基于单片机的温湿度监测系统毕业设计

1、讲师工 程 师级名号姓生班学学无锡职业技术学院毕业设计任务书课 题 名 称 基 于 单 片 机 的 温 湿 度 监 测 系 统课题需要完成的任务：1、基于单片机设计一个温湿度监测系统，要求：1、温度 1828，相对湿度40%70%； 2、用户可以设置系统温湿度报警值； 3、检测得到的数据可以通过 显示模块显示。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。2、可行性方案分析及方案论述。3、系统设计（各功能模块设计和接口电路设计） 。4、软件设计及调试。5、电路原理图的绘制。6、毕业论文撰写。课题计划：1.112.10 查资料，初步方案设计；2.112.20 确定最佳方案；2.214.7 设计电路，绘制电路，写毕业论

2、文。4.84.15 修改、完善毕业论文，并做答辩准备计划答辩时间： 4.84.15电子信息技术系 （部、分院）2012 年 12 月 10 日无锡职业技术学院AbstractAbstractIn recent years, with the computer penetration in the social field, 师称师称称 教教名 导导业 指职指职专the application of SCM is to keep at the same time, traditional control testing update on Crescent benefits. In real-t

3、ime detection and automatic control system of single-chip applications, often as a single-chip core component to use only single-chip is not enough knowledge, but also the specific hardware structure and the specific features of application software objects combine to make perfect. 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。In thi

4、s paper, both hardware and software for automatic control of water temperature on the process, in the control of the main application of the process of AT89C51, ADC0809, LED display, LM324 comparator, but mainly through the digital temperature sensor DS18B20 collecting ambient temperature to single-

5、chip microcomputer as the core control components, and through four real-time digital display of a digital thermometer temperature. Software using assembly language for programming, so that the implementation of Directive speed, to save storage space. In order to facilitate the expansion and changes

6、 to the design of modular software structure, so that the logic of the relationship between program design more concise,Hardware software co-operation under the control of i残t. 骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。And systematic process is: First of all, by setting the button, set the thermostat temperature at the time of ope

7、ration, and digital display of the temperature. Then, in the running temperature of the process of sampling analog into the A / D converter in the simulation - digital converter, and then converted digital control with digital display, the last single-chip microcomputer to control the heater used fo

8、r heating or stop heating until the temperature in the provisions under the constant temperature heating.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。KeyKey wordswords：Single-chip microcomputer system ；Sensor；Data Acquisition；ADC ； Temperature彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。无锡职业技术学院调研报告温湿度测量是现代检测技术的重要组成部分 , 在保证产品质量、节约能源和 安全生产等方面起着关键的作用。因此 , 能够确保快速、准确地测量

9、温湿度的技 术及其装置普遍受到各国的重视。近年来 , 利用智能化数字式温湿度传感器以实 现温度信息的在线检测已成为温湿度测技术的一种发展趋势。 介绍的温湿度检测 系统, 以智能化数字式温湿度传感器与 PIC 微处理器有机结合 ,构成了一种新型 温湿度检测系统。 该系统具有性能可靠、 测温准确、 结构简单、造价低廉等特点 , 并兼具线路简捷、使用灵活、抗干扰性好、可移植性强等优点 , 可在工程实际中 得到广泛应用。 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。随着电子技术的发展，将组成 CPU的部件集成在一块半导体芯片上，这 个具有 CPU功能的大规模集成电路芯片就称之为微处理器（ MPU）。微处理器的 出现，推动了

10、微型计算机的发展， 同时也引起了电子设计技术领域的探到变革 电子技术专业人员， 使之可以把微处理器部件像其他集成电路一样嵌入到电 子系统中， 使电子系统具有可编程序的智能化特点， 开辟了计算机技术在电子 技术领域应用的广阔大地。将微处理器、存储器、I/O 电路集成到一块半导体芯片的技术再次推动了 这种嵌入式技术的发展，单片微型计算机是这种设计技术中的一个典型代表。 单片机适用于测量和控制领域，它以芯片形式嵌人到电子产品或系统中起到 “电脑”作用，受到电子专业技术人员的青睐。 单片机以其体积小、 可靠性高、 功能的专门化为特点。 沿着与适用微处理器不同的方向发展。 它的出现和发展， 标志着单片嵌

11、入技术已经成为电子系统设计的一个重要发展方向。 厦礴恳蹒骈時盡 继價骚。本课题主要为采用单片机实现数据采集与温湿度检测的制作。 突出民用产 品的低成本多动能的特点。 按照选题要求应实现温湿度的测量， 并且能够实现 数字钟和测量部分的通过键盘进行控制。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。国内外测温湿技术及其发展趋势 在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境温 度与湿度进行测量及控制。 准确测量温湿度对于生物制药、 食品加工、 造纸等行 业更是至关重要的。 相比之下， 测量湿度要比测量温度更复杂， 这是因为温度是 个独立的被测量， 而湿度却受大气压强和温度的影响。 目前， 温湿度测量领

12、域的 新技术不断涌现，新产品也层出不穷。主要表现在以下两方面： （1）温湿度传感无锡职业技术学院器正从分立元件向集成化、 智能化、 系统化的方向迅速发展， 为开发新一代温湿 度测控系统创造了有利条件； （2）在温湿度测量系统中普遍采用线性化处理、 自 动温度补偿和自动校准湿度等项新技术。 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。无锡职业技术学院目录1引言2总体方案设计3单元电路设计和论证4软件设计5软硬件系统的调试6 附录7 参考文献无锡职业技术学院引言单片机自问世以来， 性能不断提高和完善， 其资源又能满足很多应用场合的 需要，加之单片机具有集成度高、 功能强、速度快、 体积小、功耗低、使用方便、 价格低廉等

13、特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系 统、高级计算器、 家用电器等领域的应用日益广泛， 并且正在逐步取代现有的多 片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强，能满足一 些特殊要求的应用场合， 更加扩大了单片机的应用范围， 也进一步促使单片机性 能的发展。而现在的单片机在农业上页有了很多的应用。 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常用到的一个物理量。 测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。 最常见到得测量温度的工具是各种各样的 温度计

14、，例如：水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。它们常常以刻度 的形式表示温度的高低， 人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。 利用单片机和温度传 感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度， 得到温度的数字值， 既简单方便， 有直 观准确。 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。无锡职业技术学院1 温度传感器的简介1.1集成温度传感器的介绍 在工农业生产、科学研究过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。温度是表征物体冷热程度的物理量， 是工农业生产过程中一个很重要而普遍的测 量参数。温度的测量及控制对保证产品的质量、提高生产效率、节约能源、生产 安全、促进国民经济的发展起到非 常重要的作

15、用。由于温度测量的普遍性，温 度传感器的数量在各种传感器中居首位，约占 50%. 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材 料、元件的特 性都随温度的变化而变化，所以能做温度传感器的材料相当多。 温度传感器随温度变化而引起物理参数变化的有： 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。温度传感器的发展很快，种类很多，随 着生产的发展， 新型温度传感器还会不断的涌现。 在此我们用到的集成温度传感 器。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。1.2温度传感器的发展历史人们研究温度测量的历史已相当久远， 所使用的传感器也种类很多。 近百年 来，温度

16、传感器的发展大致经历了以下三个阶段：传统的分立式温度传感器（含敏感元件 ）；模拟集成温度传感器控制器； 智能温度传感器 （即数字温度传感器 ）。 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。1.2.1分立式温度传感器传统的热电偶、 热电阻、 热敏电阻及半导体温度传感器， 均属于分立式温度 传感器，传感器本身就是一个完整的、 独立的感温元件。 此类传感器通常要配温 度变送器，以获得标准的模拟量 （电压或电流 ）输出信号。使用时还需配上二次仪 表，才能完成温度测量及控制功能。 其主要缺点是外围电路比较复杂、 测量精度 较低、分辨率不高、需进行温度校准 （ 例如非线性校准、温度补偿、传感器标定 等） ，另外它们的体积较大

17、、使用也不够方便。因此，分立式温度传感器将逐渐 被淘汰。 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。无锡职业技术学院1.2.2模拟集成温度传感器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，它属于 最简单的一种集成温度传感器。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， 适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校难。外围电路简单，它是目前在国 内外应用员为普遍的一种集成

18、传感器。 典型产品有 AD590、AD592、 TMP17、LMl35 等。 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。1.2.3模拟集成温度控制器 模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、 AD22105 和 MAX650。9 某些增强型集成温度控制器 ( 例如 TC652653)中 还包含了 A/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。 蜡變黲癟報 伥铉锚鈰赘。1.2.4智能温度传感器智能温度传感器 (亦称数字温度传感器 )是在 20 世纪 90 年代中期问世的。 智能温度传感器是微电子技

