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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)at89s52和溫度傳感器ds18b20的溫度自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)(編輯修改稿)

2025-01-11 01:17 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 掉電保護(hù)方式下,RAM 內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機(jī)一切工作停止,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 由于此設(shè)計(jì)需要編寫程序,需要將程序烤入單片機(jī)中,因此單片機(jī)必須具有足夠多的存儲(chǔ)空間,其具有 8K 字節(jié)的 Flash 完全滿足要求。 32 位的 I/O 口線能夠使得單片機(jī)與溫度顯示 器 、 溫度傳感器 、鍵盤、報(bào)警電路、按鍵電路和指示燈連接等等變得可能。 16 位的定時(shí)計(jì)數(shù)器使得讀取數(shù)據(jù)變得更加簡(jiǎn)單,同時(shí)其結(jié)構(gòu)有利于晶振電路和復(fù)位電路的連接。最重要的是,能夠在掉電狀態(tài)下保存 RAM 內(nèi)的數(shù)據(jù)。同時(shí),與同類 51單片機(jī)相比, AT89S52 具有更強(qiáng)的可操作性。因此,對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),選擇 AT89S52 是最有利的。 AT89S52 的工作模式及注意事項(xiàng) AT89S52單片機(jī)有兩種可用軟件編程的省電模式,它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器 PCON(即電源控制寄存器 )中的 PD( PCON1) 和 IDL(PCON0)位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 PD是掉電模式,當(dāng) PD=1時(shí),激活掉電工作模式,單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。 IDL是空閑等待方式,當(dāng) IDL=1,激活空閑工作模式,點(diǎn)偏激進(jìn)入睡眠狀態(tài)。如需同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式,即 PD和 IDL同時(shí)為 1,則先激活掉電模式。 在空閑工作狀態(tài)下, CPU保持睡眠狀態(tài)而所有的片內(nèi)的外設(shè)都保持激活狀 7 態(tài),這種方式由軟件產(chǎn)生,此時(shí),片內(nèi) RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變??臻e模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止。 終止空閑工作模式的方法有兩種,進(jìn)入中斷服務(wù)程序,執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨 RST1(中斷返回)指令后,下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式的那條指令后面的一條指令。 其二是通過(guò)硬件復(fù)位可以將空閑工作模式終止。需要注意的是,當(dāng)由硬件復(fù)位來(lái)終止空閑工作模式時(shí), CPU通常是從激活空閑模式那條指令的嚇一跳指令開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行程序的,要完成內(nèi)部復(fù)位操作,硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期( 24個(gè)時(shí)鐘周期)有效,在這種情況下,內(nèi)部禁止 CPU訪問(wèn)片內(nèi) RAM,而允許訪問(wèn)其他端口。為了避免可能對(duì)端口產(chǎn)生意外寫入,激活空閑狀態(tài)的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條端口或外部存儲(chǔ)器的寫入指令。 在掉電模 式下,振蕩器停止工作,進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令。片內(nèi) RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位,復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但并沒(méi)有因此改變 RAM中的內(nèi)容,在 Vcc恢復(fù)到正常工作電平前,復(fù)位應(yīng)無(wú)效,但必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。 AT89S52單片機(jī)具有一些極限參數(shù): ( 1)工作溫度: 55攝氏度至 +125攝氏度 ( 2)儲(chǔ)藏溫度: 65攝氏度至 +150攝氏度 ( 3)任一引腳對(duì)地電壓: + ( 4)最高工作電壓: ( 5)直流輸出電流: 表 31 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 模式 程序存儲(chǔ)器 ALE PSEN P0 P1 P2 P3 空閑模式 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 空閑模式 外部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù) 掉電模式 內(nèi)部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 8 溫度傳感器的選擇 DS18B20 的特點(diǎn)及選擇原因 DS18B20是美國(guó) DALLAS公司繼 DS1820之后推出的增強(qiáng)型單總線數(shù)字式溫度傳感器,它在轉(zhuǎn) 換速度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較之前產(chǎn)品有了很大的改進(jìn),給用戶帶來(lái)了更方便、更令人滿意的效果。 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20是一種新型的“一線器件”,其體積更小、更適用于多種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。 DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測(cè)量范圍為 55~ +125 攝氏度,可編程為 9位~ 12 位轉(zhuǎn)換精度,測(cè)溫分辨率可達(dá),分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中,掉電后依 然保存。被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸出;其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入,也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生;多個(gè) 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。 因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng),具有線路簡(jiǎn)單,在一根通信線,可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì),十分方便。 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。 DQ 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開(kāi)漏單總線 接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下,也可以向器件提供電源; GND為地信號(hào); VDD 為可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí),此引腳必須接地。 