基于单片机粮库的温度检测系统设计

基于单片机粮库的温度检测系统设计内容摘要：

电阻。 P1 口： P1 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。 对端口写“ 1” ,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间， P1 接收低 8位地址。 下图 为 P1口第二功能。 表 27 P1口的第二功能列表 引脚号 第二功能 T2（定时器 /计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出 T2EX（定时器 /计数器 T2的捕捉 /重载触发信号和方向控制） 11 MOSI（在系统编程用） MISO（在系统编程用） SCK（在系统编程用） P2 口： P2 是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P2的输出缓冲级可驱动 4个 TTL 逻辑门电路。 对端口写“ 1” ,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 I。 在访问８位地址的外部数据存储器（如执行：MOVX @Ri 指令）时， P2 口线上的内（也即特殊功能寄存器，在整个访问期间不改变。 Flash 编程或校验时， P2 也接收高位地址和 其它控制信号。 ） P3 口： P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4个 TTL 逻辑门电路。 对 P3 口写入“ 1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 作输入端口时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流 I。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能， P3口的第二功能如下表。 表 28 P3口的第二功能列表 端口引脚 第二功能 RXD(串行输入口 ) TXD(串行输出口 ) INTO(外中断 0) INT1(外中断 1) TO(定时 /计数器 0) T1(定时 /计数器 1) WR(外部数据存储器写选通 ) RD(外部数据存储器读选通 ) RST：复位输入。 当振荡工作时， RST 引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。 WDT益出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打开或关闭该功能。 DISRTO 位缺省为 RESET 输出高电平打开状态。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存 地址的低 8位字节。 即使不访问外部存储器， ALE仍以时钟振荡频率的 1/6 输出的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目地，要注意的是：第当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位禁位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活。 此外，该引脚伎被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。 PSEN：程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S51 12 由外部程序存储器取指令（ 或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 当访问外部数据存储器，高有两次有效的 PSEN 信号。 EA/VPP：外部访问允许。 欲使 CPU 公访问外部程序存储器（地址 0000H－FFFFH）， EA端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 Flash 存储器编程时 ,该引脚加上＋ 12V 的编程电压 Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器 的输出端。 AT89S51 芯片的最小系统设计 由设计的要求，只要做很小集成度的最小系统应用在一些小的控制单元。 其应用特点是 :全部 I/O 口线均可供用户使用 ； 内部存储器容量有限（只有 4KB 地址空间） ； 应用系统开发具有特殊性。 图 29 最小系统设计原理图 单片机最小系统 [11]如 图 28 所示，其中有 4个双向的 8 位并行 I/O 端口，分别记作 P0、 P P P3，都可以用于数据的输出和输入， P3 口具有第二功能为系统提供一些控制信号。 时钟电路用于产生 MCS51 单片机工作所必须的时钟控制信号，内部 电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。 MCS51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚 XTAL1，输出端为 XTAL2。 这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电 13 容，就构成了一个稳定的自激振荡器。 电路中的微调电容通常选择为 30pF 左右，该电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。 晶体的振荡频率为 12MHz。 MCS51 的复位是由外部的复位电路来实现。 采用最简单的外部按键复位电路。 按键自动复位是通过外部复位电路的来实现的 .我们选用时钟频率为 12MHz。 温度传感器的选择 测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展主要大体经过了三个阶段 : (含敏感元件 ) /控制器 3.智能温度传感器 [13]。 模拟集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。 模拟集成温度传感器是在 20世纪 80 年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上，可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用 IC。 模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一 (仅测量温度 )、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远 、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。 它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有 AD59O、 AD59 TMP1 LM135 等。 模拟集成温度控制器主要包括温控开关和可编程温度控制器，典型产品有LM5 AD22105 和 MAX6509。 某些增强型集成温度控制器 (例如 TC652/653)中还包含了刀 D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。 但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。 智能温度传感器 (亦称数字温度传感器 )[14]是在 20世纪 90 年代中期问世的。 它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术 (ATE)的结晶。 