【正文】 技 術(shù) 學(xué) 院 22 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 圖 32 DS18B20 字節(jié)定義 由表 33 可見， DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。該字節(jié)各位的定義如圖 3 所示。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。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。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，電壓范圍為 ~； ●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。 AT89C51 單片機(jī)指令與指令系統(tǒng)共有 111 條指令，從無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 20 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。 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。 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。 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 19 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。 （ 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。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. 口。 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。 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。如圖 23 I/O 口位結(jié)構(gòu)圖所示。 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、 P P P3）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)。 ④ EA/VPP 片外程序存儲(chǔ)器選用端。 ② PSEN 片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端低電平有效。 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 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 17 RXD 串行口輸入 TXD 串行口輸出 0IM 外部中斷 0 輸入 1IM 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 WR 片外 RAM 寫選通信號(hào)（輸出） RD 片外 RAM 讀選通信號(hào)（輸出） 4．控制線 控制線共四根。 P3 口除作為準(zhǔn)雙向口使用外。 ④ P3 口： 統(tǒng)稱為 P3 口。也可作為片外存儲(chǔ)器的高 8 位地址線。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。 P1 口作為通用的 I/O 口使用。 ② P1 口： 統(tǒng)稱為 P1 口。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。 ① PO 口： 統(tǒng)稱為 PO 口是 8 位雙向 I/O 口線。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。 XTAL2:接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。 主電源引腳兩根： VCC 接 +5V 電源正端； VSS 接 +5V 電源地端。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。但為 44 個(gè)引腳，其中 4 個(gè)引腳是不使用的。 AT89C51 單片機(jī) 40 個(gè)引腳及總線結(jié)構(gòu)圖如下所示。用來協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。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)。 控制器 控制部件是單片機(jī)的神經(jīng)中樞。但可以由用戶根據(jù)需要指令加以改變。用 于存放指令執(zhí)行后的狀態(tài)，以供程序查詢和判別。 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 15 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。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。 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。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)炔僮鳌? 運(yùn)算器 AT89C51 運(yùn)算器電路以算術(shù)邏輯單元 ALU 為核心。 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部 CPU包括控制器和運(yùn)算器兩部分。是計(jì)算機(jī)的控制指揮中心。 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。也是目前應(yīng)用最無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 14 為廣泛的一種單片機(jī)系列。以下對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。 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。以滿足對(duì)溫度控制的需要。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)。數(shù)字傳感器首先將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在傳送給微控制器作數(shù)據(jù)處理，最后將測量結(jié)果傳輸給網(wǎng)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。 （ 2） 網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器 網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器是包含數(shù)據(jù)傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元的新一代智能傳感器。 