基于AT89S51单片机的温度测控与报警电路设计.docx

基于AT89S51单片机的温度测控与报警电路设计摘 要研究背景：随着时代科技的进步和发展，单片机已经普及到了我们生活的点点滴滴。而温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境温度息息相关，随着人们生活水平的不断提高，对生活质量的要求不断提升，自然会更加关注跟人身体健康密切联系的温度；同时在工业生产过程中经常需要实时测量温度，尤其是在高危生产行业依靠人工检测既浪费时间，物力，人力，又有一定的危险性，且测量的数据也不准确。在农业生产中也离不开温度的测量，各种农作物的生长都跟温度有直接的联系，掌握了温度的变化就可以更好的控制农作物的生长。温度的测量对我们意义重大，我希望通过利用单片机的测温系统，详尽描述利用数字温度传感器DS18B20开发温度测试的过程，能够对温度的测试的领域做出更好的研究，并且对如今飞速发展的单片机技术有一定的研究和了解。研究内容：本文研究以AT89S51单片机为核心的温度控制和报警系统的设计方法。主要实现全自动智能温度控制，使负载能够正常工作。本设计的主要研究内容如下：一、分析本文的研究意义、以及当前国内外对本文及其相关领域研究现状，然后提出本设计的总体框架和设计方案。二、研究温度智能控制的原理，得到温度检测、控制及报警电路相应模块的实现思路，做出相应架构框图。三、重点研究该系统中各核心模块的的详细设计方案，并对电路设计进行仿真，了解其能实现的功能，得出结论和分析。章节安排：本文的章节安排是按本文的研究内容展开讲述的，其中，第一章提出本文研究意义、以及当前国内外其相关领域研究现状；然后第二章对温度测控及报警电路的总体设计进行分析，提出总体框架和设计方案，并对系统各核心单元进行深入设计研究；第三章对温控的硬件设计各个单元进行详细的论述，并给出设计电路图。第四章对温控的软件部分进行解释，并论述调试过程。第五章将设计软硬件结合，进行仿真调试，得到仿真图并得出仿真的结论和分析。最后在展示了本文的研究成果，并对本文研究工作进行了总结，对未来研究工作进行了展望。研究成果：本设计是基于AT89S51单片机的温度测量、控制及报警电路设计，电路中使用DS18B20数字温度传感器进行温度采集，省去了AD转换的过程，使设计结构简单，稳定性高。同时为保证负载的正常工作，在报警电路之外又加入控制模块，可以通过单片机的控制加热和降温模块，使环境温度在尽可能的情况下达到负载要求，实现电路的智能性。且控制模块是由弱电控制强电，增加了操作人在使用整个设计中的安全性。关键词 ： AT89S51 DS18B20 温度控制 报警 IIBased on AT89S51 temperature measurement and control and alarm circuit designAbstractBackground：Along with the time of the science and technology progress and development, SCM has spread to the little drops of life. And the temperature is one of the most basic environmental parameters, the peoples life and the environment temperature are closely related, as people living standard rise ceaselessly, the requirements of quality of life constantly improve, nature would pay more attention to people healthy close ties to the temperature; At the same time in the industrial production process often need for real-time measuring temperature, especially in high-risk industry rely on artificial detection is a waste of time, the physical resource, manpower, also has the certain risk, and the measurement data is not accurate. In the agricultural production is inseparable from temperature measurement, the growth of all kinds of crops with temperature is directly related to the change of the temperature can better control the growth of crops. Temperature measurement is of great significance to us, we hope that through the use of single chip microcomputer temperature measurement system, detailed description using digital temperature sensor DS18B20 development temperature test process, to the testing of temperature field make better research, and for now the rapid development of the single chip microcomputer has certain research and understanding.Research content: This paper studies to AT89S51 as the core temperature control and alarm system design method. Mainly for the automatic intelligent temperature control makes load can work normally. The design of the main research contents are as follows:First：In this paper, the analysis of a research significance, and the current domestic and foreign to the article and related field research status, then puts forward the design and the design scheme of the overall framework.Second：The intelligent control of temperature principle, get the alarming circuit temperature testing and control the implementation ideas of the corresponding module, make corresponding structure diagram.Third：Key research in the system of the core module of the detailed design proposal, and the circuit design, and simulation understand its can realize the function, draw the conclusion and analysis.Section arrangement：This chapter is to press the arrangement on the content about. Among them, the first chapter put forward in this paper, the significance, and the current research situation at home and abroad and its related areas; And then the second chapter of temperature measurement and control and the overall design of the alarming circuit is analyzed, and the overall framework and the design scheme, and the core of the system unit detail design research; The third chapter of temperature control hardware design each unit discussed in details, and give to design the circuit diagram. The fourth chapter of temperature control software part to explain, and discusses the debugging process. Chapter 5 will design with software and hardware, the simulation commissioning, get the simulation diagram and that the simulation results and analysis. Finally in shows the result of this paper, and the study in this paper summarized the work, for the future were also put forward.Research results：The design is based on AT89S51 temperature measurement, control and alarm circuit design, Circuit using digital temperature sensor DS18B20 temperature acquisition, tell the AD transform process, make a design of simple structure, high stability. At the same time to ensure that the normal work of the load, in alarm circuit again outside to join control module, the single chip microcomputer control by heating and cooling module, make the environment temperature in as to load requirements, achieving circuit intelligent.Key words：AT89S51 DS18B20 Temperature control alarmV目录第 1 章 前 言41.1研究的背景意义41.2国内外技术现状41.3 主要研究内容及章节安排4第 2 章 电路的总体设计42.1 系统设计组成42.2 电路各部分的主要功能、构成和技术方案42.2.1 