【文章內容簡介】 件結構合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，生產歷史“悠久”，已經成為市場上最為流行的單片機之一。它優(yōu)點之一是它無論從內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，這不僅可以進行位的邏輯運算，而且對于一個較復雜的程序，當在運行過程中遇到分支的時候，可以通過對標志位的置位、清零或檢測操作，很容易地確定程序的運行方向。此外，51系列單片機的具有乘法和除法指令，編程相當方便。但是，該類單片機高電平輸出無驅動能力，軟件操作時過于依賴累加器A進行運算。（2） PIC系列單片機 該類單片機是當前市場份額增長最快的單片機之一。其CPU采用RISC結構，屬精簡指令集。采用Harvard雙總線結構，運行速度快(指令周期約160～200ns)，此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅動能力強等特點。它的驅動能力為低電平吸入電流達25mA，高電平輸出電流可達20mA，相對于51系列而言，這是一個很大的優(yōu)點，它可以直接驅動數(shù)碼管顯示且外電路簡單。但是，在編程過程中，它需要反復地選擇對應的存儲體，數(shù)據(jù)的傳送和邏輯運算基本上都得通過工作寄存器W來進行，因此，編程不是很方便。（3）AVR系列單片機 該類單片機顯著的特點為高性能、高速度、低功耗。它取消機器周期，以時鐘周期為指令周期，實行流水作業(yè)。但其通用寄存器僅有32個（R0～R31），前16個寄存器（R0～R15）都不能直接與立即數(shù)打交道，因而通用性有所下降。而且當程序復雜時，通用寄存器應用起來就顯得比較緊張[1114]。本系統(tǒng)中，對單片機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動能力。從軟件上講，編程需要進行大量的數(shù)據(jù)運算，這對于編程復雜的PIC系列單片機和寄存器資源有限的AVR系列單片機也都不是很合適。此外，考慮到個人的熟練掌握程度和單片機的價格，本系統(tǒng)選用了當今最流行的八位單片機51系列的典型產品AT89C52。AT89C52是ATMEL公司生產的一種低功耗/低電壓，高性能的8位單片機。片內帶有一個8KB的FLASH可編程可擦除只讀存儲器（EPROM）。它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器（NURAM）技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MSC51兼容。片內的FLASH存儲器允許在系統(tǒng)內改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程，操作十分方便。目前，又很多的單片機都與AT89C52的管腳和功能兼容，可以在許多場合進行替換。選用AT89C2051作為主CPU芯片。AT89C2051的最大的優(yōu)點是體積小、低山東科技大學學位論文 系統(tǒng)的硬件設計成本，是當前性/價比較高的一種八位單片機，完全符合本課題的要求。 3 系統(tǒng)的硬件設計 溫度傳感器傳感器是連接被測對象和檢測系統(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溫范圍(℃)為：熱電偶(184～230)，熱電阻(200～850)，熱敏電阻(55～300)，半導體(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，必須經過專門的接口電路轉換成數(shù)字信號后才能由微處理器進行處理。數(shù)字溫度傳感器輸出的數(shù)字信號，一般只需少量外部元器件就可直接送至微處理器進行處理。隨著計算機及半導體技術的飛速發(fā)展，溫度傳感器尤其是具有數(shù)字接口的半導體溫度傳感器得到了廣泛的應用和快速的發(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過單線接口送入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DALLAS半導體公司生產的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，在其內部使用了在板（ONB0ARD）專利技術。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。該溫度計提供9位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經過單線接口送入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”獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。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?！　?因為每一個DS18B20 有唯一的系列號（silicon serial number）， 因此多個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。此特性的應用范圍包括環(huán)境控制，建筑物、設備或機械內的溫度檢測，以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測。具體來說，DS18B20具有如下特性：（1）獨特的單線接口，只需1個接口引腳即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。（2）多點（multi drop） 能力使分布式溫度檢測應用得以簡化。（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。（本設計中單獨提供+5V電源）。（5）不需備份電源。（6）與前一代產品DS1820相比，體積更小、適用電壓更寬、更經濟。DS18B20支持3V～，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。（7）測量范圍從55℃至+125℃， ℃。 等效的華氏溫度范圍是67℉ 至257℉，℉。（8）測量結果以9位數(shù)字量方式串行傳送。（9）在1 秒（典型值）內把溫度變換為數(shù)字。（10）用戶可定義的，非易失性的溫度告警設置。（11）告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況）。（12）應用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費類產品，溫度計或任何熱敏系統(tǒng)。DS18B20內部結構主要由四部分組成：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。DS1820內部有三個主要的數(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線為高電平的時間周期內把能量貯存在內部的電容器中在單信號線為低電平的時間期內斷開此電源直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙蓦娫礊橹?，同時作為另一種可供選擇的方法DS1820 也可用外部5V 電源供電。DS1820應用注意事項[2729]DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： （1） 較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 （2） 在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 （3） 連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題，以便做到精確測量。 （4） 在DS1820測溫程序設計中，向DS1820發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視[28]。測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。 溫度傳感器MAX6577本系統(tǒng)從測溫范圍，溫度分辨率和測溫時間上來講，AD7416和DS1820都不能滿足要求。這里我們選擇MAXIM公司出產的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，對于兩種不同的芯片輸出和輸入的關系分別滿足如下的關系式：這樣方便我們根據(jù)不同的情況進行頻率或是周期的