基于单片机的仓库温度监测系统设计与制作毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的仓库温度监测系统设计与制作毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

仓库温度监测系统设计与制作 6 非易失 存储器 制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪速 存储器 组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一种高效微控制器。 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。 AT89C51 引脚功能 AT89C51 单片机为 40 引脚双列直插式封装，其引脚排列和逻辑符号如图 所示。 图 单片机引脚示意图 （ 1） VCC：供电电压。 （ 2） GND：接地。 （ 3） 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 P0 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 /地址的低八位。 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 外部必须接上拉电阻。 （ 4） 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 口作为低八位地址接收。 基于单片机的仓库温度监测系统设计与制作 7 （ 5） 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。 （ 6） 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。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 所示 ： 表 P3 口第二功能 引脚 功能 RXD（串行接口输入） TXD（串行接口输出） /INT0（外部中断 0 输入） /INT1（外部中断 1 输入） T0（定时器 0 输入信号） T1（定时器 1 输入信号） /WR（外部数据存储器读选通） /RD（外部数据存储器写选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些 控制信号。 （ 7） 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。 （ 8） ALE/PROG：当访问外部 存储器 时， 地址锁存 允许的 输出电平 用于锁存地址的低位字节。 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 时 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。 （ 9） /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，基于单片机的仓库温度监测系统设计与制作 8 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。 （ 10） /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序 存储器（ 0000HFFFFH），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）。 （ 11） XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 （ 12） XTAL2：来自反向振荡器的输出。 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。 芯片擦除 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的 控制信号 组合，并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。 在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “ 1”且在任何非空存储字节被重复 编程 以前，该操作必须被执行。 此外， AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种 软件 可选的掉电模式。 在闲置模式下， CPU 停止工作。 但 RAM， 定时器 ，计数器，串口和 中断系统 仍在工作。 在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 DS18B20 温度传感器 DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877， LTM8874等等。 主要根据应用场合的不同而改变其外观。 封装后的 DS18B20 如图 所示 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。 耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 DS18B20 的主要特性 （ 1） 适应电压范围更宽， 电压范围： ～ ，在寄生电源方式下可由数 据线供电。 （ 2） 独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 基于单片机的仓库温度监测系统设计与制作 9 （ 3） DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 （ 5） 温范围－ 55℃ ～ +125℃。 （ 6） 可编程 的分辨率为 9～ 12 位，对应的可分辨温度分别为 ℃ 、℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可实现 高精度测温。 （ 7） 在 9 位分辨率时最多在 内把温度转换为数字， 12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快。 （ 8） 测量结果直接输出数字温度信号，以 一 线总线 串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 （ 9） 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。 图 DS18B20 封装图 DS18B20 的外形和内部结构 DS18B20内部结构主要由四部分组成： 64位光刻 ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20引脚定义： （ 1） DQ 为数字信号输入 /输出端； （ 2） GND 为电源地； （ 3） VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 DS18B20的外形及管脚排列如图 ： 光 刻 ROM 中的 64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。 64位光刻 ROM 的排列是：开始 8位 （ 28H）是产品类型标号，接着的 48位是该 DS18B20自身的序列号，最后 8位是前面 56位的循环冗余校验码（ CRC=X8+X5+X4+1）。 光刻 ROM 的作用是使每一个基于单片机的仓库温度监测系统设计与制作 10 DS18B20都各 不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20的目的。 图 DS18B20的外形及管脚排列 DS18B20 的内部结构如图 ： 图 DS18B20内部结构图 DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12位转化为例：用 16位符号扩展的二进制补码读数 形式提供，以 ℃ /LSB 形式表达，其中S 为符号位。 如表 ： 基于单片机的仓库温度监测系统设计与制作 11 表 DS18B20 温度值格式表 这是 12位转化后得到的 12位数据，存储在 18B20的两个 8比特的 RAM 中，二进制中的前面 5位是符号位，如果测得的温度大于 0， 这 5位为 0，只要将测到的数值乘于 ；如果温度小于 0，这 5位为 1，测到的数值需要取反加 1再乘于 温度。 例如 +125℃ 的数字输出为 07D0H，+℃ 的数字输出为 0191H， ℃ 的数字 输出为 FE6FH， 55℃ 的数字输出为 FC90H。 如表 表 DS18B20 温度数据表 DS18B20温度传感器的内部 存储器包括一个高速暂存 RAM和一个非易失性的可电擦除的 EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、 TL 和结构寄存器。 配置寄存器的结构见表。 表 配置寄存器 TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 “ 1” ， TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。 在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用 户不要去 改动。 R1基于单片机的仓库温度监测系统设计与制作 12 和 R0 用来设置分辨率，如表 所示：（ DS18B20 出厂时被设置为 12 位） 表 温度分辨率设置表 R1 R0 分辨率 温度最大转换时间 0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms 1 1 12 位 750ms 高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如表 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，数据格式如表 1 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 是对应的一部分温度值。 第九个字节是冗余检验字节。 表 DS18B20暂存寄存器分布 寄存器内容 字节地址 温度值低位 （ LS Byte） 0 温度值高位 （ MS Byte） 1 高温限值（ TH） 2 低温限值（ TL） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 校验值 8 根据 DS18B20 的通讯协议，主机（单片机）控制 DS18B20 完成温 度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位操作，复位成功后发送一条 ROM 指令 见表 ，最后发送 RAM 指令 见表 ，这样才能对 DS18B20进行预定的操作。 复位要求主 CPU将数据线下拉 500微秒，然后释放，当 DS18B20基于单片机的仓库温度监测系统设计与制作 13 收到信号后等待 16～ 60 微秒左右，后发出 60～ 240 微秒的存在低脉冲，主 CPU收到此信号表示复位成功。 表 ROM 指令表 指 令 约定代码 功 能 读 ROM 33H 读 DS1820 温度传感器 ROM 中的编码（即 64 位地址） 符合 ROM 55H 发出此 命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的 DS1820 使之作出响应，为下一步对该 DS1820 的读写作准备。 搜索 ROM 0FOH 用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别 64 位 ROM 地址。 为操作各器件作好准备。 跳过 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 发温度变换命令。 适用于单片工作。 告警搜索命令 0ECH 执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。 表 RAM 指令表 指 令 约定代码 功 能 温度变换 44H 启动 DS1820 进行温度转换， 12 位转换时最长为 750ms（ 9 位为 ）。 结果存入内部 9 字节 RAM。