【文章內(nèi)容簡介】 絡(luò)，以便實(shí)現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間，傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享。一個(gè)分布式智能溫度傳感器系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)將每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)和中央控制器聯(lián)系起來的。其中傳感器節(jié)點(diǎn)用來實(shí)現(xiàn)溫度測量并將數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)?？刂乒?jié)點(diǎn)則根據(jù)從網(wǎng)絡(luò)讀取的溫度數(shù)據(jù)來確定合適的控制方式。以滿足對(duì)溫度控制的需要。傳感器節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)不僅互相獨(dú)立，節(jié)點(diǎn)的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要而定，而且能做到“即插即用”（Plug﹠Play）,在更換傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，也無需對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)，這樣就極大的方便了用戶。 2 簡介單片機(jī) 單片機(jī)AT89C51的簡介隨著社會(huì)的發(fā)展，單片機(jī)以其體積小、可靠性高、使用方便等特點(diǎn)在社會(huì)生活中達(dá)到廣泛應(yīng)用。根據(jù)溫度控制的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)。以下對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。AT89C51單片機(jī)是美國Intel公司的8位高檔單片機(jī)系列。也是目前應(yīng)用最為廣泛的一種單片機(jī)系列。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖如圖2—1所示。AT89C51系列單片機(jī)主要有CPU、存儲(chǔ)器（包括RAM和ROM）、I\O接口電路及時(shí)鐘電路等部分組成。 中央處理器CPU中央處理器CPU是單片機(jī)的核心。是計(jì)算機(jī)的控制指揮中心。同一般微機(jī)的CPU類似。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部CPU包括控制器和運(yùn)算器兩部分。如圖21AT89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖。 運(yùn)算器AT89C51運(yùn)算器電路以算術(shù)邏輯單元ALU為核心。有累加器ACC、寄存器B、暫存器暫存器程序狀態(tài)寄存器PSW和布爾處理機(jī)共同組成。它主要完成數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?。運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)由程序寄存器PSW保存。 算術(shù)邏輯單元ALU與累加器ACC、寄存器B算術(shù)邏輯單元ALU不但能完成8位二進(jìn)制的加、減、乘、除等算數(shù)運(yùn)算。而且還能對(duì)8位變量進(jìn)行邏輯“與”“或”“異或”循環(huán)位移等邏輯運(yùn)算。累加器ACC(簡稱累加器A) 為一個(gè)8位寄存器，它是CPU中使用最頻繁的寄存器。專門存放操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果。 圖21 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖 程序狀態(tài)寄存器程序狀態(tài)寄存器PSW是一個(gè)8位的狀態(tài)寄存器。用于存放標(biāo)志寄存器。用于存放指令執(zhí)行后的狀態(tài)，以供程序查詢和判別。PSW各位的狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行的過程中自動(dòng)設(shè)置的。但可以由用戶根據(jù)需要指令加以改變。狀態(tài)寄存器共有進(jìn)位標(biāo)志位CY、輔助進(jìn)位標(biāo)志位（或稱半進(jìn)位）AC、用戶自定義標(biāo)志位F0、工作寄存器組選擇位RSRS0、溢出標(biāo)志位OV、奇偶標(biāo)志位P。 控制器控制部件是單片機(jī)的神經(jīng)中樞。它包括程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP、緩沖器和定時(shí)器控制電路等。它先以主振頻率為基準(zhǔn)發(fā)出CPU的時(shí)序?qū)χ噶钸M(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號(hào)。完成一系列定時(shí)控制的微操作。用來協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。 AT89C51單片機(jī)引腳功能AT89C51系列單片機(jī)的封裝形式有兩種：一種是雙列直插方式封裝；另一種是方形封裝。AT89C51單片機(jī)40個(gè)引腳及總線結(jié)構(gòu)圖如下所示。其CMOS工藝制造的低地功耗芯片也有采用方形封裝的。但為44個(gè)引腳，其中4個(gè)引腳是不使用的。由于89C51單片機(jī)是高性能的單片機(jī)。同時(shí)受到引腳數(shù)目的限制，所以有部分引腳具有第二功能。如圖22單片機(jī)引腳圖。主電源引腳兩根：VCC接+5V電源正端；VSS接+5V電源地端。XTAL1:接外部石英體和微調(diào)電源的一端。XTAL2:接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。其中，對(duì)用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī),XTAL1腳接地，XTAL2腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)CHMOS單片機(jī)XTAL1腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端，XTAL2腳空不接。圖22 單片機(jī)引腳圖3. 引腳功能I\O引腳共32根。①PO口：。P0口即可作為地址/數(shù)據(jù)總線使用，又可作為通用的I/O口線。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O時(shí)，P0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。② P1口：。是8位準(zhǔn)雙向I/O口線。P1口作為通用的I/O口使用。③ P2口：。是8位準(zhǔn)雙向I/O口線。P2口即可作為通用的I/O口使用。也可作為片外存儲(chǔ)器的高8位地址線。與P0口組成16位片外存儲(chǔ)器單元地址。④ P3口：。是8位準(zhǔn)雙向I/O口線。P3口除作為準(zhǔn)雙向口使用外。每個(gè)引腳還具有第二功能。