【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，生產(chǎn)歷史“悠久”，已經(jīng)成為市場(chǎng)上最為流行的單片機(jī)之一。它優(yōu)點(diǎn)之一是它無(wú)論從內(nèi)部的硬件還是到軟件都有一套完整的按位操作系統(tǒng)。因而，這不僅可以進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，而且對(duì)于一個(gè)較復(fù)雜的程序，當(dāng)在運(yùn)行過(guò)程中遇到分支的時(shí)候，可以通過(guò)對(duì)標(biāo)志位的置位、清零或檢測(cè)操作，很容易地確定程序的運(yùn)行方向。此外，51系列單片機(jī)的具有乘法和除法指令，編程相當(dāng)方便。但是，該類單片機(jī)高電平輸出無(wú)驅(qū)動(dòng)能力，軟件操作時(shí)過(guò)于依賴?yán)奂悠鰽進(jìn)行運(yùn)算。（2） PIC系列單片機(jī) 該類單片機(jī)是當(dāng)前市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快的單片機(jī)之一。其CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，屬精簡(jiǎn)指令集。采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快(指令周期約160～200ns)，此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。它的驅(qū)動(dòng)能力為低電平吸入電流達(dá)25mA，高電平輸出電流可達(dá)20mA，相對(duì)于51系列而言，這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，它可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示且外電路簡(jiǎn)單。但是，在編程過(guò)程中，它需要反復(fù)地選擇對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)體，數(shù)據(jù)的傳送和邏輯運(yùn)算基本上都得通過(guò)工作寄存器W來(lái)進(jìn)行，因此，編程不是很方便。（3）AVR系列單片機(jī) 該類單片機(jī)顯著的特點(diǎn)為高性能、高速度、低功耗。它取消機(jī)器周期，以時(shí)鐘周期為指令周期，實(shí)行流水作業(yè)。但其通用寄存器僅有32個(gè)（R0～R31），前16個(gè)寄存器（R0～R15）都不能直接與立即數(shù)打交道，因而通用性有所下降。而且當(dāng)程序復(fù)雜時(shí)，通用寄存器應(yīng)用起來(lái)就顯得比較緊張[1114]。本系統(tǒng)中，對(duì)單片機(jī)的速度要求不是很高，而且顯示器將選用液晶顯示器，因此，輸出電平也不需要很大的驅(qū)動(dòng)能力。從軟件上講，編程需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，這對(duì)于編程復(fù)雜的PIC系列單片機(jī)和寄存器資源有限的AVR系列單片機(jī)也都不是很合適。此外，考慮到個(gè)人的熟練掌握程度和單片機(jī)的價(jià)格，本系統(tǒng)選用了當(dāng)今最流行的八位單片機(jī)51系列的典型產(chǎn)品AT89C52。AT89C52是ATMEL公司生產(chǎn)的一種低功耗/低電壓，高性能的8位單片機(jī)。片內(nèi)帶有一個(gè)8KB的FLASH可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（EPROM）。它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器（NURAM）技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MSC51兼容。片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程，操作十分方便。目前，又很多的單片機(jī)都與AT89C52的管腳和功能兼容，可以在許多場(chǎng)合進(jìn)行替換。選用AT89C2051作為主CPU芯片。AT89C2051的最大的優(yōu)點(diǎn)是體積小、低山東科技大學(xué)學(xué)位論文 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)成本，是當(dāng)前性/價(jià)比較高的一種八位單片機(jī)，完全符合本課題的要求。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 溫度傳感器傳感器是連接被測(cè)對(duì)象和檢測(cè)系統(tǒng)的接口，給系統(tǒng)提供處理和顯示所必需的原始信息,直接決定了系統(tǒng)的功能和精確度。 溫度的測(cè)量控制一般采用各式各樣的溫度傳感器，常用的溫度傳感器及其測(cè)溫范圍(℃)為：熱電偶(184～230)，熱電阻(200～850)，熱敏電阻(55～300)，半導(dǎo)體(55～150)。根據(jù)溫度傳感器輸出方式及接口方式的不同，大體可以分為模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器。模擬溫度傳感器輸出的模擬信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后才能由微處理器進(jìn)行處理。數(shù)字溫度傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)，一般只需少量外部元器件就可直接送至微處理器進(jìn)行處理。隨著計(jì)算機(jī)及半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度傳感器尤其是具有數(shù)字接口的半導(dǎo)體溫度傳感器得到了廣泛的應(yīng)用和快速的發(fā)展。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器DS1820 數(shù)字溫度傳感器，該傳感器提供9 位溫度讀數(shù),指示器件的溫度信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DS1820 或從DS1820 送出因此從中央處理器到DS1820 僅需連接一條線和地讀寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ONB0ARD）專利技術(shù)。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)。該溫度計(jì)提供9位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DS18B20或從DS18B20 送出，因此從中央處理器到DS18B20 僅需連接一條線（和地）。DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器?！耙痪€總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。讀、寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。　　 因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20 有唯一的系列號(hào)（silicon serial number）， 因此多個(gè)DS18B20 可以存在于同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。此特性的應(yīng)用范圍包括環(huán)境控制，建筑物、設(shè)備或機(jī)械內(nèi)的溫度檢測(cè)，以及過(guò)程監(jiān)視和控制中的溫度檢測(cè)。具體來(lái)說(shuō)，DS18B20具有如下特性：（1）獨(dú)特的單線接口，只需1個(gè)接口引腳即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。（2）多點(diǎn)（multi drop） 能力使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化。（3）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件。（4）可用數(shù)據(jù)線供電。（本設(shè)計(jì)中單獨(dú)提供+5V電源）。（5）不需備份電源。（6）與前一代產(chǎn)品DS1820相比，體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DS18B20支持3V～，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。（7）測(cè)量范圍從55℃至+125℃， ℃。 等效的華氏溫度范圍是67℉ 至257℉，℉。（8）測(cè)量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送。（9）在1 秒（典型值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字。（10）用戶可定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置。（11）告警搜索命令識(shí)別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況）。（12）應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類產(chǎn)品，溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)。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(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS1820內(nèi)部有三個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：(1) 64 位激光（lasered）ROM；(2) 溫度靈敏元件和(3) 非易失性溫度告警觸發(fā)器TH 和TL 器件。從單線的通信線取得其電源在信號(hào)線為高電平的時(shí)間周期內(nèi)把能量貯存在內(nèi)部的電容器中在單信號(hào)線為低電平的時(shí)間期內(nèi)斷開(kāi)此電源直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙蓦娫礊橹梗瑫r(shí)作為另一種可供選擇的方法DS1820 也可用外部5V 電源供電。DS1820應(yīng)用注意事項(xiàng)[2729]DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： （1） 較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS1820操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 （2） 在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 （3） 連接DS1820的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS1820進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題，以便做到精確測(cè)量。 （4） 在DS1820測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視[28]。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。 溫度傳感器MAX6577本系統(tǒng)從測(cè)溫范圍，溫度分辨率和測(cè)溫時(shí)間上來(lái)講，AD7416和DS1820都不能滿足要求。這里我們選擇MAXIM公司出產(chǎn)的MAXI6576/6577溫度傳感器芯片。 該芯片具有低功耗、低電流單端方波輸出特點(diǎn)，對(duì)于兩種不同的芯片輸出和輸入的關(guān)系分別滿足如下的關(guān)系式：這樣方便我們根據(jù)不同的情況進(jìn)行頻率或是周期的