【文章內(nèi)容簡介】 4] 東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 系統(tǒng)的元件介紹 該系統(tǒng)的元器件清單如表 21 所示 。 表 21 系統(tǒng)的元器件清單 器件名稱 型號 原理圖中標(biāo)號 器件名稱 型號 原理圖中標(biāo)號 電阻 10K R R R R R R8 按鍵 RES、 K K K K4 R2 液晶顯示器 LCD1602 LCD1 330 R7 單片機(jī) AT89C51 U1 電容 22pf C1 MAX232 U3 30pf C2 燈 LAMP 10nf C C5 蜂鳴器 BELL 1nf C C C7 串口 J1 三極管 MPS6514 Q1 溫度傳感器 DS18B20 U2 晶振 12MHZ X1 LED LEDRED D1 AT89C51單片機(jī) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的 可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL高密度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 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C 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。 主要特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 一 個 5 向量兩級 中斷 結(jié)構(gòu) 可編程串行通道 低 功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明 引腳圖如圖 24 所示。 圖 24 AT89C51的引腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 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)P1 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) /地址的第八位。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 外部必須被拉高。 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?xùn)|北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 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 口作為第八位地址接收。 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。 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 22 所示 。 表 22 P3口的特殊功能 管腳 備選功能 管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） T0（記時器 0 外部輸入） TXD（串行輸出口） T1（記時器 1 外部輸入） INT0（外部中斷 0） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） INT1（外部中斷 1） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 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。 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地位字節(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 指令是 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。 /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，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)。 /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)東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 /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）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性： 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。 [9] 溫度傳感器 DS18B20 系統(tǒng)中溫度測試點的數(shù)據(jù)采集由 Dallas 公司的單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 完成。 DS18B20 具有 3 引腳 TO－ 92 小體積封裝形式；溫度測量范圍為－ 55℃～＋ 125℃ ， 可編程為 9位～ 12 位 A/D轉(zhuǎn)換精度，測 溫分辨率可達(dá) ℃，被測溫度用符號擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個 DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使 DS18B20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點溫度檢測系統(tǒng)。 簡介 DS18B20 東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 25 DS18B20引腳圖 （ 1）獨特的單線接口方式，只需一個接口引腳即可通信； （ 2）每一個 DS18B20 都有一個唯一的 64 位 ROM 序列碼； （ 3）在使用中不需要任何外圍元件； （ 4）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +～ + V； （ 5）測溫范圍： 55℃～ +125℃，在 10℃～ +85℃范圍內(nèi)精度為177。 ℃，分辨率 ℃。等效的華氏溫度范圍是 67176。 F～ +257176。 F； （ 6）通過編程可實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。溫度轉(zhuǎn)換成 12 位數(shù)字信號所需時間最長為 750ms，而在 9 位分辯模式工作時僅需 ； （ 7）用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值； （ 8）告警搜索命令可識別和定位那些超過報警限值的 DS18B20； （ 9）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)多點測溫； （ 10）電源極性接反時， DS18B20 不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 采用 3 引腳 TO－ 92 小體積封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 26 所示，主要由 4 部分組成： 64 位 ROM 序列碼、溫度傳感器、非易失性的溫度報警觸發(fā)器TH 和 TL、配置寄存器。 東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 26 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ROM 中的 64 位序列碼是出廠前被 光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，每個 DS18B20 的 64 位序列碼均不相同。如 表 23 所示， 64 位光刻 ROM的排列是：開始 8 位是單線產(chǎn)品系列編碼（比如 DS18B20 的編碼是 28h， DS1820的編碼是 10h， DS2438 的編碼是 26h），同一型號的單總線器件的編碼相同。接著的 48 位是該 DS18B20 唯一的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。單總線器件的序列號唯一性特點，保證了在一根總線上可以掛接多個單總線器件的實現(xiàn)。 表 23 64位 ROM結(jié)構(gòu)示 意圖 8位產(chǎn)品系列編碼 48位序列號 8位 CRC編號 MSB LSB MSB LSB MSB LSB (最高有效位 ) (最低有效位 ) 如圖 27 所示， DS18B20 的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存（便箋式） RAM 和一個非易失性 EEPROM（高溫觸發(fā)器 TH、低溫觸發(fā)器 TL和配置寄存器）。暫存存儲機(jī)制有利于在單線通信時確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)通常首先寫入暫存存儲器，在那里它可以被讀回。當(dāng)數(shù)據(jù)被校驗后，復(fù)制暫存存儲器的命令把 數(shù)據(jù)傳送到非易失性 EEPROM。這一過程確保了更改存儲器時數(shù)據(jù)的完整性。同時非易失性EEPROM 也保證了 TH、 TL 與配置寄存器內(nèi)容的掉電不丟失，器件每一次上電時這三個字節(jié)的內(nèi)容被重置到高速暫存 RAM 對應(yīng)的空間。 東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 27 DS18B20 的存儲器組織 高速暫存存儲器是按 9 個 8 位字節(jié)存儲器來組織的。其中第 0、 1 個字節(jié)為只讀型字節(jié)，分別包含測得溫度信息的低位和高位字節(jié)，第 2 和第 3 個字節(jié)是 TH和 TL 的易失性拷貝，在每一次上電復(fù)位時被刷新。如果在使用 DS18B20 的過程中不對其施加告警搜索命令，則第 2 和第 3 個字節(jié)可用作通用用戶存儲器，在本系統(tǒng)中即作為通用存儲器使用，定義這兩個字節(jié)存儲該溫度傳感器在系統(tǒng)中的序號，為每個溫度傳感器分配的序號在系統(tǒng)中是唯一的。第 4 個字節(jié)為配置寄存器，接著的三個字節(jié)為器件內(nèi)部使用而保留，不可對其施加寫命令。第 8 個字節(jié)為只讀型字節(jié)，它是前面所 8 個字節(jié)的循環(huán)冗余校驗字節(jié)（ CRC）。 圖 28 配置寄存器 其中配置寄存器的結(jié)構(gòu)如圖 28， R1 和 R0 用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率， DS18B20 工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。如表24 所示（ DS18B20 出廠時被設(shè)置為 12 位）。 表 24 R1和 R0模式表 R1 R0 分辨率 最大的溫度轉(zhuǎn)換時間 0 0 9bit 0 1 10bit 1 0 11bit 375ms 1 1 12bit 750ms 由表 24 可見， 設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長。本系統(tǒng)中對于 DS18B20 的配置寄存器 沒有進(jìn)行修改，即采用其出廠時的配置，使得采集到的溫度值分辨率可達(dá)到 12bit。 東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值 以16 位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 0， 1 字節(jié)。主機(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)格式以