P3口的每一個(gè)引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能，P3口的第二功能如下表所示：P3口的第二功能 RXD 串行口輸入 TXD 串行口輸出 外部中斷0輸入 外部中斷1輸入 T0 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入 T1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1輸入 片外RAM寫選通信號(hào)（輸出） 片外RAM讀選通信號(hào)（輸出）4．控制線控制線共四根。①ALE/PROG 地址鎖存有效信號(hào)輸出率。②PSEN 片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端低電平有效。③RST/VPD 復(fù)位信號(hào)備用電源輸入信號(hào)。④EA/VPP 片外程序存儲(chǔ)器選用端。 AT89C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)AT89C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器4個(gè)存儲(chǔ)空間。 AT89C51單片機(jī)的并行I/O端口AT89C51單片機(jī)有4個(gè)8位并行I/O端口（P0、PPP3）每個(gè)端口都各有8條I/O口線，每條I/O口線都獨(dú)立地用作輸入輸出，在具有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，P2口送出高8位地址，P0口分時(shí)送出低8位地址和8位數(shù)據(jù)。各端口的功能不同，結(jié)構(gòu)上也有差異，但是每個(gè)端口的8位結(jié)構(gòu)是完全相同的。如圖 23 I/O口位結(jié)構(gòu)圖所示。 P0口是一個(gè)三態(tài)雙向口，可作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，也可作為通用I/O接口。P1口為準(zhǔn)雙向口，它在結(jié)構(gòu)上與P0口的區(qū)別在與輸出驅(qū)動(dòng)部分。其輸出驅(qū)動(dòng)部分由場效應(yīng)管V1與內(nèi)部上拉電阻組成，當(dāng)某某位輸出高電平時(shí)，可以提供上拉電流負(fù)載，不必像P0口上那樣需要外接上拉電阻。P2口也為準(zhǔn)雙向口。其具有通用I/O接口或高8位地址總線輸出兩種功能，所以其輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)比P1口輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)多了一個(gè)輸出模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX和反相器3. 。P3口的輸出驅(qū)動(dòng)由與非門3和V1組成，比P0、P每一根線還具有第二功能。 （a）P0口結(jié)構(gòu) （b）P1口結(jié)構(gòu)（c）P2口結(jié)構(gòu) （d）P3口結(jié)構(gòu)圖 23 I/O口位結(jié)構(gòu)圖 AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路及時(shí)序AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，一種是外部方式。圖225所示。AT89C51單片機(jī)指令字節(jié)數(shù)和機(jī)器周期數(shù)可分為六類。即單字節(jié)單機(jī)器周期指令、單字節(jié)雙機(jī)器周期指令、單字節(jié)四機(jī)器周期指令，雙字節(jié)單機(jī)器指令、雙字節(jié)雙機(jī)器周期指令和三字節(jié)雙機(jī)器周期指令。 圖24 內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 圖25 外部方式時(shí)鐘電路 復(fù)位電路復(fù)位是通過某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌踔禒顟B(tài)的操作，AT89C51單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，在RST/VPD端持續(xù)給出兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以完成復(fù)位操作。復(fù)位分為上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。AT89C51單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)如下表所示 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0P1 OFFH IP XXX00000B IE 0XX00000B TMOD 00H TCON 00H TL0、TL1 00H TH0、TH1 00H SCON 00H SBUF 不定 PCON 0XXX0000B AT89C51單片機(jī)的指令系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)與操作的指令是一組二進(jìn)制編碼，稱之為機(jī)器語言。計(jì)算機(jī)只能識(shí)別和執(zhí)行機(jī)器語言指令。AT89C51單片機(jī)指令與指令系統(tǒng)共有111條指令，從功能上可分成數(shù)據(jù)傳輸類指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算和移位指令、程序控制轉(zhuǎn)移類指令和位操作指令五大類。3 DS18B20溫度傳感器 DS18B20溫度傳感器的性能特點(diǎn)DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：●獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；●多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；●無須外部器件；●可通過數(shù)據(jù)線供電，~；●零待機(jī)功耗；●溫度以９或１２位數(shù)字；●用戶可定義報(bào)警設(shè)置；●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及設(shè)置DS18B20采用３腳PR－35封裝或８腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示。C64位ROM和單線接口高速緩存存儲(chǔ)器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置寄存器8位CRC發(fā)生器Vdd I/O圖31 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位ROM的結(jié)構(gòu)開始８位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后８位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存ＲＡＭ和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為８字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖32所示。頭２個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第５個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度