1006050220王仲浩温度监控系统的设计

1、论文题目：温度监控系统的设计 业：自动化 （签名） （签名） 本科生：王仲浩 指导老师：王媛彬 温度是工业控制对象主要被控参数之一，在温度控制中，由于受到温度被控对象特 性的影响，使得控制性能难以提高，而一些工艺过程其温度控制的好坏直接影响着产品 的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是很有现实意义的。 本文是以STC89C52单片机为核心，设计了一种温度监控系统，系统可以实现对温 度的测量，记录和报警。系统由单片机模块、温度采集模块、时钟芯片模块、显示模块 和报警模块五部分组成。主要通过 DS18B20温度传感器采集环境温度，以单片机为核心 控件，并通过LCD1602来显示当前的温度和时

2、间，最终将温度传到上位机以便记录和存 储。通过测试表明，本设计对温度的监控有方便、简单的特点，从而大幅提高了被监控 温度的技术指标。整个系统结构紧凑、简单可靠、操作灵活、功能强、性能价格比高, 能够较好地满足环境温度监控需要。 关键词：温度，单片机，DS18B20, LCD1602 Subject : The desig n of the temp erature mon itori ng system Sp ecialty : Automati on Name: Wang Zhon g-hao (Sig nature) (Sig nature) Instructor : Wang Yuan-

3、bin ABSTRACT Temp erature is one of the con trolled p arameters for in dustrial con trol objects. I n the temp erature con trol, con trol p erforma nee is difficult to get impro ved un der the in flue nee of the temp erature con trolled objects characteristics. Sta nd or fall of temp erature con tro

4、l directly affects the product quality. Thus, it is of great practical significanee to design a more ideal temp erature mon itori ng system. Cen tered on STC89C52 sin gle-ch ip microco mpu ter, this article desig ns a temp erature mon itori ng system. This system can realize the temp erature measure

5、me nt, record and report to the p olice. The system con sists of five p arts, in clud ing MCU module, temp erature acquisiti on module, clock chi p module, dis play module and alarm module. This system collects environmental temperature mainiy through DS18B20 temperature sensor, takes single-chip mi

6、croco mpu ter as the core con trol, dis plays the curre nt temp erature and time through LCD1602, and the temp erature will eve ntually get sp read to PC for record and storage. The test shows that this design is characterized by convenience and simpleness for temp erature mon itori ng, and further

7、raises the tech ni cal in dex of mon itored temp erature. The whole system is compact in structure, sim pie and reliable with flexible op eratio n, strong function, and high cost performanee. Thus it can well meet the needs of the environment temp erature mon itori ng. KEY WORDS: temperature,single-

8、chip microcomputer,DS18B20, LCD1602 第1章 1.1 1.2 1.3 第2章 2.1 2.2 2.3 第3章 3.1 3.2 3.3 3.4 绪论 研究背景及意义 国内外发展现状及发展方向 1.2.1发展现状 1.2.2发展方向 本论文研究内容 系统总体设计 系统的功能 系统总体设计思路 2.2.1硬件设计思路 2.2.2软件设计思路 系统总体设计方案 系统硬件设计 单片机最小系统的设计 3.1.1单片机的选择 3.1.2 STC89C52单片机简介 3.1.3 单片机最小系统电路 时钟模块的设计 3.2.1 DS1302 简介 3.2.2 时钟电路 温度测量

9、模块的设计 3.3.1 DS18B20温度传感器简介. 3.3.2 DS18B20温度传感器功能概述 LCD1602液晶显示模块的设计. 3.4.1 液晶显示模块的选择 3.4.2 3.4.3 LCD1602液晶简介 LCD1602液晶显示模块的功能概述 3.5 第4章 4.1 4.2 4.3 按键模块和报警模块的设计. 系统软件的设计 Keil4编程软件介绍 4.1.1 Keil4 的概述 4.1.2 Keil4的使用方法 labVIEW 介绍 4.2.1 labVIEW 概述 4.2.2 labVIEW开发平台介绍 4.2.3 labVIEW程序的编写. 程序的设计 1 1 .2 .2 .

10、3 4 5 5 .5 5 6 .6 7 .7 7 8 .8 12 12 15 17 17 18 22 22 23 25 26 28 28 28 28 29 29 27 32 33 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 33 34 34 35 36 39 39 39 40 41 42 43 44 45 主程序流程图. 温度测量流程图 时钟读取流程图 按键流程图. 上位机程序框图 第5章系统调试 5.1硬件调试 5.2软件调试 第6章总结 致谢 参考文献 附录I整体电路图 附录n设计实物图 附录K程序 AAAAAA 第1章绪论 1.1研究背景及意义 温度控制广泛应用于人们的生

11、产和生活中，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，甚至危及操作人员的安全。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。本设计由于采用了单片 机对温度进行监控，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。 温度控制是工业生产经常遇到的过程

12、控制，在很多工艺生产过程中，温度的控制效 果直接影响到产品的质量，因而设计一种比较理想的温度控制系统是非常有价值的.日常 生活中，温度值也是一个重要的参考量。人们的居室，医院等环境都要求对温度的有一 定的控制。此外，对温度信息的采集，检测，控制，不仅保证产品质量，还节约能源， 安全生活生产方面积极作用。这就使得温度的控制，温度值采集成为了人们日常生活生 产中一个极有意义的工作。 在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿，多点测 量切换误差和放大电路零点漂移误差等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外， 一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容

13、易受到干扰 而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型 数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案。温度传感器的种类众多，在应用于高精 度、高可靠性的场合时DALLAS （达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。 超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得 DS18B20更 受欢迎。一般在使用DS18B20时往往采用微处理器的1/ O端口实现与该器件的通信，这 种方法显然比较容易和方便。 1.2国内外发展现状及发展方向 1.2.1发展现状 国外对温度控制技术研究较早，始于二十世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表, 采集现场信

14、息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发 和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术 发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。我 国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达 国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的 单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应 用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回 路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相

15、比，存在较大差距。 我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰 着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能 共享和可靠性差等缺点。在今后的温控系统的研究中会趋于智能化，集成化，系统的各 项性能指标更准确，更加稳定可靠。 温度对于各行各业来说显得如此重要，对于温度的测量与控制很大一方面是对温度 测量工具的选择，也正因为如此推进了温度传感器的发展。传感器主要大体经过了三个 发展阶段: 模拟集成温度传感器：该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器 或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价

16、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 AD590、AD592、TMP17、LM135 等。 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MAX6509。某些增强型集成温度控制器（例如TC652/653） 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。 智能温度传感器：能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在

17、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。智能温度传感器内部 都包含温度传感器、A/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。 1.2.2发展方向 为了适应各工业部门、科学研究、医疗、家用电器等方面的广泛要求，仍在不断研 发新型温度监控元件和传感器、新的温度监控方法、新

18、的温度监控材料、新的市场应用。 要准确地进行温度监控也非易事，如温度监控元件选择不当、温度监控方法不宜，均不 能得到满意结果。 传统的温度监控通常采用有线连接方式，但对于有些场合，如旋转或移动物体的温 采用无源 度监控、环境恶劣人员无法涉足之处、不宜采用有线的环境，随着智能温度传感器的应 用，并从节省布线成本考虑，温度监控技术开始从“有线”向“无线”发展。 声表面波谐振器的无线温度监控虚拟仪器系统引入信号处理方法和反馈控制，降低了系 统成本，提高了监控精度和监控距离，结合通用计算机平台和数据I/O板卡，通过软件 进行灵活控制，可根据不同环境以及监控过程自动调节监控参数，实现自适应检测。温 度监

19、控技术实现“由点到线、由线到面、由表到里”的方向发展。 大公司与仪表厂向成套或系列化发展，在基本工艺近似的情况下向多品种发展；小 公司与仪表厂则在专用仪表方面寻求一席之地，生产特殊结构的仪表或传感器。工业用 仪表发展的最新动态是: （1）用户自身研究开发专用传感器 钢铁厂的环境恶劣，市场提供的传感器往往不适用。以前，是先从市场选购传感器, 然后加以改造。最近，许多钢铁厂正在研究开发新型传感器与仪表。例如，新日铁钢公 司与旭硝于耐火材料公司，联合开发出钢水连测温度计。 (2) 开发间接测量技术 有些厂矿的生产条件恶劣，被测对象难以用常规的方法直接测量。因此，人们从可 以测得的数据中，通过将被测对

20、象模型化的方法，推算出不能直接测量的物理量。此种 间接测量技术已取得进展。 (3) 非接触测量技术的应用与普及 以光学测量技术为代表的非接触测量技术与图像测量技术的应用，正在得到普及。 如依据激光与X光的干涉和衍射原理制备的精确尺寸测量系统，结合光磁两种特性的钢 材表面缺陷的检测系统，正在普及。 总之，随着科学技术的迅速发展，仪器仪表已成为同计算机具有同等社会地位的工 具。许多国家都重视有关仪器仪表的研究开发工作，井将仪器仪表定为国家优先发展的 重大项目。因此，有关仪器仪表及其检测技术的发展前景是极为诱人的。 1.3本论文研究内容 本设计采用单片机STC89C52作为控制单元，温度信号由DS1

21、8B20温度传感器进行 采集，然后传入单片机，由单片机对数字信号进行相应的处理，从而得到温度控制的目 的，当实际温度高于系统所设定的最高温度时，红色发光二极管亮并且蜂鸣器报警；当 实际温度未达到系统所设定的最高温度时，黄色发光二极管亮表示此时环境温度正常。 同时采用时钟芯片DS1302来获取时间数据，温度和时间都是通过液晶显示屏LCD1602 进行显示，调整时间按键采用简单的单个I/O 口键盘。为了使温度监控更精确，我们将 单片机与上位机相连，将DS18B20采集到的温度发送给上位机，这样在上位机上就可以 显示出不同时刻的温度并绘出温度波形。 第2章系统总体设计 2.1系统的功能 本设计要求温

22、度传感器可以实时的采集环境的温度，将当前采集到的温度信号发送 给微处理器，由微处理器对采集到的温度信号做相应的处理，同时采用时钟芯片来获取 时间数据，最终将当前温度和时间显示在液晶显示屏上，并且由下位机将不同时刻的温 度传递到上位机上，上位机可存储和显示不同时刻的温度以及温度的波形曲线。当温度 超过系统所设定的温度上限时，报警模块及时给出响应即蜂鸣器报警，不同颜色的发光 二极管闪烁，以实现温度监控的目的。 本设计可实现的基本功能: (1) 具备测量环境温度的功能。 具备将所测温度进行和存储的功能。 能手动修改时间、日期和星期的功能。 具备数据的复位功能。 可以将年、月、日、时、分、秒、星期、温

23、度显示在液晶显示屏上。 2.2系统总体设计思路 221硬件设计思路 本设计以STC89C52为核心，对由数字温度传感器DS18B20采集到的信号进行处理, 采用时钟芯片 DS1302来获取时间数据，在液晶显示屏LCD1602上显示温度和时间, LCD1602液晶模块的第一行显示年、月、日，星期；第二行显示时、分、秒，温度。通 过对液晶模块的地址设置使数字显示在屏幕的正中央已达到美观的效果。通过按键可以 修改时间，当时间设置完成后，系统可进入正常走时状态。在正常走时状态下，随时可 以通过按键调整时间和日期。当温度不在系统所设定的范围之内时，蜂鸣器和发光二极 管同时作用报警。此外可通过串口通信模块

24、实时给单片机下载程序。 222软件设计思路 软件设计可分为两个部分：一部分是下位机即单片机的程序，另一部分是上位机上 labVIEW 中的程序。 (1)单片机的程序主要包括主程序设计、实时时钟程序设计、温度芯片程序设计、液 晶显示程序设计、串口通信程序等五部分。 上位机上labVIEW 中的程序主要是labVIEW后面板中的程序框图。 2.3系统总体设计方案 系统总体设计如图2-1 所示: 图2-1系统总体设计框图 第3章系统硬件设计 本章的主要内容是介绍系统设计的具体硬件电路设计方案，共分为五部分，包括单 片机最小系统、温度采集模块、时钟芯片模块、液晶显示模块、按键和报警模块。 3.1单片机

25、最小系统的设计 3.1.1单片机的选择 4位单片机、8 单片机的品种很多，按其功能来分，有通用型单片机和专用型单片机两大类，我们 通常所说的单片机是指通用型单片机。从基本操作处理的数据来分，有 位单片机、16位单片机及32位单片机。 其中8位单片机是现阶段单片机中的主要机型，有低档的8位单片机和高档的8位 单片机两大类。典型的有 MCS-48系列单片机，片内含多个8位并行接口，一个8位定 时器，无串行I/O接口，只提供小范围的寻址空间，这一类单片机称为8位低档单片机。 这是一种真正意义的单片机，其功能可以满足工业控制和智能化仪器、仪表、通信等的 需要，但功能不强，种类和数量较少，存储器容量小，

26、只能应用于比较简单的控制场合。 另一类如MCS-51系列单片机，它带有串行接口和多个 16位定时器/计数器，具有多级 中断功能，这一类单片机称为 8位高档单片机。它与8位低档单片机相比，单片机内部 的功能更强，品种更全，兼容性较好，硬件、软件资源更丰富。现阶段，它们是单片机 的主流机型。近几年来，在8位高档单片机的基础上，又出现了超 8位单片机。它们不 但进一步扩大了片内程序存储器 ROM和数据存储器RAM的容量，而且提高了速度和智 能化程度。 MCS-51系列单片机是一种高档的8位单片微型计算机，它是美国INTER公司1980 年推出的产品，它比MCS-48系列单片机结构更先进，片内功能、指

27、令系统也有所增强。 它很快成为第二代单片机的主流机型。MCS-51系列单片机的芯片有很多种，其代表性芯 片有8051芯片，此外常用的芯片还有 8052芯片、8031芯片、8032芯片、8751芯片等。 通过前面的介绍，根据系统要求以及市场调查，我们选用MCS-51系列8位单片机 中的STC89C52单片机作为我们的处理器芯片。 3.1.2 STC89C52单片机简介 STA89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写 的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼

28、容标准 MCS-51指令系统，片内置通用8位 中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统 控制应用场合。 2个全双工串行通信口， 2个读写口线，STC89C52 STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中 断口，3个16位可编程定时计数器， 可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 STC89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种 封装形式, 以适应不同产品的需求。 (1) 兼容MCS51指令系统，8

29、k可反复擦写（1000次）Flash ROM; (2) (3) 32 个双向 I/O 口，256*8bit 内部 RAM ； 3个16位可编程定时/计数器中断，时钟频率0-24MHZ ； 2个串行中断，可编程UART串行通道; (5) 2个外部中断源，共8个中断源; (6) 2个读写中断口线，3级加密位； 低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。 3.1.3 单片机最小系统电路 单片机最小系统电路主要包括三个部分：在线编程线路、振荡电路以及复位电路。 （1）在线编程线路 STC89系列单片机大部分具有在系统可编程（ISP）特性。其在线编程线路如图3-1。 ISP的好处是：省去通用编程器，

30、单片机在用户系统上即可下载/烧录用户程序，而无须 将单片机从已生产好的产品上拆下，再用通用编程器将程序代码烧录进单片机内部。 由于可以将程序直接下载进单片机看运行结果故也可以不用仿真器。大部分STC89 系列单片机在销售给用户之前已在单片机内部固化有ISP系统引导程序，配合PC端的控 制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，故无须编程器（速度比通用编程器快）。 单片机通过MAX232和串行总线将采集温度传送到上位机。 MAX3232乍为RS-232收发器，单片机采集的实时温度值通过串口经MAX3232专换成 RS232电平向上位机传输。 串行通信的基础知识：串行通信主要分为异步通信和同步通

31、信两种方式。在单片机 中，主要使用异步通信方式。 在异步通信中，被传送的信息通常是一个字符代码或一个字节数据，它们都以规定 的形同格式一帧一帧的发送或者接受。发送端和接收端各有一套彼此独立、互不同步的 通信机构，可以有各自的始终来控制数据的发送和接受。 一个字符在异步传送中又称为一帧数据，字符帧也称数据帧，有起始位、数据位、 奇偶校验位和停止位组成。 起始位：为逻辑“ 0”信号，位于字符帧开头，占以为，表示发送端开始发送一帧数 据信息。 数据位：紧跟起始位之后就是数据位。在数据位中，低位在前（左），高位在后（右）。 根据字符编码方式不同，数据位可取 5位、6位、7位或8位，数据位没有严格的限制

32、。 奇偶校验位：数据位发送之后可以发送奇偶校验位，它只有一位，可以是奇校验， 也可以是偶校验。用于传送数据的有限差错检测或表述数据的一种性质。 停止位：为逻辑“ 1”信号，此位位于字符帧末尾，表示一帧信息已经发送完毕，停 止位可以是1位、1.5位或2位，在实际应用中由用户根据需要确定。 同步通信是一种连续传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。这里的信息 帧通常有若干个数据字符，即数据块，它们都是有同步字符、数据字符和校验字符三部 分组成。一旦检测到同步字符，下面就按顺序传送数据块。 同步传送的缺点是要求发送时钟和接受时钟要保持严格同步，故发送时除应和发送 的波特率保持一致外，还要求发送时

33、钟和接受时钟要保持严格同步。故这种方式对硬件 要求很高。 比特率，是指每秒传送二进制码的位数，单位b/s。波特率是串行通信的重要指标, 用于表征数据传送的速度。波特率越高数据传送速度越快。 串行通信机制，按照数据传送方向和两端通信设备所处状态，可将串行通信分为单 工、半双工和全双工工作机制。 单工机制：单工方式下，通信线路 A端只能发送数据，B端只能接受数据，数据只能 用A站发至B站，数据传送是单向的，不能方向传输。 半双工机制：数据传送是双向的，但任一时刻只能从 A站发至B站，或者从B站发 B两端都有发送器和接收器，数据传送 至A站，也就是说只能一方发送一方接受，不能同时发送和接受。 全双工

34、机制：在全双工方式下，通信线路 A、 也是双向的，A、B两端可以同时发送和接受数据。 因此，工作效率比前两种要高。 0、方式1、方式2和方式3。不同分 单片机的串行口有四种工作方式，分别为方式 方式对应不同的波特率，如表3.1所示： 表3-1串行口工作方式和波特率对照表 SM0SM1 工作方式 功能描述 所用波特率 0 0 方式0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 方式1 10位异步收发 可变 1 0 方式2 11位异步收发 fosc/64 或 fosc/32 1 1 方式3 11位异步收发 可变 方式0:在方式0下，串口用作同步移位寄存器，其波特率为单片机的1/12，串口 发送8位为一

35、帧，有RXD引脚发送或接受，低位在前，高位在后。TXD引脚输出同步移位 脉冲信号，可以作为外部扩展的移位寄存器的移位时钟，因而串行口方式0常用语扩展 外部并行I/O 口。 方式1:在方式1下，串口为10位异步收发一帧信息包括1位起始位（0）、8位数 据位（低位在前）和1位停止位（1）。TXD是发送端，RXD是接受端。其传送比特率可变。 方式2和方式3:方式2、方式3都是11位异步通信接口，发送或接受的一帧信息 由11位组成，其中1位起始位（0）、9位数据位（低位在前）和1位停止位（1）。方式 2和方式3波特率不同，方式2的波特率为fosc/64或fosc/32，而方式3的波特率由定 时/计数器

36、T1及SMO决定10。 本设计的通信模块采用的是方式110位异步收发方式，即10位异步传输，1位起始 位、8位数据位和1位停止位。波特率设置的为 9600b/s。 U4 C1 + C1r TIIN TIOUT R1OUT R1IN T2IN T2OUT R2OUT R2IN V3+ VS- C2+ C2- 3 5 C1 卄 10Onf 2 6 PXD P3.a11 XD P3.112 壬 C3 J1 CONN-OigiF _L 7 2 2 且 B 4 9. 5 C2 HH- lopnf wTFX 图3-1在线编程线路 (2) 振荡电路 在单片机内，时钟发生器主要用来产生时钟，以控制单片机的工作

37、节奏。产生时钟 的方法一般可分为内部方式和外部方式两种。本设计采用内部方式。内部方式是指利用 内部的振荡器，在XTAL1、XTAL2引脚上外接反馈元件石英晶振和电容组成自激振荡器, 接法如图3-2所示。一般晶振在1.2M12MHz之间任选，电容取值20p 30p,并通过对 电容的微调作用来对振荡频率进行微调，以满足振荡频率的精度要求。 C1 1 30pt X1 XTAL1 XTAL2 C2 30pf 12MHZ 图3-2振荡电路 (3) 复位电路 单片机在工作运行之前，都必须使单片机恢复到初始状态，所以必须进行复位操作, 使中央处理器CPU从0000H单元开始执行程序，因此复位是单片机的初始化

38、操作。当单 片机运行出错使系统出现死机时，也必须按复位键以重新启动单片机。 MCS-51系列单片机通常采用上电自动复位和按键手动复位两种方式。8051单片机 的芯片引脚RST是复位信号的输入端，只要当复位信号是高电平时，且有效时间持续两 个机器周期以上，单片机就能完成复位操作。本设计采用的是按键手动复位。 1）上电自动复位 上电自动复位是通过 RST复位端外部接充电电容和电阻来实现 的。在电源Vcc与RST端之间加一个电容C，而在RST与GND之间接一电阻R,当Vcc 加上电源瞬间，电容通过电阻通电，使 RST端出现一定时间的高电平，当高电平时间大 于20ms时就可实现有效复位。一般电容 C取

39、值1022小，电阻取值1kQ。 2）按键手动复位 按键手动复位也称为人工复位，是将一个按钮开关K并联于上电 3-3所示。 自动复位电容两端，按下按钮开关 K后，电压Vcc通过按钮经电阻R1、R2接通，从而 在RST端出现一个高电平，实现单片机的复位。单片机复位电路如图 R1 0 2K R2 ATB9C52 1K - 8的用于临时性 DS1302 是 存放数据的RAM寄存器。可增加系统的 RAM 。 DS1302的时钟校准比较容易，若采用 专用的晶体振荡器，几乎无须调整即可以达到国家要求的时钟误差标准。 DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提 供了

40、对后背电源进行涓细电流充电的能力，这样避免了由于突然停电而造成时钟停止, 因此它非常适合于长时间无人职守的监测控制系统或需经常记录某些具有特殊意义的数 据及对应时间的场合。DS1302提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每月的天数 和闰年的天数可自动调整，并可通过 AM/PM指示决定采用24或12小时格式。 (1) 内部结构及引脚功能 DS1302内部主要包括实时时钟(real time clock)、输入移位寄存器(input shift registers)、31字节静态RAM、电源控制部分(power con trol)、命令控制逻辑(comma nd DS1302具有8脚DIP引脚

41、排列如图 and control logic) 振荡器和分频器(oscillator and divider)等部分。 3-4所示： 12 3 4 口 口 比 G 口 口 S 7 6 S CCI SCLK I/O RST DS1302 3-4 DS1302引脚图 Vcc1 :后备电源，在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行；当 Vcc2大于 Vcc1 + 0.2V 时，Vcc2 给 DS1302供电。 Vcc2:主电源，当 Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。 XI、X2:振荡源，外接32.768kHz晶振。 GND :接地端 SCLK :串行时钟输入端 I/O:串行数据

42、输入输出端(双向)。 RST:复位/片选线，通过把RST俞入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输 入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次， RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。 （2）工作原理 DS1302工作时为了对任何数据传送进行初始化，需要将复位脚（RST）置为高电平 且将8位地址和命令信息装入移位寄存器。数据在时钟（SCLK）的上升沿串行输入，前 8位指定访问地址。命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据, 写操作时输入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8（8位地址+8位数据），在多 字节方式下最多可达8+2

43、48。 （3）控制字节及寄存器 DS1302的一次数据传送是从发送控制字节开始的。控制字节的最高有效位（位7）必 须是逻辑1如果该位为0,则无法把数据写入到DS1302中；位6表示要读写的数据类 型，为0表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示要操作单 元的地址；最低有效位（位0）表示命令类型，为0表示要进行写操作，为1表示要进行读 操作。控制字节总是从最低位开始输出。 对DS1302的操作就是对其内部寄存器的操作，DS1302内部共有12个寄存器，其 中有7个寄存器与日历、时钟有关，存放的数据位为 BCD码形式。 DS1302的日历时钟寄存器及控制字如表 3-2所示： 表

44、3-2DS1302的日历时钟寄存器及控制字 寄存器名 命令字 取值范围 各位內容 写操作 读操作 7 6 5 4 3 2| 1| 0 秒寄存器 80H E1H (MH9 CH 10SEC SEC 分钟寄希 82H 83H 00-59 0 lOXHN 、flN 小时寄存器 S4H S5H 01-12 或 033 12/24 0 IWAP HR HR 日期寄存器 S6H S7H 01-28,293031 0 0 IODATE DATE 月份寄存器 SSH S9H 01-12 0 0 0 lOM IONTH 周日寄存器 SAH 8BH 01-07 0 0 0 0 0 DAY 年份寄存器 SGH SD

45、H 00-99 lOTAR YEAR 此外，还有控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。 时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与RAM 相关的寄存器分为两类，一类是单个 RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的 字节，其命令控制字为C0HFDH,其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方 式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的 RAM的31个字节，命令控制字为 FEH（写）、（读）。 （4）数据的传送 向DS1302写入数据时，数据在控制字节输入后的下一个 SCLK周期的上升沿被写 入，多余的SCLK将被忽略。数据

46、写入时从低位（位0）开始；同样，从DS1302读取数 据时，数据在紧跟控制字节后的下一个 SCLK的下降沿读出，读出数据时也是从低位（0 位）到高位（7位），只要RST保持高电平，额外的SCLK将导致数据字节的持续读出，这 个特性用于实现该芯片的突发读模式。 对DS1302的每一次读写需16个时钟脉冲,前8个脉冲输入操作地址和读写命令, 后8个脉冲写入或读出数据。 3.2.2 时钟电路 （1） DS1302电路接线方式如图3-5所示。DS1302在任何数据传送时必须先初始化， 把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在 SCLK的上升 沿被访问到。在开始8个时钟周期，把

47、命令字节装入移位寄存器后，另外的时钟周期在 读操作时输出数据，在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8 （8位 地址+8位数据），在多字节方式下为8+字节数，最大可达248字节数。如果在传送过程 中置RST脚为低电平，则会终止本次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时, 在Vcc2.5V之前，RST脚必须保持低电平。只有在 SCLK为低电平时，才能将RST置 为咼电平。 RV2 P1. 2 戸九0 P1.1 VCC1 VC匚2 XI SCLK I/O X2 U3 DS1302 TLXi AT09C52 图3-5DS1302连接电路 （2） DS1302的控制字。DS13

48、02控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1, 如果 它为0,贝U不能把数据写入到DS1302中。位6如果为0,则表示存取日历时钟数据; 1则表示存取RAM数据。位51 （A4A0）指示操作单元的地址。最低有效位（位 如果为0,则表示要进行写操作；为1表示进行读操 0) 作。控制字节总是从最低位开始输入/输出。 DS1302的晶振选用32.768KHZ，因为振荡频率较低，可以不接电容，对计时精度影 响不大。 (3) DS1302寄存器 DS1302有关日历、时间的寄存器共有12个，其中有7个寄存器（读时81h8Dh, 写时80h8Ch），存放的数据格式为BCD码形式，如表3-3所示。 读寄存器

49、 写寄存器 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 范围 81H 80H CH 10秒 秒 00H59H 83H 82H 10分 分 00H59H 85H 84H /24 10 时 时 023 12 AM/PM 112 87H 86H 0 0 0 10日 日 131 89H 88H 0 0 0 10月 月 112 8BH 8AH 0 0 0 0 0 星期 17 8DH 8CH 10年 年 0099 8FH 8EH WP 1 0 0 0 0 0 0 0 表3-3 DS1302寄存器 小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式

50、还是24小 时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时, 当位5是1时，表示PM。在 24小时模式时，位5是第二个10小时位。 秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（ CH ）。当该位置为1时，时钟 振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位置为 0时, 时钟开始运行。 控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP）,其它7位均置为0。在任何的 对时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。当WP位为1时，写保护位防止对任意 寄存器的写操作。 3.3温度测量模块的设计 331 DS18B20温度传感器简介 DS18B20是美国Dallas公司生产的单线数字温度传

51、感器，支持“ 1-Wire”接口。1-wire 单总线是Maxim全资子公司Dallas的一项专有技术。与目前多数标准串行数据通信方式, 如SPI/I2C/MICR0WIRE，不同它采用单根信号线，既传输时钟，又传输数据，而且数据 传输是双向的。它具有节省I/O 口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护 等诸多优点。1-wire单总线适用于单个主机系统，能够控制一个或多个从机设备。当只 有一个从机位于总线上时，系统可按照单节点系统操作；而当多个从机位于总线上时, 则系统按照多节点系统操作。 DS18B20数字温度计提供9-12位摄氏温度测量，而且有一个由高低电平触发的可编 程的不因电源

52、消失而改变的报警功能。DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因 此在中央处理器和DS18B20之间仅需一条连接线（加上地线）。它的测温范围为-55+ 125C，并且在-10+ 85r精度为5C。除此之外，DS18B20能直接从单线通讯线上 汲取能量，除去了对外部电源的需求。每个DS18B20都有一个独特的64位序列号，从 而允许多只DS18B20同时连在一根单线总线上；因此，很简单就可以用一个微控制器去 3-6所示。 控制很多覆盖在一大片区域的 DS18B20。这一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪 器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。其封装如图 DALLAS 12 3

53、 图3-6 DS18B20温度传感器封装图 (1) DS18B20 的特点 1）独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 2）每个器件有唯一的64位的序列号存储在内部存储器中 AAAAAA 3) 简单的多点分布式测温应用 4) 无需外部器件 5) 可通过数据线供电，供电范围为 3.0V到5.5V 6) 测温范围为-55+ 125C 7) 在一10+ 85C范围内精确度为)5C 8) 温度计分辨率可以被使用者选择为 912位 9) 最多在750ms内将温度转换为12位数字 10) 用户可定义的非易失性温度报警设置 11) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件 12) 与DS1822兼容的软

54、件 13) 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统 (2) DS18B20温度传感器的引脚功能如表 3-4所示: 表3-4DS18B20温度传感器的引脚功能 TO-9封装 符号 说明 1 GND 接地 2 DQ 数据输入/输出引脚。对于单线操作：漏极开路。当工作在 寄生电源模式时用来提供电源。 3 VCC 可选的VDD引脚。工作在寄生电源模式时 VDD必须接地。 3.3.2 DS18B20温度传感器功能概述 数字化温度传感器DS18B20采用单总线协议，即与单片机接口仅需占用一个I/O端 口，无需任何外部元件直接将环境温度转化成数字信号，以数字码方式串行输出。 DS18B2

55、0温度传感器与单片机的接线图如图 3-7所示: .R2 4.7-K U3 VCC DQ GND BOOOOO DS18B20 GND 图3-7DS18B20温度传感器接线图 DS18B20的核心功能是它的直接读数字的温度传感器。温度传感器的精度为用户可 编程的9，10，11或12位，分别以05C, 0.25C, 0.125C和0.0625E增量递增。在上 电状态下默认的精度为12位。DS18B20启动后保持低功耗等待状态；当需要执行温度测 量和AD转换时，总线控制器必须发出44h命令。在那之后，产生的温度数据以两个字 节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，DS18B20继续保持等待状态。当

56、DS18B20 由外部电源供电时，总线控制器在温度转换指令之后发起 “读时序” ，DS18B20正在温度 转换中返回0,转换结束返回1。如果DS18B20由寄生电源供电，除非在进入温度转换时 总线被一个强上拉电压拉高，否则将不会有返回值。如表3-5是DS18B20寄存器格式, 表3-6是DS18B20温度/数据关系。 表3-5DS18B20寄存器格式 LS Byie Bit? Bite Bits Bit4 Bits Bit? Bill BitO S 4 2 1 0.5 0.25 0.125 1S Byre Bitl5 Bit 14 Bitl3 Bill 2 Bit LI BitlO Bit9

57、Bits S S S S S 64 32 16 表3-6温度/数据关系 温度匸 数1S谕出（二进制 数据谕出（十六进制） -125 0000 0111 1101 0000 07DCh 0000 0101 0101 0000 0550h *25.0625 0000 0001 1001 0001 0191h 10.125 0000 0000 10100010 00000000 00001000 OOCSh 0 0W0 (MX)0 0000 0000 OOOOh -0.5 1111 1111 11L1 1000 FFFSh -10.125 1111 11110101 1110 FF5Eh -25.0

58、625 1111 111001101111 FE6D1 4 1 8 1111 1100 10010000 FCPOh 注：上电复位时温度寄存器默认值为+ 85C DS18B20可以通过从VDD引脚接入一个外部电源供电，或者可以工作于寄生电源 模式，该模式允许DS18B20工作于无外部电源需求状态。寄生电源在进行远距离测温时 是非常有用的。寄生电源的控制回路见图 3-8,当总线为高电平时，寄生电源由单总线通 过VDD引脚。这个电路会在总线处于高电平时吸收能量， 部分汲取的能量存储在寄生电 源储能电容（Cpp）内，在总线处于低电平时释放能量以提供给器件能量。当DS18B20 处于寄生电源模式时，V

59、DD引脚必须接地。 DS18B20外部供电方式如图3-9所示。 DS18B20存储器存数其格式如表3-7所示。 表3-7DS18B20存储器 字节 高速暂存器 字节1 温度低字节寄存器 字节2 温度咼字节寄存器 字节3 TH寄存器或用户字节1 字节4 TL寄存器或用户字节 2 字节5 配置寄存器 字节6 保留 字节7 保留 字节8 保留 字节9 CRC 存储器的第4位为配置寄存器。用户可以通过按表3-8所示设置R0和R1位来设定 DS18B20的精度。上电默认设置：R0=1,R1=1 （12位精度）。注意：精度和转换时间之间 有直接的关系。暂存器的位7和位0-4被器件保留，禁止写入；在读回数据

60、时，它们全 部表现为逻辑1。其精度配置如表3-9所示。 表3-8DS18B20配置寄存器 Bit? Bil6 Bits Bit4 Bits Bit? Bitl BitO TM R1 RO I I 1 1 1 表3-9DS18B20精确度配置 R1 RO 精度 最大转换时间 0 0 9位 ms 0 10位 1S7,5 ms 1 0 11位 375 ms 1 1 12位 750 ms 典型的单总线命令有下面几步: 第一步：初始化; 第二步:ROM操作命令（跟随需要交换的数据）; 第三步:功能命令（跟随需要交换的数据）。 每次访问单总线器件，必须严格遵守这个命令序列。如果出现序列混乱，则单总线 器件