毕业设计（论文）-基于AT89C51单片机的多点温度采样系统设计.doc

湖南人文科技学院毕业设计,. 学科分类号：_湖南人文科技学院本科生毕业论文题目（中文）：多点温度采样系统设计 学生姓名： 学号06421129 系 部：通信与控制工程系 专业年级：2006级自动化一班 指导教师： 职 称： 副 教 授 湖南人文科技学院教务处制湖南人文科技学院本科毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 二 年 月 日 多点温度采样系统的设计摘 要: 本设计提出一种基于at89c51单片机为核心的温度控制系统,并采用数字化单总线技术的设计方案应用于温室大棚的温度测量系统。方案采用了一种新型数字温度传感器ds18b20，利用ds18b20嵌入的温度传感器将温室大棚内温度的变化，变换成电流的变化，再转换为电压变化输入模数转换器，通过单线总线传给at89c51单片机，at89c51单片机通过串行输入输出口与pc机进行通信。系统对多点的温度进行实时巡检，同时能够根据pc机指令对温度进行定时采集。温度传感器ds18b20负责温度的采集，单片机将从ds18b20发出的信息读取的温度并与有效温度的上下极值进行比较，若超过有效温度范围则启动报警系统，并给pc机发出相应的信号，否则继续从ds18b20读取温度。该系统具有实用性强、可靠性高等特点。关键词：温度测量；单总线；数字温度传感器；温室大棚；单片机 multi-point temperature of the sampling system designabstract: this design is proposed based on at89c51microcontroller as the core of the temperature control system and its digital single-bus technology used inthe design of the greenhouse temperature measurement system. program uses a new type of digital temperature sensor ds18b20, use ds18b20 temperature sensor embedded inside the greenhouse temperature, transformed into the current changes, and then a converted to voltage input adc, the bus passed through the single at89c51 comicic- rocontroller at89c51 microcontroller input and output through the serial port tounat- e with the pc machine. system for real-time multi-point inspection of temperature, w- hile providing instruction based on the temperature of pc-time acquisition. tempsen- sor for temperature ds18b2collection, microcontroller reads the message from the d- s18b20 temperature and with the effective temperature of the upper and lower extm- comparison, if more than the effective temperature range, start alarm system, and to the pc, send the appropriate signals, or continue to read from the ds18b20 temper- rure. the system has a practical and high reliability。key words: temperature measurement; single bus; digital temperature sensor; greenhouses; scm 目 录第一章 绪论11.1 研究的背景及其意义11.2 研究动态21.3 主要研究内容21.4 主要结构安排3第二章方案论证42.1 传感器部分42.2 控制部分52.3系统方案6第三章 硬件的选择83.1 单片机的选择83.1.1 at89c51单片机的功能特点93.1.2 at89c51单片机的引脚说明103.2 温度传感器的选择123.2.1 ds18b20简介133.2.2 ds18b20工作原理143.2.3 ds18b20内部结构15第四章 硬件电路设计194.1 电源以及看门狗电路194.1.1 电源电路194.1.2 看门狗电路194.2 键盘以及显示电路214.2.1 键盘电路214.2.2 温度显示电路234.3 温度检测电路244.4 串口通讯电路254.4.1 通讯电路254.4.2 pc接口电路264.5 整体电路26第五章 软件设计275.1 概述275.2 主程序方案275.3 各模块子程序设计28第六章 系统调试36第七章 总结37致谢38参考文献39附录a：温度测试子程序流程图40附录b：电路原理图41附录c：参考程序42第一章 绪论1.1研究的背景及其意义温度（k）是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量。