毕业设计论文-基于单片机C语言温度计设计

1、摘要随着社会的发展，自动控制越来越受到人们的关注，温度的控制系 统也成为人们备受关注的焦点之一。单片机的广泛应用已经成为高新科 学技术的重要内容和标志之一，它在国民经济中的各个领域正在发挥着 引人注目的作用。本文利用单片机技术和传感器技术设计了一种实时温 度监控系统。本次设计的温度控制器的主控器是 ATME公司生产的AT89S51传感器是使用较为广泛的数字温度传感器 DS18B20它具有独特的单线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通信，通过键盘设置温度上下限，用LED数码管显示实时温度,另外使用蜂鸣器进行超温时的警报。本文对系统的总体设计方案与论证、

2、硬件系统的设计、软件系统的 设计等模块做出了详尽的说明。关键词：AT89S51;DS18B20温度控制系统;Proteus;KeilAbstractWith the development of society,the automatic control is being paid more and more attention ,the temperature control system has also become a focus of concern.The MCU application of new and high science and technology has beco

3、me the important content and one of marks, which in all areas of the national economy is playing the role of attract people's attention.In this paper,the MCU technology and the sensor technology is used to design a real-time temperature monitoring systemThe temperature controller of the master o

4、f this design is the AT89S51, which is produced by the ATMEL.The sensor is widely used in the digital temperature sensor DS18B20, which has a unique single interface is connected with the microprocessor, only needs one line can realize microprocessor with DS18B20 bidirectional communication, through

5、 the keyboard to set the temperature of upper and lower limits, with LED digital tube display the real-time temperature.In addition to using the buzzer for super high temperature alarmThe system 'osverall design and demonstration of hardware systems design,software system design module to make a

6、 detailed explanation. Keywords : AT89S51;DS18B20;temperature control system;Proteus;Keil目录绪论 1.1 课题研究的背景及意义 1.2 国内外的发展状况 1.3 课题内容安排 仿真软件的介绍 2.1 Proteus 软件 2.1.1 proteus 软件简介 2.1.2 Proteus ISIS 工作环境2.1.3 Proteus 的基本操作 2.1.4 Proteus 简单应用 2.2 Keil 软件 2.2.1 Keil 软件简介 2.2.2 Keil uVision4 工作环境2.2.3 Keil

7、工程的创建 系统总体方案的设计 3.1 系统方案的设计 3.2 系统方案的论证 3.2.1 单片机的选型 3.2.2 传感器的选型 3.2.3 键盘的选型 系统硬件模块的设计 4.1单片机AT89S51电路的设计.4.1.14.1.24.1.34.1.44.1.5单片机系统的组成单片机的引脚功能时钟电路 复位电路 单片机的最小系统4.2 温度采集电路4.2.1 DS18B204.2.2 DS18B204.2.3 DS18B204.2.4 DS18B204.2.5 DS18B20的结构框图 引脚定义 的控制方法 测温原理 与单片机的接口电路4.3 数码管的显示电路 .4.3.1 LED 的结构

8、4.3.2 LED 的工作原理11234445667788 10 10 10 10 12 14 16 16 16 16 19 19 21 21 21 24 24 26 28 28 28 294.3.3 LED 数码管显示接口电路4.4 键盘输入电路 4.4.1 消抖动措施 4.4.2 按键状态识别 4.4.3 独立式键盘的接口电路4.5 蜂鸣器电路 5 系统软件模块的设计 主程序流程图 读出温度子程序 温度转换命令子程序 计算温度子程序 显示数据刷新子程序 按键扫描处理子程序 5.15.25.35.45.55.66 系统仿真6.16.26.3 总结 . 致谢 . 参考文献 附录一 . 附录二