19、术、 计算机技术和自动测试技术的结晶， 它也是集成 温度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。 目前，国际上许多著名的 集成电路生产厂家己开发出上百种智能温度传感器产品。 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。智能温度传感器具有以下三个显著特点： 第一，能输出温度数据及相关的温 度控制量，适配各微控制器 (MCU) ；第二，能以最简方式构成高性价比、多功能 的智能化温度测控系统； 第三，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。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。智能温度传感器内部都包含温度传感器、 AD 转换器、存储器 (或寄存器 )和 接口电路。有的产品还带多路选择器、

20、中央控制器 (CPU)、随机存取存储器 (RAM) 和只读存储器 (ROM) 。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。无锡职业技术学院1.2.5智能温度控制器 智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。 智能温度控制器 适配备种微控制器，构成智能化温控系统：它们还可以脱离微控制器单独工作， 自行构成一个温控仪， 既可以工作在连续转换模式， 亦可选择单次转换模式。 智 能温度传感器控制器可广泛用于温度测控系绞、计算机及家用电器中。 猫虿驢 绘燈鮒诛髅貺庑。1.2.6内含温度传感器的专用集成电路值得重视的是， 目前配置有温度传感器的新型专用集成电路也己问世了。 例 如，美国MAXIM 公司最新研制的

21、MAXl298 和MAXl299 型5 通道 12 位ADC 芯片，片内就集成了精密温度传感器，在 40 到 85范围内的测温精度可达 l 。MAXl298 1299 的内部结构及外部电路如图 11 所示。芯片中主要包括 七部分；内部温度传感器 （用于测量本地温度 ）， 远程测温通道 （外接 2N3904 型 NPN 晶体管，利用其发射结来测量远程温度 ），多路转换开关 （即模拟输入转换 器），12 位 ADC ，内部基准电压源，时钟电路和 3 线串行接口电路。该串行接 口能与 SPI 总线、 QSPI 总线及 MICROWIRE 服总线兼容。 MAXl298 和 MAXl299 具有两种输入

22、方式： 差分输入或单端输入。 作差分输入时可构成 3 通 道温控系统，单端输入时能构成 5 通道温控系统 （不包括本地测温通道 ）。当芯片 温度或远程被测温度超过最高允许温度 时，经过串行接口可输出温度越限报警 信号，再通过相应的控制电路起到过热保护作用。 其模拟输入端既可接电压信号， 亦可接温度传感器。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。无锡职业技术学院图 1-1 MAX1298 1299 的内部结构及外部电路图1.3智能温度传感器发展的新趋势进入 21 世纪之后，智能温度传感器正朝着高精度、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

23、。 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。1.3.1提高测温精度和分辨率在 20 世纪 90 年代中期最早推出的智能温度传感器， 采用的是 8 位 A/D 转 换器，其测温精度较低，分辨率只能达到 1。日前，国外己相继推出多种高精 度、高分辨率的智能温度传感器，所用的是 9 到 12 位 A/D 转换器，分辨率一 般可达 0.5 到 0.0625。特别是由美国 DALLAS 半导体公司新研制的 DS1624 型高分辨率智能温度传感器， 采用 13 位 A/D 转换器， 能够输出 13 位二进制数 据，其分辨率高达 0.03125，测温精度为 0.2，为实现精密测量温度创造了 有利条件。为了提高多通道智能温度传

24、感器的转换速率，也有的芯片采用高 速 逐次逼近式 A/D 转换器。 以 AD7817 型 5 通道智能温度传感器为例， 它对本地 传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为 27 s、 9 s。 輒峄陽檉簖疖網儂 號泶。1.3.2不断增加测试功能 新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如， DSl629 型单线智能10无锡职业技术学院温度传感器增加了实时日历时钟 （RTC），使其功能更加完善。 DS1624 还增加了 存储功能，利用芯片内部 256 字节的 E PROM 存储器，可存储用户的短信息。 DSl629 则在片内集成了 32 字节的静态存储器 （RAM） 。另外，智能温度传感器

25、 正从单通道向多通道的方向发展， 这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良 好条件。 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择， 主要包括单次转换模式、 连 续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某 些智能温度传感器而言， 主机（外部微处理器或单片机） 还可通过相应的寄存器 来设定其 A/D 转换速率 （典型产品为 MAX6654） ，分辨率及最大转换时间 （典型产 品为 DSl624）。智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。典型 产品有 DSl620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625 。智能温度控制器适配各

26、种微控制器， 构成智能化温控系统： 它们还可以脱离微控制器单独工作， 自行构 成一个温控仪，既可以工作在连续转换模式，亦可选择单次转换模式。 识饒鎂錕缢 灩筧嚌俨淒。1.3.3总线技术的标准化与规范化 与此同时，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、 规范化。 目前所采 用的总线主要有单线 （1Wire）总线、I2 C 总线、SMB s 和 SPI 总线。第一种 属于一线串行总线，第二、三种属于二线串行总线，第四种则为三线串行总线。 上述温度传感器作为从机， 可通过专用总线接口与主机进行通信， 由于它们的总 线接口符合标准化、规范化设计，使用户操作起来更加简便。 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。1.3

27、.4可靠性及安全性设计传统的 A D 转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术，其缺点是噪 声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差，分辨率较低、成本较高，线 性度也不够理想。 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。为了提高传感器的抗干扰能力，新型智能温度传感器（例如 TMP03 04、LM74 、LM83） 。普遍采用了高性能的 ?式 A/D 转换器，它能以很高的采样 速率和很低的采样分辨率将模拟信号转换成数字信号， 再利用过采样、 噪声整形11无锡职业技术学院和数字滤波技术，来提高有效分辨率。 ?式 A/D 转换器不仅能滤除量化噪声， 而且对外因元件的精度要求低； 由于采用了数字反馈方式， 因此比较器

28、的失调电 压及零点漂移都不会影响温度的转换精度。 这种智能温度传感器兼有抑制串模干 扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。为了避免当温控系统受到噪声干扰时出现误动作现象，在AD7416 7417/7817、LM7576、MAX6625 6626 等智能温度传感器芯片内部，都设置 一个可编程的“故障排队 （faultqueue）”计数器，专门用来设定允许被测温度值超 过温度上、下限的次数。仅当被测温度连续超过上限或低于下限的次数达到或超 过所设定的次数 n（n=1 至 4）时，才能触发中断端。若故障次数不满足上述条件 或故障不是连续发生的， 故障计数器就复位而不会触

29、发中断端。 这就意味着假如 设定 n3 时，那么偶然受到一次或两次唤声干扰，都不会影响温控系统的正常 工作。 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。LM76 型智能温度传感器增加了温度窗口比较器，非常适合设计一个符合 ACPI（ Advance Configuration and Power Interface，即“先进配置与电源接口” ） 规范的温控系统。 这种系统具有完善的过热保护功能， 可用来监控笔记本电脑和 服务器中 CPU 及主电路的温度。微处理器最高可承受的工作温度规定为 TH ， 台式计算机一般为 75，高档笔记本电脑的专用 CPU 可达 100。一旦 CPU 或 主电路的温度超出所设定的上、下

30、限时， INT 端立即使主机产生中断，再通过 电源控制器发出信号， 迅速将主电源关断起到保护作用。 此外，当温度超过 CPU 的极限温度时，严重超温报警输出端 （T_CRIT_T 入 ）也能直接关断主电源，并且 该端还可以通过独立的硬件关断电源来切断主电源， 以防主电源控制失灵。 上述 三重安全件保护措施已成为国际上设计温控系统的新观念。 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。为防止因人体静电放电（ ESD）而损坏芯片，一些智能温度传感器还增加了 ESD保护电路，一般可承受 1000 到 4000V 的静电放电电压。通常是将人体等效 于由 100pF电容和 1.2K 电阻串联而成的电路模型，当人体放电时， T

31、CN75 型 智能温度传感器的串行接口端、中断 / 比较器信号输出端和地址输入端均可承受 1000V 的静电放电电压， LM83 型智能温度传感器则可承受 4000V 的静电放电电 压。 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。最新开发的智能温度传感器 （例如 MAX6654 、LM83）还增加了传感器故障12无锡职业技术学院检测功能， 能自动检测外部晶体管温度传感器 （亦称远程传感器） 的开路或短路 故障。 MAX6654 还具有选择“寄生阻抗抵消” （Parasitic Resistance Cancellatio，n 英文缩写为 PRC）模式，能抵消远程传感器引线阻抗所引起的测温误差，即使 引线阻抗达到

32、100，也不会影响测量精度。远程传感器引线可采用普通双绞线 或者带屏蔽层的双绞线。 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。1.3.5开发虚拟温度传感器和网络温度传感器（ 1）虚拟传感器自 20世纪 90年代以来，一种全新模念的 “虚拟仪器” 正获得愈来愈广泛的 应用。虚拟仪器（ VI ）是测量仪器、计算机和软件这三者的有机结合。它将仪器 硬件（例如数字采集系统、 A/D 、D/A 装唤器、数字 I/O）、计算机资源（如微处 理器、存储器、显示器） 、软件（如传感器标定、软面板、图形界面、数据处理、 信息交换等）有机的结合起来， 构成软硬结合、实虚共体的新一代电子测量仪器。 与此同时，“虚拟传感器”的概念也被人

33、们所接受，这种传感器是基于计算机平 台并且完全通过软件开发而成的。 利用软件来建立传感器模型、 标定参数及标定 模型，以实现最佳性能指标。 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。美国 BK 公司最近已开发出一种基于软件设置的 TEDS型虚拟传感器，其主 要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号并且附带一张软盘， 软盘上存储着对 该传感器进行标定的有关数据。 使用时， 传感器通过数据采集接垒计算机， 首先 从计算机输入该传感器的产品序列号， 再从软盘上读出有关数据， 然后自动完成 对传感器的检查、 传感器参数的读取， 传感器设置和记录工作。 谚辞調担鈧谄动禪泻類。此外，专供开发虚拟传感器产品的软件工具也已经面市了

34、。 这样在以后的产 品设计过程中对元件选择可以均衡各种性能的要求来决定。 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 （2）网络温度传感器网络温度传感器是包含数据传感器、 网络接口和处理单元的新一代智能传感 器。这里讲的网络已经不限于传感器总线， 还应包括现场总线、 局域网和因特网。 数字传感器首先将被测温度转换成数字量， 在传送给微控制器作数据处理， 最后 将测量结果传输给网络， 以便实现各传感器之间、 传感器与执行器之间， 传感器 与系统之间的数据交换及资源共享。 一个分布式智能温度传感器系统是通过网络13无锡职业技术学院将每个传感器节点、 控制节点和中央控制器联系起来的。 其中传感器节点用来实 现温度测量并

35、将数据传输给网络上的其它节点。 控制节点则根据从网络读取的温 度数据来确定合适的控制方式。 以满足对温度控制的需要。 传感器节点和控制节 点不仅互相独立，节点的数量可根据实际需要而定， 而且能做到“即插即用”(Plug Play), 在更换传感器节点时，也无需对传感器进行标定和校准，这样就极大 的方便了用户。 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。2 简介单片机2.1单片机 AT89C51 的简介随着社会的发展， 单片机以其体积小、 可靠性高、 使用方便等特点在社会生 活中达到广泛应用。 根据温度控制的特点， 本次设计采用 AT89C51单片机。 以下 对其进行详细介绍。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。AT89C51

36、单片机是美国 Intel 公司的 8 位高档单片机系列。 也是目前应用最 为广泛的一种单片机系列。其内部结构简化框图如图 21 所示。 AT89C51系列 单片机主要有 CPU、存储器(包括 RAM和 ROM)、IO 接口电路及时钟电路等部分 组成。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。2.1.1中央处理器 CPU中央处理器 CPU是单片机的核心。 是计算机的控制指挥中心。 同一般微机的 CPU类似。AT89C51单片机内部 CPU包括控制器和运算器两部分。 如图 2-1AT89C51 单片机内部结构简化框图。 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。2.1.2运算器AT89C51运算器电路以算术逻辑单元 ALU为核心。有累

37、加器 ACC、寄存器 B、 暂存器 1、暂存器 2、程序状态寄存器 PSW和布尔处理机共同组成。它主要完成 数据的算术运算、 逻辑运算、 位变量处理和数据传输等操作。 运算结果的状态由 程序寄存器 PSW保存。 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。2.1.3算术逻辑单元 ALU 与累加器 ACC 、寄存器 B算术逻辑单元 ALU不但能完成 8 位二进制的加、减、乘、除等算数运算。而14无锡职业技术学院且还能对 8 位变量进行逻辑“与” “或”“异或”循环位移等逻辑运算。累加器ACC（简称累加器 A） 为一个 8 位寄存器，它是 CPU中使用最频繁的寄存器。专门 存放操作数或运算结果。 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。

38、图 2-1 AT89C51 单片机内部结构简化框图2.1.4程序状态寄存器程序状态寄存器 PSW是一个8位的状态寄存器。用于存放标志寄存器。 用于 存放指令执行后的状态，以供程序查询和判别。 PSW各位的状态通常是在指令执 行的过程中自动设置的。 但可以由用户根据需要指令加以改变。 状态寄存器共有 进位标志位 CY、辅助进位标志位（或称半进位） AC、用户自定义标志位 F0、工 作寄存器组选择位 RS1、RS0、溢出标志位 OV、奇偶标志位 P。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。2.1.5控制器控制部件是单片机的神经中枢。它包括程序计数器 PC、指令寄存器 IR 、指 令译码器 ID、数据指针 DPTR、

39、堆栈指针 SP、缓冲器和定时器控制电路等。它先 以主振频率为基准发出 CPU的时序对指令进行译码， 然后发出各种控制信号。 完 成一系列定时控制的微操作。 用来协调单片机各部分正常工作。 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。2.2AT89C51 单片机引脚功能AT89C51系列单片机的封装形式有两种：一种是双列直插方式封装；另一种15无锡职业技术学院是方形封装。 AT89C51单片机 40 个引脚及总线结构图如下所示。其 CMOS工艺制 造的低地功耗芯片也有采用方形封装的。但为 44 个引脚，其中 4 个引脚是不使 用的。由于 89C51单片机是高性能的单片机。 同时受到引脚数目的限制， 所以有 部分引脚具

40、有第二功能。如 图 2-2 单片机引脚图。 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。1.主电源引脚主电源引脚两根： VCC接+5V电源正端； VSS接+5V 电源地端2.外接晶体引脚两根XTAL1:接外部石英体和微调电源的一端。XTAL2:接外部晶体和微调电容的另一端。其中，对用外部时钟时，对于 HMOS单片机,XTAL1脚接地， XTAL2脚作为外 部振荡信号的输入端。对 CHMOS单片机 XTAL1 脚作为外部振荡信号的输入端，XTAL2脚空不接。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。图 2-2 单片机引脚图3.引脚功能IO 引脚共 32 根。16无锡职业技术学院PO口：P0.0-P0.7 统称为 PO口是 8 位双向

41、I/O 口线。 P0口即可作为地址 / 数据总线使用，又可作为通用的 I/O 口线。在不接片外存储器与不扩展 I/O 口 时，可作为准双向输入 / 输出口。在接有片外存储器或扩展 I/O 时， P0 口分时复 用为低 8 位地址总线和双向数据总线。 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。P1 口：P1.0-P1.7 统称为 P1口。是 8 位准双向 I/O 口线。 P1口作为通 用的 I/O 口使用。P2 口：P2.0-P2.7 统称为 P2口。是 8 位准双向 I/O 口线。 P2口即可作 为通用的 I/O 口使用。也可作为片外存储器的高 8 位地址线。与 P0 口组成 16 位片外存储器单元地址。 绽萬璉

42、轆娛閬蛏鬮绾瀧。P3 口：P3.0-P3.7 统称为 P3口。是 8 位准双向 I/O 口线。 P3口除作为 准双向口使用外。每个引脚还具有第二功能。 P3 口的每一个引脚均可独立定义 为第一功能的输入输出或第二功能， P3 口的第二功能如下表所示： 骁顾燁鶚巯瀆蕪領 鲡赙。P3口的第二功能P3.0 RXD串行口输入P3.1 TXD串行口输出P3.2IM 0外部中断 0 输入P3.3IM 1外部中断 1 输入P3.4 T0定时/ 计数器 0 计数输入P3.5 T1定时/ 计数器 1输入P3.6WR片外 RAM写选通信号（输出）P3.7RD片外 RAM读选通信号（输出）4控制线控制线共四根。AL

43、E/PROG 地址锁存有效信号输出率。PSEN片外程序存储器读选通信号输出端低电平有效RST/VPD 复位信号备用电源输入信号。EA/VPP片外程序存储器选用端。17无锡职业技术学院2.3AT89C51 单片机的存储器结构AT89C51单片机的存储器物理结构上分为片内数据存储器、片内程序存储 器、片外数据存储器和片外程序存储器 4 个存储空间。 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。2.4AT89C51 单片机的并行 I/O 端口AT89C51单片机有 4个8位并行 I/O 端口（P0、P1、P2、P3）每个端口都各 有 8 条 I/O 口线，每条 I/O 口线都独立地用作输入输出， 在具有片外扩展存储器 的

44、系统中， P2口送出高 8位地址， P0口分时送出低 8 位地址和 8位数据。 鎦诗涇 艳损楼紲鯗餳類。各端口的功能不同， 结构上也有差异， 但是每个端口的 8 位结构是完全相同 的。如图 2-3 I/O 口位结构图所示。 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。1. P0 口。 P0 口是一个三态双向口，可作为地址 / 数据分时复用口，也可作 为通用 I/O 接口。2. P1 口。 P1口为准双向口，它在结构上与 P0口的区别在与输出驱动部分。 其输出驱动部分由场效应管 V1 与内部上拉电阻组成，当某某位输出高电平时， 可以提供上拉电流负载，不必像 P0 口上那样需要外接上拉电阻。 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄 应。3