在工、农业生产和日常生活中，占据着极其重要地位。工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业都与之有关，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑温度对自身系统的影响。温度不但对于工业如此重要，在农业生产中温度的监测与控制也有着十分重要的意义。我国作为世界上最大的农业国，但是人均占有耕地面积少，这对农业的发展有着极大的限制。因此，想要改变这种局面，靠增加耕地面积是不现实的，因此我们要另辟蹊径，想办法来提高单位亩产量。温室大棚技术就是其中一个好的方法。温室大棚是人工创造的一个适合农作物生长的气候环境，来消除温度对生物生长的约束。而且，温室大棚能克服环境对生物生长的限制，使不同的农作物在不适合生长的季节产出。让农作物的生长摆脱了对自然条件的依赖。由于温室大棚技术的普及，使其数量不断增多，温室大棚也成为农业发展的一个十分重要的课题。温室大棚能改变农作物对自然条件的依赖，其主要原因在于改变了环境温度对农作物的影响。因此，对于温室大棚来讲温度的控制才是其关键技术。在早期的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，通过人工读取温度值来知道大棚内的实际温度，然后根据现有温度与额定温度进行比较。看温度是否过高或过低。如果过高，就对大棚进行降温处理;如果过低，就对大棚进行升温处理。这些操作都是在人工情况下进行的，耗费了大量的人力物力。随着国家经济的快速发展和人们需求的变化，农业产业的规模也在不断提高，农产品在大棚中培育的品种也越来越多。对于规模较大数量众多的大棚，早期的温度控制措施就显得不能满足要求并且成本太高。而大型温室大棚的建设对温度检测技术也提出了越来越高的要求。因此,设计一种能够进行多点温度检测系统具有较为广泛的应用价值。多点温度测量显示是近几年的研究课题，随着传感技术与通讯技术的发展，单片机的出现，温度测量仪器应运而生，最近几年的研究更是迅速。采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。因此，单片机对温度的控制问题是一个工农业生产中经常会遇到的问题。基于此，本课题围绕应用于温室大棚的基于单片机的温度测控系统展开应用研究工作。1.2研究动态 由于我国的温室大棚产业起步比较晚，发展时间短，造成我国的温室大棚技术水平比较低，现代化管理程度不高，温室大棚环境监测条件差等状况。因此迫切需要在技术上进一步的进行改进和提高。如何利用自动检测与控制系统有效的控制好温室大棚内的环境因子，以提高温室大棚环境的控制精度和效果，对我国温室业的发展有着不可估量的重要意义。而温度检测技术也是近年的研究课题。随着传感技术与通讯技术的发展，单片机的出现，温度测量仪器应运而生。出现了基于新型avr单片机和数字温度传感器ds18b20的多点温度测量仪器。而温室大棚也随着监测仪器的进步来到了现代化远程监控的时代。随着工业、农业生产效率的不断提高，自动化水平与范围也不断扩大，因而对温度检测技术的要求也愈来愈高，一般可以归纳以下几方面。(1)扩展检测范围现在工业上通用的温度检测范围为一200-3000 c，而今后要求能测量超高温与超低温。尤其是液化气体的极低温度检测更为迫切，如10k以下的温度检测是当前重点研究课题。(2)扩大测温对象温度检测技术将会由点测温发展到线、面，甚至立体的测量。应用范围己经从工业领域延伸到环境保护、家用电器、汽车工业及航天工业领域。(3)发展新型产品利用以前的检测技术生产出适应于不同场合、不同工况要求的新型产品，以满足用户需要。同时利用新的检测技术制造出新的产品。(4)适应特殊环境下的测温对许多场合中的温度检测器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求;又如移动物体和高速旋转物体的测温、钢水的连续测温、火焰温度检测等。(5)显示数字化温度仪表向数字化方向发展。其最大优点是直观、无读数误差、分辨率高、测量误差小，因而有广阔的销售市场。(6)标定自动化应用计算机技术，快速、准确、自动地标定温度检测器。根据上述要求，国内外对温度检测仪的研究将向以下几方面发展。(1) 继续研究传统的温度检测元件，如:热电偶、热电阻、热敏电阻等。(2) 加强新原理、新材料、新加工工艺的开发。如近来己开发的炭化硅薄膜热敏电阻温度检测器，厚膜、薄膜铂电阻温度检测器，硅单晶热敏电阻温度检测器等.(3) 向智能化、集成化、适用化方向发展。