【正文】 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院外文翻譯 1 基于單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一 、 引言 隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)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(shù)與設(shè)備已經(jīng)普遍應(yīng)用于各行各業(yè)，市場上的產(chǎn)品層出不窮。溫度檢測及顯示也逐漸采用自動化控制技術(shù)來實(shí)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(jī)。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(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音。溫度控制的基本原理為 :當(dāng) 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(jī)根據(jù)初始化設(shè)置的溫度上下限進(jìn)行判斷處理，即如果溫度大于所設(shè)的最高溫度就啟動風(fēng)扇降溫 。如果溫度小于所設(shè)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(shè)計(jì) AT89C51 的介紹 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 COMS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機(jī)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(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大 AT89C51 單片機(jī)可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要性能參數(shù)： 與 MCS51 產(chǎn)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(xué)院信息商務(wù)學(xué)院外文翻譯 2 128 8字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個可編程 I/O 口線 2個 16位定時 /計(jì)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(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個I/O 口線，兩個 16位定時 /計(jì)數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)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(jì)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(nèi)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(fù)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(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)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(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間即或內(nèi)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(yàn)時，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流 ） 4個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)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?yàn)閮?nèi)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(yàn)期間， P1接收低 8位地址。 P2口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)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(nèi)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?yàn)閮?nèi)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(nèi)容在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或檢驗(yàn)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(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)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(nèi)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(yàn)的控制信號。 RET：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RET 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG ：當(dāng)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(dāng)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(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)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(dāng) AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)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(fù)位時內(nèi)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(nèi)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(dāng)然這必須是該器件是中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)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(nèi)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(jìn)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?zhǔn)備就緒狀態(tài)。 時鐘振蕩器： AT89C51 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)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(gòu)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(nèi)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(nèi)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(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)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(nèi)的外設(shè)仍保持 激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時，片內(nèi) RAM 和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復(fù)位終止。 通過硬件復(fù)位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是：當(dāng)由硬件復(fù)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(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個機(jī)器周期有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止CPU 訪問片內(nèi) RAM，而允許訪問其它端口。為了避免可能對端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)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(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM 中的內(nèi)容，在 VCC 恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)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(xué)院信息商務(wù)學(xué)院外文翻譯 5 程序存儲器的加密： 當(dāng)加密位 LB1 被編程時，在復(fù)位期間， EA端的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單片機(jī)上電后一直沒有復(fù)位，則鎖存起的初始值是一個隨機(jī)數(shù)，且這個隨機(jī)數(shù)會一直保存到真正復(fù)位為止。為使單片機(jī)能 正常工作，被鎖存的 EA電平值必須與該引腳當(dāng)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(jī)內(nèi)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(nèi)容均為 FFH），用戶隨時可對其進(jìn)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(nèi)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(nèi)容清除。 編程方法： 編程前，須根據(jù)表設(shè)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(yīng)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(fù) 1— 5步驟，直到全部文件編程結(jié)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(jī)用數(shù)據(jù)查詢方式來檢測一個寫周期是否結(jié)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(jìn)入下一個字節(jié)的寫周期，寫周期開始后，可在任意時刻進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。 程序校驗(yàn)： 如果加密位 LB LB2 沒有進(jìn)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(xué)院信息商務(wù)學(xué)院外文翻譯 6 數(shù)據(jù)。加密位不 可直接校驗(yàn)，加密位的校驗(yàn)可通過對存儲器的校驗(yàn)和寫入狀態(tài)來驗(yàn)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(jìn)行。 讀片內(nèi)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(yàn)相仿，只需將 和 保持低電平，返回值意義如下： (030H)=1EH 聲明產(chǎn)品由 ATMEL 公司制造 (031H)=51H 聲明為 AT89C51 單片機(jī) (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(jìn)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(yuǎn)距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)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(qiáng)，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)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(qiáng)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(diǎn)： (1)獨(dú)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(shí)現(xiàn)微處理器與 DSl820 的雙向通訊。 (2)多點(diǎn)功能簡化了分布式溫度檢測的應(yīng)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℃ ；華