【導(dǎo)讀】題目名稱基于AT89c51家庭溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。題目類型畢業(yè)設(shè)計(jì)

　　

【正文】 I/O 線 兩個(gè) 1 6 位定時(shí) 器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中 斷源 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(shí)鐘電路 外部 引腳 VCC：供電電壓。 GND：接 地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏 級(jí)開(kāi) 路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P0口的管腳 第一次 寫(xiě) 1 時(shí) ，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ，它可以被定義為數(shù) 據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行 校驗(yàn) P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén) 電流。 P1 口管腳寫(xiě)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(shí)， 將輸出 電流， 這是由 于內(nèi)部 上拉的 緣故。 在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址 接收。 智能溫度控制系統(tǒng)的概述 第 11頁(yè)（共 33頁(yè)） P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，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(shí)， 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(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取 時(shí)， P2 口輸 出地址的高八位。在給 出地址“ 1”時(shí)，它 利用內(nèi)部上拉優(yōu) 勢(shì)， 當(dāng)對(duì)外部八位地 址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀 寫(xiě)時(shí)， 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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信 號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流 。 當(dāng) P3 口寫(xiě)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。 RST：復(fù) 位輸入 。當(dāng)振 蕩器復(fù) 位器件 時(shí)，要 保持 RST 腳兩 個(gè)機(jī)器 周期的 高電平 時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸 出正脈沖信號(hào)，此頻 率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作 對(duì)外 部輸出的脈沖或 用于定時(shí)目 的。然而要注意的是：每當(dāng) 用作外 部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 如想禁止 ALE 的輸 出可在 SFR8EH 地 址上置 0。此時(shí) ， 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(wú) 效。 /PSEN： 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外 部程 序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè) 機(jī)器周期 兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH） ， 不管 是否有 內(nèi)部程 序存儲(chǔ) 器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定 為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高 電平時(shí) ，此間 內(nèi)部程 序存儲(chǔ) 器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于 施加 12 V 編程電源（ VPP）。 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。 智能溫度控制系統(tǒng)的概述 第 12頁(yè) （共 33頁(yè)） XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 溫度傳感器的選擇 DS18B20 的介紹 美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 一線總線 接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ ONB0ARD）專利技術(shù)。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)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、 更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。目前 DS18B20 批量采購(gòu)價(jià)格僅 10 元左右。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測(cè)溫原理 DS18B20 的主要特征 ： （ 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）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實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊； （ 3） 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； （ 4） 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)； （ 5）溫范圍－ 55℃～＋ 125℃，在 10～ +85℃時(shí)精度為177。 ℃； （ 6）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； （ 7）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； （ 8）測(cè)量結(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)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力； （ 9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 智能溫度控制系統(tǒng)的概述 第 13頁(yè)（共 33頁(yè)） 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 。 DS18B20 引腳定義： (1) GND 為電源地； (2) DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； (3)VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 圖 1 ds18b20引腳分布圖 DS18B20 的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解 18B20 的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。 18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ DS18B20的編碼是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。 DS18B20 共 64位 ROM。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20 共 9個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè)字節(jié)為 8位。