9、.单片机 C 语言的简单介绍 6.1.1 C51 编译器所支持的数据类型6.1.2 C51 所支持的存储类型 6.1.3 编程过程中需要注意的事项仿真的调试过程 仿真结果 293030313132333334343536363737373737383841424345461 绪论1.1 课题研究的背景及意义随着科学技术和生产的不断发展和创新，需要对各种参数进行温度测量和设置。因此温度一词在生产生活当中出现的频率越来越多，与之 相对应的，温度控制和测量也成为生活生产中被广泛使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用，温度是工业生产中常见的工艺 参数之一，任何物理变化和化学反应过程与温度密

10、切相关，因此温度控 制是生产自动化的重要任务。例如：在农业温室大棚生产、冶金工业、 化工生产、电力工程、造纸行业、机械制作和食品加工等诸多领域中， 人们都需要对各类环境、加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进 行检测。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、 生产安全、促进国民经济的发展都有非常重要的作用。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。随着温度检测理论 和技术的不断更新 , 温度传感器的种类也越来越多，不断的满足生产生 活当中的需要。在微机系统中使用的传感器，必须是能够将非电量转换 成电量的传感器，然而传统的控制方式不能满足高精度，高速度的控制

11、要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于 他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受 仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，采用单片机对温度进行控制，不仅具 有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控制 温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机 对温度的控制问题是一个工业中经常遇到的问题。基于单片机的温度控制系统可以实现对温度的显示、预警、控制等功能，对于工业生产效率的提高可以起到很大的作用。科学技术是第一生产力，对温度实现比较系统化的检测控制使人们的生产节奏

12、有一个良 好的循环。从而将节约更多的人力物力，降低生产过程中可以省略的一 些繁琐的细节。一个简单有效地控制系统可以在一定程度上使工厂的生 产效益上一个台阶，只要使用得当，就能发挥作用。1.2 国内外的发展状况进入 21世纪后，智能温度控制器正朝着高精度，多功能，总线标准化，高可靠性及安全性，开发虚拟温度控制器和网络温度控制器，研发单片机测温控系统等高科技的方向迅速发展。(1) 提高温度控制器测温精度和分辨力在20世纪90年代中期最早推出的智能温度控制器采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到 2摄氏度。目前，国外以相继推出多种高精度，高分辨力的智能温度传感器，也有的芯片采用高速

13、逐次 逼近式A/D转换器。(2) 新型智能温度控制器的测试功能也在不断增强。例如，采用DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟，使 其功能更加完善。另外，智能温度控制器正在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。(3) 温度控制器总线技术的标准化与规范化目前，智能温度控制器的温度传感器的总线技术也实现了标准化， 所 采用的总线主要有单线总线、I2C总线、SMBu总线。采用的温度传感器 作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。(4) 虚拟温度控制器和网络温度控制器虚拟温度控制器是基于温度控制器硬件和计算机平台， 并通过软件开 发而成的。利用软件可完

14、成温度控制器的标定及校准指标。网络温度控制器是包含数字传感器、 网络接口和处理单元的新一代智 能温度控制器。它通过数字传感器首先将被测温度转换成数字量，再送 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。(5) 温度控制器单片测温控制系统单片系统是 21世纪一项高新科技产品。 它是在芯片上集成一个系统或 子系统，其集成度高达108109元件/片，这将给IC产业及IC应用带来划 时代的进步。1.3 课题内容安排本次设计首先简单介绍了 Keil 和 Proteus 两个应用软件，对其功能 有基本的了解，为后面系统仿

15、真做准备；完成了系统的总体设计方案， 并对系统的主要部件进行了选型；了解单片机、温度传感器、键盘、LED 数码管等模块的工作原理与特性，完成硬件系统的设计；完成软件系统 的设计；调试运行，保证系统的稳定性和程序的可靠性，最后撰写论文。2 仿真软件的介绍2.1 Proteus 软件2.1.1 proteus 软件简介公司开发的电路Proteus 软件是英国 Labcenter electronics分析与仿真软件。Proteus主要有ISIS和ARES两部分组成。本文主要使用 Proteus7.7 软件的 ISIS 对系统进行原理图设计，并在原 理图上对单片机 C语程序进行调试与仿真。ISIS是

16、该公司出品的用于原理图设计、电路分析与仿真、处理程序代码调试和仿真、系统测试以及功能验证的EDA软件，运行 Windows操作系统之上，具有界面友好、使用方便、占用存储空间少、仿真资源丰富、试验周期 短、硬件投入少、实验过程损耗小和实际设计接近等特点。它具有 模拟电路仿真、数字电路仿真、数模混合电路、单片机等微处理器及其外围电路（如总线驱动器74LS373、可编程外围定时器 8253、并行接口 8255、实时时钟芯片 DS1302、LCD RAM ROM键盘、马达、LED、AD/DA、SPI、 IIC 器件等）组成的系统的仿真等功能，配合可 供选择的虚拟仪器，可搭建一个完备的电子设计开发环境，

17、同时支 持第三方的软件的编辑和调试环境，可与 Keil 、 Protel 等软件进行 联调，达到实时的仿真效果，因此受到广大电子爱好者的青睐。该软件具有以下特点：（1）实现了单片机仿真和 SP ICE电路仿真相结合，具有模拟电路仿真、数字电路仿真、各种单片机（51系列、AVR PIG等常用的MCU及其外围电路（如LCD RAM ROM键盘、LED A/D、D/A）组成的系统仿真、RS-232动态仿真、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种 虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等调试非常方便。(2)提供软件调试功能，在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置 断点等调试功能，同时可以观

18、察各个变量、寄存器等的当前状态。(3)支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有8051系统、ARM系列、AVF系列、PIC系列以及各种外围芯片。(4) 具有强大的原理图绘制功能。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机 CPUl勺工作情况，也能仿真单片机外围 电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试 时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变 而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样 的仿真实验.从某种意义上讲，是弥补了.实验和工程应用阉脱节的矛盾和现象。同时，当硬件调试成功后，利用Proteus AR

19、E漱件，很容易获得其PCB图，为今后电路板的制造提供了方便。2.1.2 P roteus ISIS工作环境I-i口 !蛀IIJMlPjTlDEVICES；.1 1 1- -LL .' 1 1 i 1 i-'i!1, h* 4 rr p h o1 2 JTT >币L:;Jr-1-1 k 1 IMII H 1 1ahe M说躬ge$ |Root sheet 1l|图 2-1 Proteus ISIS Professional 用户界面如图所示 2-1 “ISIS Professional ”也提供了多种命令执行方式： 菜单栏提供了诸如文件File （文件）、View （视图）

20、、Edit （编辑）、Tools（工具）、Design （设计）、Graph （图形）、Source （源）、Debug （调试）、Library （库八Tem pl ate （模板）和Help等12种操作菜单；使用工具 栏按钮可以快速地执行 ISIS 命令；使用键盘快捷键也可以执行 ISIS 命 令，键盘快捷键根据使用习惯等需要还可以重新设置。2.1.3 Proteus 的基本操作使用 Proteus 进行设计仿真的基本操作步骤： （1）新建设计文件；（ 2） 对象的选择与放置； （ 3）对象的编辑；（ 4）电路布线；（ 5）设置元 器件属性；（ 6）电气规则检查；（ 7）仿真调试。2.1.

21、4 Proteus 简单应用1）绘制原理图： 绘制原理图要在原理图编辑窗口中的蓝色方框内完 成。原理图编辑窗口的操作是不同于常用的 WINDOW应用程序的，正确的操作是：用左键放置元件；右键选择元件；双击右键删除元件；右键 拖选多个元件；先右键后左键编辑元件属性；先右键后左键拖动元件；连线用左键，删除用右键；改连接线：先右击连线，再左键拖动；中键 放缩原理图。2）定制自己的元件：有三个个实现途径，一是用 PROTEUVSSMSDK开发仿真模型，并制作元件；另一个是在已有的元件基础上进行改造， 比如把元件改为 bus 接口的；还有一个是利用已制作好 （别人的） 的元件， 我们可以到网上下载一些新

