單片機溫、濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計

1、摘 要溫濕度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，溫濕度的測量方法和裝置對現(xiàn)在的生活、生產(chǎn)具有重要的意義。此溫濕度實時監(jiān)控系統(tǒng)，基于單線式溫度傳感器DS18B20、電容式濕度傳感器、單片機STC89S52，對溫度濕度分別測量并通過液晶顯示屏1602經(jīng)行顯示。溫度傳感器DS18B20是單線式、體積超小、硬件開銷超低、抗干擾能力強、精度高，附加功能強的理想單片機溫度傳感器，可實時根據(jù)指令給出溫度數(shù)據(jù)，可讀性高。其HYPERLINK :/ iciba /結構/ t _blank結構HYPERLINK :/ iciba /簡單/ t _blank簡單、HYPERLINK :/ iciba /經(jīng)濟/ t _blank

2、經(jīng)濟HYPERLINK :/ iciba /實用/ t _blank實用、清洗效果好，HYPERLINK :/ iciba /具有/ t _blank具有很高HYPERLINK :/ iciba /的/ t _blank的HYPERLINK :/ iciba /實用/ t _blank實用HYPERLINK :/ iciba /價值/ t _blank價值。所設計的系統(tǒng)具有可讀性高，穩(wěn)定性高，反應速度快，測量值準確的特點。關鍵詞 ：溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)；單片機；傳感器AbstractTemperature and humidity is one of the most basic environme

3、ntal parameters. Temperature and humidity measurement methods and devices has the vital significance on present life. The temperature and humidity measurement system is based on singleline type temperature sensor DS18B20, capacitive moisture sensor and STC89C52 for temperature humidity measurement a

4、nd respectively by LCD display. The line 1602 Temperature sensor DS18B20 is singleline type, volume super-small, hardware KaiXiao ultra-low, strong anti-jamming capability, high precision, additional features strong ideal single-chip microcomputer temperature sensor, real-time temperature data, depe

5、nding on the directive given readable. This system has a readable, high stability, reaction speed, measured values exact characteristic.Keywords：MonitoringandControllingSystemofTemperatureandHumidity; Single-chip Microprocessor; sensor目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327905505 1 緒 論 PAGEREF _Toc32

6、7905505 h 1 HYPERLINK l _Toc327905506 課題研究的背景 PAGEREF _Toc327905506 h 1 HYPERLINK l _Toc327905507 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展 PAGEREF _Toc327905507 h 1 HYPERLINK l _Toc327905508 論文研究的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc327905508 h 2 HYPERLINK l _Toc327905509 2 設計方案 PAGEREF _Toc327905509 h 3 HYPERLINK l _Toc327905510 課題的提出 PAGEREF _Toc

7、327905510 h 3 HYPERLINK l _Toc327905511 2.2 系統(tǒng)主要單元的選擇與論證 PAGEREF _Toc327905511 h 4 HYPERLINK l _Toc327905512 單片機控制模塊的選擇論證 PAGEREF _Toc327905512 h 4 HYPERLINK l _Toc327905513 溫度濕度檢測模塊的選擇與論證 PAGEREF _Toc327905513 h 4 HYPERLINK l _Toc327905514 顯示模塊的選擇與論證 PAGEREF _Toc327905514 h 5 HYPERLINK l _Toc327905

8、515 主要器件選取與系統(tǒng)方框圖 PAGEREF _Toc327905515 h 5 HYPERLINK l _Toc327905516 2.3.1 溫度傳感器的選取 PAGEREF _Toc327905516 h 5 HYPERLINK l _Toc327905517 2.3.2 濕度傳感器的選取 PAGEREF _Toc327905517 h 6 HYPERLINK l _Toc327905518 總體方案設計 PAGEREF _Toc327905518 h 7 HYPERLINK l _Toc327905519 3 系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc327905519 h 9 HYP

9、ERLINK l _Toc327905520 芯片介紹 PAGEREF _Toc327905520 h 9 HYPERLINK l _Toc327905521 簡介 PAGEREF _Toc327905521 h 9 HYPERLINK l _Toc327905522 3.1.2 DS18B20簡介 PAGEREF _Toc327905522 h 13 HYPERLINK l _Toc327905523 3.1.3 HS1101簡介 PAGEREF _Toc327905523 h 23 HYPERLINK l _Toc327905524 硬件電路的設計 PAGEREF _Toc32790552

10、4 h 28 HYPERLINK l _Toc327905525 單片機最小系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc327905525 h 28 HYPERLINK l _Toc327905526 3.2.2 其它外圍接口電路設計 PAGEREF _Toc327905526 h 29 HYPERLINK l _Toc327905527 4 系統(tǒng)軟件設計 PAGEREF _Toc327905527 h 36 HYPERLINK l _Toc327905528 4.1 系統(tǒng)初始化模塊 PAGEREF _Toc327905528 h 36 HYPERLINK l _Toc327905529 4.2 鍵盤顯

