1、四 川 理 工 學 院畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）說 明 書題 目：數(shù)顯溫度控制儀的設(shè)計系 別：專業(yè)班級：學生：指導教師：教 研 室：提交時間：- 57 - / 70畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導教師簽名： 日期：使用授權(quán)說明本人完全了解

2、大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部容。作者簽名： 日 期：學位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名

3、： 日期： 年 月 日學位論文使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學可以將本學位論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫（設(shè)計）過程1、學生在論文（設(shè)計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能

4、分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 與格 不與格4、研究方法的科學性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 優(yōu) 良 中 與格 不與格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 與格 不與格建議成績：

5、優(yōu) 良 中 與格 不與格（在所選等級前的畫“”）指導教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 與格 不與格建議成績：優(yōu) 良 中 與格 不與格（在所選等級前的畫“”）評閱教師： （簽名）

6、 單位： （蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）與教學系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、對答辯問題的反應、理解、表達情況 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、學生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu)

7、良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 與格 不與格評定成績：優(yōu) 良 中 與格 不與格（在所選等級前的畫“”）教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）年 月 日教學系意見：系主任： （簽名）年 月 日摘 要單片機系統(tǒng)的開發(fā)應用給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命，自動化、智能化均離不開單片機的應用。單片機由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力和流量也都是常用的被控參數(shù)。本論文介紹了基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件開發(fā)的過程。本系統(tǒng)由DALLAS出品的新型單路串行數(shù)字式溫度傳感器DS1

8、8B20完成溫度測量；采用AT89C51單片機作為系統(tǒng)的控制芯片，完成溫度值接收、轉(zhuǎn)換、分析、判斷閾值、輸出功能、報警處理。整個系統(tǒng)具有集成度高、可靠性強、抗干擾性強（串行通信特點）、魯棒性強、可擴展性強、體積小、功耗低等特點。具有測溫、上限報警、下限報警、溫度控制與顯示功能 。關(guān)鍵詞： DS18B20 單片機 顯示 報警ABSTRACTThe development and application of MCU (Micro Control Unit) have made a great change in many fields of modern industrial detection

9、 and control. Because of the small scale, low price and high efficiency of MCU, it is widely used in home appliances and industrial control. In the process of producing、current、voltage、 temperature and pressure are usually the parameters to be monitored.This paper mainly includes the introduction of

10、 AT89C51 and the general chips which are used in the system, the design of hardware and software. In the system, One wire digital thermometer, DS18B20, is used to measure temperature and output the temperature signal into AT89C51, then AT89C51 fulfill the functions, such as receiving the temperature

11、 signal, conversion, judge the threshold and alarm. The whole system has many features, high integration, strong reliability, anti-jamming(the character of serial communication), robust, expansibility and low power consumption. This system can measure temperature, display it and alarm when temperatu

12、re over upper limit or lower limit, in the mean while, AT89C51 output signal to trigger the equipment which can regulate temperature.Keywords:DS18B20singlechipdisplayalarm 目 錄摘要.ABSTRACT.第1章 概述.1第2章 任務與要求.2第3章方案設(shè)計.3第4章 單片機AT89C51的結(jié)構(gòu)和原理.54.1 AT89C51單片機的結(jié)構(gòu).54.2 引腳功能說明.6 4.3 AT89C51存儲器.9 4.4 復位與其復位電路.1

13、1第5章 DS18B20智能溫度控制器的介紹.12 5.1 DS18B20的部結(jié)構(gòu).13 5.2 DS18B20溫度傳感器的存儲器.16 5.3 DS18B20的操作命令.17 5.4 DS18B20的測溫原理.19 5.5 DS18B20使用中注意事項.20第6章 溫度控制儀的硬件設(shè)計.216.1 硬件結(jié)構(gòu)框圖.21 6.2 Protel99設(shè)計原理圖.226.3 各部件電路介紹.25第7章 溫度控制儀的軟件設(shè)計.28 7.1程序模塊設(shè)計.28 7.2 軟件流程圖.29第8章 硬件電路板的制作步驟.33第9章 結(jié)束語.35辭.37參考文獻.38附錄.39第1章 概述電子技術(shù)的飛速發(fā)展，給人類

14、生活帶來了根本的變革，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計算機，更是將人類社會帶入了一個新的時代。利用微機的強大功能，人們可以完成各種各樣的控制。然而，微機的造價高，對于大多數(shù)的工業(yè)控制來說，并不需要微機那樣強大的功能，于是單片機就應運而生了。單片機其實是一個簡化的微機，將微機的CPU、存儲器、I/O接口、定時器/計數(shù)器等集成在一片芯片上就是單片機，它主要用來完成各種控制功能。相對微機來說，單片機價格低，非常適合于應用在簡單的控制場合以降低成本。另外，單片機是按照工業(yè)控制要求設(shè)計的，其可靠性很高，可在工業(yè)現(xiàn)場復雜的環(huán)境下運行。單片機依靠其高的可靠性和極高的性價比，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、

15、智能化儀表、家用電器等方面得到極為廣泛的應用。在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計，工程建設(shè)與日常生活中基于單片機的溫度控制儀都起著重要的作用，早期的溫度控制儀主要用于工廠生產(chǎn)中，起到實時采集溫度數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量之用。隨著人們生活質(zhì)量的提高，現(xiàn)代社會中的溫度控制儀不僅應用在工廠生產(chǎn)方面也應用于酒店，以與家庭生活中。如高精度的生產(chǎn)廠房，對溫度的要求極其嚴格，溫度的變化極有可能對生產(chǎn)的產(chǎn)品造成極大的影響。因此，這就需要一種能夠與時檢測溫度變化以與顯示溫度變化的設(shè)備，提供溫度數(shù)據(jù)值，使人們對溫度的變化做與時的調(diào)整，溫度控制儀就可根據(jù)人們不同的應用環(huán)境自行設(shè)置該環(huán)境的溫度值，與時的反映生產(chǎn)、生活中溫度的變化，使

16、人們能與時看到溫度變化的第一手資料，提示人們溫度變化的情況，協(xié)助人們能與時的調(diào)整，起到溫度報警作用，使溫度控制儀更好的服務于社會生產(chǎn)、生活。第2章 任務與要求一、設(shè)計任務以溫度傳感器作為系統(tǒng)的檢測元件，采用單片機作為系統(tǒng)的控制芯片，完成溫度值接受、轉(zhuǎn)換、分析、判斷閥值、信號輸出、報警處理。整個系統(tǒng)具有測量溫度、上限報警、下限報警、溫度控制與數(shù)碼顯示功能。不須設(shè)計具體的加熱與降溫電路，只需檢測向外圍設(shè)備輸出的溫度控制信號是否存在即可。二、 主要容與基本要求1） 利用溫度傳感器檢測溫度，將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號；2） 利用單片機收集處理數(shù)據(jù)，并向外圍設(shè)備輸出控制信號；3） 采用LED實時顯示被控溫度

17、與設(shè)定溫度；4） 論文條理清楚、通順，論述要求充實，符合技術(shù)用語要求，符號統(tǒng)一；編號齊全，書寫工整，圖文清晰；5） 翻譯相關(guān)外文文獻。第3章 方案設(shè)計數(shù)顯溫度控制儀，是利用單片機作為系統(tǒng)的主控制器，根據(jù)溫度傳感器測得的溫度值，由軟件查詢判斷上下閥值是否達到（閥值由編程設(shè)定）。如果超過溫度上限，啟動風扇用以降低溫度使溫度值返回到閥值以下；如果溫度值達到下限閥值，則啟動加熱爐用以增加溫度使溫度值返回閥值以上。風扇和加熱爐的啟動與關(guān)閉，利用單片機管腳電平的高低分別控制?？紤]到本次數(shù)顯溫度控制儀的控制對象是室溫，溫度檢測和調(diào)整圍只需為099，溫度控制的精度只需為1即可滿足設(shè)計要求。根據(jù)這些指標可選用數(shù)

18、字式溫度傳感器DS18B20作為系統(tǒng)的檢測元件，單片機則選擇通用性較好的AT89C51作為系統(tǒng)的主控芯片，再增加LED數(shù)碼管顯示電路、加熱與降溫電路、過溫報警等輔助電路，通過軟件程序設(shè)計來實現(xiàn)人機對話功能，即可實現(xiàn)對室的溫度控制。而本設(shè)計不須設(shè)計具體的加熱與降溫電路，只需檢測向外圍設(shè)備輸出的溫度控制信號是否存在即可，所以分別用發(fā)光二極管和蜂鳴器模擬代替。根據(jù)系統(tǒng)要求，可以對每一個具體部分進行分析設(shè)計。整個控制系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計兩部分。 分析硬件電路主要包括：電源電路部分，鍵盤輸入部分，溫度采集電路部分，過溫報警電路部分，LED顯示電路部分，加熱與降溫電路部分，AT89C51單片

19、機部分。這些可用一個方框圖來表示，如圖1-1所示。8951單片機LED顯示鍵 盤過溫報警電路溫度采集電路加熱與降溫電路電源電路圖1.1 溫度控制系統(tǒng)方框圖 從方框圖上我們可以看出，整個系統(tǒng)主要劃分為控制電路部分、加熱與降溫電路部分和測量電路三個部分?？刂齐娐肥怯蓡纹瑱C來處理給定信號和反饋信號，發(fā)出相應的指令來控制相關(guān)執(zhí)行電路，是系統(tǒng)的核心。AT89C51對溫度的控制是通過加熱與降溫電路部分實現(xiàn)的，只要改變加熱或者降溫電路接通的時間便可改變升溫或者降溫的幅度，從而達到調(diào)節(jié)溫度的目的。而加熱電路或者降溫電路的接通時間可以通過在P10和P12引腳上產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖控制，該出發(fā)脈沖由AT89C51用軟件

20、產(chǎn)生。加熱與降溫電路用來實現(xiàn)對系統(tǒng)的升溫或者降溫。當溫度沒有達到要求，電路利用在P10和P12引腳上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的高低分別決定加熱或者降溫電路的接通與斷開。不過此次設(shè)計中沒有對加熱和降溫的具體電路作出要求，我們就用蜂鳴器和發(fā)光二極管分別代替，檢測其控制輸出信號是否存在即可。測量電路的功能是將測量到的溫度信號送入單片機中進行處理，它的核心元件是智能溫度傳感器DS18B20。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，DS18B20不需要A/D轉(zhuǎn)換器件和進行誤差校正，而且分辨率更高，轉(zhuǎn)換時間更快，穩(wěn)定性更好。 軟件程序主要由管理程序和控制程序組成，是設(shè)計的核心部分。其中管理程序是對顯示LED進行動態(tài)刷新，控制指示燈，處

21、理鍵盤的掃和響應，執(zhí)行中斷服務程序等?？刂瞥绦蚴怯脕韺Ρ豢氐膶ο筮M行采樣，數(shù)據(jù)處理，根據(jù)溫度控制要求進行計算和輸出。整篇論文的主要容包括：單片機AT89C51的結(jié)構(gòu)和原理、DS18B20智能溫度控制器的介紹、溫度控制儀的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計、硬件電路板的制作步驟等。第4章 單片機AT89C51的結(jié)構(gòu)和原理AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指

22、令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。本章通過介紹AT89C51單片機部硬件結(jié)構(gòu)、引腳功能、儲存器和其復位電路等基礎(chǔ)知識，使大家對89系列單片機的各種應用特性有較全面的了解，進一步理解本設(shè)計的原理。4.1AT89C51單片機的結(jié)構(gòu) AT89系列單片機在結(jié)構(gòu)上基本一樣，只是在個別模塊和功能上有些區(qū)別，圖4.1是AT89C51單片機的部結(jié)構(gòu)方框圖。它包含了作為微型計算機所需的基本功能部件，而各部分功能部件通過片單一總線連成一個整體，集成在一塊芯

23、片上。時鐘電路程序存儲器RAM數(shù)據(jù)存儲器RAM中央處理器CPU中斷系統(tǒng)各種I/O定時/計數(shù)器CTC圖4.1 AT89C51單片機的部結(jié)構(gòu) 由圖4.1可知，AT89C51單片機主要由中央處理器（CPU）、存儲器、I/O端口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)和部總線等組成。主要特性有：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位部RAM32條可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片振蕩器和時鐘電路4.2 引腳功能說明本系統(tǒng)選用的89C51芯片有40條引腳

24、，與其他51系列單片機引腳是兼容的。這40條引腳可分為I/O端口線、電源線、控制線、外接晶體線四部分。其雙列直插封裝形式如圖4.2所示。圖4.2 AT89C51雙列直插式封裝和引腳分配圖一. 管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出

25、4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的容。

26、P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 端口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 （外部中斷0）P3.3 （外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3

27、口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置“0”。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX、MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)

28、ALE禁止，置位無效。：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。/VPP：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時，將部鎖定為RESET；當端保持高電平時，此間部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入與部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。二、振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片振蕩器。石晶振蕩和瓷振蕩

29、均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。其余輸入至部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。三、芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM、定時器、計數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的容并且凍結(jié)振蕩器

30、，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。4.3 AT89C51存儲器AT89C51單片機存儲器結(jié)構(gòu)采用哈佛型結(jié)構(gòu)，即將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，它們有各自獨立的存儲空間、尋址機構(gòu)和尋址方式，其典型結(jié)構(gòu)如圖4.3所示。外 部內(nèi)部=1外部=0專用寄存器內(nèi)部RAM外部FFFFH1000H0FFFH0000H0000H00H80H7FH00HFFFFH圖4.3 AT89C51存儲器結(jié)構(gòu)圖（a）程序存儲器地址分配； （b）數(shù)據(jù)存儲器地址分配一、程序存儲器AT89C51程序存儲器有片和片外之分。片有4KB字節(jié)的Flash程序存儲器，地址圍為0000H0FFFH。當不夠使用時，可以擴展片外程序存儲

31、器，因為程序計數(shù)器PC和程序地址指針DPTR都是16位的，所以片外程序存儲器擴展的最大空間是64KB，地址圍為0000HFFFFH。無論片還是片外擴展的程序存儲器，兩者的地址空間是統(tǒng)一的。0000H0FFFH這4KB的地址空間為片和片外程序存儲器所共有，或片占用或者片外占用，但兩者不能同時占用。為了加以區(qū)分，AT89C51提供了一個專用的控制引腳。引腳接高電平時，單片機程序從部ROM開始執(zhí)行，當PC值超出部ROM的容量時，會自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器空間。若引腳接低電平，則程序從外部擴展程序存儲器的0000H地址開始取指執(zhí)行，不管是否有部Flash存儲器。在64KB程序存儲器空間中，有六個單元具有

32、固定用途。第一個是0000H單元，由于AT89C51復位后程序計數(shù)器PC的容為0000H，CPU必須從0000H單元開始執(zhí)行程序，即0000H單元是整個系統(tǒng)程序的起始地址。而0000H單元與另一固定地址單元0003H之間只有3個字節(jié)空間，因此，一般在0000H單元中存放一條絕對轉(zhuǎn)移指令，用戶編寫的程序從轉(zhuǎn)移地址開始存放，這樣做的目的是為了跳過其他五個中斷入口地址。當系統(tǒng)不使用中斷時，則無需跳轉(zhuǎn)，程序從0000H單元開始順序存放即可。在系統(tǒng)需要擴展外部程序存儲器時，P0口和P2口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。P口作為地址/數(shù)據(jù)復用總線使用，它先輸出16位地址的低8位（PC程序計數(shù)器低8位）。當系統(tǒng)不需

33、擴展，只用部4KB的Flash存儲器時，P0口和P2口可作為普通I/O口使用。二、數(shù)據(jù)存儲器AT89C51數(shù)據(jù)存儲器也有片和片外之分。片有256個字節(jié)RAM，地址圍為00HFFH。片外數(shù)據(jù)存儲器可擴展64KB存儲空間，地址圍為0000HFFFFH，但兩者的地址空間是分開的，各自獨立的，結(jié)構(gòu)分配如圖2.3(b)所示。訪問的指令也各不一樣，訪問部數(shù)據(jù)存儲器時，用MOV指令；訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，用MOVX指令。片數(shù)據(jù)存儲器分為兩部分：00H7FH單元空間的128字節(jié)為RAM區(qū)；80HFFH單元空間的128字節(jié)為專用寄存器(SFR)區(qū)。兩部分的地址空間是連續(xù)的。AT89C51單片機可擴展片外64KB

34、空間的數(shù)據(jù)寄存器，地址圍為0000HFFFH，它與程序存儲器的地址空間是重合的，但兩者的尋址指令和控制線不同。程序存儲器的訪問指令為MOVC，控制線為,而片外數(shù)據(jù)存儲器訪問指令為MOVX，讀寫控制線為、。所以，盡管地址重合，也不會造成混亂。值得注意的是，數(shù)據(jù)存儲器與I/O端口與外圍設(shè)備是統(tǒng)一編址的，即任何擴展的I/O端口以與外圍設(shè)備地址均占用數(shù)據(jù)存儲器地址，因此使用時要合理安排數(shù)據(jù)存儲器地址空間。4.4 復位與其復位電路單片機在開機時或在工作中因干擾而使程序失控或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)等情況下都需要復位。復位的作用是使中央處理器CPU以與其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀

35、態(tài)開始工作。AT89C51單片機的復位是靠外部電路實現(xiàn)的，信號由RESET(RST)引腳輸入，高電平有效，在振蕩器工作時，只要保持RST引腳高電平兩個機器周期，單片機即可復位，復位后，PC程序計數(shù)器的容為0000H，片RAM中的容不變。復位電路一般有上電復位、手動開關(guān)復位和自動復位電路三種，本設(shè)計采用的復位電路是手動開關(guān)復位，如圖4.4。圖4.4 手動復位電路手動復位電路在有按鍵按下時，由于電容充電產(chǎn)生一點時間的高電平，就可以使單片機復位。第5章 DS18B20智能溫度控制器的介紹DALLAS最新單線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于各種場合、且適用電

36、壓更寬、更經(jīng)濟。也是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。它將溫度傳感器、A/D傳感器、寄存器、接口電路集成在一個芯片中，可實現(xiàn)直接數(shù)字化輸出和測試，并且有控制功能強、傳輸距離遠、抗干擾能力強、微型化、微功耗、易于配微控制器（MCU）或者微型計算機進行數(shù)據(jù)處理與溫度控制的特點。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75 ms和750 ms完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的D

37、S18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。DS18B20的主要特點有：獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。在使用中不需要任何外圍元件?？捎脭?shù)據(jù)線供電，電壓圍：+3.0+5.5 V。測溫圍：-55 +125。固有測溫分辨率為0.5。通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線

38、上，實現(xiàn)多點測溫。負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。5.1 DS18B20的部結(jié)構(gòu)DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其部結(jié)構(gòu)如圖5.1所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。圖5.1 DS18B20的部結(jié)構(gòu)圖DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖5.2所示，DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VCC為外接電源輸入端（兩種電源接法，見圖5.3所示）。圖5.2 DS18B20的管腳排列與各種封裝形式圖5.3(a) DS18B20的接法圖5.3（b） DS18B20的接法本設(shè)計采用

39、的DS18B20封裝與其外形如圖5.4所示：圖5.4（a） DS18B20的外形圖 圖3.5（b） DS18B20的外形圖刻在ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不一樣，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以

40、-25.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。（詳見圖3.5.表（1）：溫度/數(shù)據(jù)關(guān)系表）表（1）LSB ByteBit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0MSB ByteBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8SSSSSTemperature(溫度)Digital output （二進制）Digital output (十六進制)+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 000

41、0 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FF6FH-551111 1100 1001 0000FC90H圖3.5這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，

42、測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。5.2 DS18B20溫度傳感器的存儲器DS18B20溫度傳感器的部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的

43、容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。表（2） DS18B20暫存儲器分布 寄存器容 字節(jié)地址溫度最低數(shù)字位 0溫度最高數(shù)字位 1高溫限值 2低溫限值 3保留 4保留 5 計數(shù)剩余值 6 每度計數(shù)值 7 CRC校驗 8 該字節(jié)個位的意義如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1低五位一直都是1 ，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：分辨率和最大轉(zhuǎn)換時間設(shè)置表：R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位93.75ms0110位187.

44、5ms1011位375ms1112位750ms由此表看見，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應用中需要在分辨率和轉(zhuǎn)換時間二者之間權(quán)衡考慮。在芯片出廠時R1和R0均被配置為“1”，即工作在12位模式下。DS18B20分別工作在9位、10位、11位和12位模式下，對應的溫度分辨率依次是0.5、0.25、0.125、0.0625。當DS18B20接收帶溫度轉(zhuǎn)換命令(44H)后，開始啟用轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式，存儲在便箋RAM的第0，1字節(jié)。在執(zhí)行讀便箋RAM命令后，可將這兩個字節(jié)的溫度值通過單線總線傳送給主CPU，高為字節(jié)中的符號代表溫度值是正還是為負。5.3 DS18B20的操作命令在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是Vcc接外部電源，GND接地，DQ與單片機的I/O端口線相連；另一種是用寄生電源供電，此時VCC、GND接地，DQ接單片機I/O端口線。無論是部寄生電源還是外部供電，I/O端口線要接5K左右的上拉電阻,用以增加單片機管腳的驅(qū)動能力。DS18B20對ROM有五條操作命令，如下表所示：指 令約定代碼操 作 說 明讀ROM33H讀DS18B20中的編碼（即讀64位地址）符合ROM55H發(fā)出次命令之后，接著發(fā)出64位R