22、元件并把它们添加到自己的元件库里面。（ 3）Sub-Circuits应用：用一个子电路可以把部分电路封装起来，这样可以节省原理图窗口的空间。2.2 Keil 软件2.2.1 Keil 软件简介Keil uVision4 软件是德国 Keil Software 公司推出的微处理器开发 平台，可以开发多种80C51等兼容的单片机程序，可以用来进行工程创建 和管理、编辑、编译 C源代码和汇编源程序、链接和重定位目标文件和库文件、生成HEX文件、调试目标程序等完整的开发流程，具有丰富的库函数和功能强大的集成开发工具，全 Win dows操作界面。另外，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil

23、 生成的目标代码效率非常的高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，很容易使初学者理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil uvision4软件支持C语言和汇编语言编程。Keil提供包括C编译器、宏汇编、连 接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，由 以下几部分组成：卩Vision IDE集成开发环境C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及Monitor-51、RTX5实时操作系统。Keil uvision软件的诸多功能受到 众多用户的欢迎。222 Keil uVisio n4工作环境Fife Edit Vifw

24、 Pfajert Flash Debug Mphtrals Tools 9/C5 Wiridow Help'arsEt 1T 歎也住P0'5J Targ,et 1图2-2 Keil uvision4集成开发环境界面从图2-2可以看出，Keil uvision4集成开发环境与其他常用的Windows窗口软件类似，设置有菜单栏、可以快速选择命令的按钮工具 栏、工程窗口、源代码文件窗口、对话窗口、信息显示窗口。Keil uvision4允许同时打开浏览多个源程序文件，它提供了多种命令执行方式菜单栏 提供了诸如文件、编辑、视图、项目/工程、闪存、程序调试、片上外设 寄存器设置和观察，开

25、发工具选项、软件版控制系统菜单等11种操作菜单，使用工具栏按钮或键盘快捷键可以执行uvision4命令。2.2.3 Keil工程的创建使用Keil软件的项目/工程开发流程的具体步骤：（1）新建一个工 程，从设备器件库中选择目标器件（CPU,配置工具设置；（2）建立源程序文件，用C51语言或汇编语言编辑程序；（3）添加源程序文件到工 程中；（4）工程参数的设置（5）编译、链接源程序，并修改源程序中的 错误；（6）工程的调试和运行，生成可执行代码文件（.hex ）成功编译/ 汇编、连接 后，选择菜单 Debug-Start/Stop Debug步执行（按F11或选择Debug-Step）、过程单步

26、执行（按F10或选择Debug-Step Over） 、全速执行等多种运行方式进行程序调试。如果发现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修改Session（ 或按 Ctrl+F5 键） 进入程序调试状态， Keil 提供对程序的模拟 调试功能，内建一个功能强大的仿真 CPU以模拟执行程序。Keil能以单（Debug-InlineAssambly），不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编 译/ 汇编和连接、 然后再次进入调试状态的步骤。 对于一些必须满足一定 条件（如按键被按下等 ）才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的 程序行，可采用断点设置的方法处理 （Debug-I

27、nsert/Remove Breakpoint 或Debug-Breakpoints等）。在模拟调试程序后，还须通过编程器将.hex 目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。3系统总体方案的设计3.1系统方案的设计该温度控制系统的总体设计框图如图3-1所示，主要由单片机、数字温度传感器DS18B20、LED数码管、蜂鸣器、键盘等组成。当传感器 监测到温度信息后传输给单片机，单片机对接收到的数据进行处理，将数据实时显示到LED数码管显示器上，系统设置了温度的上下限，当现 场温度超过或低于这个范围时，系统就会通过蜂鸣器进行报警。图3-1系统总体框图3.2系统方案的论证3.2.1单片机