新产品不仅要具有检测功能，又要具有判断和指令等多功能，采用微机向智能化方向发展，向机电一体化方向发展。1.3 本设主要内容1 介绍了本设计的研究背景及其意义，在国内外对与多点温度采样系统的发展动态，提出课题的研究目的及意义。2 设计多点温度采样系统实现温室温度的采集、多点温度的显示、温度的巡回显示、报警等功能。3 深入了解多点温度采集系统的结构及基本原理、工作原理、运行特性。同时根据不的的工作环境机选择适合其要求的硬件系统及硬件电路的设计和软件的设计。4 采用at89c51单片机为核心的控制芯片和ds18b20为温度采集部件的设计，并通过调试说明其硬件和软件的可行性。第二章 方案论证多点温度采集系统有则共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、a/d 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：温度采集即温度传感器的选择和系统主控单元的设计。 2.1 传感器部分方案一：热敏电阻作为传统的温度传感器，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差。使用时，将其串接在电路中，在一般情况下，其阻值很小，损耗也很小，不影响电路正常工作;但若有过流发生，其温度升高，它的阻值随之急剧升高，达到限制电流的保护作用，避免损坏电路中的元器件。当故障排除后，温度自动下降，又恢复到低阻状态，因此对于检测温度的信号是不适用的。在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如ad590,lm35等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过a/d转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案二：在多点温度采集系统中，传统的模拟信号远距离测温系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行a/d转换，一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案。目前，几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计（cad）的模拟式工程化设计转变。采用数字温度芯片ds18b20测量温度，输出信号全数字化，便于单片机处理及控制。且该芯片的物理化学性很稳定，元件线形较好。其测量温度范围为-55c+125c，在-10+85c范围内，精度为0.5c。ds18b20的精度较差为2c。新型数字温度传感器ds18b20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。ds18b20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计ds18b20和微控制器at89c51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于at89c51可以带多个dsb1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。2.2控制部分方案一：此方案采用pc机实现。它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便。但是pc机输出信号不能直接与ds18b20通信。需要通过rs232电平转换兼容，硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不简便。而且在一些环境比较恶劣的场合，pc机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，这不利于工作。方案二：此方案采用at89c51八位单片机实现。at89c51的时钟为12m，i/o口可达32个，高的时钟频率和丰富的i/o，都为实现电路功能提供了非常有利的条件。同时也at89c51内含4kb flash rom，开发环境友好，易用、方便，大大加快本系统设计开发。拨码开关的使用，使操作更为简洁、易懂。实时显示电路的设计，使温度信息更迅速，直观地发布，这些都提高了系统的可行性。而且单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多ds18b20控制工作，还可以与pc机通信.另外at89c51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。2.3 系统方案综上所述,温度传感器以及主控部分都采用第二方案。系统采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想,用ds18b20和at89c51单片机一起组成了温度采集系统。ds18b20是在分立式温度采集模块上发展而来的集温度传感器和a/d转化于一体的芯片，该芯片能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9-12位的数字值读数方式。at89c51单片机可以分别在 93.75ms 和 750ms 内完成 9 位和 12 位的数字量，并且从 ds18b20 读出的信息或写入 ds18b20 的信息仅需要一根i/o口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 ds18b20 供电，而无需额外电源。因而使用 ds18b20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。同时其“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入了全新的概念。系统主要包括三大模块：控制模块，温度采集模块，温度显示模块。采用系统总方案如下图2.1：图2.1系统总方案图1 控制模块功能控制模块在系统的功能是控制温度采集模块完成温度采集并将采集到的温度读入控制模块的数据寄存器，再将从温度采集模块读取的温度数据写入显示模块并控制显示模块完成温度的显示。2 温度采集模块功能温度采集模块的主要功能是通过温度传感器感应温室温度并转化成模拟信号，通过转化模块将模拟信号转化成数字信号，并存取温度数据。3 温度显示模块功能温度显示模块的主要功能是在控制模块的控制下将控制模块写入的数据显示在液晶屏上，便于读取温度数值。第三章 硬件的选择本文已经在前面提出多点温度检测系统的设计的关键在于温度采集部分和系统主控单元部分的设计。因此系统硬件的选择主要就是温度传感器主控单片机的选择。3.1 单片机的选择所谓单片机(m1crocontroller)是指在一个集成芯片中，集成微处理器 (cpu)、存储器、基本的i/o接口以及定时/计数、通信部件，即在一个芯片上实现一台微型计算机的基本功能。世界上最早的单片机是1974年美国仙童公司研制的f8单片机，但其中最具典型性的当数intel公司的mcs-51系列单片机。单片机按其结构、特点等可以分为如下几类：avr单片机：atmel公司的avr单片机,是增强型risc内载flash的单片机,芯片上的flash存储器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便.avr单片机采用增强的risc结构,使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每mhz可实现1mips的处理能力.avr单片机工作电压为2.76.0v,可以实现耗电最优化.avr的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域. motorola单片机: motorola是世界上最大的单片机厂商.从m6800开始,开发了广泛的品种,4位,8位,16位32位的单片机都能生产,其中典型的代表有:8位机m6805,m68hc05系列,8位增强型m68hc11,m68hc12 , 16位机m68hc16, 32位机m683xx. motorola单片机的特点之一是在同样单片机种类简介 的速度下所用的时钟频率较intel类单片机低得多,因而使得高频噪声低,抗干扰能力强,更适合于工控领域及恶劣的环境。 microchip单片机: microchip单片机的主要产品是pic 16c系列和17c系列8位单片机,cpu采用risc结构,分别仅有33,35,58条指令,采用harvard双总线结构,运行速度快,低工作电压,低功耗,较大的输入输出直接驱动能力,价格低,一次性编程,小体积. 适用于用量大,档次低,价格敏感的产品.在办公自动化设备,消费电子产品,电讯通信,智能仪器仪表,汽车电子,金融电子,工业控制不同领域都有广泛的应用,pic系列单片机在世界单片机市场份额排名中逐年提高.发展非常迅速. mdt20xx系列单片机: 工业级otp单片机,micon公司生产,与pic单片机管脚完全一致,海尔集团的电冰箱控制器,tcl通信产品,长安奥拓铃木小轿车功率分配器就采用这种单片机 em78系列otp型单片机: 台湾义隆电子股份有限公司,直接替代pic16cxx,管脚兼容,软件可转换. scenix单片机: scenix公司推出的8位risc结构sx系列单片机与intel 的pentium ii等一起被评选为1998年世界十大处理器.在技术上有其独到之处: sx系列双时钟设置,指令运行速度可达50/75/100mips（每秒执行百万条指令,xxx m instruction per second） ;具有虚拟外设功能,柔性化i/o端口,所有的i/o端口都可单独编程设定,公司提供各种i/o的库函数,用于实现各种i/o模块的功能,如多路uart,多路a/d,pwm,spi,dtmf,fs,lcd驱动等等. 采用eeprom/flash程序存储器,可以实现在线系统编程.通过计算机rs232c接口,采用专用串行电缆即可对目标系统进行在线实时仿真。 epson单片机: epson单片机以低电压,低功耗和内置lcd驱动器特点著名于世,尤其是lcd驱动部分做得很好.广泛用于工业控制,医疗设备,家用电器,仪器仪表,通信设备和手持式消费类产品等领域.