45、. P2 口。 P2口也为准双向口。其具有通用 I/O 接口或高 8 位地址总线输出 两种功能，所以其输出驱动结构比 P1 口输出驱动结构多了一个输出模拟转换开 关 MUX和反相器 3. 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。4. P3 口。 P3口的输出驱动由与非门 3和 V1组成，比 P0、P1、P2口结构多 了一个缓冲器 4.P3 口除了可为通用准双向 I/O 接口外，每一根线还具有第二功 能。 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。18c)P2口结构无锡职业技术学院d)P3口结构图 2-3 I/O 口位结构图2.5AT89C51 单片机时钟电路及时序1. 时钟电路AT89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一种

46、是内部方式，一种是 外部方式。图 2-4 、 2-5 所示。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。2. 时序AT89C51单片机指令字节数和机器周期数可分为六类。 即单字节单机器周期 指令、单字节双机器周期指令、单字节四机器周期指令，双字节单机器指令、双 字节双机器周期指令和三字节双机器周期指令。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。b)P1口结构a)P0口结构19寄存器 复位状态 寄存器复位状态PCBSPP0-P1 哜妝扩踴粜。IE呜旧岿錟。TCON 鑿鑿槠谔應。TH0荣产涛團蔺。SBUF乐鹇烬觶騮。0000HACC00H00HPSW00H07HDPTR0000HOFFHIPXXX00000B0XX00000B00H、

47、TH1 00H不定TMODTL0SCONPCON00H、TL100H0XXX0000B00H稟虛嬪赈维陽簍埡鲑罷規沩氣嘮戇苌钡嵐縣緱虜懨俠劑鈍触20无锡职业技术学院图 2-4 内部方式时钟电路图 2-5 外部方式时钟电路2.6复位电路 复位是通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初值状态的操作，AT89C51单片机在时钟电路工作以后， 在 RST/VPD端持续给出两个机器周期的高 电平就可以完成复位操作。 复位分为上电复位和按键手动复位两种方式。 AT89C51 单片机复位状态如下表所示 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。无锡职业技术学院2.7AT89C51 单片机的指令系统 控制计算机与操作的指令是一

48、组二进制编码， 称之为机器语言。 计算机只能 识别和执行机器语言指令。 AT89C51单片机指令与指令系统共有 111 条指令，从 功能上可分成数据传输类指令、 算术运算指令、 逻辑运算和移位指令、 程序控制 转移类指令和位操作指令五大类。 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。3 DS18B20 温度传感器3.1 DS18B20 温度传感器的性能特点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位的数字值读数方式。 DS18B20 的性能特点如下： 呙铉們欤谦鸪

49、饺竞荡赚。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 3.05.5；零待机功耗；温度以或位数字；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；3.2 DS18B20 温度传感器的内部结构框图及设置DS18B20采用脚 PR35封装或脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 3-1 所示。无锡职业技术学院I/O图 3-1 DS18B20 内部结构64位ROM 的结构开始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，最后位是前面 56位的

50、CRC检验码，这也是多个 DS18B20可 以采用一线进行通信的原因。 温度报警触发器和， 可通过软件写入户报 警上下限。 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易 失性的可电擦除的 EERAM 。高速暂存 RAM 的结构为字节的存储器，结构如 图 3-2 所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷 贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，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 3 所示。低位一直为， 是 工作模式位，用于设置

51、 DS18B20在工作模式还是在测试模式， DS18B20 出厂时 该位被设置为，用户要去改动， R1 和 0 决定温度转换的精度位数，来设置 分辨率。 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。22无锡职业技术学院温度转换的时间比较长，而且 据转换时间越长。因此，在实 时间权衡考虑。 風撵鲔貓铁频钙蓟纠、字节保留未用，表现为所有字节的 CRC 码，可用 来检验数据，从而保证通信数据的正确性。 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。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 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、 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

52、先， 高位在后， 数据格式 以 0.0625 LSB形式表示。 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。当符号位时， 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 3-1 是一部分温度值对应的二进制温度数据。 攙閿频嵘陣澇諗 谴隴泸。表 3-1 DS18B20 温度转换时间表23无锡职业技术学院R1R0分辨率/位温度最大转向时间 /ms00993.750110187.510113751112750DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM中的 TH、T字节内容 作比较。若 TH或 TTL，则将该器件内的报

