【正文】 6 2 數(shù)字溫度計系統(tǒng)器件選擇 單片機的選擇 AT89C51簡介 對于單片機的選擇，考慮到實用性、可 操作性以及購買方便等問題的考慮，選擇由 美國 ATMEL公司生產的 AT89C51單片機 ,AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦 只讀存儲器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器。單片機AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用 ， 系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電， 外形及引腳排列如 圖 。 GND：接地。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1口管腳寫入 1后，被內部上拉為高，可用作輸 8 入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸 出電流，這是由于內部上拉的緣故。 P2口： P2口為一個內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當 P2口被寫 “1” 時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內部上拉的緣故。在給出地址“1” 時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器 的內容。 P3口： P3口管腳是 8個帶內部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL門電流。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：復位輸入。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為 振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 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。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN有效。 /EA/VPP：當 /EA保持低電 平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2應 不接。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非 空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行 。在閑置模式下， CPU停止工作。在掉電模式下，保存 RAM的內 容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止 。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器 ， SBUF 數(shù)據(jù)緩 沖寄存器這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。CPU在讀 SBUF時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。操作 SBUF寄存器的方法則很簡單，只要把這個 99H 地址用關鍵字 sfr定義為一個變量就可以對其進行讀寫操作了，如 sfr SBUF = 0x99。通常在標準的 等頭文件中已對其做了定義，只要用 include引用就可以了。 SCON就是 51芯片的串行口控制寄存器。 51芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設置就是使用 SCON寄存器。串行口工作模式設置。在模式 0中要求該位為 0。 REM是由軟件置位或清零。大家也可以用上面的實際源碼加入 REM=0來進行實驗。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。該位可能是奇偶位，地址 /數(shù)據(jù)標識位。在模式1中，當 SM2=0， RB8是已接收數(shù)據(jù)的停止位。在模式 0，發(fā)送完第 8位數(shù)據(jù)時，由硬件置位。 TI置位后，申請中斷， 12 CPU響應中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。 RI接收中斷標識位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。但在模式 1中， SM2=1時，當未收到有效的停止位，則不會對 RI置位。常用的串 口模式 1是傳輸 10 個位的， 1位起始位為 0,8位數(shù)據(jù)位，低位在先， 1位停止位為 1。 溫度傳感器的選擇 由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉換成對應的溫 度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復雜，制作成本相對較高 ,處理電路復雜、可靠性相對較 差， DS18B20是一線制數(shù)字溫度傳感器 ,它可將溫度信號直接轉換成串行數(shù)字信號送給微處理器 ,電路簡單 ,成本低 , 因此 這里采用 DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20作為 測溫元件。 DALLAS半導體公司的數(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。被測溫度用 13 符號擴展的 16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產生；多個 DS18B20可以并聯(lián)到 3根或 2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多 DS18B20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。 外形圖如圖 。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖 ， DQ為 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源 ； GND為 地信號 ； VDD為 可選擇的 VDD引腳 ， 當工作于寄生電源時，此引腳必須接地 ， 其電路圖 。 ℃ 15 （ 6） 零待機功耗 （ 7） 可編程的分辨率為 9～ 12位，對應的可分辨溫度分別為 ℃ 、℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 （ 8） 在 9位分辨率時最多在 ， 12位分辨率時最多在 750ms內把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快 （ 9） 測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 “ 一線總線 ” 串行傳送給CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 （ 10） 負電壓特性，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 溫度傳感器 DS18B20的工作原理 DS18B20測溫原理如圖 。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數(shù)器 2的脈沖輸入。計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器 1的預置值減到 0時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1的預置將重新被裝入，計數(shù)器 1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產生 的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2計數(shù)到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。 16 圖 DS18B20測溫原理圖 由表 1可見， DS18B20溫度轉換的 時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間越長。 高速暫存 RAM的第 8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1， 第 9字節(jié)讀出 前面所有 8字節(jié)的 CRC碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。轉換完成后的溫度值就以 16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2字節(jié)。 當符號位 S=0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位 S=1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。 低溫度系數(shù)晶振 高溫度系數(shù)晶振 預 置 斜 率 累 加 器 比 較 計 數(shù) 器 1 溫 度 寄 存 器 預 置 計 數(shù) 器 2 = 0 = 0 停 止 加 1 LSB 置位 /清除 17 表 1 BS18B20溫度轉換時間表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉換時 /mm 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 1 1 12位 DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 RAM中的 TH、 TL字節(jié)內容作比較。因此，可用多只 DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。主機ROM的 前 56位來計算 CRC值，并和存入 DS18B20的 CRC值作比較，以判斷主機收到的 ROM數(shù)據(jù)是否正確。 （ 2） 在實際使用中發(fā)現(xiàn)，應使電源電壓保持在 5V左右，若電源電壓過低，會使所測得的溫度精度降低。在使用 PL/M、 C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對 DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 （ 5） 在 DS18B20測溫程序設計中，向 DS18B20發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待 DS18B20的返回信號，一旦某個 DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該 DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)，這一點在進行 DS18B20硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視 。在單片機控制系統(tǒng)中 ,因為單片機的硬件簡單、靈活等特點 ,非常適合使用 LED數(shù)碼管作為其輸出設備 ,這樣既滿足了控制系統(tǒng)硬件簡單 ,又能如實地顯示被控系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、高度等一些單片機的處理結果。 本 設計 大體