28、的选型在嵌入式领域中有多种微处理器可以选择，比如 FPGA DSP单片 机、ARM等，在这些处理器中单片机的价格最低，性能适中，适合此类 场合。下面对一些常用的单片机进行说明:(1)51系列单片机。51 单片机是对目前所有兼容 Intel8031 指令系统的单片机的统称，其代表型号有ATME公司的AT89系列等，Philips、华邦、Dallas、SiemensInfineon )等公司也有许多兼容的产品， 它广泛应用于工业控制领域， 白色家电等领域之中。 目前很多公司都有 51 系列的兼容机型推出， 在今 后很长的一段时间内将占有大量市场。(2) AVR系列单片机AVR单片机是1997年由A

29、TMEL公司研发出的增强型内置 Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU )精简指令集高速 8 位单片机。 AVR 单片机废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机(CISC追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数 与操作码安排在一字之中， 广泛应用于计算机外部设备、 工业实时控制、 仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。3) MSP430MSP 43(系列是一个16位、具有精简指令集、超低功耗的混合型单片机，由于它具有极低的功耗、 丰富的片内外设和方便灵活的开发手段， 已成为众多单片机系列中的一颗耀眼的新星。片上集成了AD、

30、DA、 PWM、LCD驱动，其比较器AD采用方式能达到很高的精度，开发系统也很便宜。缺点是在位操作时有点麻烦，不适合用于逻辑控制以及对功耗不敏感的 适用场合。从成本、开发的难易程度考虑，我选用了 ATMEI公司的AT89S5仲片机作为温度控制系统的核心。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable) 的可反复擦 写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEI公司的高密度、非 易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯 片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP F

31、lash 存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决 方案。3.2.2 传感器的选型1 )模拟温度传感器。传统的模拟温度传感器，如热电感、热敏电阻存在着一些缺点：在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿。热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，度快等优点，而且它还将驱动电路、具有灵敏度高、线性度好、响应速信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片 IC 上，有实际尺寸小、使用方便等优点。AD590 是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范 围为 330V,输出电流 223uA(-50 C) 423Ua(+150C )，灵

32、敏度为 1uA/C。作为一种高阻电流源，最高可达20M欧，所以它不必考虑选择开关或 CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距 离温度测量的控制。2)数字温度传感器数字温度传感器能把温度物理量通过温度敏感元件和相应电路转换 成方便计算机、PLG智能仪表等数据采集设备直接读取的数字量的传感 器。优点是使用方便、测量精度高等。DS18B20是DALLAS司生产的最新可组网、单线式温度传感器，它将传感器、A/D、寄存器、接口电路集成在一个芯片上，采用1-Wire总线协议，可直接与计算机连接，实现直接数字化输出，便于单片机处理 及控制，在 0100 摄氏度时，最大线形偏差小

33、于 1 摄氏度，性能非常 优越，如图 3-2 所示。DS1620图3-2 DS18B20外形图DS18B20具有以下主要特性：DS18S20的适应电压范围更宽，其范围为：3.0-5.5V，而且它能 够直接由数据线获取电源（寄生电源），无需外部工作电源。DS18S20提供了 9位摄氏温度测量，具有非易失性、上下触发门限用户可编程的报警功能。DS18S20通过1-Wire ?总线与中央微处理器通信，仅需要单根数据线（或地线）。同时，在使用过程中，它不需要任何的外围的元件，全 部的传感元件和转换电路集成在形状如一只三极管的集成电路内。DS18S20具有-55°C至+125°C的工

34、作温度范围，以0.5度递增,在-10°C至+85°C温度范围内精度为± 0.5 ° Co 每片DS18S20具有唯一的64位序列码，这些码允许多片DS18S20 在同一条1-Wire总线上工作，因而，可方便地使用单个微处理器控制分 布在大范围内的多片DS18S2（器件。DS18S2 0的测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串 行传送给CPU同时还可以传送给CRC校验码，它具有极强的抗干扰纠 错的能力。DS18S20具有负载特性，当电源极性接反时，芯片不会因发热而 烧毁，但是不能正常的工作。 通过编程可实现912位的数字读数方式 无需外部器件。 应

35、用于温度控制、工业系统、热感测系统。根据上面的介绍，本次设计我使用 DS18B20乍为温度采集元件。323 键盘的选型在单片机应用系统中，命令输入是通过键盘来实现的，键盘是实现 人机交互的途径。键盘是由许多按键开关组成的，一旦按键按下，单片 机I/O 口的电平会发生变化，单片机通过判断I/O 口的变化来识别按键。在单片机的接口应用中，键盘接口一般分为两种：一种是独立式键盘， 一种是矩阵式键盘。如图3-3所示输ASf存列a图3-3独立式键盘和矩阵式键盘独立式键盘的每一个按键都有一个信号线与单片机相连，另一端接 地，每一个键互不影响，这种键盘的优点是结构简单、使用方便，缺点 是占用资源过多，在按键

36、数目越多，占用的 I/O 口就越多。矩阵式键盘的按键连接在行列线构成的矩阵电路的交叉处，每当有 按键按下时通过该键将相应的行列连通。本次设计仅需要三个键即可，分别是模式切换键、加键、减键。因 此我选择使用独立式键盘。4 系统硬件模块的设计4.1单片机AT89S51电路的设计4.1.1 单片机系统的组成一个完整的单片机系统可由硬件和软件两大部分组成。硬件系统是 单片机的物理实体，软件则是对硬件使用和管理的程序。单片机的硬件 主要由单片机芯片和外围设备构成。而单片机芯片则包含微处理器（CPU,存储器（ROM和RAM、输入输出口（ I/O 口）、定时/计数器及 中端系统等。它们通过地址总线（AB、数

37、据总线（DB和控制总线（CB 连接起来 。4.1.2 单片机的引脚功能1 ）电源引脚VCC电源VSS接地2、时钟电路引脚XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端， 外接晶体的 一个引脚 ,当采用外部振荡器时,此引脚接地。XTAL2振荡器反相放大器的输出端，当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。3、控制线与复位电路引脚RST复位输入引脚。当振荡工作时，RST引脚出现两个机器周期的高电平，将使单片机复位。ALE/PROG允许地址锁存输出/编程输入引脚。当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLAS编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。一般情况下，ALE端以不

38、变的频率周期输出正 脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲 或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳 过一个ALE永冲。如想禁止ALE勺输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE 只有在执行MOV, MOVC令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间， 每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效 的/PSEN言号将不出现。EA/VPP片内、片外程序存储器选择输出/编程输入引脚。当EA保持高电平时，访问片内程

39、序存储器，当EA为低电平时，访问外部程序存储 器。(4) I/O 口引脚P0 口： P0 口是一组8位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总 线复用口，作为输出口用时，每位能驱动 8个TTL逻辑门电路，对端口写“ 1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时, 这组口线分时转换地址（低 8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时, 输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口： P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1的输出缓 冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“ 1” ,

40、通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1接收低8位地址。表4-1为P1 口第二功能。表4-1系统P1 口第二功能表功能端口引脚P 1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P 1.1T2EX （定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P 1.5MOSI（用于ISP编程）P 1.6MISO（用于ISP编程）P 1.7SCK（用于ISP编程）P2 口： P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“ T ,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电

41、平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行：MOVX R指令）时，P2 口线上的内（也即特殊功能寄存器，在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2也接收高位地址和其它控制信号。）P3 口： P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，P3 口的第二功能如 下表4-2。表4-2系统P3 口的第