电路主要功能组成42.2.2 电路原理框图42.3 温度测控与报警电路方案论证4第 3 章 温度测控与报警的硬件电路设计43.1 电路硬件电路总体设计概述43.2 单片机系统模块43.2.1 单片机简介43.2.2 AT89S51芯片介绍43.2.3 AT89S51最小系统43.3 温度采集模块43.3.1 DS18B20与单片机接口电路43.4 温度显示模块43.4.1 LCD1602的外形介绍43.4.2 LCD1602的引脚功能介绍43.4.3 LCD1602与单片机连接图43.5 温度报警模块43.5.1 报警电路原理43.5.2 报警电路与单片机连接图43.6 温度控制模块43.6.1 温度控制原理43.6.2 温度控制电路连接图43.7 负载模块43.7.1 负载模块的原理43.7.2 负载模块的电路图4第 4 章 温度测控与报警电路软件设计44.1 软件语言的选择44.2 Keil开发软件介绍44.3 软件设计44.3.1主程序4第 5章 温度测控与报警电路仿真45.1 仿真软件Proteus简介45.2 仿真电路原理图及结果45.3 仿真结果分析4总结与展望4致谢4参考文献4成都理工大学2012届本科毕业设计（论文）第 1 章 前 言1.1研究的背景意义温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。近年来，单片机已经进入了一个高速发展的阶段。本设计基于单片机，设计一个检测并显示温度，若温度介于系统设定温度内，则负载正常工作。若温度超出或者低于设定温度，蜂鸣器报警，并驱动加热或者降温模块，使温度达到正常值。1.2国内外技术现状随着国内外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步。温度测量系统主要由两部分组成，一部分是传感器，它将温度信号转换为电信号。另一部分是电子装置，它主要完成对信号的接收、处理、对测点进行控制、温度显示等功能。对应于不同的温度段及测量精度要求，测温装置也不尽相同，从传感器方面看，己出现有各种金属材料、非金属材料、半导体材料制成的传感器，也有红外传感器。仪器本身也趋向小型化，多采用集成度较高的芯片或元件组成电路。对于测点较多，并具有报警、巡测、控制等多功能测温装置，一般采用单片机电路。目前的温度检测技术原理很多，大致包括以下几种:(1)物体热胀冷缩原理(2)热电效应(3)热阻效应(4)利热辐射原理。传统的温度传感器(如,热电偶、铂电阻、双金属开关等)虽然有着各自不可替代的优点,但由于自身因自热效应影响了测量精度,从而制约了它们在微型化高端电子产品中的应用。与之相比较,半导体温度传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低、时间常数小、自热温升小、抗干扰能力强等诸多优点,无论是电压、电流还是频率输出,在相当大的温度范围内( - 55150 )都与温度成线性关系,适合在集成电路系统中应用。目前,半导体温度传感器工作的温度范围还限于- 50150 。未来主要的研究方向将是如何扩大它的温度适用范围,以及智能化、网络化等方面2。近年来，在温度检测技术领域中，多种新的检测原理与技术的开发应用己取得了具有实用性的重大进展。新一代温度检测元件正在不断出现和完善化，主要包括以下几种。(1)晶体管温度检测元件(2)集成电路温度检测元件(3)核磁共振温度检测器(4)热噪声温度检测器(5)石英晶体温度检测器(6)光纤温度检测器(7)激光温度检测器。目前国内外的温度控制方式越来越趋向于智能化，温度测量首先是由温度传感器来实现的。测温仪器由温度传感器和信号处理两部分组成。温度测量的过程就是通过温度传感器将被测对象的温度值转换成电的或其它形式的信号,传递给信号处理电路进行信号处理转换成温度值显示出来。温度传感器随着温度变化而引起变化的物理参数有: 膨胀、电阻、电容、热电动势,磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展,新型温度传感器还会不断出现,目前,国内外通用的温度传感器及测温仪大致有以下几种: 热膨胀式温度计、电阻温度计、热电偶、辐射式测温仪表、石英温度传感器测温仪。1.3 主要研究内容及章节安排本文设计以AT89S51单片机为核心的温度控制和报警电路。实现温度的智能控制，使负载能够在温度的工作环境下正常工作。在了解和研究温度智能控制的原理后，能够得到温度检测及控制报警电路相应模块的实现思路，设计出相应的电路图并能够将电路图仿真，仿真成功后将硬件焊接并测试。最终实现设计的功能。重点研究内容该系统中各核心模块的的详细设计方案，得出结论和分析。本设计首先在第二章给出系统的总体设计方案，同时介绍在系统设计时各方案的选择过程，比较各个方案的效果，第三章给出硬件设计的电路图及数据。第四章介绍软件设计。最后第五章在仿真软件Proteus和Keil的联合调试下仿真整个电路。也提出在此过程中的不足及待扩展方面。第 2 章 电路的总体设计2.1 系统设计组成 本设计以AT89S51为核心，控制整个系统。适合在一定温度条件的环境下，电路中用到了继电器，通过单片机的弱点系统来控制与继电器项链的强电系统，从而保证强点系统控制的安全性。系统的利用数字温度传感器DS18B20采集数据并送给单片机，单片机处理之后将采集的数据送给LCD1602显示一边操作人员直观的了解当前温度。我们给系统正常工作设定为0-50，如果当前温度在这个温度设定范围内，则单片机控制继电器闭合，使继电器控制的负载回路导通，是系统正常工作；若当前温度不在这个范围内，则说明当前温度不满足工作需求，此时单片机控制蜂鸣器发出警报，并且控制继电器使负载停止工作。并根据当前温度，若温度小于0，则启动加热装置，若温度高于50，则启动降温装置，直到达到系统温度，蜂鸣器停止报警，负载回路导通，重新开始工作。从而达到一个自动控制的作用，整个系统形成一个闭环温度值，系统变化参数为温度的值，负载的工作取决于环境温度的变化，通过单片机弱电控制与继电器相连的强电系统，从而解决了强电系统直接控制对操作人员有一定危险性的特点。