此外，專供開發(fā)虛擬傳感器產(chǎn)品的軟件工具也已經(jīng)面市了。 美國 B﹠ K 公司最近已開發(fā)出一種基于軟件設(shè)置的 TEDS 型虛擬傳感器，其主要特點(diǎn) 是每只傳感器都有唯一的產(chǎn)品序列號(hào)并且附帶一張軟盤，軟盤上存儲(chǔ)著對(duì)該傳感器進(jìn)行標(biāo)定的有關(guān)數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，“虛擬傳感器”的概念也被人們所接受，這種傳感器是基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)并且完全通過軟件開發(fā)而成的。虛擬儀器（ VI）是測 量儀器、計(jì)算機(jī)和軟件這三者的有機(jī)結(jié)合。遠(yuǎn)程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。 最新開發(fā)的智能溫度傳感器（例如 MAX665 LM83）還增加了傳感器故障檢測 功能，能自動(dòng)檢測外部晶體管溫度傳感器（亦稱遠(yuǎn)程傳感器）的開路或短路故障。 為防止因人體靜電放電（ ESD）而損壞芯片，一些智能溫度傳感器還增加了ESD 保護(hù)電路，一般可承受 1000 到 4000V 的靜電放電電壓。此外，當(dāng)溫度超過 CPU 的極限溫度時(shí)，嚴(yán)重超溫報(bào)警輸出端 (T_CRIT_T 入 )也能直接關(guān)斷主電 源，并且該端還可以通過獨(dú)立的硬件關(guān)斷電源來切斷主電源，以防主電源控制失靈。微處理器最高可承受的工作溫度規(guī)定為 TH ，臺(tái)式計(jì)算機(jī)一般為 75℃，高檔筆記本電腦的專用 CPU 可達(dá) 100℃。 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 12 LM76 型智能溫度傳感器增加了溫度窗口比較器，非常適合設(shè)計(jì)一個(gè)符合 ACPI( Advance Configuration and Power Interface，即“先進(jìn)配置與電源接口” )規(guī)范的溫控 系統(tǒng)。若故障次數(shù)不滿足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計(jì)數(shù)器就復(fù)位而不會(huì)觸發(fā)中斷端。 為了避免當(dāng)溫控系統(tǒng)受到噪聲干擾時(shí)出現(xiàn)誤動(dòng)作現(xiàn)象，在 AD7416／7417/781 LM75／ 7 MAX6625／ 6626 等智能溫度傳感器芯片內(nèi)部，都設(shè)置一個(gè)可編程的“故障排隊(duì) (faultqueue)”計(jì)數(shù)器，專門用來設(shè)定允許被 測溫度值超過溫度上、下限的次數(shù)?！?— ?式 A/D 轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對(duì)外因元件的精度要求低；由于采用了數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點(diǎn)漂移都不會(huì)影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。 為了提高傳感器的抗干擾能力，新型智能溫度傳感器 (例如 TMP03／ 0LM7 LM83)。上述溫度傳感 器作為從機(jī)，可通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信，由于它們的總線接口符合標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化設(shè)計(jì)，使用戶操作起來更加簡便。目前所采用的總線主要有單線 (1— Wire)總線、 I2 C 總線、 SMBμ s 和 SPI 總線。智能溫度控制器適配各無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 11 種微控制器，構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng)：它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀，既可以工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，亦可選擇單次轉(zhuǎn)換模式。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。 智能溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡便。DSl629 則在片內(nèi)集成了 32 字節(jié)的靜態(tài)存儲(chǔ)器 (RAM)。例如， DSl629 型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘 (RTC)，使其功能更加完善。以 AD7817 型 5 通道智能溫度傳感器為例，它對(duì)本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為 27μ s、 9μ s。 ℃，為實(shí)現(xiàn)精 密測量溫度創(chuàng)造了有利條件。日前，國外己相繼推出多種高精度、高分辨率的智能溫度傳感器，所用的是 9 到 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，分辨率一般可達(dá) 到 ℃。 圖 11 MAX1298／ 1299 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部電路圖 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 10 智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢 進(jìn)入 21 世紀(jì)之后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。當(dāng)芯片溫度或遠(yuǎn)程被測溫度超過最高允許溫度 時(shí)，經(jīng)過串行接口可輸出溫度越限報(bào)警信號(hào)，再通過相應(yīng)的控制電路起到過熱保護(hù)作用。 MAXl298 和MAXl299 具有兩種輸入方式：差分輸入或單 端輸入。芯片中主要包括七部分；內(nèi)部溫度傳感器 (用于測量本地溫度 )， 遠(yuǎn)程測溫通道 (外接 2N3904 型NPN 晶體管，利用其發(fā)射結(jié)來測量遠(yuǎn)程溫度 )，多路轉(zhuǎn)換開關(guān) (即模擬輸入轉(zhuǎn)換器 )， 12 位 ADC，內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，時(shí)鐘電路和 3 線串行接口電路。l℃。 內(nèi)含溫度傳感器的專用集成電路 值得重視的是，目前配置有溫度傳感器的新型專用集成電路也己問世了。智能溫度控制器無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院