【正文】 搜索報警的 DB18B20 DSl8B20 與系統(tǒng)硬件接口 DSl8B20 的優(yōu)點在多點溫度檢測系統(tǒng)中可以更好地體現(xiàn)出來， DSl8B20 的管 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 腳只有 3 根，即電源、地、數(shù)據(jù)線，多點溫度檢測 系統(tǒng)。在單片機系統(tǒng)中，一條數(shù)據(jù)線實際上最多只能接 8 個 DSl8B20，如果實際應(yīng)用中 8 個數(shù)字傳感器還不能滿足用戶的要求的話，可以再增加使用單片機的其他數(shù)據(jù)線。通常在總線上接一個上拉電阻，這樣，當總線空閑時，其狀態(tài)為高電平。 溫度數(shù)據(jù)采集模塊接口電路 如圖 32 所示 DS18B20 只需要接到控制器（單片機）的一個 I/O 口上，由于單總線為開漏所以需要 外接一個 的上拉電阻。如要采用寄生工作方式，只要將 VDD 電源引腳與單總線并聯(lián)即可。但在程序設(shè)計中，寄生工作方式將會對總線 的狀態(tài)有一些特殊的要求。 圖 32 硬件連接 濕度數(shù)據(jù)采集模塊 SHT11 濕度傳感器的感濕原理 SHT11 傳感器默認的測量溫度和相對濕度的分辨率分別為 14 位、 12 位 ,通過狀態(tài)寄存器可降至 12 位、 8 位。濕度測量范圍是 0～ 100 %RH,對于 12 位 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 的分辨率為 %RH；測溫范圍為 40～ +℃，對于 14 位的分辨率為 ℃。每個傳感器芯片都在極為精確的濕度室中標定，校準系數(shù)以程序形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，在測量過程中可對相對 濕度自動校準，使 SHT11 具有 100%的互換性。其測量過程如下 : 首先利用 2 只傳感器分別產(chǎn)生相對濕度、溫度的信號；然后經(jīng)過放大，分別送至 A/D 轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準和糾錯；再通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至微控器；最后利用微控器完成非線性補償和溫度補償。 SHT11 濕度傳感器采用的是平板電容器結(jié)構(gòu)，在絕緣基片上用平面工藝分別形成上電極、介質(zhì)層和下電極。介質(zhì)層由被測物組成，其介電常數(shù)隨其相對濕度呈線性關(guān)系，即 xokv???? 4 4 4xox t kvtD K e K e K e??? ? ?? ? ? （ 31） 式中 x? —— 材料在不同相對濕度下的介電常數(shù)； o? —— 0%RH 介電常數(shù)； k—— 常數(shù)； v—— 相對濕度； Dx —— 元件在不同相對濕度時的電容量； t—— 電容極板面積； e—— 介質(zhì)層厚度； K— 靜電力常量。 對于一個固定的元件 ,可以設(shè)： 1244ot KtkkK e K e????? （ 32） 則 12xD k k v?? 由上式可以看出， Cx 與 v 呈線性關(guān)系，從而由傳感器電容量的大小即可決定環(huán)境中的相對濕度 [15] 。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 硬件設(shè) 計 溫濕度傳感器芯片 SHT11 采用二線串行數(shù)字接口與 89C51 單片機進行通信，設(shè)計非常簡單。根據(jù)芯片通信協(xié)議，軟件采用 C 語言編寫，通過簡單的控制協(xié)議即可實現(xiàn)單片機對 SHT11 濕度數(shù)據(jù)采集工作 [16]。 SHT11 通過二線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路非常簡單。需要注意的地方是： DATA 數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時鐘線 SCK 用于微處理器和 SHT11 之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對 SCK 最低頻率沒有要求；當工作電壓高于 時， SCK 頻率最高為 ，而當工作電壓低于 V 時， SCK 最高頻率則為 1 MHz。硬件連接如圖 210 所示。 圖 33 硬件連接 數(shù)據(jù)處理模塊方案設(shè)計 芯片介紹 At89s52 是一種低功耗、高性能 CMOS 工藝（低功耗） 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash。 AT89S52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié) ， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 [17] AT89S52 引腳功能 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P P P3 口為準雙向口 ，在內(nèi)部差別不大，但使用功能有所不同。 P1 口用戶專用 8 位準雙向 I/O 口，具有通用的輸入 /輸出功能，每一位都能獨立地設(shè)定為輸入或輸出。當由輸出方式變?yōu)檩斎敕绞綍r，該位的鎖存器必須寫入“ 1”，然后才能進入輸入操作。 P2 口 8 位準雙向 I/O 口。外設(shè) I/O 設(shè)備時，可作為擴張系統(tǒng)的地址總線，輸出高 8 位地址，與 P0 口一起組成 16 位地址總線。 P3 口作為通用 I/O 口與 P1 口類似 ——準雙口， P3 口引腳有第二功能，具體定義如下 RST——復(fù)位輸入。當振蕩器工作時， RST 引腳 出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 表 32 單片機的輸出口的特殊定義 RXD 串行口輸出 TXD 串行口輸入 INT0 外部中斷 0 輸入 INT1 外部中斷 1 輸入 T0 定時器 0 外部輸入 T1 定時器 1 外部輸入 WR 外部寫控制 RD 外部讀控制 ALE/PROG——當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 PSEN——程序儲存允許（ PSEN）輸出是外 部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 EA/VPP——外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的 編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 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。 89C51 單片機內(nèi)部由運算器、控制器部件、寄存器及震蕩電路等組成。存儲器用于存儲程序和數(shù)據(jù)。半導(dǎo)體存儲器由一個個單元組成，每個單元可以一個編號（稱地址），一個單元存放一個 8 位的二進制（即一個字節(jié)），當一個數(shù)據(jù)多 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 于 8 位時就需要多個單元來存放。微機的存儲器地址空間有兩種結(jié)構(gòu)形式，普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)： 普林斯頓結(jié)構(gòu)特點是，微機只有一 個地址空間， ROM 和 RAM 被安排在這一地址空間的不同區(qū)域，一個地址對應(yīng)唯一的一個存儲器單元， CPU 訪問 ROM 和 RAM 使用的是相同的訪問指令。 808奔騰等微機采用這種結(jié)構(gòu)。 哈佛結(jié)構(gòu)的特點是微機的 ROM 和 RAM 被安排在兩個不同的地址空間，ROM 和 RAM 可以有相同的地址， CPU 訪問 ROM 和訪問 RAM 使用的是相同的訪問指令。 程序存儲器用來存放編好的始終保留的固定程序和表格、常數(shù)。程序存儲器 以程序計數(shù)器 PC 作為地址指針，通過 16 位地址總線，可尋址 64KB 的地址空間。在 8051/8751/89C51/89S51 片內(nèi)，分別有最低地址空間為 4KB 的ROM/EPROM/EEPROM 程序存儲器；而 8031/8032 片內(nèi)，無內(nèi)部 ROM，必須外部擴展程序存儲器 EPROM 8**51 單片機具有擴展 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器 RAM 和 I/O 端口的能力，外部數(shù)據(jù)存儲器和外部 I/O 端口實行統(tǒng)一編址，并使用相同的控制信號、相同的訪問指令 MOVX，以及相同的寄存器間接尋址方式。由于本系統(tǒng)規(guī)模不大，沒有涉及擴展外部數(shù)據(jù)存儲器，所以這里不做詳細介紹。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器是使 用最多的地址空間，所有的操作指令的操作數(shù)只能在此 地址空間或特殊功能寄存器中。 在基本型 51 子系列單片機中，只有 128 字節(jié) RAM，地址為 00H7FH，它和 SFR 的地址空間是連續(xù)的；而在增強型 52 子系列單片機中，共有 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，地址范圍為 00HFFH,高 128 字節(jié) RAM 和 SFR 的地址是重合的，究竟訪問哪一塊地址，是通過不同的尋址方式加一區(qū)分的。訪問高 128 字節(jié) RAM 采用寄存器間接尋址；訪問 SFR 則只能采用直接尋址；訪問低 128 字節(jié) RAM 時 兩種尋址方式均可采用 [18]。 特殊功能寄存器（ SFR）的地址范圍為 80H～ FFH。在 MCS－ 51 中，除程序計數(shù)器 PC 和四個工作寄存器區(qū)外，其余 21 個特殊功能寄存器都在這 SFR 塊中。其中 5 個是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了 26 個字節(jié)。這些特殊功能寄存 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是 P0～ P3，它們實際上是 4 個八位鎖存器（每個 I/O 口一個），每個鎖存器附加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個并行口。 MCS－ 51 共有 P0～ P3 四個這樣的并行口，可提供 32 根 I/O 線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。本文涉及到的特殊功能寄存器有 PTOMD、 IE、 SCON、 SBUF。它們之中除 SBUF 外，都可以位尋址。 P1 口作為通用 I/O 口使用，在電路結(jié)構(gòu)輸出驅(qū)動部分接有上拉電阻。本系統(tǒng)用到 口，上拉電阻為 歐姆。 TMOD 為定時 /計數(shù)器 0、 1 方式控制寄存器。 TMOD=0x20，使用定時器 1，工作在方式 2，方式 2 是 8 位的可自動重裝載的定時 /計數(shù)器方式，最大計數(shù)值 256 其 控制命令格式如圖 。 圖 33 TMOD 控制寄存器命令格式 GATA C/T M1 M0 GATA C/T M1 M0 低四位為 T0 定時器工作方式，高四位為 T1 定時器工作方式。作用如下 : M1/M0 為工作方式選擇位。 C/T 為定時、計數(shù)選擇。 GATE 為門控位。本設(shè)計在串口初始化時將 TMOD 設(shè)置為 0x20,表示 T1 為工作方式 2。（ 8 位自動裝入初值） IE 為中斷允許控制寄存器。其控制命令格式如圖 34。 圖 34 IE 控制 寄存器命令格