2.2 电路各部分的主要功能、构成和技术方案2.2.1 电路主要功能组成电路功能如图2-1 所示：图2-1 电路主要功能组成图温度采集功能：由温度传感器检测当前环境温度，并将温度传给单片机AT89S51。温度显示功能：采集到的温度，能够直接显示在LCD1602上，于使用者的操作和观测。温度报警功能：对采集到的温度自动判断并进行声音和光报警，起到提示的作用。温度控制功能：由两部分组成，分别是加热和降温装置，实现智能全自动操作。2.2.2 电路原理框图电路原理如图2-2所示：图2-2 电路原理框图本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制电路实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动启动继电器驱动加热电路加温，使温度上升。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，系统通过继电器驱动风扇降温，使温度下降。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，继电器驱动负载工作。LCD1602显示采集到的当前温度。2.3 温度测控与报警电路方案论证单片机应用系统的硬件电路设计就是为本单片机温控系统选择合适的、最优的系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D转换器、设计合适的接口电路等。系统设计应本着以下原则：(1) 尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。(2) 硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。(3) 系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。方案一：测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦，放弃此方案。方案二：采用数码管做显示，显示温度数据。用74LS164驱动数码管，DS18B20采集温度数，24CXX系列作存储，利用单片机进行连接。经过反复考虑，系统成功较高，时间反应速度缓慢，数码管和驱动部分占用硬件资源大，能量消耗大，不够理想，放弃此方案。方案三：采用AT89S51芯片，使用DALLAS公司的温度传感器DS18B20读取温度，芯片体积小，三个管脚，硬件连接简单，节省I/O口。显示用LCD1602，减小了系统的能耗。报警模块用三极管驱动蜂鸣器发出警报。控制模块通过继电器弱电控制强电。为了仿真，负载和加热模块接一个12V的灯泡，通过灯泡的亮灭来观察控制效果，直观又节约资源。最后通过比较，选择了这个方案。第 3 章 温度测控与报警的硬件电路设计3.1 电路硬件电路总体设计概述温度自动控制系统实际上是对温度参数的采集而根据采集的温度来自动进行控制。目的是使负载能够工作，通过单片机只能控制而改变温度，使环境温度达到设定范围。主要应用于一些需要特殊温度需求的地方，比如机房等，通过实时只能监控。某些可惜实验也需要温度在一定范围内进行，都可以通过本系统来控制。本设计是一个闭环自动控制系统。弱电控制强电，单片机控制继电器的开合，再控制负载的工作状态。避免了使用人员直接接触强点系统导致的危险性。本设计的硬件部分分为六个模块：单片机系统模块、温度采集模块、温度显示模块、温度报警模块、温度控制模块、负载模块。3.2 单片机系统模块3.2.1 单片机简介单片机也被称为微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错 获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机 是世界上数量最多的计 算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠 标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台 单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯 片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。单片机已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。3.2.2 AT89S51芯片介绍AT89S51为ATMEL所生产的可电气烧录清洗的8051相容单芯片，其内部程序代码容量为4KB。AT89S51主要功能列举如下：1、为一般控制应用的 8 位单芯片2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）3、内部程式存储器（ROM）为 4KB4、内部数据存储器（RAM）为 128B5、外部程序存储器可扩充至 64KB6、外部数据存储器可扩充至 64KB7、32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制8、5 个中断向量源9、2 组独立的 16 位定时器10、1 个全多工串行通信端口11、8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能12、单芯片提供位逻辑运算指令AT89S51各引脚功能介绍：图3-1 AT89S51单片机引脚图VCC：AT89S51 电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET：AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp：EA为英文External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为AT89S51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN：此为Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。