目前epson已推出四位单片机smc62系列,smc63系列,smc60系列和八位单片机smc88系列. 东芝单片机: 东芝单片机门类齐全,4位机在家电领域有很大市场,8位机主要有870系列,90系列,该类单片机允许使用慢模式,采用32k时钟时功耗降至10ua数量级.东芝的32位单片机采用mips 3000a risc的cpu结构,面向vcd,数字相机,图像处理等市场.。 华邦单片机: 华邦公司的w77,w78系列8位单片机的脚位和指令集与8051兼容, 但每个指令周期只需要4个时钟周期,速度提高了三倍,工作频率最高可达 40mhz.同时增加了watchdog timer,6组外部中断源,2组uart,2组data pointer及wait state control pin. w741系列的4位单片机带液晶驱动,在线烧录,保密性高,低操作电压（1.2v1.8v）. zilog单片机: z8单片机是zilog公司的产品,采用多累加器结构,有较强的中断处理能力,开发工具价廉物美.z8单片机以低价位面向低端应用.我想很多人都知道z80单板机,直到90年代后期,很多大学的微机原理还是讲述z80. 8051单片机: 8051单片机最早由intel公司推出,其后,多家公司购买了8051的内核,使得以8051为内核的mcu系列单片机在世界上产量最大,应用也最广泛,有人推测8051可能最终形成事实上的标准mcu芯片. lg公司生产的gms90系列单片机,与intel mcs-51系列,atmel 89c51/52,89c2051等单片机兼容,cmos技术,高达40mhz的时钟频率,应用于: 多功能电话,智能传感器,电度表,工业控制,防盗报警装置,各种计费器,各种ic卡装置,dvd,vcd,cd-rom。 mcs-51是在mcs-48的基础上于80年代初发展起来的，虽然它还是8位的单片机，但其功能有很大的增强。由于philips、atmel、welbord、lg等近百家ic制造商都主产51系列兼容产品，使其具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此，mcs-51应用非常广泛。直到现在mcs-51仍不失为单片机中的主流机型。国内尤以intel的mcs-51系列单片机应用最广。由于8位单片机的高性能价格比，因此它仍将是单片机中的主流机型1。随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势。它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能力，对环境的温度和湿度都有较好的适应性，可以在工业条件下稳定工作。且单片机广泛地应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，提高它们的测量速度和测量精度，加强控制功能。单片机也广泛地应用于实时控制系统中，例如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥其数据处理功能和实时控制功能，使系统工作处于最佳状态，提高系统的生产效率和产品质量。从冶金采矿、机械电子、轻工纺织等行业的分布系统与智能控制以及机电一体化设备和产品，到邮电通信、日用设备和器械，单片机都发挥了巨大作用。因此，在本课题设计的温度采集显示系统中，采用单片机实现温度的控制。在单片机选用方面，因为mcs- 51系列单片机拥有基于复杂指令集（cisc）的单片机内核，虽然其速度不快，12个振荡周期才执行一个单周期指令，但其端口结构为准双向并行口，可兼有外部并行总线，故使其扩展性能非常强大。51系列的内部硬件预设，可用特殊功能寄存器对其进行编辑。所以，本系统中的单片机选用intel公司生产的at89c51芯片，at89c51单片机是intel公司新近推出的高档型mcs- 51系列单片机中的增强型产品，是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系统可编程flash存储器，使用atmel公司高密度非易失性存储器技术制造。片上flash允许程序存储器在系统可编程（isp），亦适于常规编程器2。3.1.1 at89c51单片机的功能特点at89c51是美国atmel公司生产的低电压，高性能cmos8位单片机。片内含4k bytes可反复擦写的只读程序存储器（perom）和128 bytes随机存取数据存储器（ram）。兼容标准mcs-51指令系统，片内置8位中央处理器（cpu）和flash存储单元。at89c51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，能灵活应用于各种控制领域。at89c51主要性能参数：4k字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 全静态工作：0hz-24mhz三级程序存储器锁定1288位内部ram 两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路3.1.2 at89c51单片机的引脚说明 在外部结构上，at89c51单片机和mcs51系列单片机的结构相同，有三种封装形式，分别是pdip形式、plcc形式、tafp形式。