11、示模塊 PAGEREF _Toc327905529 h 37 HYPERLINK l _Toc327905530 4.3 采樣轉換模塊 PAGEREF _Toc327905530 h 38 HYPERLINK l _Toc327905531 4.3.1 濕度檢測子模塊 PAGEREF _Toc327905531 h 38 HYPERLINK l _Toc327905532 4.3.2 溫度檢測子模塊 PAGEREF _Toc327905532 h 39 HYPERLINK l _Toc327905533 4.4 控制模塊 PAGEREF _Toc327905533 h 40 HYPERLINK

12、 l _Toc327905534 結 論 PAGEREF _Toc327905534 h 42 HYPERLINK l _Toc327905535 致 謝 PAGEREF _Toc327905535 h 43 HYPERLINK l _Toc327905536 參考文獻 PAGEREF _Toc327905536 h 44 HYPERLINK l _Toc327905537 附錄A 英文原文 PAGEREF _Toc327905537 h 45 HYPERLINK l _Toc327905538 附錄B 漢語翻譯 PAGEREF _Toc327905538 h 49 HYPERLINK l _

13、Toc327905539 附錄C 源代碼 PAGEREF _Toc327905539 h 52 HYPERLINK l _Toc327905540 附錄D 電路原理圖 PAGEREF _Toc327905540 h 661 緒 論課題研究的背景隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對產(chǎn)品的可靠性越來越關注，這同樣促使制造廠商對溫濕度敏感器件的關注程度不斷上升。隨著元器件朝著小型化和廉價化方向的發(fā)展，確保潮濕氣體不會進入器件內(nèi)部就顯得非常重要。目前，國家對生產(chǎn)廠房的要求越來越嚴格。為了保證產(chǎn)品的出廠品質(zhì)，用戶必須對生產(chǎn)廠房內(nèi)的溫濕度進行嚴格的控制。GB50073-2001潔凈廠房設計規(guī)范中明確強調(diào)對潔凈室

14、溫、濕度的要求要按生產(chǎn)工藝要求來確定，并按冬、夏季分別規(guī)定。一般來說，生產(chǎn)廠房的溫度控制在22左右，相對濕度控制在4060%RH之間，在這種環(huán)境下，人們感覺舒適，也不會產(chǎn)生靜電，同時也保證了產(chǎn)品的成品率。溫濕度在生產(chǎn)廠房中扮演著相當重要的角色，幾乎每個工序都與它們有密不可分的關系。試驗表明，相對濕度為20%RH 時，廠房內(nèi)靜電電壓為10000V，相對濕度低到10%時，廠房內(nèi)易產(chǎn)生20000V 的靜電電壓，干燥的廠房內(nèi)產(chǎn)生的靜電，可造成集成電路損壞，此外，過于干燥的空氣也會造成空氣中粉塵飛揚，誘發(fā)呼吸道疾病，影響工人的身體健康，降低工作效率。當濕度過高時，玻璃、設備、芯片表面都會有嚴重的水汽，產(chǎn)

15、品也會發(fā)生不同程度的離層，造成成品率下降的現(xiàn)象。溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展隨著計算機技術及現(xiàn)代傳感技術的發(fā)展，溫濕度監(jiān)控在工農(nóng)業(yè)控制中的地位越來越重要。廠房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要提供對廠房、配電間、風機間、空間站、動力房等空間的溫濕度嚴格監(jiān)控和管理。系統(tǒng)能對大面積的多點的溫濕度進行監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C 機上進行數(shù)據(jù)存儲與分析，并輸出打印曲線，在設備異常情況下還以多種形式的報警通知相應人員。目前，國內(nèi)外研制了許多溫濕度的檢測和控制裝置。它們普遍利用溫濕度傳感器、單片機和微機技術來實現(xiàn)對溫濕度的檢測，并通過對數(shù)碼管LED、加熱裝置、排風裝置等的控制來實現(xiàn)對溫濕度的數(shù)值顯示和自動調(diào)節(jié)。近些年來，溫濕度監(jiān)控

16、呈現(xiàn)出智能化、計算機化、全自動等特點。以單片機為核心的溫濕度控制系統(tǒng)已不能適應現(xiàn)代自動化生產(chǎn)、智能化管理的發(fā)展和要求。智能檢測和控制已成為新的發(fā)展趨勢，它不僅能完成較高層次信號的自動化檢測，而且具有多種智能控制作用。所以，以計算機為核心的智能檢測和控制必然要代替以單片機為主的控制系統(tǒng)。論文研究的主要內(nèi)容工廠車間內(nèi)合適的溫濕度能提高產(chǎn)品品質(zhì)，故需要一個系統(tǒng)來監(jiān)控工廠溫濕度是否在合適的范圍內(nèi)，并能使工作人員根據(jù)溫濕度監(jiān)控結果調(diào)整車間的溫濕度。所設計的溫濕度實時監(jiān)控系統(tǒng)具有以下功能：1.多點溫濕度監(jiān)控，且能根據(jù)各點的溫濕度狀況，判斷整個車間內(nèi)的溫濕度是否在規(guī)定的范圍之內(nèi)；2.各點溫濕度值能在顯示系統(tǒng)

