xx-20xx年基于51单片机的温度监控器的设计总结

xx-20xx年基于51单片机的温度监控器的设计总结内容摘要：

用户也可以采用外部时钟。 采用外部时钟的电路如图 10 右图所示。 这种情况下 ，外部时钟脉冲接到 XTAL1 端，即内部 时钟发生器的输入端， XTAL2 则悬空。 由于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但 最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。 中断 AT89C52 共有 6 个中断向量：两个外中断（ INT0 和 INT1）， 3 个定时器中断（定时器 0、 2）和串行口中断。 所有 这些中断源如图 9 所示。 这些中断源可通过分别设置专用寄存器 IE 的置位或清 0 来控制每一个中断的允许或禁 止。 IE 也有一个总禁止位EA， 它能控制所有中断的允许或禁止。 注意表 5 中的 为保留位，在 AT89C51 中 也是保留位。 程序员不应将 “1”写入这些位，它们是将来 AT89 系 列产品作为扩展用的。 定时器 2 的中断是由 T2CON 中的 TF2 和 EXF2 逻辑或产生的，当转向 中断服务程序 时，这些标志位不能被硬件清除， 事实上，服务程序需确定是 TF2 或 EXF2 产生中断，而由 软件清除中断标志位。 定时器 0 和定时器 1 的标志位 TF0 和 TF1 在定时器溢出那个机器周期的 S5P2 状态置位，而会在下一个机器周期才查 询到该中断标志。 然而，定时器 2 的标志位 TF2 在定时器溢出的那个机器周期的 S2P2 状态置位，并在同一个机器周期内 查询到该标志。 空闲节电模式 在空闲工作模式状态， CPU 自身处于睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。 此时，同 时将片内 RAM 和所有特殊功能寄存器的内容冻结。 空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。 由硬件复 位终止空闲状态只需两个机器周期有效复位信号，在此状态下，片内硬件禁止访问内部 RAM，但可以访问端 口引脚，当用复位终止空闲方式时，为避免可能对端口产生意外写入，激活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指令。 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最后一条被执行的指令，片内RAM 和特殊功能寄存器的内 容在终止掉模式前被冻结。 退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存器，但不改变 RAM 中的内容，在 Vcc 恢复到正常工作电平前 ，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。 编程和加密 Flash 存储器的编程 AT89C52单片机内部有 8k 字节的 Flash PEROM，这个 Flash 存储阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内容 均为 FFH），用户随时可对其进行编程。 编程接口可接收高电压（ +12V）或低电压（ Vcc）的允许编程信号。 低电压编程模 式适合于用户在线编程系统，而高电压编程模式可与通用 EPROM 编程器兼容。 AT89C52 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 从芯片上的型号和读取芯片内的 签名字节获得该信息。 AT89C52 的程序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，要对整个芯片内的 PEROM 程序存储器 写入一个非空字节，必须使用片擦除的方式将整个存储器的内容清除。 编程方法 编程前，须按表 9 和图 11 所示设置好地址、数据及控制信号， AT89C52 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． 在高电压编程方式时，将 EA/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 编程脉冲。 每个字节写入周期 是自身定时的，通常约为。 重复 1—5 步骤，改变编程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束。 程序存储器的加密 AT89C52 有 3 个程序加密位，可对芯片上的 3 个加密位 LB LB LB3 进行编程（ P）或不编程（ U）来得到。 当加密位 LB1 被编程时，在复位期间， EA 端的逻辑电平被采样并锁存，如果单片机上电后一直没有复位，则锁存起的 初始 值是一个随机数，且这个随机数会一直保存到真正复位为止。 为使单片机能正常工作，被锁存的 EA 电平值必须与该引 脚当前的逻辑电平一致。 此外，加密位只能通过整片擦除的方法清除。 数据查询 AT89C52 单片机用 Data Palling 表示一个写周期结束为特征，在一个写周期中，如需读取最后写入的一个字节，则读出的数据的最高位（ ）是原来写入字节最高位的反码。 写周期完成后，所输出的数据是有效的数据，即可进入下一个字节的写周期，写周期开始后，Data Palling 可能随时有效。 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 变为高电平 “H”后， （ RDY/BSY）端电平被拉低，表示正在编程状态（忙状态）。 编程完成后， 变为高电平表示准备就绪状态。 程序校验：如果加密位 LB 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，采用如图 12的电路。 加密位不可直接校验，加密位的校验可通过对存储器的校验和写入状态来验证。 芯片擦除：利用控制信号的正确组合（表 6）并保持 ALE/PROG 引脚 10mS 的低电平脉冲宽度即可将 PEROM 阵列（ 4k 字节）和三个加密位整片擦除，代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写入 “1”，这步骤需再编程之前进行。 读片内签名字节：AT89C52 单片机内有 3 个签名字节，地址为 030H、 031H 和 032H。 用于声明该器件的厂商、型号和编程电压。 读 AT89C52 签名字节需将 和 置逻辑低电平，读签名字节的过程和单元 030H、 031H 及 032H 的正常校验相仿，只返回值意义如下： （ 030H）=1EH 声明产品由 ATMEL 公司制造。 （ 031H） =52H 声明为 AT89C52 单片机。 （ 032H） =FFH 声明为 12V 编程电压。 （ 032H） =05H 声明为 5V 编程电压。 参考资料 1ATMEL 官网 温度采集电路设计 由于本设计是精确控制系统，并且有控制范 围上的要求，所以在选择传感器上要着重考虑其精度和测试范围。 AD590和 DS18B20都包含一个可以精确测量环境温度的片内温度传感器，但 AD590是模拟传感器，需对温度模拟信号进行数字化处理，在调理和放大信号时，又会带来新的误差，影响精度，而 DS18B20包含一个 10位 AD转换器，是一个以 辨力将温度数字化的数字式温度传感器，并且其测温理论范围为 55度到 125度，因其精确度高，范围可选这两大特点，故本设计的传感器选为 DS18B20。 温度采集电路模块如图 33 所示。 DS18B20 内部结构主要有四个 部分组成： 1） 64 位光刻 ROM； 2）温度传感器； 3）非易失性温度报警触发器 TH和 TL； 4）配置寄存器。 其中 DQ 为数字信号输入 /输出端； GND 为电源地； VDD 为外接供电电源输入端。 器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量：在信号线处于高电平期间把能量存储在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。 DS18B20 也可以用外部 5V 电源供电。 图 33 DS18B20 中的温度传感器可完成 对温度的测量，用 12 位存储温值度，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，负温度 S=1，正温度 S=0。 如下图 34为 18B20的温度存储方式： 二 DS18B20 的 原理及特性 介绍 的几个特点： a. DS18B20 因为采用了单总线技术，可通过串行口线 ，也可通过其他 I/O 口线与微机直接接 传感器直接输出被测温度值（二进制数）。 ： 55℃ ————+125℃ , ： ℃ ,是其他传感器无法相比的。 图 1 DS18B20 外部形状及管脚 64 位只读存储器 ROM,（内存出厂序列号，是对应每一个器件的唯一号），还又 RAM 存有温度当前转换值及符号。 、下限。 2. DS18b20 的结构： a. 64 位光刻 ROM ，可以看作是 DS18B20 的地址序列号，如表一所示。 RAM 共占 0、 1 两个单元： 两个 8 位的 RAM 中，存放二进制的数，高五位是符号位，如果温度大于 0OC,这五位数为 0，将测到的数值乘以 ，即得到实际的温度值。 如果温度小于 0OC,高五位为 1，测到的数值需要取反加 1，再乘以 ，才得到实际的温度值。 c. 九个寄存器的名称及作用： 表 3 三 DS18B20 的控制方法 DS18B20 的操作是通过执行操作命令实现的， 其控制程序是按照 DS18B20的通讯协议编制的。 单片机与 DS18B20 交换数据， CPU 按照单总线协议在总线上产生复位时序和读写时序来实现的。 其中包含复位脉冲、响应脉冲、读、写时序，只有响应脉冲是 DS18B20 发出的，其他都有单片机发出。 时序的具体要求如下： （ 1） 复位脉冲：单片机发出一个宽为 480—960μs的负脉冲之后再发出 5—60μs的正脉冲，此时 DS18B20 会发出一个 60—240μs的响应脉冲，复位时序结束。 也就是呼应阶段。 （ 2） 写时间片：写一位二进制的信息，周期至少为 61μS,其中含 1μS的恢复时间，单片机启动写程序后 15—60μs期间 DS18B20 自动采样数据线，低电平为 “0”，高电平为 “1”。 单片机写 “0”时，要持续低电平 60—120μs,写 “1”时，要在启动后 15μs之内使数据线变为高电平。 （ 3） 读时间片：读一位二进制数据，周期及恢复时间要求与写时间片相同。 单片机启动读时序之后，至少保持 1μs低电平，然后在接近启动后 15μs之 前读入数据。 低电平为 “0”，高电平为 “1”。 图 2 初始化时序 图 3 读 /写时序 （ 4） ROM 操作 命令的执行： 在 ROM 操作命令中，有两条命令专门用于获取传感器序列号 :读 ROM命令（ 33H）和搜索 ROM 命令（ FOH）。 读 ROM 命令只在总线上只有一个传感器的情况下使用。 具体 的 搜 索过程为 :（ 1）单片机发出复位脉冲进行初始化，连接在 P3。 5口上的传感器则发出存在脉冲做出响应。 （ 2）单片机在单总线上发出搜索 ROM命令。 （ 3）单片机从单总线上读一位数据。 ds18b20 的工作时序分别有初始化时序、写时序、读时序、转换时序等，根据传感器的这些时序要求编写出子程序、主程序 表 4 温度传感器工作原理 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。 DS18B20 的性能特点如下： ● 独特的单线接口方式仅需要一 个端口引脚进行通信； ● 多个 DS18B20 可以并联在唯 一的三线上，实现多点组网 功能； ●无需外部器件； ●可通过数据线供电， 电压范围： ～ ； ●测 温范围－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 时精度为 177。 ℃ ●零待机功耗 ●温度以 9 或 12 位数字量读出； ●用户可定义的非易失性温度报警设置 ●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，其内部结构框图如图 3所示 图 3 DS18B20 内部结构框图 64 b 闪速 ROM 的结构如下 ： 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。 主机操作 ROM 的命令有五种，如表 1 所列 表 1 主机操作 ROM 的命令 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 4 所示。