第 2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第 5 個(gè)字節(jié)則是用戶第 3個(gè) EEPROM 的鏡像。第 8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第 9個(gè)字節(jié)為前 8個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3位 EEPROM，并在 RAM智能溫度控制系統(tǒng)的概述 第 14頁(yè) （共 33頁(yè)） 都存在鏡像，以方便用戶操作。 控制器對(duì) 18B20 操作流程： 1， 復(fù)位：首先我們必須對(duì) DS18B20 芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單 片機(jī)）給 DS18B20 單總線至少 480uS 的低電平信號(hào)。當(dāng) 18B20 接到此復(fù)位信號(hào)后則會(huì)在15~60uS 后回發(fā)一個(gè)芯片的存在脈沖。 2， 存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在15~60uS 后接收存在脈沖，存在脈沖為一個(gè) 60~240uS 的低電平信號(hào)。至此，通信雙方已經(jīng)達(dá)成了基本的協(xié)議，接下來(lái)將會(huì)是控制器與 18B20 間的數(shù)據(jù)通信。如果復(fù)位低電平的時(shí)間不足或是單總線的電路斷路都不會(huì)接到存在脈沖，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意意外情況的處理。 3， 控制器發(fā)送 ROM 指令：雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交 流了， ROM 指令共有 5 條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條， ROM 指令分別是讀 ROM 數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍 ROM、芯片搜索、報(bào)警芯片搜索。 ROM 指令為 8 位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片內(nèi)的 64 位光刻 ROM 進(jìn)行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個(gè)器件并作處理。誠(chéng)然，單總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過(guò)每個(gè)器件上所獨(dú)有的 ID 號(hào)來(lái)區(qū)別，一般只掛接單個(gè) 18B20 芯片時(shí)可以跳過(guò) ROM指令（注意：此處指的跳過(guò) ROM 指令并非不發(fā)送ROM指令，而是用特有的一條“跳過(guò)指令”）。 ROM 指令在下文有詳細(xì)的介紹。 4， 控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令：在 ROM 指令發(fā)送給 18B20 之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。操作指令同樣為 8 位，共 6 條，存儲(chǔ)器操作指令分別是寫(xiě) RAM 數(shù)據(jù)、讀 RAM 數(shù)據(jù)、將 RAM 數(shù)據(jù)復(fù)制到 EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將 EEPROM 中的報(bào)警值復(fù)制到 RAM、工作方式切換。存儲(chǔ)器操作指令的功能是命令 18B20 作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。 5， 執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫(xiě)：一個(gè)存儲(chǔ)器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，這個(gè)操作要視存儲(chǔ)器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待 18B20 執(zhí)行其 指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為 500uS。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)指令則需要嚴(yán)格遵循 18B20 的讀寫(xiě)時(shí)序來(lái)操作。數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)方法將有下文有詳細(xì)介紹。 若要讀出當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個(gè)周期為復(fù)位、跳過(guò)ROM指令、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器操作指令、等待 500uS 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間。緊接著執(zhí)行第二個(gè)周期為復(fù)位、跳過(guò) ROM指令、執(zhí)行讀 RAM的存儲(chǔ)器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為 9智能溫度控制系統(tǒng)的概述 第 15頁(yè)（共 33頁(yè)） 個(gè)字節(jié)，中途可停止，只讀簡(jiǎn)單溫度值則讀前 2 個(gè)字節(jié)即可）。其它的操作流程也大同小異，在此不多介紹。 DS18B20 測(cè)溫原理：低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入。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。計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。 DS18B20功能特點(diǎn)： 1. 采用單總線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根 I/O 線，在一根線上可以掛接多個(gè) DS18B20。 2. 每只 DS18B20 具有一個(gè)獨(dú)有的，不可修改的 64 位序列號(hào)，根據(jù)序列號(hào)訪問(wèn)地應(yīng)的器件。 3. 低壓供電，電源范圍從 3~5V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生電源方式）。 4. 測(cè)溫范圍為 55~+125,℃在 10~85℃℃范圍內(nèi)誤差為177。 ℃。 5. 可編輯數(shù)據(jù)為 9~12 位，轉(zhuǎn)換 12位溫度時(shí)間為 750ms（最大）。 6. 用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度。 7. 報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址哪個(gè)器件的溫度超出預(yù)定值。 8. DS18B20 的分辯率由用戶通過(guò) EEPROM 設(shè)置為 9~12 位。 9. DS18B20 可將檢測(cè)到溫度值直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過(guò)串行通信的方式 與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 DS18B20 有 4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 64 位光刻 ROM 的排列是：開(kāi)始 8位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的 48位是該 DS18B20 自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃形式表達(dá)，其中 S為符號(hào)位。 溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 智能溫度控制系統(tǒng)的概述 第 16頁(yè) （共 33頁(yè)） TH、 TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 。 DS18B20 使用中的注意事項(xiàng) DS18B20 雖然具