AT89S51单片机内部构造及功能：特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片内空间分存如下图3-2所示。这些地址并没有全部占用，没有占用的地址不可使用，读这些地址将得到一个随意的数值。而写这些地址单元将不能得到预期的结果。中断寄存器：各中断允许控制位于IE寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。图4-2为AUXR辅助寄存器。图3-2 AUXR辅助寄存器双时钟指针寄存器：为方便地访问内部和外部数据存储器，提供了两个16位数据指针寄存储器：PD0位于SFR区块中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，当SFR中的位DPS=0时选择DP0,而DPS=1时选择DP1。在使用前初始化DPS。图3-3 双时钟指针寄存器电源空闲标志：电源空闲标志（POF）在特殊功能寄存储器SFR中PCON的第4位（PCON.4）,电源打开时POF置“1”,它可由软件设置睡眠状态并不为复位所影响。存储器结构：MCS-51单片机内核采用程序存储器和数据存储器空间分开的结构，均具有64KB外部程序和数据的寻址空间。程序存储器：如果EA引脚接地（GND），全部程序均执行外部存储器。在AT89S51,假如接至Vcc（电源），程序首先执行从地址0000H0FFFH（4KB）内部程序存储器，再执行地址为1000HFFFFH（60KB）的外部程序存储器。数据存储器：在AT89S51的具有128字节的内部RAM，这128字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行，128字节均可设置为堆栈区空间。看门狗定时器（WDT）：WDT是为了解决CPU程序运行时可能进入混乱或死循环而设置，它由一个14bit计数器和看狗复位SFR（WDTRST）构成。外部复位时，WDT默认为关闭状态，要打开WDT，必按顺序将01H和0E1H写到WDTRST寄存器，当启动了WDT，它会随晶体振荡器在每个机器周期计数，除硬件复位或WDT溢出复位外没有其它方法关闭WDT，当WDT溢出，将使RST引脚输出高电平的复位脉冲。3.2.3 AT89S51最小系统单片机的工作工程是：取一条指令、译码、进行微操作，再取一条指令，译码再进行操作，这样自动的、一步步的有微操纵依次完成相应的指令规定功能。这些指令在微操作的时间上有严格的次序，称为时序。89S51单片机的时钟信号通常由两种方式产生，内部时钟和外部时钟方式。内部时钟方式。在单片机XTAL1和XTAL2引脚外接晶振。其中的电容起到稳定频率和快速起振的作用。典型值微30PF.晶振CYS的震荡频率要小于12MHZ，典型值6MHZ、12MHZ或者11.059MHZ。外部时钟方式是吧外面已经有的时钟信号引入到单片机中，要求各的那片及同步运行的场合。实际中通常采用外界晶振的内部时钟方式，晶振频率高一些的时候可以提高指令的执行速度，但相应的功耗和噪声也会增加，在满足系统的功能下，应该尽量选择低一些的晶振频率。我们这儿选择的是12MHZ的晶振。复位是使单片机中的各个部件处于某种确定的初始状态。单片机的工作都是从复位开始。当89S51的RST引脚加高电平复位信号,保持两个以上机器周期时，单片机内部就执行复位操作。复位信号变低时，单片机变开始执行程序。实际操作中，复位也有两种形式：一种是上电复位，一种是上电复位与按键复位都有效。上电复位要求接通电源后单片机自动复位。通常上电复位电路的上电瞬间RST引脚的高电平只要能保持足够时间，两个机器周期，单片机就可以进行复位操作。我们选取的元器件参数为：晶振：12MHZ；电容：30uf；电阻：与按键相连的是1K，另外一个10K。我们还可以在电阻上加一个放电二极管，这样有效提高了若单片机断电后，短时间内再加电复位的可能性。单片机晶振和复位电路如图3-4所示：图3-4 单片机最小系统3.3 温度采集模块3.3.1 DS18B20与单片机接口电路DS18B20是Dallas公司继DS1820后推出的一种改进型智能数字温度传感器，与传统热敏电阻相比，只需要一根线就能直接读出被测温度，并可根据实际需求编程实现912位数字值的读数方式。1DS18B20的封装形式及引脚功能DS18B20有三种封装形式；1) 采用3引脚TO-92的封装形式。2) 采用6引脚TSOC的封装形式。3) 采用8引脚SOIC的封装形式。如图3-5所示。DS18B20芯片的引脚功能如下。GND：接地。DQ：数字信号输入/输出端。VDD：外接供电电源输入端。采用寄生电源方式时，该引脚接地。图3-5 DS18B20的封装形式2. DS18B2的内部结构温度传感器DS18B20的内部结构如图 3-6所示，主要由64位ROM、温度传感器、高速缓存器及配置寄存器等部分组成。图3-6 DS18B20的内部结构下面对DS18B20的相关部分进行简单的描述。（1）64位ROM。64位ROM是厂家用激光刻录一个64位二进制ROM代码，该芯片的标志号，如图3-5所示。图3-7 64位ROM的结构8位分类编号表示产品分类编号，DS18B20的分类号为10H;48号序列号是一个大于28110的十进数编码，作为该芯片的唯一标志代码；8位循环冗余检验为56位的CRC循环冗余校验码。由于每个芯片的64位ROMD代码不同，因此在单总线上能够并挂多个DS18B20进行多点温度实时检测。（2）温度传感器是DS18B20的核心部分，该功能部件可完成对温度的测量。