其中，常用的为pdip形式，其40针脚按其功能可分为3部分：i/o口线（p0p3），控制线(ale、ea、psen、rst)，电源及时钟(gnd、vcc、xtal1、xtal2) 1。其pdip封装，40针脚形式如图3.1：图3.1 at89c51 pdip封装引脚图vcc：供电电压 gnd：接地 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:xtal1和xtal2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度3。3.2 温度传感器的选择 温度是表征物体冷热程度的状态量，是现代科学技术中最基本、最重要的物理量。与温度变化有关的物质属性很多，因而温度测量的仪器也是多种多样的。常用的温度测量仪有热电阻、热电偶、pn结温度传感器、集成温度传感器等。热电阻它的优点是灵敏度高，工作温度范围宽，稳定性好，过载能力强，体积小。但它的不足之处在于非线性和互换性差。热电偶测量精度高，热电动势与温度在小范围内基本呈单值、线性关系，稳定性和复现性较好，响应时间较快;测温范围宽，高温热电偶测温上限可达2800。pn结温度传感器利用晶体二极管、三极管的pn结电压随着温度变化而变化的原理制成。线性度好，热惯性小，灵敏度高。集成温度传感器是将测温元件、放大电路、偏置电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传感器。相对其它传感器有较好的线性度和一致性，且体积小，使用方便。温室是一个有较大惯性的被控对象，温度的变化速度较慢，因而不需要传感器的反应速度太高；但要求传感器有优良的物理及化学稳定性。用的较多的是以铂电阻为代表的模拟传感器和以ds18b20为代表的数字传感器。考虑到铂电阻需要信号调理电路，将电阻信号转换为电压信号，经过a/d转换后才能被单片机接受，信号调理电路的相对复杂，抗干扰性比较差，而且价格较高，而ds18b20不仅价格便宜而且使用方便、测温准确、精度较高。为了节省成本，提高效率，方便采集系统以后的进一步扩展和完善，本系统的采集模型采用ds18b20单总线数字式温度传感器4。3.2.1 ds18b20简介数字温度传感器ds18b20是dallas公司生产的基于串行接口的一线式数字温度传感器，它是将半导体温敏器件、a/d转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上，传感器直接输出的就是温度信号数字值的全新传感器。有3引脚to92小体积封装形式。具有一线总线、体积更小、适用电压更宽、而且经济等特点。其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。cpu只需一根端口线就能与诸多ds18b20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。ds18b20支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55c+125c，在-10+85c范围内,精度为0.5c。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等4。dsl8b20具有如下特征： 采用单总线技能，与单片机通信只须要一根i/o线，在一根线上可挂接多个dsl8b20。 低压供电，电源范围35v，可以本地供电，也可以直接从数据线上窃取电源(寄生式供电)。 每只dsl8b20具有一个独立的、不可修改的64位序列号，根据序列号可以访问对应的器件。 测温范围为一55+125，在一1085范围内误差为05。 可编程数据为912位，其转换12位的温度时间为750 ms(最大)。 dsl8b20可将检测到的温度值直接转化成数字量，并通过串行通信的方式与主控制器执行数据通信5。 由数字温度传感器dsl8b20的特征可知，在它采集模拟温度信号并与单片机执行通信时，只须要一根i/o线与单片机at89c51的p口连接，而在一根线上可以挂接多个数字温度传感器dsl8b20，可以测出不同地点的温度数据，从而实现了温度的多点采集。3.2.2 ds18b20工作原理ds18b20测温原理：由于低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在一个对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线形，其输出用于累加器1的预置值。其原理图如3.2： 图3.2 ds18b20工作原理图3.2.3 ds18b20内部结构1 ) ds18b20的引脚说明ds18b20采用3脚to-92封装或8脚soic封装。3脚to-92封装形式和器件图如图3.3所示：gnd接地；dq数据输入输出。漏极开路单线接口,也在寄生电源模式时给设备提供电源；vdd可选的电源电压脚。vdd在寄生电源模式时必须接地。 