【正文】 兼容產(chǎn)品，具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料豐富等特點(diǎn)。直到現(xiàn)在MCS51仍不失為單片機(jī)中的主流機(jī)型。由于8位單片機(jī)的高性能價(jià)格比，估計(jì)近十年內(nèi)，8位單片機(jī)仍將是單片機(jī)中的主流機(jī)型[3]。它和一般的集成電路相比有較好的抗干擾能力，對(duì)環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應(yīng)性，可以在工業(yè)條件下穩(wěn)定工作。如MCS51系列單片機(jī)控制的“船舶航行狀態(tài)自動(dòng)記錄儀”、“煙葉水分測(cè)試儀”、“智能超聲波測(cè)厚儀”等。將測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理功能和實(shí)時(shí)控制功能，使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。其應(yīng)用大致可分為以下幾方面[3]：（1）機(jī)電一體化設(shè)備的控制核心機(jī)電一體化是機(jī)械設(shè)備發(fā)展的方向。最典型的機(jī)電產(chǎn)品機(jī)器人，每個(gè)關(guān)節(jié)或動(dòng)作部位都是一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的前端采集單元，由主控計(jì)算機(jī)發(fā)出采集命令，再將采集到的數(shù)據(jù)逐一送到主計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。（3）分布控制系統(tǒng)的前端控制器在直接控制級(jí)的計(jì)算機(jī)分布控制系統(tǒng)(DCS)中，單片機(jī)作為過程控制中每一分部操作或控制的控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、反饋計(jì)算、控制輸出，并在上位機(jī)命令的指揮下進(jìn)行相應(yīng)協(xié)調(diào)工作。采用單片機(jī)的智能化儀表可具有自整定、自校正、自動(dòng)補(bǔ)償和自適應(yīng)功能，還可進(jìn)行數(shù)字PID調(diào)節(jié)，軟件消除電流熱噪聲等等，解決傳統(tǒng)儀表所不能解決的難題。許多工業(yè)儀表中的智能流量計(jì)，氣體分析儀、成分分析儀等也采用了這項(xiàng)技術(shù)。（5）消費(fèi)類電子產(chǎn)品控制該應(yīng)用主要反映在家電領(lǐng)域，如洗衣機(jī)、空調(diào)器、保安系統(tǒng)、VCD視盤機(jī)、電子秤、IC卡、手機(jī)、BP機(jī)等。（6）終端及外圍設(shè)備控制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，如銀行終端、商業(yè)POS（自動(dòng)收款機(jī)）以及計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備如打印機(jī)、通信終端和智能化UPS等。本文的主要工作是研究與設(shè)計(jì)一種基于AT89S51的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，使之應(yīng)用于大棚及其它工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面，在實(shí)用中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。系統(tǒng)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。溫度控制系統(tǒng)采用AT89S51八位機(jī)作為微處理單元進(jìn)行控制。溫度傳感器把采集的信號(hào)與單片機(jī)里的數(shù)據(jù)相比較來控制溫度控制器。溫度測(cè)量電路單 片 機(jī)光強(qiáng)測(cè)試時(shí)鐘電路復(fù)位電路鍵盤顯示報(bào)警電路制冷電路制熱電路 基于單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)框圖2 方案論證本章主要對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目進(jìn)行了分析，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，綜合比較幾種設(shè)計(jì)方法，提出了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的最佳方案。即以單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)溫室大棚溫度的自動(dòng)檢測(cè)。當(dāng)溫度高于設(shè)定的報(bào)警上限溫度時(shí)，打開降溫裝置進(jìn)行調(diào)整使溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)；當(dāng)溫度低于設(shè)定的報(bào)警下限溫度時(shí)，打開升溫裝置進(jìn)行調(diào)整使溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是能對(duì)溫度進(jìn)行自動(dòng)的檢測(cè)、控制和報(bào)警。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要用到的知識(shí)點(diǎn)有單片機(jī)的原理及其應(yīng)用，溫度傳感器的原理和應(yīng)用，及鍵盤和顯示電路的設(shè)計(jì)等。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測(cè)量溫度)、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。因?yàn)榱鬟^AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kΩ時(shí)，輸出電壓隨溫度的變化為1mV/K。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使=。但這樣調(diào)整只可保證在0℃或25℃附近有較高精度。 基于AD590測(cè)溫基本應(yīng)用電路智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。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。典型產(chǎn)品有DS18B20，智能溫度控制器適配各種微控制器，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。同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為55℃~+125℃，在10℃~+85℃范圍內(nèi),℃?！妗＿m合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測(cè)量。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V~，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。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?，F(xiàn)在，新一代的“DS1820”體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。DS18BDS1822“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器[6]。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)以熱敏電阻為溫度敏感元件，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號(hào)處理電路，而且熱敏電阻的可靠性較差,測(cè)量溫度的準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)的精度差。另外，模擬傳感器特征參數(shù)的不一致性和放大器的零點(diǎn)漂移問題使系統(tǒng)調(diào)試變得十分困難。單總線數(shù)字溫度傳感器克服了上述不足。監(jiān)測(cè)對(duì)象越多越能顯示其優(yōu)越性；硬件施工工作量少；系統(tǒng)維修方便。由于大棚溫度巡檢的速度并不要求太快，所以單總線速率較慢的問題不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成明顯的不良影響。LED雖然價(jià)格便宜，但在現(xiàn)代的許多儀表、各種電子產(chǎn)品中逐漸被LCD所取代。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。優(yōu)點(diǎn)為[7]：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。3）體積小、重量輕,液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。雖然LCD顯示器的價(jià)格比數(shù)碼管要貴，但它的顯示效果好，是當(dāng)今顯示器的主流，所以采用LCD 作為顯示器。凌陽的16位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計(jì)的?！痭SP?（Microcontroller and Signal Processor）16位微處理器芯片（以下簡稱181。圍繞181?！痭SP?系列單片機(jī)（以下簡稱181?！