目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。 智能温度传感器内部都包含温度传感器、刀D转换器、信号处理器、存储器 (或寄存器 )和接口电路。 有的产品还带多路选择器、中央控制器 (CPU)、随机存取存储器 (RAM)和只读存储器 (ROM)。 智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器 (MCU)。 并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。 目前， 国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化和网络化的方向飞速发展。 智能温度传感器 DS18B2O 正是朝着高精度、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。 因此，智能温度传感器 DS18B20 作为温度测量装置己广泛应用于人民的日常生活和工农业生产中。 14 温度传感器 DS18B20 的简介 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS182O 之后最新推出的一种数字化单总线器件，属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器 [15]。 与传统的热敏电阻相比，它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912 位的数字值读数方式。 可以分别在 和 750ms 内完成 9位和 12 位的数字量，并且从 DSl8B20 读出的信息或写入 DSl8B20 的信息仅需要一根口线 (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 DS18B2O 供电，而无需额外电源。 因而使用 DS18B2O 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。 DS18B20“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口。 现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出，大大提高了系统的抗干扰性。 因此，数字化单总线器件 DS18B20 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。 它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 DSl8B2O 都有了很大的改进，给用户带来了更方便和更令人满意的效果。 可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。 DS18B20 的性能特点 (1)采用 DALLAS 公司独特的单线接口方式 :DS18B20 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DSI8B20 的双向通讯。 (2)在使用中不需要任何外围元件。 (3)可用数据线供电，供电电压范围 :+ 一 +。 (4)测温范围 :55 一 +l25℃。 固有测温分辨率为 度。 当在一 10℃一 +85℃范围内，可确保测量误差不超过 ℃，在 55 一 +125℃范围内，测量误差也不超过 2℃。 (5)通过编程可实现 9一 12 位的数字读数方式。 (6)用户可自设定非易失性的报警上下限值。 (7)支持多点 组网功能，多个 DSI8B20 可以并联在唯一的三线上，实现多 点测温 [12]。 (8)负压特性，即具有电源反接保护电路。 当电源电压的极性反接时，能保护 DS18B20 不会因发热而烧毁。 但此时芯片无法正常工作。 (9)DS18B2O 的转换速率比较高，进行 9位的温度转换仅需。 (10)适配各种单片机或系统。 (11)内含 64 位激光修正的只读存储 ROM，扣除 8 位产品系列号和 8 位循环冗余校验码 (CRC)之后，产品序号占 48 位。 出厂前产品序号存入其 ROM 中。 在构 15 成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多 片 DS18B20。 DS18B20 的管脚排列 DS18B20 采用 3脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装。 其管脚排列如下图所示： 图 210 DS18B20的管脚排列 I/O 为数据输入 /输出端 (即单线总线 )，它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。 VCC 是可供选用的外部电源端，不用时接地， GND 为地，NC空脚。 DS18B20 的内部结构 DS18B2O 的内部结构框图 [17]如下图所示。 它主要包括 7部分 :寄生电源。 温度传感器。 64 位激光 (loser)ROM 与单线接口。 高速暂存器，即便筏式 RAM，用于存放中间数据 : TH触发寄存器和 TL 触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上下限值。 存储和控制逻辑。 8位循环冗余校验码 (CRC)发生器。 16 图 211 DS18B20部分结构框图 高 8 位是 CRC 校验码，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48位，低 8位是产品类型的编号，前 56 位的这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。 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。 而DS18BZO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 RAM。 后者用于存储 TH， TL值。 数据先写入 RAM，经校验后再传给可擦除RAM。 而配置寄存器为高速暂存器中的第 5 个字节，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率， DS18B20 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。 DS18B20 的控制方法 在硬件上， DS18B20 与单片机的连接有两种方法。 一种是将 DS18B20 的 VCC接外部电源， GND 接地，其 I/O 与单片机的 I/O 线相连。 另一种是用寄生电源供电，此时 DSISBZO 的 VCC、 GND 接地，其 I/O 接单片机 I/O。 无论是内部寄生电源还是外部供电， DS18B20 的 I/O 口线要接 5K 左右的上拉电阻。 CPU 对 DS18B20 的访问流程是 :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对数据操作。 DS18B2O 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。 例如主机控制 DS18B20 完成温度转换这一过程，根据 DS18B20的通讯协议，必须经历三个步骤 :每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。 DS18B20 的测温原理 DS18B20 的测温原理如下图所示： 17 图 212 DS18B20的内部测温电路原理图 图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，高温度系数晶振的振荡频率随温度变化而明显改变，所产生的信号作为。