在硬件上, DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法,一種是 VCC接外部電源,GND接地, I/O與單片機(jī)的 I/O線相連;另一種是用寄生電源供電,此時(shí) UDD、GND接地, I/O接單片機(jī) I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電, I/O口線要接5KΩ 左右的上拉電阻 . DS18B20 的性能特點(diǎn)如下: 獨(dú)特的單線接口方式, DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可 9 實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能,多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上,實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。 圖 31 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 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)。 其具有 9 條特點(diǎn): ( 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)溫范圍- 55℃~+ 125℃,在 10~ +85℃時(shí)精度為177。 ℃。 ( 3)零待機(jī)功耗。 ( 4)可編程的分辨率為 9~ 12 位,對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、 ℃、℃和 ℃,可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 ( 5)在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字, 12 位分辨率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字,速度更快。 ( 6)用戶可定義報(bào)警設(shè)置。 ( 7)報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度的器件。 ( 8)結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào),以 一線總線 串行傳送給 CPU,同時(shí)可 64 位 ROM 和 單 線 接 口 存儲(chǔ)器與控制邏輯 高速緩存 溫度傳感器 8 位 CRC 發(fā)生器 配置寄存器 高溫觸發(fā)器 低 溫觸發(fā)器 10 傳送 CRC 校驗(yàn)碼,具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 DS18B20作 為新型的一線器件,能夠方便的和中心處理器進(jìn)行連接,并具有很大的擴(kuò)展空間。溫度范圍較廣,使得整體的測(cè)溫范圍能大幅度的上升,零待機(jī)消耗更是起到了節(jié)能的作用。利用用戶能自定義報(bào)警設(shè)置這一特點(diǎn),能夠在實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能上得到很大的便利,同時(shí)極強(qiáng)的抗干擾性能使得溫度的檢測(cè)更加準(zhǔn)確,作為溫度計(jì)最基本的要求,準(zhǔn)確必須滿足。這些好處使得 DS18B20最終被選擇。 DS18B20 的測(cè)溫原理 DS18B20 的測(cè)溫原理如圖 32 所示, 圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1,高 溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變,所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入,圖中還隱含著計(jì)數(shù)門,當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí), DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù),進(jìn)而完成溫度測(cè)量 .計(jì)數(shù)門的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定,每次測(cè)量前,首先將 55 ℃ 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1 和溫度寄存器中,減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55 ℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 首先用 DS1820 提供的讀暫存寄存器指令 (BEH)讀出以 ℃ 為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果,然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位 (LSB),得到所測(cè)實(shí)際溫度整數(shù)部分 T 整數(shù),然后再用 BEH 指令讀取計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)剩余值 M 剩余和每度計(jì)數(shù)值 M 每度,考慮到 DS1820 測(cè)量溫度的整數(shù)部分以 ℃ 、 ℃ 為進(jìn)位界限的關(guān)系,實(shí)際溫度 T 實(shí)際可用下式計(jì)算得到: T 實(shí)際 =(T 整數(shù)- ℃ )+(M每度- M 剩余 )/M 每度 。 11 圖 32 DS18B20 測(cè)溫原理圖 顯示器的選擇 由于設(shè)計(jì)中要求同時(shí)顯示測(cè)試溫度、溫度上限、溫度下限和開(kāi)機(jī)時(shí)間,因此顯示屏首先要能夠一次性容納這些字符。工作電壓不能太高,與單片機(jī)的連接方式需要簡(jiǎn)單,顯示準(zhǔn)確。本設(shè)計(jì)中采用的是 1602 型 LCD 液晶屏能夠很好的滿足這些要求。 此液晶屬于 工業(yè)字符型液晶,能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符 。 LCD 液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件,只要 2~ 3 伏就可以工作,工作電流僅為幾微安,是任何顯示器無(wú)法比擬的,同時(shí)可以顯示大量信息,除數(shù)字外,還可以顯示文字、曲線,比傳統(tǒng)的數(shù)碼 LED 顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 1602 擁有很多出色的優(yōu)點(diǎn): (1) 顯示質(zhì)量高,由于液晶顯示器的每一個(gè)點(diǎn)收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光,因此液晶顯示器的畫質(zhì)高而且不會(huì)閃爍。 (2) 數(shù)字式接口,液晶顯示器都是數(shù)字式的,和單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單操作也很低溫度系數(shù)晶振 高溫度系數(shù)晶振 預(yù)置 斜率累加器 計(jì)數(shù)器 1 =0 計(jì)數(shù)器 2 =0 比較 預(yù)置 溫度寄存器 12 方便。 (3) 功率消耗小,相比而言液晶顯示器的主要功耗在內(nèi)部電極和驅(qū)動(dòng) IC上,因而耗電量比其他器件要小很多。 13 4 電路原理 整個(gè)設(shè)計(jì)的電路包括了最小系統(tǒng) 電路、溫度控制電路、溫度顯示電路、按鍵電路和報(bào)警電路五部分電路組成。 晶振電路與復(fù)位電路 晶振電路和復(fù)位電路與單片機(jī)連接構(gòu)成最小系統(tǒng)電路,如何選取合適的引腳,選取何種連接方式都至關(guān)重要。因此需要了解 AT89S52 的引腳特點(diǎn)。 圖 41 AT89S52單片機(jī)引腳圖 在晶振電路中,主要用到了 XTAL1 和 XTAL2 兩個(gè)引腳。 ( 1) XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 ( 2) XTAL2:來(lái)自反向振蕩器的輸出。 在晶振電路中, AT89S52 具有兩種晶振方 式,一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式,但需要在引腳外接石英晶體和振蕩電容,振蕩電容的值一般取 1030pf。另一 14 種是外部時(shí)鐘方式,即將 XTAL1 接外部時(shí)鐘, XTAL2 腳懸空。本設(shè)計(jì)的晶振電路如圖 42所示。 圖 42 晶振電路 單片機(jī)的晶振頻率采用 ,加兩個(gè) 30pF 電容
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