17、上輪流顯示，方便工作人員了解各點溫濕度的狀況；3.工作人員能根據(jù)車間具體環(huán)境調(diào)整各點溫濕度的上下規(guī)格值；4.各點溫濕度如有超出規(guī)格值，則需聲光報警通知工作人員。2 設計方案在本章中，我們將溫、濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計及其主要功能特點進行簡單的分析，并給出它的特點、實現(xiàn)功能、系統(tǒng)的簡單操作以及對單片機及其控制系統(tǒng)的了解。課題的提出近年來，計算機技術迅猛發(fā)展，使得計算機在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防科研及日常生活的各個領域顯示了日益旺盛的生命力，它已成為各國工業(yè)發(fā)展水平的主要標志之一，是發(fā)展新技術，改造老技術的強有力的武器，計算機使人類面臨著一個新的贊賞技術和工業(yè)革命，它的作用遠遠超過了因蒸汽機和電的出現(xiàn)而

18、產(chǎn)生的工業(yè)革命。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，單片機的發(fā)展正朝著CMOS化，低功耗，小體積，大容量，高性能，低價格和外圍電路的內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。近幾年，由于CMOS技術的進步，大大地促進了單片機的CMOS化，此種芯片除了低功耗外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細管理狀態(tài)，并且單片機一般采用精簡指令集結構和流水線技術，可以大幅度提高運行速度，提升信息處理功能，中斷和定時控制功能，在一般上還具有串行擴展技術，隨著低價位OTP及各種類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展，加之外圍接口不斷進入片內(nèi)，特別是IIC，API等串行總線的引入，可以使單片機的引腳設計得更少，單片機系統(tǒng)結構更加簡

19、化及規(guī)范化。這就引導我們利用單片機來實現(xiàn)對數(shù)顯可調(diào)穩(wěn)壓電源的控制。 隨著電子技術的迅速發(fā)展，計算機已深入滲透到我們的生活中，就51系列而言，由于Intel公司將其內(nèi)核使用權以專利互換或出售的形式轉給世界許多著名IC制造商，隨著計算機技術的不斷發(fā)展，在工業(yè)測量控制領域內(nèi)單片機的應用越來越廣泛。同時，隨著超大規(guī)模集成電路工藝和集成制造技術的不斷完善，單片機的硬件集成度也不斷提高，已經(jīng)出現(xiàn)了能滿足各種不同需求、具有各種特殊功能的單片機，這類單片機具有集成度高、性能價格比優(yōu)越、貨源充足等優(yōu)點，在工業(yè)測量領域內(nèi)獲得了極為廣泛的應用價值。現(xiàn)代的電子產(chǎn)品朝密集型發(fā)展，而電子產(chǎn)品的溫度特性普遍比較差，這就對溫

20、、濕度的監(jiān)測提出了新的要求。若采用國外進口的溫、濕度監(jiān)測系統(tǒng)，雖然其性能較好，但是結合國情，其價格相當昂貴，又是全英文，推廣起來較困難。在這樣的技術背景下，我們設計出一個利用集成溫度傳感器及濕度傳感器，配合單片計算機系統(tǒng)，從軟件的編制上實現(xiàn)對各外圍硬件的控制，最終實現(xiàn)對當前環(huán)境溫、濕度進行監(jiān)測。在硬件的設計上，所有元器件都采用了通用型產(chǎn)品，使得設計出來的產(chǎn)品生產(chǎn)及維修都相當方便，可以有效地降低成本，同時另外一點就是能用軟件實現(xiàn)的功能盡量選用軟件進行操作，更加突出了產(chǎn)品的簡單性和高可靠性，因此，我們這一設計方法是一個值得推廣的方法，接下來我們就對方案與設計原理方框圖進行比較分析。 系統(tǒng)主要單元的

21、選擇與論證 單片機控制模塊的選擇論證方案一：采用XC9000系列的FPGA。該類器件具有并行處理能力，能快速的響應外部的各種數(shù)字信號，但在數(shù)據(jù)處理方面過于復雜，而且芯片價格較昂貴。 方案二：采用單片機作為控制核心，單片機數(shù)學運算功能較強。在程序相互調(diào)用方面，處理方便靈活，性能穩(wěn)定，適合實際應用。且單片機技術發(fā)展較為成熟，價格便宜。基于以上分析，采用單片機控制可更為簡便靈活地實現(xiàn)系統(tǒng)功能，故擬采用方案二。溫度濕度檢測模塊的選擇與論證方案一：選用DHT11作為溫濕度檢測模塊。DHT11是一款數(shù)字輸出的復合傳感器，包含一個電阻式感濕元件和NTC式溫度檢測元件，可測2090%RH濕度，誤差5%RH，0

