基于单片机at89c51数字温度计的设计

基于单片机at89c51数字温度计的设计内容摘要：

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 【 6】。 片内 振荡器： 该反向放大器可以配置为片内振荡器 ，如图 32 所示。 长春理工大学光电信息学院毕业设计 6 图 32 片内 振荡器 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。 单片机 AT89C51 具有低电压供电和体积小等特点 ， 四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。 单片机 AT89C51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。 AT89C2051 构成的温度计主要有三部分组成： DS18B20 温度传感器、单片机AT89C205由 LED 数码管构成的显示模块。 其系统原理框图如图。 DS18B20 作为单片机 AT89C2051 的外部信号源，把所采集到的温度转换为数字信号，通过 I/O 接口传给 51 单片机， 51 单片机启动 ROM 内的控制程序驱动 LED 数码管，通过 I/O 接口的数据线（单片机和数码管的接口）把数据线 传送给数码管，将采集到的温度显示出来。 DS18B20 的特点： 它是采用单总线专用技术，既可以通过串行口西岸，又可以通过其他 I/O 口线和微机接口，不需要经过其他的转换电路，直接就可以输出被测温度值。 测量温度范围是： 55~+125，分辨率为 ，它内含 64 位经过激光修正的只读存储器ＲＯＭ，适合各种单片机和系统机，用户可以分别设定温度的上．下限，它内含寄生电源。 它的长春理工大学光电信息学院毕业设计 7 内部结构重要由４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，高速暂存器。 在硬件上，它和单片机的链接 有两种方式。 一种是 VCC 接外部电源， GND 接地，I/O 和单片机的 I/O 线相连；第二种是用寄生电源供电，此时 接地， I/O 接地， I/O 接单片机的 I/O。 不论是内部寄生电源还是外部寄生电源供电， I/O 口线都要接5K 欧左右的上拉电阻。 把它的数据线与单片机的 13 管脚链接。 CPU 对它的访问流程：先对ＤＳ１８Ｂ２０初始化，再进行ＲＯＭ操作命令，最后才能对存储器操作和数据操作。 它的每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。 单片机主板电路 单片机 AT89C51 是数字温度计的核心元件，单片机的主板电路如图 33 所示，包括单片机芯片、报警系统电路、晶振电路、上拉电阻以及与单片机相连的其他电路。 图 33 单片机的主板电路 温度采集部分的设计 温度传感器 DS18B20 长春理工大学光电信息学院毕业设计 8 DS18B20温度传感器是美国 DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，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 【 7】。 TO－ 92 封装的 DS18B20 的引脚排列见图 34，其引脚功能描述见表 31。 表 31 DS18B20 详细引脚功能描述 序号 名称 引脚功能描述 1 GND 地信号 2 DQ 数据输入 /输出引脚。 开漏单总线接口引脚。 当被用着在寄电源下，也可以向器件提供电源。 3 VDD 可选择的 VDD 引脚。 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 图 34 DS18B20 引脚排列 DS18B20 的性能特点如下： ●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； ●多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； ●无须外部器件； ●可通过数 据线供电，电压范围为 ~； ●零待机功耗； ●温度以 9 或 12 位数字； ●用户可定义报警设置； ●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； ●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作； DS18B20 采用 3 脚 PR－ 35 封装或 8 脚 SOIC 封装 【 8】 ，其内部结构框图如图 35 所示。 长春理工大学光电信息学院毕业设计 9 图 图 35 DS18B20 内部结构 64 位 ROM 的结构开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最 后 8 位是前面 56 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。 温度报警触发器 TH 和 TL，可通过软件写入户报警上下限 【 9】。 DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。 高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器，结构如图 36 所示。 头 8 个字节包含测得的温度信息，第 8 和第 8 字节 TH 和 TL 的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。 第 8 个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。 DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精 度的温度数值。 该字节各位的定义如图 36 所示。 低 8 位一直为１， TM 是工作模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式， DS18B20 出厂时该位被设置为 8，用户要去改动， R1 和 R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率 【 10】。 DS18B20 最大的特点是单总线数据传送方式， DS18B20 的数据 I/O 均由同一条线来完成。 DS18B20 的电源供电方式有两种：外部供电方式和寄生电源方式。 工作于寄生电源方式时， VDD 和 GND 均接地，它在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用处。 原理是当 1Wire 总 线的信号线 DQ 为高电平时，窃取信号能量给 DS18B20 供电，同时一部分能量给内部电容充电，当 DQ 为低电平时释放能量为 DS18B20 供电。 但是寄生电源方式需要强上拉电路，软件控制变得复杂（特别是在完成温度转换和拷贝数据到 E2PROM 时），同时芯片的性能也有所降低。 因此，在条件允许的场合，尽量采用外供电方式。 无论是内部寄生电源还是外部供电， I/O 口线要接 5K 欧左右的上拉电阻，在这采用前者方式供电。 采集的温度经过处理后，超过规定温度上限的时候，单片机将通过Ｐ１．５口向蜂鸣器发送高电平信号使其发送警报声；当采集到 的温度经过处理后，低于设定温度下线时，单片机将通过Ｐ１．５口向蜂鸣器发送高电平信号使其发送警报声。 要是由于环境温度变化太剧烈或加热，或温度传感头出现故障，而在一定时间内，不能将温I/O C 64 位 R O M 和 单 线 接 口 高速缓存存储器与控制逻辑 温度传感器 高温触发器 TH 低温触发器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 发生器 Vdd 长春理工大学光电信息学院毕业设计 10 度控制到规定的温度限内，单片机也将会通过Ｐ１．５口向蜂鸣器发送高电平信号使其发送警报声。 在实验中设置的下限温度是２０摄氏度，当温度达到２０摄氏度时，蜂鸣器就将发出警报声，实验中设置的上限温度为４０摄氏度，当温度达到所显示的４０摄氏度时，蜂鸣器就会开始警报。 报警模块的器件选择：在本设计中温度测量范围是 0 摄氏度到 +125 摄氏度之间，因 此只需要液晶就可以完成相关的显示功能，报警器可以用有源蜂鸣器配合三极管来代替。 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 图 36 DS18B20 字节定义 由表 32 可见， DS18B20 温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。 因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 表 32 DS18B20 温度转换时间表 R1 R0 分辨率（位） 温度最大转向时间（ ms） 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 高速暂存 RAM 的第 8 字节保留未用，表现为全逻辑 1。 第 9 字节读出前面所有 8 字节的 CRC 码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。 当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。 转换完成后的温度值就以 16温度 LSB 温度 MSB TH 用户字节 1 TL 用户字节 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC 长春理工大学光电信息学院毕业设计 11 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 2 字节。 单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 ℃ ／ LSB形式表示 【 11】。 当 符号位 S＝ 0 时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位 S＝ 1 时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。 表 33 是一部分温度值对应的二进制温度数据。 DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、 TL 字节内容作比较。 若 TTH 或 TTL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。 因此，可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行报警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（ CRC）。 主机 ROM 的前56 位来 计算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比较，以判断主机收到的 ROM数据是否正确。 DS18B20 的测温原理是这这样的，器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所。