图3.3 ds18b20引脚2) ds18b20的内部结构图3.4: 图3.4 ds18b20的内部结构图ds18b20有4个主要的数据部件： 64位激光rom。64位激光rom从高位到低位依次为8位crc、48位序列号和8位家族代码(28h)组成。 温度灵敏元件。 非易失性温度报警触发器th和tl。可通过软件写入用户报警上下限值。 配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。ds18b20在0工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如表3.1： 表3.1tmr1r011111msb lsb其中，tm：测试模式标志位，出厂时被写入0，不能改变；r0、r1：温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时r0、r1置为缺省值：r0=1，r1=1（即12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。配置寄存器与分辨率关系如表3.2 ： 表3.2r0r1温度计分辨率/bit最大转换时间/ms00993.750110187.5101137511127503) 高速暂存存储器 高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表3.3所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如图所示。对应的温度计算：当符号位s=0时，直接将二进制位转换为十进制；当s=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。 表3.3温度低位温度高位thtl配置保留保留保留8位crclsb msb温度值格式图ds18b20 温度数据表3.4： 表3.4 232221202-12-22-32-4msblsbsssss262524典型对应的温度值表3.5: 表3.5温度/二进制表示十六进制表示+125 +25.0625+10.125+0.50-0.5-10.125-25.0625-5500000111 1101000000000001 1001000100000000 1010001000000000 0000100000000000 0000000011111111 1111100011111111 0101111011111110 0110111111111100 1001000007d0h0191h00a2h0008h0000hfff8hff5ehfe6fhfc90h4） ds18b20使用的注意事项ds1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：（1）对硬件结构简单的单线数字温度传感器ds18b20 进行操作，一定要注意ds18b20对程序和电气参数的严格要求。（2） 连接ds18b20的总线电缆是有长度限制的。所以在试验中，要考虑总线的选择和分布及与之相关的问题。（3）有多个测温点时，应考虑系统能实现传感器出错自动指示，进行自动ds18b20 序列号和自动排序，以减少调试和维护工作量。 （4）在ds1820的有关资料中均未提及单总线上所挂ds1820数量问题，实际应用时，不能挂接过多的ds18b20，若是挂得太多就要解决其驱动能力问题。（5）在ds18b20测温实际应用中，一定要确保每个ds18b20都接触良好否则系统会陷入死循环，这一点在进行ds1820硬件连接和软件设计时也要给予一定要注意 6。 第四章 硬件电路设计系统电路主要功能包括：多点温度测试及其相关处理，实时显示温度信息，与上位机通讯传输温度数据。硬件设计主要包括以下几个模块：电源以及看门狗电路， 键盘以及显示电路，温度测试电路，串口通讯电路。4.1 电源以及看门狗电路4.1.1 电源电路 因为单片机工作电源为+5v，且电路功耗很小。采用7805三端稳压片即可满足要求。电路图如下图4.1：图4.1电源电路h7805系列为3端稳压器件，能提供5v的输出电压。应用范围广，内含过流和过载保护电路，带散热片时能持续提供1a的电流。主要特点： 输出电流可达 1a 输出电压有5v 过热保护短路保护电源电路其主要作用是为单片机提供工作电源。4.1.2 看门狗电路考虑到底层电路板的工作环境相对恶劣，单片机会受到周围环境的干扰，而出现程序死循环，死机等一些不可预知的不正常工作现象。工作人员也不可能到现场对单片机重起，为单片机电路添加一个外部看门狗电路。定时查询单片机的工作状态,一但发现异常即对单片机延时重起。保证系统安全可靠的运行。ne56604能为多种微处理器和逻辑系统提供复位信号，其门限电平为4.2v 。在电源突然掉电或电源电压下降到低于门限电平时。ne56604将产生精确的复位信号。ne56604内置一个看门狗定时器，用于监控微处理器，以确保微处理器的正常运行。看门狗能产生一个系统复位信号用来终止任何由于微处理器故障而引发的不正常的系统操作。ne56604的看门狗的监控周期为100m，它是以so-8小型塑料表面封装，8引脚，宽度为3.9mm。工作温度-2070。特性：正