毕业设计论文仓库温湿度检测及通风控制

1、 摘要摘要 本文是对本人毕业设计的介绍，我的设计题目是仓库温湿度检测及通风控制 ， 目前市场的仓库自动通风及温、湿度控制系统，可以实时检测仓库的温度、湿度， 并根据所测的数据控制排风扇、空调器等设备的运行，确保仓库通风良好并有合适 的温、湿度环境。我根据目前市场的情况和毕业设计的具体要求设计了自己的系统。 系统硬件电路采用 89c51 单片机为主控制器、温湿度检测等外部设备；采用 pid 控制算法为软件中心。前向通道包括温度检测元件、湿度检测元件和 a/d 转换， 选用 ds1820 作为温度检测元件，通过温度变送器将对应的温度信号送到 a/d0809 转 换器，再传给 89c51。湿度检测和

2、温度检测的过程相同。信号在 8031 单片机中，按 pid 调节规律进行控制和运算。另外采用 8279 和 led 数码管为系统的显示部分，实 现对温湿度的显示。 关键词关键词 89c51 ds1820 pid 算法 通风控制 目录目录 第一章 绪论6 1.1 研究内容6 1.2 温度传感器6 1.3 湿度传感器6 1.4 智能控制技术发展8 第二章 仓库温湿度检测及通风控制的方案论证11 2.1 cpu 的选择11 2.2 系统硬件设计方案12 2.3 温度传感器的选择：14 2.4 湿度传感器的选择：14 第三章 控制系统的硬件结构的设计15 3.1 at89c51 的介绍和特性15 3.

3、2 温度检测电路25 3.3 湿度检测电路30 3.4 仓库通风系统31 3.5 定时及控制驱动电路33 3.6 语音电路35 3.7 通讯电路38 3.8 打印机接口的设计41 3.9 键盘显示部分的设计43 3.10 a/d 转换器及其与 cpu 的接口49 3.11 带看门狗和电源监控功能的复位芯片 ipm813l53 第四章 框图和软件设计55 4.1 主流程图55 4.2 上位机通讯56 4.3 a/d 转换57 4.4 搜索 ds1820 系列号流程图58 4.5 中断流程图59 总结60 附录 a61 参考文献71 第一章 绪论 1.11.1 研究内容研究内容 研究的内容是仓库的

4、温湿度检测及通风控制，主要研究的是利用单片机技术实 现仓库温、湿度的实时监测，并通过监测的结果对通风系统进行控制。以达到设计 要求的控制精度，使系统的响应速度快，工作可靠。 1.21.2 温度传感器温度传感器 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的宏观概念是建立在热平衡基础上的. 任意两个冷热程度不同(即温度不同)的物体相互接触，它们之间必然会发生热交换 现象，热量要从温度高的物体传向温度低的物体，直到两物体之间的 a 序完全一致 时，这种热传递现象才能停止。这也是热力学第零定律所描述的:系统的温度相等是 系统热平衡的充要条件。当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，则它们就 具有相同的温度

5、。因此可以从一个物体的温度得知另一物体的温度，这就是测量温 度的依据。如果事先知道一个物体的某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可 以以温度来分析其性质或状态的变化情况(即温度与其性质或状态的定量关系)，这 就是测量温度的数学物理基础。测温的方法可以分为两大类:接触式测温与非接触式 测温。接触式测温方法主要是热电偶测温和热电阻测温。测量温度的方法有:1,膨胀 测温法 2、压力温度计传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被 广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年 来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含 敏感元件

6、)；(2)模拟集成温度传感器控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上 新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。进 入 21 世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安 全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。 1.31.3 湿度传感器湿度传感器 空气湿度是表示空气千湿程度的物理量。空气湿度是反映空气中水蒸汽含量多 少的尺度，对空气湿度的测量，也就是对空气中水蒸汽含量的测量。空气湿度常用 相对湿度和露点温度来表示。相对湿度是指空气中水蒸汽的分压了与同温度下饱和 水蒸汽压力之比。常用的湿度测量方法有: i、

7、毛发测湿法 毛发的长度会随着所处环境的湿度而变化。这种变化在机械意义方面指为双对 湿度。该方法简单，成本低，但是维修费用高，要频繁地对毛发进行长度还原;最大 相对湿度测量范围只为 15%rh-85%rh，最大测量温度只为 50;高误差，测量慢。 2,露点镜法 一面镜子降温并达到露点时，其表面上将出现水凝滴。于是通过监视镜面上的 凝滴即可测得露点。这种方法测量范围宽、测量准确，但是费时、昂贵、笨重、时 间适应慢。 3,湿度传感器测湿 湿度传感器分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材 料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很 大的变化，从而制成湿

8、敏元件.湿度传感器要达到土 2%-13%rh 的精度是比较困难的， 通常产品资料中给出的特性是在常温(20士 10c)和洁净的气体中测最的。在实际 使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间长了，会产生老化，精度下 降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和 使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在 1%rh 水平的产品很少， 一般都在土 2%左右，甚至更高。湿敏元件除了对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏 感，其温度系数一般在 0.2-o.8%rh 的范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度 下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温

9、度补偿式。采用单片 机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感 器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效 果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温 度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在 40以上正常工作。金属氧化物陶瓷， 高分子聚合物和氯化铿等湿敏材料施加直流电压时，会导致性能变化，甚至失效， 所以这类湿度传感器不能用 直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。 国内市场上出现了不少国内外湿度传感器产品，电容式湿敏元件较为多见。感 湿材料种类主要为高分子聚合物，氯化铿和金属氧化物.电容式湿敏

10、元件的优点在于 响应速度快、体积小、线性度好、较稳定，国外有些产品还具备高温工作性能。但 是达到上述性能的产品多为国外名牌，价格都较昂贵。市场上出售的一些电容式湿 敏元件低价产品，往往达不到需求的水平，线性度、一致性和重复性都不甚理想， 30%rh 以下及 80%rh 以上感湿段变形严重。有些产品采用单片机补偿修正，使湿度 出现“阶跃性的跳跃，使精度降低，出现一致性差、线性差的缺点。无论高档次 或低档次的电容式湿敏元件，长期稳定性都不理想，多数长期使用漂移严重，湿敏 电容容值变化为 pf 级，1%rh 的变化不足 0. 5pf，容值的漂移改变往往引起几十 rh%的 误差，大多数电容式湿敏元件不

11、具备 40以上温度下工作的性能，往往失效和损坏。 电容式湿敏元件抗腐蚀能力也较欠缺，往往对环境的洁净度要求较高，有的产品还 存在光照失效、静电失效等现象，金属氧化物为陶瓷湿敏电阻，具有湿敏电容相同 的优点，但尘埃环境下，陶瓷细孔被封堵元件就会失效，往往采用通电除尘的方法 来处理，但效果不够理想，且在易燃易爆环境下不能使用，氧化铝感湿材料无法克 服其表面结构“天然老化，的弱点，阻抗不稳定，金属氧物陶瓷湿敏电阻也同样存 在长期稳定性差的弱点。 4、干、湿球测湿法。 该方法利用干、湿球温度差效应来测量空气相对湿度。选用线性度好、的热敏 元件，能够实现宽范围、高精度测量，而且性价比高，反映也很快。 1

12、.41.4 智能控制技术发展智能控制技术发展 目前集成电路技术发展非常迅速，我国国有资金和技术等方面的不足,同国外的 差距还很大，国外集成电路的主流工艺正由 0.35m 向 0.18m 推进，而我国还是 在 1m-3m 的工艺线上占主导地位，在未来的 10 年20 年是内，我国将难在集 成电路制造领域同国外大公司抗衡。 集成智能传感器是较新的发展领域，具有广阔的市场空间，它主要利用集成电 路的工艺和微机械加工技术取得研究进展，但比国外集成电路的主流工艺要落后到 两代以上。如果我国把集成智能传感器的研制和生产作为半导体工艺的主要发展方 向之一，就可以在现在的集成电路工艺线和微机械加工的优势基础上

13、另辟蹊径，使 集成智能传感器的研制与生产具有一定功能模块化能力，为传感器产业的集成化智 能化发展积累新的技术，并拓展应用领域的广泛性，使其成为未来传感器发展的主 流。 电子自动化产业的迅速发展与进步促使传感器技术、特别是集成智能传感器技 术日趋活跃发展，近年来随着半导体技术的迅猛发展，国外一些著名的公司和高等 院校正在大力开展有关集成智能传感器的研制，国内一些著名的高校和研究所也积 极跟进，集成智能传感器技术取得了令人瞩目的发展。 大规模集成电路技术和微机械加工技术的迅猛发展，为传感器向集成化、智能 化方向发展奠定了基础，集成智能传感器在应用领域成为传感器发展的总体趋势。 集成智能传感器采用微

14、机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用硅作为 基本材料来制作敏感元件、信号调制电路，以及微处理器单元，并把它们集成在一 块芯片上构成。这样，使智能传感器达到了微型化和结构一体化，从而提高了精度 和稳定性。 目前市场上的集成智能传感器已经成为研究热点，其发展方向主要有以下几个 方面： (1)向微型化发展； (2)应用新的物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理； (3)使用新型材料； (4)向微功耗及无源化发展； (5)采用新的加工技术(如化学微腐技术、微机械加工技术)； (6)向高可靠性、宽温度范围发展。 一、集成智能传感器四大热点： 1.物理转化机理 由于集成智能传感器可以很容易对非线

15、性的传递函数进行校正，得到一个线性 度非常好的输出结果，从而消除了非线性传递对传感器应用的制约，所以一些科研 工作者正在对这些稳定性好、精确度高、灵敏度高的转换机理或材料进行研究。 比如，谐振式传感器具有高稳定性、高精度、准数字化输出等许多优点，但传 统的传感器频率信号检测需要较复杂的设备，限制了谐振式传感器的应用和发展， 现在利用同一硅片上集成的智能检测电路，可以迅速提取频率信号，使得谐振式微 机械传感器成为国际上传感器领域的一个研究热点。 2.数据融合理论 数据融合是集成智能传感器理论的重要领域，也是各国研究的热点，数据融合 技术，简言之，即对多个传感器或多源信息进行综合处理，从而得到更为

16、准确、可 靠的结论。对于多个传感器组成的阵列，数据融合技术能够充分发挥各个传感器的 特点，利用其互补性、冗余性，提高测量信息的精度和可靠性，延长系统的使用寿 命。 数据融合是一种数据综合和处理技术，是许多传统学科和新技术的集成和应用， 如通信、模式识别、决策论、不确定性理论、信号处理、估计理论、最优化技术、 计算机科学、人工智能和神经网络等。近年来，不少学者又将遗传算法、小波分析 技术、虚拟技术引入数据融合技术中。 3.cmos 工艺兼容 目前，国外在研究二次集成技术的同时，集成智能传感器在工艺上的研究热点 集中在研制与 cmos 工艺兼容的各种传感器结构及制造工艺流程，探求在制造工艺和 微机

17、械加工技术上有所突破。 目前，利用 cmos 工艺兼容的集成湿度传感器将敏感电容和处理电路集成在一块 硅片上，通过 coventor 模拟得到全量程总的敏感湿敏电容变化值，同时提高了可靠 性并降低了成本，随着微机械加工技术的逐步发展，使得以 cmos 工艺技术制造的集 成湿度传感器已经成为当前研究的热点。图像传感器在 cmos 工艺兼容基础上使得其 动态范围扩展技术有所进步。 4.传感器的微型化 集成智能传感器的微型化决不仅仅是尺寸上的缩微与减少，而是一种具有新机 理、新结构、新作用和新功能的高科技微型系统，并在智能程度上与先进科技融合。 其微型化主要基于以下发展趋势：尺寸上的缩微和性质上的增

18、强性；各要素的集成 化和用途上的多样化；功能上的系统化、智能化和结构上的复合性。 第二章 仓库温湿度检测及通风控制的方案论证 本系统采用 89c51 单片机,硬件包括数据采集、传感器测量电路、a/d 转换电路、 cpu、扩展接口、键盘及显示单元、打印、通讯电路、电源、d/a 转换、通风控制 电路、报警电路等组成。 2.12.1 cpucpu 的选择的选择 “51 系列单片机”这个名字，对于学过单片机课程的人来说，是非常熟悉的。 8031、8051、8751 和 89c51 等等都是属于“51 系列单片机”范畴之内的。但本系统 之所以采用 51 系列中的 89c51 单片机作为系统的芯片，是因为

19、它有着其他单片机所 不可比拟的优点的。 首先，我们应该先来简单的了解一下 51 系列单片机早期的代表：8031、8051、 和 8751，以及它们之间的区别，从而可以看出使用 89c51 的优点。 8031 片内不带程序存储器，使用时用户须外接程序存储器和一片锁存器 74ls373，而其外接的程序存储器多为 eprom 的 27xx 系列。用户若想对写入 eprom 的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线照射，将其擦除，之后才可以重新写 入。对于写入到 eprom 的程序，无法进行保密工作，也可以理解为无保密性。 8051 片内有 4k 字节的 rom，无须外接程序存储器，但是程序只能一次性

20、有厂商 代为烧写，无法更改写如内容。 8751 片内也有 4k 字节的 eprom，用户可将自己编写的程序写如单片机片内的 eprom，也可以根据需要删除 eprom 中的程序，可以达到反复烧写，但需要用紫外线 照射一段时间后擦除，才能重新烧写。 由于上述类型的单片机应用的非常早，且影响很大，已经成为了一种事实上的 工业标准。后来，很多芯片厂商纷纷与 intel 公司合作，买进了单片机的专利，也 开始推出各种类型的单片机。其中，如 8031、8051、8751 和 89c51 等，由于它们的 内核都是一样的，所以它们之间的指令系统是完全兼容的。又因它们的绝大多数管 脚也是兼容的，在使用上基本可

21、以直接互换。所以，我们把这些与 8051 内核相同的 单片机统称为“51 系列单片机” 。 在众多的 51 系列单片机中，要算 atmel 公司生产的 89c51 单片机最为实用，因 为它不但和 8051 的指令、管脚完全兼容，而且其片内带有 4k 的带有 flash 工艺的 程序存储器 rom。这种工艺的存储器用户可以用电的方式擦除、写入，目前市场上 用很多编程器都可以实现此功能。这使采用单片机开发的系统开发时间缩短，而且 的开发设备的要求降低。而且，写入片内 eeprom 的程序开可以进行加密，从而使写 入的程序得到保护。 atmel 公司生产的 51 系列单片机还有 at89c2051、

22、89c1051 等芯片，这些芯片是 在 89c51 的基础上将一些功能精简掉后所形成的精简版。如 at89c2051 去掉了 p0 口 和 p2 口，内部的程序 flash 存储器也缩减到了 2k，封装形式也从 51 系列的 40 引 脚改为 20 引脚。其相应的价格同样也降低了一些，特别适合在一些智能玩具，手持 仪器等程序不大的系统环境下应用；at89c1051 在 at89c2051 的基础上，再次精简 了串口功能，程序存储器也缩减到了 1k，也价格更低。 对 2051 和 1051 来说，虽然减掉了一些资源，但它们片内都集成了一个精密比 较器，使得测量模拟信号带来更大的方便：在外接几个电

23、阻和电容的情况下，就可 以测量电压、温度等日常需要的量。这对于设计日用电器来说，带来了极大的便利。 并且，atmel 公司的 51 系列单片机有很多的封装形式，如 at89c51 有 pdip、plcc 和 pqfp/tqfp 的封装形式；而 at89c2051、at89c1051 有 pdip 和 soic 封装形式。 由于 51 系列单片机的内核都是一样的，其开发软件和工具也都是一样的，所以 我将其统称为 8051 开发系统、环境等。如 mcs51、keil51、medwin 等软件均是针对 8051 内核单片机的开发软件。 而对 89c51 单片机来说，在实际电路中可以直接和 8031

24、单片机互换，只是在第 31 脚有所区别。因为 8031 内部没有 rom，31 脚需接地（gnd） ，在启动后就到外面 程序存储器读取指令；而 8051/8751/89c51 因内部有程序存储器，31 脚接高电平 （vcc） ，启动后直接在内部读取指令。也就是说 51 单片机的 31 管脚控制着单片机 程序是否从外部读取：31 脚接电源，程序从内部读取；接地，则从外部读取。其他 管脚全部兼容。 通过以上的对比，我们可以得出结论：89c51 单片机是相对起来最好的芯片，本 文也曾考虑过 87c51 单片机，但由于其价格比 89c51 高，而功能基本相同，故从性 价比的考虑上本文最后选取了 at8

25、9c51 单片机作为系统的芯片。 2.22.2 系统硬件设计方案系统硬件设计方案 环境条件中的温湿度指标是许多工作场合的重要参数，不论是仓库管理、图书 保存还是工业测量与计量检定，都需要符合操作规定的温湿度环境条件。而温湿度 也是最不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温湿度控制器显得非常 重要。本系统的温湿度实时控制装置可在 050和 20%98%rh（相对湿度）的范 围内任意设定温湿度值，其附加的通信接口可方便地实现与计算机的实时通信，而 且便于功能的扩展，可保证温度、湿度满足设计指标。此外，该装置还可自动控制 多个设备的多点时间控制电路，因而具有更广泛的应用前景。该装置可实现的功

26、能 如下： 在 050和 20%98%rh 间可任意设定温湿度控制点； 可以实时监测环境温湿度的变化情况，并记录、存储相关数据； 对环境温湿度的控制可满足设计指标； 具有多点定时设备控制电路，便于功能扩展； 设有语音提示功能，可方便地实现仪器操作和工作管理提示； 配有通信接口，可方便地与计算机进行通信； 温湿度控制的精度分别为：温度（050）0.5；湿度（20%98%rh） 2%3%rh。 图 2-1 系统原理图 本系统以单片机为控制核心，对仓库进行实时采集，并对所采集的数据进行处 理，实现对采集数据储存、显示、上位机接口和数据打印，更为直观的再现了所采 集的数据。单片机 89c51 单片机。

27、看门狗电路、复位电路、和掉电保护由 max690a 来实现；上位机接口电路采用 max232 作为电平转换，用 db9 连接器与上位机相连， 通过 89c51 的串行口把数据向上位机的传输。打印机我们采用 tpup-40a 微型打印机 实现采集时间和数据的同时打印，提高了设备携带的方便性；键盘显示采用 8279 键 盘显示接口芯片来实现温度、湿度、时间的并行同时显示。 通过本系统的设计能够实现数据采集、存储、显示、打印和上传 pc 等功能。 2.32.3 温度传感器的选择：温度传感器的选择： 温度传感器有很多种类：热电偶，热电阻，半导体温度传感器和红外线测温仪 等。在众多的温度传感器中，由于我

28、们所采集的信号是大气温度，所以我们选择半 导体温度传感器，这里我们考虑 ad590 和 ds1820 这两种，由于 ad590 的连接需要放 大和 a/d 转换器件的支持，增加了电路的复杂性，而且它的抗干扰能力没有 ds1820 强，ds1820 把温度直接换成了串行的数字信号，仅需要一根口线就能与单片机连接， 且能同一口线带载多片 ds1820 扩展为多点温度检测。它不需要外围的放大和 a/d 转 换，且固有的转换时间为 200ms，它的测量温度范围是-5575，能够满足系统的 需要，与其他种类的传感器相比较而言，具有精度高使用方便等特点，所以我们在 温度采集部分应用 ds1820 来进行信

29、号采集。 2.42.4 湿度传感器的选择：湿度传感器的选择： 湿度测量和控制广泛应用于日常生活和工业过程,高分子电容式湿度传感器具有 响应速度快、线性好、重复性好、测量范围宽、尺寸小等优点,但是,传感器的输出 是电容值,不能直接显示和传输。为使湿度测量和控制智能化,便于总线测量,利用单 片机和hart 变送器设计电容式湿度传感器。所以在本系统中选择的湿敏传感器为 mxs型电容式湿敏传感器，湿度为76%时的电容值为500pf，电容相对变化率为 +1.7pf/%。当湿度为0%100%rh时，9脚输出的相应信号频率为01000hz，精度为 2%，f/v电路输出的电压为05v。调整时，可先设定湿度为5

30、%rh，然后调节r2，使9 脚输出100mv电压即可。 第三章 控制系统的硬件结构的设计 3.13.1 at89c51at89c51 的介绍和特性的介绍和特性 at89c51 单片机是美国 atmel 公司生产的低电压、高性能的 8 位 cmos 单片机。 其片内含 4k 字节的可反复擦写的只读存储器（eprom） ，128 字节的随机存取数据存 储器（ram） 。器件采用 atmel 公司高密度、非易失性存储器技术生产、并兼容标准 mcs-51 指令系统，片内置有通用的 8 位 cpu 和 flash 存储单元。可灵活运用于各种 控制领域，且其性价比较高。 图 3-1 at89c51 芯片引

31、脚图 at89c51at89c51 单片机的主要性能参数：单片机的主要性能参数： 与 mcs-51 系列产品指令系统完全兼容； 4k 字节的可重复擦写的 flash 存储器； 存储器可循环写入/擦写 10000 次； 全静态操作：0hz-16mhz； 三级加密程序存储器； 内部有 128 字节的 ram； 32 个可编程的 i/o 口线； 2 个 16 位的定时/计数器； 可编程串行 urat 通道； 空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容； 功能特性概述：功能特性概述： at89c51 单片机提供以下标准功能：4k 字节的 flash 存储器、128 字节的内部 ram、32 个 i/o

32、口线、2 个 16 位的定时/计数器、1 个全双工串行通信口、片内振荡 器和时钟电路。同时，at89c51 单片机可降置 0hz 的静态逻辑操作，并支持两种软 件可选的节电模式。空闲方式停止 cpu 的工作，但允许 ram、定时/计数器、串行通 信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 ram 中的内容，但振荡器停止工作并禁止 其他所有的工作，直到下一个硬件复位。 图 3-2 内部结构图 引脚说明：引脚说明： vcc:电源引脚； gnd:地； p0 口（p0.0-p0.7）：是一组 8 位的开漏双向 i/o 口，即地址/数据总线复用口。 作为输出口使用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 ttl

33、逻辑门电路，对断口写 “1”可作为高阻抗输入端来使用。 在访问外部的数据存储器或程序存储器时，这组线分时转换地址（低 8 位）和 数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 flash 编程时，p0 口接受指令字节；在程序校验时，输出指令字节。在校验 时，要求外接上拉电阻。 p1 口（p1.0-p1.7）: 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 的输出缓 冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 ttl 逻辑门电路。向端口写入 1 的时候，p1 口 被内部上拉为高电平，此时可用做输入口，当作为输入脚的时候，外部拉低的 p1 口 会因为内部上拉而输出电流。 在 flash 编程和程

34、序校验期间，p1 口接受低 8 位地址。 p2 口（p2.0-p2.7）:是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口。当向 p2 口写 入 1 时，p2 口被内部上拉为高电平，可作为输入口。当作为输入引脚 的时候，被 外部拉底的 p2 口会因为内部上拉而输出电流。 在访问片外程序存储器和外部数据存储器（例如执行 movx dptr 指令）时，p2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（例如执行 movx ri 指令）时，p2 口上的内容（也即特殊功能寄存器 sfr 区中 r2 寄存器的内容） ，在整 个访问期间不变。 在 flash 编程和程序校验期间，p2 口接受

35、高位地址和其他控制信号。 p3 口（p3.0-p3.7）：是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口。p3 口的输出 缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 ttl 逻辑门电路。向端口写入 1 的时候，p3 口被内部上拉为高电平，此时可用做输入口，当作为输入脚的时候，外部拉低的 p3 口会因为内部上拉而输出电流。 p3 口除了做一般的 i/o 口线使用外，更为重要的是它的第二功能，如下表所示： p3 口还可接受一些用于 flash 存储器编程和程序校验的控制信号。 rst:复位输入。当振荡器工作时，rst 引脚出现 2 个机器周期以上的高电平，使 单片机复位。 ale/prog 非：当访问片

36、外程序存储器时，ale 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位。 即使单片机不访问片外存储器，ale 也仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲 信号，因此可对外输出时钟或定时作用。并且，当单片机每访问一次片外数据存储 器时都将跳过一个 ale 脉冲。对 flash 存储器编程时，该引脚还用于编程脉冲 （prog 非） 。 psen 非：程序存储器允许输出是片外程序存储器的读选信号，当 at89c51 由外 部程序存储器指令（或数据）时，每个机器周期 2 个 psen 非有效，即输出 2 个脉冲。 在此期间，当访问片外数据存储器时，这 2 次有效的 psen 非信号不出现。 ea 非/vpp:外

37、部访问允许。当 cpu 仅访问片外程序存储器时（地址为 0000h- ffffh） ，ea 非端必须得保持低电平（接地） 。需要注意的是：当加密位 lbi 被编程 时，复位后单片机会内部锁存 ea 非端状态。 若 ea 非端为高电平（接 vcc 时） ，cpu 执行内部程序存储器中的指令。 当 flash 存储器编程时，该引脚加上+12v 的编程允许电源 vpp。当然前提是该 器件使用+12v 的编程电压 vpp。 时钟振荡器：at89c51 单片机内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反向放大 器，引脚 xtal1 和 xtal2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反 馈元件的片

38、外石英晶体或陶瓷振荡器一起构成自激振荡器，振荡电路如图。 外接石英晶体（或陶瓷振荡器）及电容 c1、c2 在防地器的反馈贿赂中构成并联 端 口 引 脚第 二 功 能 p3.0rxd（串行输入口） p3.1txd（串行输出后） p3.2（外中断 0）0int p3.3（外中断 1）1int p3.4t0（定时/计数器 0） p3.5t1（定时/计数器 1） p3.6（外部数据存储器写选通）wr p3.7（外部数据存储器读选通）rd 振荡电路，虽然对电容 c1、c2 并没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微的 影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。若使 用石英晶体

39、，则电容容量最好为+30pf-10pf，而若使用陶瓷振荡器，则电容容量 最好是+40pf-10pf。 用户也可以采用外部时钟方式，其电路如下图所示。在这种时钟脉冲接到 xtal1 端，即内部时钟发生器的输入端，xtal2 管脚则悬空。 图 3-3 xtal2 管脚图 空闲节电模式：at89c51 有两种可用软件编程的节电模式，它们是空闲模式和 接电模式。这两种方式是控制专用寄存器 pcon（即电源中指寄存器）中的 pd（pcon.1）和 idl（pcon.0）位来实现的。pd 是掉电模式，当 pd=1 时，激活掉电 工作模式，单片机进入掉电工作状态。idl 是空闲等待方式，当 idl=1 时，

40、激活空 闲工作模式，单片机进入睡眠状态。若要同时进入两种工作模式，即 pd 和 idl 同 时为 1,则先激活掉电模式。 在空闲工作模式状态，cpu 保持睡眠状态而所有片内的外设保持激活状态，这种 方式由软件产生。此时，片内 ram 和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模 式可由任何允许的中断请求或者硬件复位终止。 终止空闲工作模式的方法有两种：其一是任何一条被允许的中断的事件被激活， idl 被硬件清除，即可中断空闲工作模式，程序会先响应中断，进入中断服务程序， 执行完中断服务程序并紧随 reti 指令后，下一条要执行的程序就是使单片机进入 空闲模式指令后面的那一条。 其二是通过硬件复位

41、也可将空闲工作模式终止。需要注意的是，当有硬件复位 来重置空闲工作模式时，cpu 通常是从激活空闲模式那条指令的下一条指令开始继 续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期有效，在 这种情况下，内部禁止 cpu 访问片内 ram，而允许访问其它端口，为了避免可能对 端口产生意外写入，即或空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部 存储器的写入命令。 掉电模式：在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是后一条被 执行的指令，片内 ram 和特殊功能寄存器 sfr 的内容在终止掉电模式前被冻结。推 出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄

42、存器但不是 ram 中的内容，在 ram 恢复到正常电平前，复位是无效的，并且必须保持一定时间 使振荡器重新启动并稳定工作。 程序存储器的加密：at89c51 可使用对芯片上的 3 个加密位 lb1,lb2,lb3 进行编 程（p）或不编程（u）来得到如下表琐事的功能 程序加密 lb1lb2lb3 保 护 类 型 1uuu没有程序保护功能 2puu禁止从外部程序存储器中执行 movc 指令读取内部程序存储 器的内容 3ppp除上表功能外，还禁止程序校验 4ppp除以上功能外，同时禁止外部执行 注：表中的 u-表示未编辑，p-表示编辑 当加密位 lb1 被编程时，在复位期间，ea 非端的逻辑电平

43、被采样并保存，如果 单片机上电后一直没有复位，则所存储的初值是一个随机数，并且这个随机数会一 直到真正复位为止，为单片机能正常工作，被锁存的 ea 非电平值必须与该引脚当前 的逻辑电平一致。此外，加密的位只能通过整片的方式擦除。 flash 闪速存储器的编程：at89c51 单片机内部有 4k 字节的 flash 的 eprom，这 个 flash 阵列出厂时已经处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为 ffh） ，用户随 时可对其编程。编程接口可接受高电压（+12v）或者低电压（vcc）的允许编程信号， 低电压变成模式适合于用户再线编程系统，而高电压变成模式可与通用 eprom 编程 器兼容。

44、 at89c51 单片机中，有些属于低电压编程方式，而有些则是高电压编程方式，用 户可从芯片上的型号读取芯片内的字节获得该信息。 vpp =12vvpp =5v 芯片顶面标识 at89c51 xxxx yyww at89c51 xxxx-5 yyww 签名字节 （030h）=1eh （031h）=51h （032h）=ffh （030h）=1eh （031h）=51h （032h）=05h at89c51 的存储器阵列是采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整 个芯片 eprom 程序存储器写入一个非空字节，必须用片擦除的方式将整个存储器的 内容清除。 编程前，须按表 3.1.4 和图

45、 3.1.5 设置好地址，数据及控制信号，编程单元的 地址加在 p1 口和 p2 口的 p2.0p2.3（11 位地址范围为 0000h0fffh） ，数据 p0 口输入，引脚 p2.6、p2.7 和 p3.6,p3.7 的电平设置见表 3.1.4，psen 非端低电平， rst 保持高电平，ea 非/vpp 引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电源， ale/prog 引脚输入编程脉冲（负脉冲） 。编程时，可采用 4-20mhz 的时钟振荡器。 at89c51 编程方法如下： 1. 在地址线上加上要编程单元的地址信号； 2. 在数据线上加上要写入的数据字节； 3. 激活相应的控制信号； 4

46、. 在高电压编程方式时，将 ea 非/vpp 端加上+12v 编程电压； 5. 每对 flash 存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个 ale/prog 编程结束。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为 1.5ms。 数据查询：at89c51 单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束，在一个 写周期中，如需要读取最后写入的哪个字节，则读出的数据的最高位（p0.7）是原 来写入字节最高码的反码，写周期完成后，可在任意时刻进行数据查询。 ready/busy：字节编程的进度可通过“rdy/bsy”输出信号监测，编程期间， ale 变成高电平“h”后 p3.4 (rdy/bsy)

47、端电平被拉低，表示正在编程状态（忙状态） 。编程结束后，p3.4 变为高电平准备就绪状态。 程序校验：如果加密位 lb1,lb2 没有进行编程，则代码数据可通过地址和数据 线读回原编写的数据，用下图的电路，程序存储器的地址由 p1 口和 p2 口的 p2.0- p2.3 输入，数据由 p0 口读出，p2.6、p2.7、p3.6 和,p3.7 的控制信号见表 3.1.4。psen 非端保持低电平，ale,ea 非和 rst 保持高电平，检验时，p0 口必须接 上 10k 左右的上拉电阻。 flash 存储器编程真值表 方式rstpsenale/prog/ ea vpp p2.6p2.7p3.6p

48、3.7 写代码数据hlh/12vlhhh 读代码数据hlhhllhh bit-1hlh/12vhhhh bit-2hlh/12vhhll 写 加 密bit-3hlh/12vhlhl 片檫除hlh/12vhlll 读签名字节hlhhllll 编程电路： 图 3-4 编程电路 校验电路： 图 3-5 校验电路 芯片擦除：利用控制信号的正确组合（表 3.1.4）并保持 ale/prog 引脚 10ms 的 低电平脉冲宽度即可将 eprom 阵列（4k 字节）和 3 个加密位整片擦除，代码阵列在 片擦除操作中将任何非空单元写如“1” ，这个步骤需要在编程之前进行。 读片内签名字节：at89c51 单片

49、机片内有 3 个签名字节，地址为 030h，031h 和 032h。用于声明该器件的厂商，型号和编码电压。读签名字节的过程和单元 030h，031h 和 032h 校验相仿，只须将 p3.6,p3.7 保持低电平，返回值意义如下： （030h）1eh 声明产品由 atmel 公司制造。 （031h）51h 声明为 at89c51 单片机 （032h）ffh 声明 12v 编程电压 （032h）声明为 5v 编程电压 编程接口: 符号参数最小值最大值单位 vpp（t ） 编程电压11.512.5v i pp（t） 编程电流31.0ma 1/tclc l 时钟频率324mhz tavgl建立地址到

50、 prog48tclcl tghaxprog 变低后地址保存不变48tclcl tdvgl建立数据到 prog 变低48tclcl tghoxprog 变低后数据保持不变48tclcl tehshenable 变高到vpp48tclcl tshgl加vpp到 prog10s tghsl（ t） prog 后保持vpp10s tglghprog 宽度1110s tavov地址到数据有效48tclcl telovenable 低到数据有效48tclcl tehozenable 后数据浮空048tclcl tghblprog 变到 busy 变低1.0s twc字节写入周期2.0ms 采用控制信号的

51、正确组合可对 flash 闪速存储阵列中的每一代码字进行写入和 存储器的整片擦除，写操作周期是自身定时的，初始化后他将自动定时到操作完成。 at89c51at89c51 的极限参数：的极限参数： 3.23.2 温度检测电路温度检测电路 温度检测电路选用 dallas 公司生产的一线式数字温度传感器 ds1820 作为温度检测器件，该 器件只有 3 个引脚（即电源 vdd、地线 gnd、数据线 dq），且不需要外部元件，而是共用一 条数据线进行通信，使用一根线通信时，ds1820 的电源电压是以寄生方式供电的，因此， 只需将其 vdd 和 gnd 端接地即可。该电路的检测温度范围为-55+125

52、；精度为 0.5；用 9bit 数字量来表示温度；每次将温度转换成数字量需 200ms。本系统采用三块 ds1820 来实现对 实验室环境温度的检测，之所以用三块，是为了更好地保持温度的恒定。使用时可分别将这三 块 ds1820 放置在房间的不同位置。获得温度信息时，先由 89c51 的 ? 脚发送一个 1ms 的复位脉冲，以使 ds1820 复位后将向 89c51 发送一个回应脉冲，89c51 接到回应脉冲后将发 送读 ds1820 序列号的读 rom 命令，以分别读取三个 ds1820 的序列号（每一块 ds1820 有唯 一的序列号）；然后，89c51 再发出定位命令以选择在线的 ds1

53、820 并进行温度转换。此时 89c51 的? 脚应输出一个保持 2s 以上的高电平信号来使 sk214 导通，从而提供 ds1820 在 工作温度-55to+125 储藏温度-65to+150 任一引脚对地电压-1.0vto+7.0v 最高工作电压6.6v 直流输出电流15.0ma 总线供电下进行温度转换时所需的 1ma 电流。当温度转换完成后，ds1820 的?脚会发送 ds1820 的存储命令，从而完成温度信息数据的转换和读取。 ds1820ds1820 的介绍的介绍 ds1820 数字温度计提供9位温度读数,指示器件的温度。 信息经过单线接口送入ds1820或从ds1820送出，因此从

54、中央处理器到ds1820仅 需连接一条线（和地）。读、写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供， 而不需要外部电源。 因为每一个ds1820有唯一的系列号（silicon serial number）， 因此多个 ds1820可以存在于同一条单线总线上，这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。 此特性的应用范围包括hvac环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测，以及过 程监视和控制中的温度检测。 特性特性 1)独特的单线接口，只需1个接口引脚即可通信 2)多点（multidrop ）能力使分布式温度检测应用得以简化 3)不需要外部元件 4）可用数据线供电 5）不需备份电源 6）测量范围

55、从-55至+125增量值为0.5等效的华氏温度范围是-67f 至 257f增量值为0.9f 7）以9位数字值方式读出温度 8）在1秒（典型值）内把温度变换为数字 9）用户可定义的，非易失性的温度告警设置 10）告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度告警情况） 11）应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计或任何热敏系统 图3-6 引脚的排列 详细的引脚说明详细的引脚说明 综述综述 方框图3-7表示ds1820的主要部件。ds1820有三个主要的数据部件：1）64位激 光（lasered）rom;2）温度灵敏元件，和3）非易失性温度告警触发器th和tl。器件 从单线的通

56、信线取得其电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量贮存在内部 的电容器中，在单信号线为低电平的时间期内断开此电源，直到信号线变为高电平 重新接上寄生（电容）电源为止。作为另一种可供选择的方法，ds1820 也可用外部 5v 电源供电。 图3-7 ds1820内部结构 与ds1820 的通信经过一个单线接口。在单线接口情况下，在rom 操作未定建立 之前不能使用存贮器和控制操作。主机必须首先提供五种rom 操作命令之一：1 ） read rom(读rom) ，2 ）match rom(符合rom),3)search rom(搜索rom),4)skip rom(跳过rom),或5 ）alarm

57、search(告警搜索) 这些命令对每一器件的64位激光rom 部分进行操作。如果在单线上有许多器件，那么可以挑选出一个特定的器件，并给 总线上的主机指示存在多少器件及其类型。在成功地执行了rom操作序列之后，可使 用存贮器和控制操作，然后主机可以提供六种存贮器和控制操作命令之一。 一个控制操作命令指示ds1820 完成温度测量，该测量的结果将放入ds1820 的 高速暂存（便笺式）存贮器（scratchpad memory）， 通过发出读暂存存储器内容 的存储器操作命令可以读出此结果。每一温度告警触发器th和tl构成一个字节的 eeprom。如果不对ds1820施加告警搜索命令，这些寄存器可

58、用作通用用户存储器。 使用存储器操作命令可以写th和tl。对这些寄存器的读访问通过便笺存储器。所有 数据均以最低有效位在前的方式被读写。 寄生电源寄生电源(parasite(parasite power)power) 方框图1示出寄生电源电路。当i/o 或vdd 引脚为高电平时，这个电路便“取” 得电源。只要符合指定的定时和电压要求，i/o 将提供足够的功率（标题为单总线 系统一节）。寄生电源的优点是双重的：1）利用此引脚，远程温度检测无需本地电 源，2）缺少正常电源条件下也可以读rom。 为了使ds1820能完成准确的温度变换，当温度变换发生时，i/o线上必须提供足 够的功率。因为ds182

59、0 的工作电流高达1ma， 5k的上拉电阻将使i/o 线没有足够的 驱动能力。如果几个sd1820 在同一条i/o 线上而且企图同时变换，那么这一问题将 变得特别尖锐。 有两种方法确保ds1820在其有效变换期内得到足够的电源电流。第一种方法是 发生温度变换时，在i/o 线上提供一强的上拉。如图3-7所示通过使用一个mosfet把 i/o 线直接拉到电源可达到这一点。当使用寄生电源方式时vdd 引脚必须连接到地。 向ds1820供电的另外一种方法是通过使用连接到vdd 引脚的外部电源，如图3-8 所示。这种方法的优点是在i/o 线上不要求强的上拉。总线上主机不需向上连接便 在温度变换期间使线保

60、持高电平。这就允许在变换时间内其它数据在单线上传送。 此外在单线总线上可以放置任何数目的ds1820，而且如果它们都使用外部电源，那 么通过发出跳过（skip）rom命令和接着发出变换（convert）t命令，可以同时完成 温度变换。注意只要外部电源处于工作状态，gnd（地）引脚不可悬空。 图3-8 强上拉在温度变化期间向ds1820供电 在总线上主机不知道总线上ds1820是寄生电源供电还是外部vdd 供电的情况下， 在ds1820内采取了措施来通知采用的供电方案。总线上主机通过发出跳过（skip） rom 的操作约定，然后发出读电源命令，可以决定是否有需要强上拉的ds1820在总 线。上在