通过软件编程可将-55+125范围内的温度值按9位、10位、11位、12位的转换精度进行量化，以上的转换精度都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分别是0.5、0.25、0.125、0.0625，即最高转换精度为0.0625。芯片出厂默认为12位的转换精度。当接收到温度转换命令（44H）后，开始转换，转换完成后的温度以16位带符号扩展的二进制补码形式表示，存储在高速缓存器RAM的第0、1字节中，二进制数的前5位是符号位。如果测得的温度大于0，这5位为0，只要讲测得的数值乘上0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0这5位为1，测得的数值取反加1再乘上0.0625即可得到实际温度。（3）高速缓存区。高速缓存区包括一个高速暂存器RAM和一个非易失性可电擦除E2PROM. 非易失性可电擦除E2PROM用于存放高温触发TH、低温触发TL和配置寄存器中的信息。高速暂存器RAM是一个连续的8字节存储器如表3-1，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是配置寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。表3-1 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7CRC校验值8（4）配置寄存器。配置寄存器的内容用于确定温度值的数值转换分辨率。DS18B20工作时按此寄存器的分辨率将温度转换为相应精度的数值，它是高速缓存器的第五个字节，该字节定义如下：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，该位被置0，用户不必改动；R1和R0用来设置分辨率；其余5位均固定为1。DS18B20的分辨率设置如表3-2所示。3.DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理如图3-8所示：图3-8 DS18B20测温原理从图3-6中可以看出，DS18B20主要由斜率累加器、温度系数振荡器、减法计数器、温度寄存器等部分组成。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的欲置值。温度系数振荡器用于产生减法计数脉冲信号，其中低温度系数振荡器受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数振荡器随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入.减法计数器对脉冲信号进行减法计数。温度寄存器暂存温度数值。表3-2 DS18B20的分辨率设置R1R0分辨率最大转换时间（ms ）009位93750110位18751011位3751112位750从图3-6中可以看出，DS18B20主要由斜率累加器、温度系数振荡器、减法计数器、温度寄存器等部分组成。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的欲置值。温度系数振荡器用于产生减法计数脉冲信号，其中低温度系数振荡器受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数振荡器随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入.减法计数器对脉冲信号进行减法计数。温度寄存器暂存温度数值。图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数,进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值.减法计数器1对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1。减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行计数,如此循环，直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累。此时，温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性 ,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值,这就是DS18B20的测温原理.另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,他有严格的时隙概念,因此读写时序很重要.系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行.操作协议为:初始化DS18B20 (发复位脉冲)发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据.各种操作的时序图与DS1820相同。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后 释放，当DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。4.DS18B20的ROM和RAM指令表（如表3-4和表3-5）表3-3 ROM指令表指 令约定代码功 能读ROM33H读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址）符合 ROM55H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 ROM0FOH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 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS