其它端口。為了避免可能對端口產生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。 掉電模 式： 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內 RAM 和特殊功能寄存器的內容在終止掉電模式前被凍結。退出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM 中的內容，在 VCC 恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。 中原工學院信息商務學院外文 翻譯 5 程序存儲器的加密： 當加密位 LB1 被編程時，在復位期間， EA端的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單片機上電后一直沒有復位，則鎖存起的初始值是一個隨機數(shù)，且這個隨機數(shù)會一直保存到真正復位為止。為使單片機能 正常工作，被鎖存的 EA電平值必須與該引腳當前的邏輯電平一致。此外，加密位只能通過整片擦除的方法清除。 Flash 閃速存儲器的編程： AT89C51 單片機內部有 4K 字節(jié)的 Flash PEROM，這個 Flash 存儲陣列出廠時已處于擦除狀態(tài)（即所有存儲單元的內容均為 FFH），用戶隨時可對其進行編程。編程接口可接收高電壓（ +12V）或低電壓（ VCC）的允許編程信號。低電壓編程模式適合于用戶在線編程系統(tǒng)，而高電壓編程模式可與通用 EPROM 編程器兼容。 AT89C51 的程序存儲器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一 個字節(jié)，要對整個芯片內的 PEROM 程序存儲器寫入一個非空字節(jié)，必須使用片擦除的方式將整個存儲器的內容清除。 編程方法： 編程前，須根據(jù)表設置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號。 AT89C51 編程方法如下： 在地址線上加上要編程單元的地址信號。 在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 激活相應的控制信號。 在高電壓編程方式時，將 EA/VPP端加上 +12V 編程電壓。 每對 Flash 存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG 編程脈沖 。改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復 1— 5步驟，直到全部文件編程結束。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常約為 。 數(shù)據(jù)查詢： AT89C51 單片機用數(shù)據(jù)查詢方式來檢測一個寫周期是否結束，在一個寫周期中，如需讀取最后寫入的那個字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)最高位是原來寫入字節(jié)最高位的反碼。寫周期完成后，有效的數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)在所有輸出端上，此時，可進入下一個字節(jié)的寫周期，寫周期開始后，可在任意時刻進行數(shù)據(jù)查詢。 程序校驗： 如果加密位 LB LB2 沒有進行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫的中原工學院信息商務學院外文 翻譯 6 數(shù)據(jù)。加密位不 可直接校驗，加密位的校驗可通過對存儲器的校驗和寫入狀態(tài)來驗證。 芯片擦除： 利用控制信號的正確組合并保持 ALE/PROG 引腳 10ms 的低電平脈沖寬度即可將PEROM 陣列（ 4K 字節(jié)）和三個加密位整片擦除，代碼陳列在片擦除操作中將任何非空單元寫入“ 1”，這步驟需再編程之前進行。 讀片內簽名字節(jié)： 讀簽名字節(jié)的過程和單元 030H、 031H 及 032H 的正常校驗相仿，只需將 和 保持低電平，返回值意義如下： (030H)=1EH 聲明產品由 ATMEL 公司制造 (031H)=51H 聲明為 AT89C51 單片機 (032H)=FFH 聲明為 12V 編程電壓 (032H)=05H 聲明為 5V 編程電壓 編程接口： 采用控制信號的正確組合可對 Flash 閃速存儲陣列中的每一代碼字節(jié)進行寫入和存儲器的整片擦除，寫操作周期是自身定時的，初始化后它將自動定時到操作完成。 傳感器的介紹 在傳統(tǒng)的模擬信號遠距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術問題，才能夠達到較高的測量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡 劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產生測量誤差，影響測量精度 [5]。因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案， 與其它溫度傳感器相比DSl820 具有以下特點： (1)獨特的單線接口方式。 DSl820 在與微處理器連接時僅需要一條接口線即可實現(xiàn)微處理器與 DSl820 的雙向通訊。 (2)多點功能簡化了分布式溫度檢測的應用。 (3)DSl820 在使用中無需任何外圍元件。 (4)可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍從 到 。 (5)可測量的溫度范圍從 55℃ 到 +125℃ ，增量值 0. 5℃ ；