痭SP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。’nSP?內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場合。[8]利用凌陽單片機(jī)有一定的好處凌陽的優(yōu)勢(shì)是硬件性能，抗干擾能力強(qiáng)，但凌陽單片機(jī)我們沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這對(duì)于剛接觸單片機(jī)的我們來說不是很容易上手，其價(jià)格也要比89S51昂貴一些，因此我們并沒有將其作為首選。單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)分支。因此，單片機(jī)的出現(xiàn)大大促進(jìn)了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，成為近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上一個(gè)重要里程碑。單片機(jī)把微型計(jì)算機(jī)的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，運(yùn)行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強(qiáng)。51的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜,I/O口多，程序空間大。單片機(jī)屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。單片機(jī)的典型代表是Intel公司在20世紀(jì)80年代初研制出來的MCS51系列單片機(jī)。以MCS51技術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機(jī)已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對(duì)象，并以此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機(jī)，同時(shí)增加了一些新的功能，所以用AT89S51。又因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)家族的眾多成員中，MCS51系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。（1）AT89S51功能特性概述[10]，AT89S51提供一下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM,32個(gè)I/O口線，看門狗（WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及診斷系統(tǒng)工作。 AT89S51方框圖（2）AT89S51引腳功能介紹AT89S51單片機(jī)為40引腳雙列直插式封裝。各引腳功能簡單介紹如下：●VCC：供電電壓●GND：接地 ●P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每個(gè)管腳可吸收8TTL門電流。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?！馪1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門電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。作為輸入時(shí)，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 AT89S51引腳圖●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門電流。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故?！馬ST：復(fù)位輸入?！馎LE/PROG ：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。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。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效?！馝A/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，訪問外部ROM；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)，訪問內(nèi)部ROM?！馲TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。3 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分包括單片機(jī)控制芯片，溫度測(cè)量電路，溫度顯示電路，報(bào)警電路和溫度控制電路。RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。高電平有效的持續(xù)時(shí)間應(yīng)為24個(gè)振蕩周期以上。本次設(shè)計(jì)中采用按鍵復(fù)位的方法進(jìn)行復(fù)位操作。按鍵復(fù)位是利用開關(guān)按鈕來實(shí)現(xiàn)的，即通電后，按下開關(guān)，使得瞬間RST端的電位與VCC相同，隨著電容上儲(chǔ)能增加，電容電壓也增大，充電電流減少，RESET端的電位逐漸下降。(晶振)電路時(shí)鐘電路對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)而言是必需的。此次設(shè)計(jì)中，我們采用由內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘的方法形成時(shí)鐘電路。時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，即若石英頻率fosc＝6MHz，則時(shí)鐘頻率＝3MH2，因此，時(shí)鐘是一個(gè)雙向信號(hào)，由P1相和P2相構(gòu)成。小電容可以取30PF左右。表31 詳細(xì)的引腳說明8引腳SOIC封裝TO9封裝符號(hào)說明51GND接地42DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。當(dāng)工作在寄生電源模式時(shí)用來提供電源33VDD可選的VDD引腳。2)DS18B20簡述[12]，表31已經(jīng)給出了引腳說明。高速暫存器含有兩個(gè)字節(jié)的溫度寄存器，這兩個(gè)寄存器用來存儲(chǔ)溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。配置寄存器允許用戶將溫度的精度設(shè)定為9，10，11或12位。DS18B20通過達(dá)拉斯公司獨(dú)有的單總線協(xié)議依靠一個(gè)單線端口通訊。在這個(gè)總線系統(tǒng)中，微控制器（主器件）依靠每個(gè)器件獨(dú)有的64位片序列碼辨認(rèn)總線上的器件和記錄總線上的器件地址。單總線協(xié)議，包括指令的詳細(xì)解釋和“時(shí)序”。存儲(chǔ)器有一個(gè)暫存SRAM和一個(gè)存儲(chǔ)高低報(bào)警上、下限值TH和TL的非易失性電可擦除EEPROM組成。所有的存儲(chǔ)器指令不再詳述。這兩個(gè)字節(jié)是只讀的。位4包含配置寄存器數(shù)據(jù)。高速暫存器的位8是只讀的，包含以上八個(gè)字節(jié)的CRC碼，CRC的執(zhí)行方式不再詳述。為了完整的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，高速暫存器能夠在數(shù)據(jù)寫入后被讀取（使用讀暫存器[BEh]）?？偩€控制器傳遞從暫存器到EEPROMTH,TL和配置數(shù)據(jù)必須發(fā)出拷貝暫存器指令[48h]。數(shù)據(jù)也可以通過召回EEPROM命令從暫存器載入EEPROM。 DS18B20存儲(chǔ)器圖4）DS18B20初始化和讀/寫時(shí)序由于DS18B20采用的是1Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì)AT89S51單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì)DS18B20芯片的訪問。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。每一總線時(shí)序傳送一位數(shù)據(jù)。對(duì)于DS18B20的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。②寫流程時(shí)序?qū)τ贒S18B20的寫時(shí)序仍然分為寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩個(gè)過程。 DS18B20的/讀寫時(shí)序5）DS18B20的功能指令[15]DS18B20有六條控制命令，如表32所示：表32 DS18B20控制命令指令 約定代碼 操作說明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH 讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié) 復(fù)制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中 重新調(diào)E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPUCPU對(duì)DS18B20的訪問流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后