53、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。 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。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。 夹覡闾辁駁档驀迁锬減。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； 高温度系数晶振 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的脉冲输入。 器件中还有一个计数

54、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所对应的一个基数分别置入减法计数器、 温度寄存器中，计数器和温度寄存器被预置在 55所对应的一个基数值。 视 絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数， 当减法计数 器的预置值减到时， 温度寄存器的值将加， 减法计数器的预置将重新被 装入，减法计数器重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数， 如此 循环直到减法计数器计数到时， 停止温度寄存器的累加， 此时温度寄存器中的 数值就是所测温度值。

55、 其输出用于修正减法计数器的预置值， 只要计数器门仍未 关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。表 3-2 一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 011107D0H24无锡职业技术学院1101 0000+850000 01010101 00000550H+25.06250000 00011001 00000191H+10.1250000 00001010 000100A2H+0.50000 00000000 00100008H00000 00000000 10000000H-0.51111 11111111 0000FFF8H-10

56、.1251111 11110101 1110FF5EH-25.06251111 11100110 1111FE6FH-551111 11001001 0000FC90H另外，由于 DS18B20单线通信功能是分时完成的， 它有严格的时隙概念， 因 此读写时序很重要。 系统对 DS18B20的各种操作按协议进行。 操作协议为： 初使 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。 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。25无锡职业技术学院VCC图 3-3 DS18B20 与单片机的接口电路3.3 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路DS18B20可以采用两种方式供电，一种是

57、采用电源供电方式，此时 DS18B20 的 1 脚接地， 2 脚作为信号线， 3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图 3-3 所示单片机端口接单线总线， 为保证在有效的 DS18B20时钟周期内提供足够 的电流，可用一个 MOSFE管T 来完成对总线的上拉。 騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。当 DS18B20处于写存储器操作和温度 A/D 转换操作时，总线上必须有强的上 拉，上拉开启时间最大为 10us。采用寄生电源供电方式时 VDD端接地。由于单 线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。3.4 本章小结本章主要讲述的是 DS18B20 温度传感器的性能特点，内部结构以及

58、与单片 机的接口电路。4 显示及报警模块器件选择4.1显示模块常用的 LED显示器有 LED状态显示器（俗称发光二极管） LED七段显示器（俗26无锡职业技术学院称数码管和 LED十六段显示器，发光二极管可显示两种状态， 用于系统显示； 数 码管用于数字显示； LED十六段显示器，用于字符显示） 镞锊过润启婭澗骆讕瀘。 1数码管结构数码管由 8 个发光二极管 （以下简称字段） 构成，通过不同组合可用来显示 数字 0-9. 字符 A-F及小数点“ . ”。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。 榿贰 轲誊壟该槛鲻垲赛。2.数码管工作原理共阳极数码管的 8个发光二级管的阳极 （二极管正端） 连接在一

59、起。通常会 共阳极接高电平 1. 一般接电源 1. 当某个阴极接低电平时，则该数码管导通并点 亮。共阴极数码管的 8 个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起。公共阴 极接低电平（一般接地）当某个阳极接高电平，则该数码管并点亮。 邁茑赚陉宾呗擷 鹪讼凑。3.静态显示接口 静态显示是指数码管显示某一字符时， 相应的发光二极管恒定导通或恒定截 止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）获接正电 源（共阳极）每个数码管的 8个字段分别与一个 8位 I/O 地址相连， I/O 口只要 有断码输出，相应字符即显示出来并保持不变直动 I/O 口输出新的端码采用静态 显示方式。较小的电

60、流即可获得较大的亮度。 且占用 CPU时间少编程简单， 显示， 便于检测和控制，但其占用的口线多，硬件电路复杂、成本高，只适合于显示位 数较少的场合。 嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。4.动态显示接口动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管。 这种逐位点亮显示的方式称为 位扫描。通常各位数码管的段选线相应并联在一起由 8 位的 I/O 口控制。各位的 位选线（公共阴极或阳极）有另外的 I/O 口线控制。动态方式显示时，各数码管 分时轮流选通， 要使稳定显示， 必须采用扫描方式， 即在某一时刻只选通一位数 码管。并送出相应的端码，在另一位数码管并送出相应的端码。依此规律循环， 即可使各位数码管显示将要显示的