22、50攝氏度，誤差2攝氏度。方案二：選用DS18B20溫度傳感器和HS1101濕度傳感器。DS18B20是一線式數(shù)字溫度傳感器，具有獨特的單線式接口方式，測量范圍在55125，誤差為。HS1101是電容式濕度傳感器，可測相對濕度范圍在0%100%RH，誤差為2%RH。方案選擇，有上述數(shù)據(jù)可知，根據(jù)需要（溫度測量范圍為-10-50，濕度測量誤差為3%RH；），從設計要求的精度來看，本方案更優(yōu)。綜上所述，雖然方案一具有綜合作用，但是方案二的測試范圍和精度都優(yōu)于方案一，故本模塊采用方案二。顯示模塊的選擇與論證方案一：采用12864液晶模塊顯示測得的數(shù)據(jù)，可顯示較多組的數(shù)據(jù)，字體較大，可清晰讀數(shù)，但12

23、864液晶模塊價格昂貴，接線復雜，故不采用。方案二：采用1602液晶模塊顯示所測數(shù)據(jù)，1602液晶接線簡單方便，同時也能滿足顯示需要，價格遠低于12864液晶。因此，本方案為首選方案。綜上所述，顯示模塊選擇方案二。主要器件選取與系統(tǒng)方框圖為了使設計具有高可靠性，與實際運用的緊密結合性，從經(jīng)濟、實用的角度出發(fā)，我們對室內(nèi)溫、濕度控制系統(tǒng)進行精心的設計，在設計過程中，我們綜合多方面的知識進行分析，對于系統(tǒng)的設計，其控制部分的電路基本相同，主要不同的是對溫、濕度傳感器的選用，下面就各種不同的傳感器構成的溫、濕度監(jiān)測系統(tǒng)進行分析與對比。 溫度傳感器的選取 方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導體

24、的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件?，F(xiàn)應用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點為精度高、測量范圍大、便于遠距離測量。 鉑的物理、化學性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強，易提純，復制性好，工業(yè)性好，電阻率較高。因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標準。缺點是價格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被沾污變脆。按IEC標準測溫范圍-200650 ，當電阻比WC (100) =1.3850時，R0為100和10，其允許的測量誤差A級為(0. 15+0.002|t| )，B級為(0. 30+0.005|t|)。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工;但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)

25、中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50+180測溫。 方案二：采用模擬集成溫度傳感器AD590，它的測溫范圍在-55+150之間，而且精度高。M檔在測溫范圍內(nèi)非線性誤差為。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無需進行線性校正，所以使用也非常方便，接口也很簡單。作為電流輸出型傳感器和電壓輸出型相比，它有很強的抗外界干擾能力。AD590的測量信號可遠傳百余米。方案三：采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。DS18B20是Dallas半導體公司研制的一款數(shù)字化溫度傳感器，支持“一線總線”接口，即只通過一根信號線完成數(shù)據(jù)、地址和控

26、制信息的傳輸。該器件只有3個引腳（即電源VDD、地線GND、數(shù)據(jù)線DQ） ，且不需要外部元件，內(nèi)部有64位光刻ROM， 64位器件序列號出廠前就被光刻于ROM中，可作為器件地址序列碼，便于實現(xiàn)多點測量。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。該電路的檢測溫度范圍為-55125 ；精度為0. 5（在-1085范圍）；可以分別在93.75 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字溫度值讀入。 根據(jù)設計要求且考慮到硬件設計的性價比。故

27、，采用方案三。 濕度傳感器的選取測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。 方案一：采用HOS-201濕敏傳感器。HOS-201濕敏傳感器為高濕度開關傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50Hz1KHz，測量濕度范圍為0100%RH，工作溫度范圍為050，阻抗在75%RH（25）時為1M。這種傳感器原是用于開關的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的

28、濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。 方案二：采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。專利設計的固態(tài)聚合物結構，由頂端接觸（HS1100）和側面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適用于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。相對濕度在1%-100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于2%RH；響應時間小于5S；溫度系數(shù)為0. 04 pF/?？梢娋仁禽^高的。 方案三：采用數(shù)字濕

29、度傳感器（如SHT11等）。數(shù)字濕度傳感器將傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉換、I2C總線接口全部集成于一個芯片中。應用該方案不需外接A/D轉換芯片，可以大大簡化硬件電路，并能提高電路的可靠性。 綜合比較三個方案，方案一雖然滿足精度及測量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時才具有良好的線性，方案二，雖然不是數(shù)字式傳感器，與單片機的接口需要外接A/D轉換器件，但其性能較優(yōu)，使用簡單，只要合理選擇轉換電路等也可以有較高的性價比。本系統(tǒng)中，我們選擇方案二來作為本設計的濕度傳感器?？傮w方案設計該系統(tǒng)主要由以下功能塊系統(tǒng)構成：中央控制處理器ATMEL89S52組成的主機系統(tǒng)；環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，輸出顯

30、示與鍵盤控制系統(tǒng)等。方塊圖如下：ATMEL89S52單片機溫度采集轉換模塊濕度采集轉換模塊鍵盤接口電路報警電路風機接口電路加濕機接口電路空調(diào)機接口電路電源與顯示電路RS232通信接口圖 基于DS18B20和HS1101的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)0017理方框圖主要的系統(tǒng)電路有：電源電路、溫度傳感器與濕度傳感器電路、顯示電路，報警電路、鍵盤輸入控制電路，A/D轉換電路，通信串口等。電路分析我們在下一章節(jié)中進行分析。該系統(tǒng)的主要特點有：（1）該產(chǎn)品的互換性好，響應速度快，抗干擾能力強，外圍電路簡單易懂，因此體積小。（2）該系統(tǒng)能用軟件的方式控制硬件，所有用軟件方式設計的系統(tǒng)向硬件系統(tǒng)的轉換是由有關

31、開發(fā)軟件自動完成的，易操作。（3）可以從以前的組合設計轉向真正的自由設計，所以設計的移植性好，效率高。可適合大規(guī)模的現(xiàn)場制作。 3 系統(tǒng)硬件設計芯片介紹T89S52簡介圖 AT89S52引腳圖AT89S52為8位 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1315649.htm t _blank 通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8XC52相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。如圖所示，主要管

32、腳有：XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHZ晶振。RST/VPD（9腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，P0端口（3239腳）被定義為N1功能控制端口，分別與N1的相應功能管腳相連接，13腳定義為IR輸入端，10腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)

33、進入的控制功能。P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上

34、拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVRI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。FLASH編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口是一組帶有內(nèi)

35、部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能。P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST是復位輸入，當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG是當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此

36、它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE禁止位無效。PSEN是程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP是外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。XTAL1是振蕩器反相放大器

37、的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2是振蕩器反相放大器的輸出端。定時器0是13位定時計數(shù)方式，由TH提供高8位，TL提供低5位的計數(shù)初值，最大計數(shù)值為213。定時器1是一個16位定時/計數(shù)器，最大計數(shù)值為216，是這三種方式中計數(shù)值最大的方式。定時器2是由兩個8位寄存器TH2和TL2組成，在定時器工作方式中，每個機器周期TL2寄存器的值加1，由于一個機器周期由12個振蕩時鐘構成，因此，計數(shù)速率為振蕩頻率的1/12。波特率在使用串口做通訊時，一個很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機的波特率一樣時才可以進行正常通訊。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。實際上它是指每秒可以傳送9600個二

38、進位，而一個字節(jié)要8個二進位，如用串口模式1來傳輸那么加上起始位和停止位，每個數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10個二進位，9600波特率用模式1傳輸時，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是960010960字節(jié)。51芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為FOSC/12，以一個12M的晶振來計算，那么它的波特率可以達到1M。模式2的波特率是固定在FOSC/64或FOSC/32，具體用那一種就取決于PCON寄存器中的SMOD位，如SMOD為0，波特率為FOCS/64,SMOD為1，波特率為FOCS/32。模式1和模式3的波特率是可變的，取決于定時器1或2（52芯片）的溢出速率。計算這兩個模，可以用以下的公式去計算：溢出速率 （

39、3.1）由公式（3.1）中如設置了PCON寄存器中的SMOD位為1時就可以把波特率提升2倍。通常會使用定時器1工作在定時器工作模式2下，這時定時值中的TL1做為計數(shù)，TH1做為自動重裝值，這個定時模式下，定時器溢出后，TH1的值會自動裝載到TL1，再次開始計數(shù)，這樣可以不用軟件去干預，使得定時更準確。在這個定時模式2下定時器1溢出速率的計算公式如下： （3.2）由公式（3.2）中的“計數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關，在51芯片中定時器啟動后會在每一個機器周期使定時寄存器TH的值增加一，一個機器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知51芯片的計數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個12M的晶

40、振用在51芯片上，那么51的計數(shù)速率就為1M。通常用11.0592M晶體是為了得到標準的無誤差的波特率,計算一下就知道了。要得到9600的波特率，晶振為11.0592M和12M，定時器1為模式2，SMOD設為1，分別看看那所要求的TH1為何值。代入公式（3.2）： 上面的計算可以看出使用12M晶體的時候計算出來的TH1不為整數(shù)，而TH1的值只能取整數(shù)，這樣它就會有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確9600波特率。當然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使11.0592M的晶體振蕩器也會因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計。TI是發(fā)送中斷標識

