【文章內(nèi)容簡介】 倉庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與制作 6 非易失 存儲器 制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃速 存儲器 組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器。 AT89C51 單片機(jī) 為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C51 引腳功能 AT89C51 單片機(jī)為 40 引腳雙列直插式封裝，其引腳排列和邏輯符號如圖 所示。 圖 單片機(jī)引腳示意圖 （ 1） VCC：供電電壓。 （ 2） GND：接地。 （ 3） P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù) 存儲器 ，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須接上拉電阻。 （ 4） P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗時， P1 口作為低八位地址接收。 基于單片機(jī)的倉庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與制作 7 （ 5） P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “ 1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸 入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部 程序存儲器 或 16 位地址 外部數(shù)據(jù) 存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “ 1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲器 進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其 特殊功能寄存器 的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和 控制信號 。 （ 6） P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作 為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 所示 ： 表 P3 口第二功能 引腳 功能 RXD（串行接口輸入） TXD（串行接口輸出） /INT0（外部中斷 0 輸入） /INT1（外部中斷 1 輸入） T0（定時器 0 輸入信號） T1（定時器 1 輸入信號） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些 控制信號 。 （ 7） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個 機(jī)器周期的高電平時間。 （ 8） ALE/PROG：當(dāng)訪問外部 存儲器 時， 地址鎖存 允許的 輸出電平 用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程 期間，此 引腳 用于輸入 編程 脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器 時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令 時 ALE 才起作用。另外，該引腳 被略微拉高。如果 微處理器 在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 （ 9） /PSEN：外部 程序存儲器 的選通信號。在由外部程序 存儲器 取指期間，基于單片機(jī)的倉庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與制作 8 每個 機(jī)器周期 兩次 /PSEN有效。但在訪問 外部數(shù)據(jù) 存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。 （ 10） /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序 存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。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)部時鐘工作電路的輸入。 （ 12） XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部 時鐘源 驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部 時鐘信號 要通過一個二分頻 觸發(fā)器 ，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的 控制信號 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， 定時器 ，計數(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，直到下一個硬件復(fù)位為止。 DS18B20 溫度傳感器 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有 LTM8877， LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的 DS18B20 如圖 所示 可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機(jī)房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 DS18B20 的主要特性 （ 1） 適應(yīng)電壓范圍更寬， 電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 。 （ 2） 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。 基于單片機(jī)的倉庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與制作 9 （ 3） DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 。 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 。 （ 5） 溫范圍－ 55℃ ～ +125℃ 。 （ 6） 可編程 的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可實現(xiàn) 高精度測溫 。 （ 7） 在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 。 （ 8） 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一 線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力 。 （ 9） 負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作 。 圖 DS18B20 封裝圖 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20引腳定義： （ 1） DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； （ 2） GND 為電源地； （ 3） VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 DS18B20的外形及管腳排列如圖 ： 光 刻 ROM 中的 64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。 64位光刻 ROM 的排列是：開始 8位 （ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的 48位是該 DS18B20自身的序列號，最后 8位是前面 56位的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個基于單片機(jī)的倉庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與制作 10 DS18B20都各 不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20的目的 。 圖 DS18B20的外形及管腳排列 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 ： 圖 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12位轉(zhuǎn)化為例：用 16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù) 形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中S 為符號位 。如表 ： 基于單片機(jī)的倉庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與制作 11 表 DS18B20 溫度值格式表 這是 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20的兩個 8比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5位是符號位，如果測得的溫度大于 0， 這 5位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 ；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 溫度。 例如 +125℃ 的數(shù)字輸出為 07D0H，+℃ 的數(shù)字輸出為 0191H， ℃ 的數(shù)字 輸出為 FE6FH， 55℃ 的數(shù)字輸出為 FC90H 。如表 表 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)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 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。 配置寄存器的結(jié)構(gòu)見表 。 表 配置寄存器 TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 “ 1” ， TM 是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用 戶不要去 改動。 R1基于單片機(jī)的倉庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與制作 12 和 R0 用來設(shè)置分辨率，如表 所示：（ DS18B20 出廠時被設(shè)置為 12 位） 表 溫度分辨率設(shè)置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間 0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms 1 1 12 位 750ms 高速暫存存儲器由 9 個字節(jié)組成，其分配如表 所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在 高速暫存存儲器的第 0 和第 1 個字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表 1 所示 。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位 S=0 時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計算十進(jìn)制值。表 是對應(yīng)的一部分溫度值。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。 表 DS18B20暫存寄存器分布 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫度值低位 （ LS Byte） 0 溫度值高位 （ MS Byte） 1 高溫限值（ TH） 2 低溫限值（ TL） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 校驗值 8 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制 DS18B20 完成溫 度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令 見表 ，最后發(fā)送 RAM 指令 見表 ，這樣才能對 DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主 CPU將數(shù)據(jù)線下拉 500微秒，然后釋放，當(dāng) DS18B20基于單片機(jī)的倉庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與制作 13 收到信號后等待 16～ 60 微秒左右，后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU收到此信號表示復(fù)位成功。 表 ROM 指令表 指 令 約定代碼 功 能 讀 ROM 33H 讀 DS1820 溫度傳感器 ROM 中的編碼（即 64 位地址） 符合 ROM 55H 發(fā)出此 命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的 DS1820 使之作出響應(yīng)，為下一步對該 DS1820 的讀寫作準(zhǔn)備。 搜索 ROM 0FOH 用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個數(shù)和識別 64 位 ROM 地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。 告警搜索命令 0ECH 執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。 表 RAM 指令表 指 令 約定代碼 功 能 溫度變換 44H 啟動 DS1820 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換， 12 位轉(zhuǎn)換時最長為 750ms（ 9 位為 ）。結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM