【正文】 3 控制器（1）指令寄存器 IR和指令譯碼器。：未定義。F0：用戶標志位：用戶可用軟件對 F0置位“1”或清“0”，以決定程序的流向。有進位或借位，則 Cy＝1,否則 Cy＝0 ；在布爾運算時，Cy（簡稱 C）作為布爾處理器。 （4）程序狀態(tài)標志寄存器 PSW：用來存放當(dāng)前指令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征，以便為下一條指令的執(zhí)行提供依據(jù)。乘法時，B 用來存放乘數(shù)以及積的高字節(jié)；除法時，B 用來存放除數(shù)及余數(shù)。 （2）累加器 A：在算術(shù)／邏輯運算中存放一個操作數(shù)或結(jié)果，在與外部存儲器和I/O接口打交道時，進行數(shù)據(jù)傳送都要經(jīng)過 A來完成。這樣小的功耗很適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。3．2．2 電源89C2051有很寬的工作電源電壓，可為 ～6V,當(dāng)工作在 3V時，電流相當(dāng)于 6V工作時的 1/4。但是限定 9腳電流之和小于 ，引腳的平均電流只 9mA。P3 口作輸入口使用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（IIL）。P3 口輸出緩沖器可吸收 20mA電流。? P3口：～、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的 7個雙向 I/O端口。對端口寫 1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可作輸入口。 和 精密模擬比較器的正相輸入(AIN0)和反相輸入(AIN1)?！?．2 AT89C2051 外部單元3．2．1 引腳89C2051共有 20條引腳，詳見圖 。同時 AT89C2051的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有 RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。特性? 與 MCS－51 產(chǎn)品兼容? 2K字節(jié)可重編程閃存－耐久性：1,000 次讀/寫周期? 工作電壓 V? 全靜態(tài)運行：0Hz 至 24MHz? 兩級程序鎖存? 1288位內(nèi)部 RAM? 15個可編程 I/O口? 兩個 16位定時器/計數(shù)器? 六個中斷源? 可編程串行 UART（ = Universal Asynchronous Receiver Transmitter,通用異步收發(fā)器)通道? 可直接驅(qū)動 LED的輸出? 芯片級模擬比較器? 低功耗空閑模式和微功耗模式（Powerdown mode）AT89C2051是美 國 ATMEL 公 司 生 產(chǎn) 的一個低電壓，高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀 Flash程序存儲器和 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash存儲單元，功能強大 AT89C2051單片機可為用戶提供許多高性價比的應(yīng)用場合。95 年出現(xiàn)在中國市場。這一點在進行 DS1820 硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點接地。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。試驗中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)單總線上所掛 DS1820 超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。在使用 PL/M 、 C 等高級語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對 DS1820 操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。（3）轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0 ，這 5 位為 0 ，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0 ，這 5 位為 1 ，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度。單總線僅在主機發(fā)出讀寫時序時才向主機傳送數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。（所有的讀寫時序至少需要 60us ，且每個獨立的時序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時間。2．5 DS18B20 使用注意事項 DS1820 在實際應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾方面的問題：（1）每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500us ，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 16us～60us 左右，然后發(fā)出 60us～240us 的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號后表示復(fù)位成功。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進行。圖 DS18B20 組成的 1WIRE 網(wǎng)絡(luò) 1WIRE 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是分時定義的，有嚴格的時隙概念，下圖是復(fù)位脈沖的時隙。2．4 DS18B20 測溫過程 1WIRE 網(wǎng)絡(luò)具有嚴謹?shù)目刂平Y(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖 ，一般通過雙絞線與 1WIRE 元件進行數(shù)據(jù)通信，它們通常被定義為漏極開路端點，主 / 從式多點結(jié)構(gòu)，而且一般都在主機端接上一個上拉電阻 +5V 電源。 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 TH ， TL 作比較，若 TTH 或 TTL, 則將該器件內(nèi)的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。溫度傳感器在測量完成后將測量的結(jié)果存儲在 DS18B20的兩個 8BIT的 RAM中，單片機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)的存儲格式如下表（以 12位轉(zhuǎn)化為例)：基于單總線溫度傳感器的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 13圖 溫度信號寄存器格式 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0 ，這 5 位為 0 ，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0 ，這 5 位為 1 ，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度。由于每一個 DS18B20 的 ROM 數(shù)據(jù)都各不相同，因此微控制器就可以通過單總線對多個 DS18B20 進行尋址，從而實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 。 光刻 ROM中的 64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20的地址序列碼。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉基于單總線溫度傳感器的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 12就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55 ℃ 所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55 ℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，很敏感的振蕩器，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入，為計數(shù)器 2 提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖。這種方式避免了測溫過程中的 A/D轉(zhuǎn)換，提高了溫度測量的精度。本次設(shè)計中采用的為 12位分辨率，即 750MS轉(zhuǎn)換時間2．3 DS18B20 測溫原理DS18B20其內(nèi)部含有兩個溫度系數(shù)不同的溫敏振蕩器，其中低溫度系數(shù)振蕩器相當(dāng)于標尺，高溫度系數(shù)振蕩器相當(dāng)于測溫元件，通過不斷比較兩個溫敏振蕩器的振蕩周期得到兩個溫敏振蕩器在測量溫度下的振蕩頻率比值。 R1 和 R0 用來設(shè)置分辨率，如下表所示:（DS18B20 出廠時被設(shè)置為 12 位）表 分辨率設(shè)置R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間0 0 9 位 ms0 1 10 位 ms1 0 11 位 375 ms0 0 12 位 750 ms 由表可知，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。寄存器各位的內(nèi)容如下： 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 11表 DS18B20 的設(shè)置寄存器各位內(nèi)容BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0TM R1 R0 1 1 1 1 1 該寄存器的低五位一直都是 1,TM是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。主機根據(jù) ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)，可用來保證通信正確。第三個和第四個字節(jié)是 TH 、 TL 的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。數(shù)據(jù)先寫入 RAM ，經(jīng)校驗后再傳給 E2RAM 。在類似這種溫度的情況下，推薦使用 DS18B20的 VDD引腳。在強上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不走的問題，因此也適合于多點測溫應(yīng)用，缺點就是要多占用一根 I/O口線進行強上拉切換。DS18B20 從單線信號線上汲取能量，在信號線 DQ處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。NC 為空腳。圖中 GND為地，I/O 為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線） ，該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。2．1．2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：溫度傳感器，64 位光刻 ROM，非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL，高速暫存器。DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報警溫度的設(shè)定值。電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20 的測量分辨率可通過程序設(shè)定 9～12 位。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而 使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。（5）供電方式靈活。（4）持多點組網(wǎng)功能。C 。C 范圍內(nèi)，精度為 177。（2）測量溫度范圍寬。2．1．1 性能特點 （1）采用單總線的接口方式?；趩慰偩€溫度傳感器的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 72 數(shù)字溫度傳感器 DS18B202．1 DS18B20 概述由 dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 ds18b20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器,可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。僅當(dāng)被測溫度連續(xù)超過上限或低于下限的次數(shù)達到或超過所設(shè)定的次數(shù)n(n=1~4)時，才能觸發(fā)中斷端。Σ－Δ 式 A／D 轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對外圍元件的精度要求低；由于采用了數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點漂移都不會影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。（4）高可靠性及安全性設(shè)計 傳統(tǒng)的 A/D轉(zhuǎn)換器大多采用積分式或逐次比較式轉(zhuǎn)換技術(shù)，其噪聲容限低，抑制混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差。（3）總線技術(shù)的標準化與規(guī)范化 目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1Wire)總線、I2C 總線、SMBus 總線和 spI總線。典型產(chǎn)品有DS16DS162TCN7LM7MAX6625。對某些智能溫度傳感器而言，主機(外部微處理器或單片機)還可通過相應(yīng)的寄存器來設(shè)定其 A/D轉(zhuǎn)換速率(典型產(chǎn)品為 MAX6654)，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時間(典型產(chǎn)品為 DS1624)。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。例如，DS1629 型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘（RTC），使其功能更加完善。以 AD7817型 5通道智能溫度傳感器為例，它對本地傳感器、每一路遠程傳感器的轉(zhuǎn)換時間分別僅為 27μs、9μs。℃。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是 9~12位 A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達 ~℃。1．5 智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢進入 21世紀后，智能溫度傳感器正朝著總線標準化、多功能、高精度、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。主機或從機通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放總線，而讓其它設(shè)備使用總線。同時，基于單總線技術(shù)能較好地解決傳統(tǒng)識別器普遍存在的攜帶不便，易損壞，易受腐饋，易受電磁干擾等不足，因此，單總線具有廣闊的應(yīng)用前景，是值得關(guān)注的一個發(fā)展領(lǐng)域。CPU 只需一根端口線就能與諸多單總線器件通信，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。而單總線（ 1wire bus ） ，它采用單根信號線，既傳輸時鐘，又傳輸數(shù)據(jù)，最基本的操作有初始化、寫和讀 3種，所有其它的操作都由這 3種基本操作組合而成。其中 I 2C 總線以同步串行 2 線方式進行通信（一條時鐘線，一條數(shù)據(jù)線） ， SPI 總線則以同步串行 3 線方式進行通信（一條時鐘線，一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線） 。（4）促成了傳感器多功能化智能式傳感器可以實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)綜合測量，可編程擴大測量與使用范圍；有一定的自適應(yīng)能力，根據(jù)檢測對象或條件的改變，相應(yīng)地改變量程及輸出數(shù)據(jù)的形式；具有數(shù)字通訊接口功能，直接送入遠地計算機進行處理；具有多種數(shù)據(jù)輸出形式 (如RS232串行輸出，PIO 并行輸出，IEEE488 總線輸出以及經(jīng) D／A 轉(zhuǎn)換后的模擬量輸出等)，適配各種應(yīng)用系統(tǒng)。（2） 提高了傳感器的可靠性集成傳感器系統(tǒng)小型化，消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的某些不可靠因素，改善了整個系統(tǒng)的抗干擾性能；同時它具有自診斷、自校準和數(shù)據(jù)存儲功能(對于智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)還有自適應(yīng)功能)，具有良好的穩(wěn)定性。 智 能