41、位。在模式0，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI置位后，申請中斷，CPU響應中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下，TI都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入到SBUF后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應（如中斷打開），這時TI=1，表明發(fā)送已完成，TI不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。RI是接收中斷標識位。在模式0，接收第8位結束時，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。RI=1，申請中斷，要求CPU取走數(shù)據(jù)。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。同樣RI也必須要靠軟件清除。常用的串口模式1是傳輸

42、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。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時器1或定時器2的定時值（溢出速率）。AT89C51和AT89C2051等51系列芯片只有兩個定時器，定時器0和定時器1，定時器2是AT89S52芯片才有的。 DS18B20簡介Dallas 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。同DS1820一樣DS18B20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55C+125C，在-10+85C 范圍內(nèi),精度為C

43、。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V 的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DS18B20 數(shù)字溫度計提供 9 位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度 。 信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從中央處理器到 DS18B20 僅需連接一條線（和地），讀寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供 ，而不需要外部電源。 因為每一個 DS18B20 有唯一的系列（silicon seria

44、l number），因此多個 DS18B20 可以存在于同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。此特性的應用范圍包括 HVAC 環(huán)境控制，建筑物、設備或機械內(nèi)的溫度檢測,以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測. 1. 特性 （1）獨特的單線接口,只需 1 個接口引腳即可通信 （2）多點（multidrop）能力使分布式溫度檢測應用得以簡化 （3）不需要外部元件 （4）可用數(shù)據(jù)線供電 （5）不需備份電源 （6）測量范圍從-55至+125，增量值為 0.5 等效的華氏溫度范圍是-67F至257F （7）以9 位數(shù)字值方式讀出溫度 （8）在1 秒（典型值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字 （9）用戶可定

45、義的，非易失性的溫度告警設置 （10）告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況） （11）應用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費類產(chǎn)品，溫度計或任何熱敏系統(tǒng)2. 極限使用條件 *各引腳對地電壓：-0.5V到+6.0V *工作溫度： -55 到+125 *儲存溫度： -55 到+125 *焊接溫度： 260 10 秒 圖3.2 DS18B20引腳排列表3.4 DS18B20引腳說明引 腳8腳SOIC引腳PR35符號說 明51GND地42DQ單線運用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，漏極開路見。33Vdd寄生電可選Vdd引腳 3. 工作原理圖3.3的框圖表示 DS18B20 的主要部件 D

46、S18B20 有三個主要的數(shù)據(jù)部件：1）64 位光刻ROM；2）溫度靈敏元件；3）非易失性溫度告警觸發(fā)器TH和TL。器件從單線的通信線取得其電源，在信號線為高電平的時間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中，在單信號線為低電平的時間期內(nèi)，斷開此電源直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙荩╇娫礊橹?。作為另一種可供選擇的方法，DS18B20也可用外部5V電源供電。存儲器和控制邏輯64位ROM和單線端口溫度傳感器暫存器 內(nèi)部VDD上限觸發(fā)TH下限觸發(fā)TL電源探測8位CRC產(chǎn)生器圖3.3 DS18B20結構框圖 與DS18B20的通信經(jīng)過一個單線接口。在單線接口情況下，在ROM操作未定建立之前不能使用存貯

47、器和控制操作。主機必須首先提供五種ROM操作命令之一：1） Read ROM(讀 ROM) ；2） Match ROM（匹配ROM)；3）Search ROM（搜索 ROM）；4）Skip ROM（跳過 ROM）； 5）Alarm Search（告警搜索）。這些命令對每一器件的 64 位激光 ROM 部分進行操作。如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個特定的器件，并給總線上的主機指示存在多少器件及其類型。在成功地執(zhí)行了 ROM 操作序列之后，可使用存貯器和控制操作，然后主機可以提供六種存貯器和控制操作命令之一。 一個控制操作命令指示DS18B20完成溫度測量，該測量的結果將放入 DS18B

48、20 的高速暫存存貯器（Scratchpad memory）通過發(fā)出讀暫存存儲器內(nèi)容的存儲器操作命令可以讀出此結果。每一溫度告警觸發(fā)器TH和TL構成一個字節(jié)的EEPROM。如果不對DS18B20施加告警搜索命令，這些寄存器可用作通用用戶存儲器。使用存儲器操作命令可以寫TH和TL。對這些寄存器的讀訪問通過高速暫存存貯器。所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫。 4. 寄生電源(parasite power) 圖3.2示出寄生電源電路。當I/O或Vdd引腳為高電平時，這個電路便取得電源，只要符合指定的定時和電壓要求，I/O 將提供足夠的功率。寄生電源的優(yōu)點是雙重的：1）利用此引腳，遠程溫度檢測無需

49、本地電源；2）缺少正常電源條件下也可以讀 ROM。 為了使DS18B20能完成準確的溫度變換，當溫度變換發(fā)生時I/O線上必須提供足夠的功率。因為DS18B20的工作電流高達1mA，5K的上拉電阻將使I/O線沒有足夠的驅(qū)動能力。如果幾個DS18B20在同一條I/O線上而且企圖同時變換，那么這一問題將變得特別尖銳5 . 報警搜索操作 位被忽略不計。TH或TL 的最高有效位直接對應16位溫度寄存器的符號位。如果測得的溫度高于TH或低于TL，器件內(nèi)部就會置位一個報警標識。每進行一次測溫就對這個標識進行一次更新。當報警標識置位時，DS18B20會對報警搜索命令有反應。這樣就允許許多DS18B20并聯(lián)在一

50、起同時測溫，如果某個地方的溫度超過了限定值，報警的器件就會被立即識別出來并讀取，而不用讀未報警的器件。 6. 64位光刻ROM 每只DS18B20都有一個唯一的長達64位的編碼。最前面8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19h）。下面 48 位是一個唯一的序列號。最后8位是以上56位的CRC碼。64位ROM和 ROM 操作控制區(qū)允許DS18B20做為單線制器件并按照詳述于“單線總線系統(tǒng)”一節(jié)的單線協(xié)議工作。只有建立了 ROM 操作協(xié)議，才能對DS18B20進行控制操作。單線總線控制器必須提供5個ROM操作命令其中之一：1）Read ROM，2）Match ROM，3）Search Rom

51、，4）Skip ROM，5）Alarm Search。成功進行一次 ROM 操作后，就可以對 DS18B20 進行特定的操作，總線控制器可以發(fā)出六個存儲器和控制操作命令中的任一個。7. CRC 發(fā)生器 DS18B20 中有8 位CRC 存儲在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中?？偩€控制器可以用64位ROM中的前56位計算出一個CRC值，再用這個和存儲在DS18B20中的值進行比較，以確定ROM數(shù)據(jù)是否被總線控制器接收無誤。CRC計算等式如公式3.3所示： CRC=X8+X5+X4+1 （3.3） DS18B20同樣用上面的公式產(chǎn)生一個8位CRC值，把這個值提供給總線控制器用來校驗傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

52、在任何使用CRC進行數(shù)據(jù)傳輸校驗的情況下，總線控制器必須用上面的公式計算出一個CRC值，和存儲在DS18B20的64位ROM中的值或 DS18B20內(nèi)部計算出的8位CRC值（當讀暫存器時，做為第9個字節(jié)讀出來）進行比較。CRC值的比較以及是否進行下一步操作完全由總線控制器決定。當在 DS18B20中存儲的或由其計算的CRC值和總線控制器計算的值不相符時，DS18B20內(nèi)部并沒有一個能阻止命令序列進行的電路。 移位寄存器的各位都被初始化為0。然后從系列編號的最低有效位開始，一次一位移入寄存器，8位系列編碼都進入以后，序列號再進入，48位序列號都進入后，移位寄存器中就存儲了CRC值。移入8位CRC

53、會使移位寄存器復0。 8. 存儲器 DS18B20的存儲器結構示于圖3.4。存儲器由一個暫存RAM和一個存儲高低溫報警觸發(fā)值TH和TL的非易失性電可擦除（E2）RAM組成。當在單線總線上通訊時，暫存器幫助確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)先被寫入暫存器，這里的數(shù)據(jù)可被讀回。數(shù)據(jù)經(jīng)過校驗后，用一個拷貝暫存器命令會把數(shù)據(jù)傳到非易性（E2）RAM 中。這一過程確保更改存儲器時數(shù)據(jù)的完整性。暫存器的結構為8個字節(jié)的存儲器。頭兩個字節(jié)包含測得的溫度信息。第三和第四字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失性的，每次上電復位時被刷新。下面兩個字節(jié)沒有使用，但是在讀回數(shù)據(jù)時，它們?nèi)勘憩F(xiàn)為邏輯1。第七和第八字節(jié)是計數(shù)寄存器，它們可

54、以被用來獲得更高的溫度分辨力。還有一個第九字節(jié)，可以用讀暫存器命令讀出。這個字節(jié)是以上八個字節(jié)的 CRC 碼。 暫存器 E2 RAM溫度LSB 溫度MSBTH/ 用戶字節(jié)1TL/ 用戶字節(jié)2保留保留COUNT REMAINCOUNT PER CRC 0 1TH/ 用戶字節(jié)TL/用戶字節(jié)TL 2 3 4 5 6 7 8 圖3.4 DS18B20存儲器圖9. 單線總線系統(tǒng) 單線總線系統(tǒng)包括一個總線控制器和一個或多個從機。DS18B20是從機。關于這種總線分三個題目討論：硬件結構、執(zhí)行序列和單線信號（信號類型和時序）。 單線總線只有一條定義的信號線；重要的是每一個掛在總線上的器件都能在適當?shù)臅r間驅(qū)動

55、它。為此每一個總線上的器件都必須是漏極開路或三態(tài)輸出。DS18B20 的單總線端口（I/O 引腳）是漏極開路式的，內(nèi)部等效電路見圖3.5。一個多點總線由一個單線總線和多個掛于其上的從機構成。單線總線需要一個約5K的上拉電阻。圖3.5 硬件結構單線總線的空閑狀態(tài)是高電平。無論任何理由需要暫停某一執(zhí)行過程時，如果還想恢復執(zhí)行的話，總線必須停留在空閑狀態(tài)。在恢復期間，如果單線總線處于非活動（高電平）狀態(tài)，位與位間的恢復時間可以無限長。如果總線停留在低電平超過 480us，總線上的所有器件都將被復位。 通過單線總線端口訪問 DS18B20 的協(xié)議如下： *初始化 *ROM 操作命令 *存儲器操作命令

56、*執(zhí)行/數(shù)據(jù) 通過單線總線的所有執(zhí)行（處理）都從一個初始化序列開始。初始化序列包括一個由總線控制器發(fā)出的復位脈沖和跟有其后由從機發(fā)出的存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道 DS18B20在總線上且已準備好操作。a. ROM操作命令 一旦總線控制器探測到一個存在脈沖，它就可以發(fā)出5個ROM命令中的任一個。所有 ROM 操作命令都有8位長度。下面是這些命令： Read ROM 33h 這個命令允許總線控制器讀到DS18B20的8位系列編碼、唯一的序列號和8位CRC碼。只有在總線上存在單只DS18B20的時候才能使用這個命令。如果總線上有不止一個從機，當所有從機試圖同時傳送信號時就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極

57、開路連在一起開成相與的效果）。 Match ROM 55h 匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，讓總線控制器在多點總線上定位一只特定的DS18B20。只有和64位ROM序列完全匹配的DS18B20才能響應隨后的存儲器操作命令。所有和64位ROM序列不匹配的從機都將等待復位脈沖。這條命令在總線上有單個或多個器件時都可以使用。 Skip ROM CCh 這條命令允許總線控制器不用提供64位ROM編碼就使用存儲器操作命令，在單點總線情況下可以節(jié)省時間。如果總線上不止一個從機，在Skip ROM命令之后跟著發(fā)一條讀命令，由于多個從機同時傳送信號，總線上就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉效果相當于相與）。

58、 Search ROM F0h 當一個系統(tǒng)初次啟動時，總線控制器可能并不知道單線總線上有多少器件或它們的64位ROM編碼。搜索ROM命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機的64位編碼。 Alarm Search ECh 這條命令的流程圖和Search ROM相同。然而，只有在最近一次測溫后遇到符合報警條件的情況，DS18B20才會響應這條命令。報警條件定義為溫度高于TH或低于TL。只要 DS18B20不掉電，報警狀態(tài)將一直保持，直到再一次測得的溫度值達不到報警條件。 b. I/O信號 DS18B20需要嚴格的協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的完整性。協(xié)議包括幾種單線信號類型：復位脈沖、存在脈沖、寫0、寫

59、1、讀0 和讀1。所有這些信號，除存在脈沖外，都是由總線控制器發(fā)出的。 和DS18B20間的任何通訊都需要以初始化序列開始，一個復位脈沖跟著一個存在脈沖表明 DS18B20 已經(jīng)準備好發(fā)送和接收數(shù)據(jù)（適當?shù)腞OM命令和存儲器操作命令）。 總線主機發(fā)送（TX）一復位脈沖（最短為480us的低電平信號）接著總線主機便釋放此線并進入接收方式（Rx ）。單線總線經(jīng)過5k的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測到 I/O 引腳上的上升沿之后，DS18B20等待15-60us并且接著發(fā)送存在脈沖（60-240us的低電平信號）。c . 存儲器操作命令 下述命令協(xié)議概括于表3.5 表存儲器操作命令協(xié)議表指 令說

60、明協(xié)議發(fā)出協(xié)議代碼后單總線操作備注溫度轉換命令溫度轉換啟動溫度轉換44h讀溫度“忙”狀態(tài)1存儲器命令讀暫存存儲器讀暫存器和CRC字節(jié)BEh讀數(shù)據(jù)直到9字節(jié)寫暫存存儲器寫字節(jié)到暫存器地此2和3處（TH 和TL溫度報警觸發(fā)器）4Eh寫二個字節(jié)到地址2，33復制暫存存儲器把暫存器數(shù)據(jù)復制到非易性存儲器僅地址2和地址348h讀復制狀態(tài)2重新調(diào)入E2把貯存在非易失性存儲器內(nèi)的數(shù)值重新調(diào)入暫存器（溫度報警觸發(fā)器）B8h讀溫度“忙”狀態(tài)讀電源發(fā)送電源模式到主機B4h讀電源 Write Scratchpad 4E 這個命令向 DS1820 的暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址 2。接下來寫入的兩個字節(jié)將被存到暫