42、二功能表端口引脚第二功能P 3.0RXD（串行输入口）P 3.1TXD（串行输出口）P 3.2INT0 （外部中断0输入口）P 3.3INT1 （外部中断1输入口）P 3.4T0 （定时器0外部输入口）P 3.5T1 （定时器1外部输入口）P 3.6WR（外部数据存储器写选通信号）P 3.7RD （外部数据存储器读选通信号）4.1.3时钟电路对于单片机系统而言是必须的，因为单片机内部是由各种各样的数 字逻辑器件构成，而这些器件又必须按时间顺序完成。所以在管脚的XTAL和XTAL引脚外接石英晶体和俩个谐振电容，电容采用2个30u电容，采用12M的石英晶体。这样就可以构成单片机的基本时钟电路，时

43、钟频率为12M如图4-1所示C1III1；30u19 |,二"扎心11 X1.5 1C2JI1 “我歹".珈.图4-1时钟电路4.1.4 复位电路复位电路是对单片机进行初始化操作，使单片机处于一个确定的初 始状态。而要AT89S5复位得在RESET引脚上加5V的高电平信号就可以 了。复位电路参数为30U的电解电容和10k Q的电阻。如图4-2为单片机的复位电路。' ' J T ，' ' “ R2 * qkfli冠图4-2复位电路复位电路的作用是使单片机实行位操作，复位主要操作是把PC初始化为OOOOH,使单片机从程序存储器的 0000H单元开

44、始执行程序。程序存储器的0003H单元即MCS-51单片机的外部中断0的中断处理程序的 入口地址留出的 0000H00002H三个单元地址，仅能够放置一条转移指令，因此，单片机的主程序的第一条指令通常情况下是一条转移指令。除PC之外，复位还对其他一些特殊功能的寄存器也有影响，它们的复位 状态如下表所示。利用它们的复位状态，可以减少应用程序中的初始化 编程，如表4-3所示，SP=07H P0-P4的锁存器均为FFH外，其他所有的寄存器均为0.单片机的复位状态不影响片内 RAM勺状态。表4-3寄存器复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HPSW00

45、HTL000HSP07HTH000HDPTR0000HTL100HP 0、P3FFHTH100HIP0xx00000BSCON00HIEOxxOOOOOBP CONOxxOOOOOB4.1.5单片机的最小系统根据AT89S51的引脚定义，单片机、时钟电路、复位电路构成了单 片机最小系统，如图4-3所示QZ0R7訂C2'?0up匚I xj 二 f肘ST址13J 1 xlir',:-R2-Ik - C3 , <1 卄 nil ?0v . _ . 伸A .-L1'19'#氏1冋LIKTAL2ru.LJrtuuM.1/AD1 PO.：>AD3 PC.卽AD3

46、PO.e/ADSPC.E/AD6RSTP0.7/ADTP 2JO/A5P21/Ag P2.2/A10PE乐盟.伽qALEEAP2.5/A13P2.T；A1SP1.0P3.0FXDP1.1P3.1/rXDP1.2P3.21NT0P1 3P3.31NTrP1.4pm一 4皿P1.5P 2£打1P1.6P1.7P站丽P37WAr89S51图4-3单片机的最小系统4.2温度采集电路421 DS18B20的结构框图DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位光刻ROM温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL以及高速暂存器。其内部结构框图如 图4-4所示。图4-4 DS18B20内部结构框

47、图(1) 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20勺地址序列码。64位光刻ROM勺排列是：开始8位(28H是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1光刻ROM勺作用 是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。如表4-4为64位闪存ROM勺结构:表4-4 64位闪存POM的结构8位产品系列号48位产品序号8位CRC编码开始8位是产品类型的编号；接着是每个器件的唯一的序号，共有48位；最后8位是前56位的CRC校验码。(2) 配置寄存

48、器为高速暂存器中的第 4个字节，它的内容用于确定温度值得数字转换率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如表4-5所示:表4-5字节各位表示TMR1R011111低5位一直都是1, TM是测试模式位，用于设置 DS18B2（为工作模式或测试模式。在 DS18B20出厂时该位被设置为0,用户不要去改动，R1和R2决定温度转换的精度位数，即可用来设置分辨率，如表4-6所示（DS18B2（出厂时被设置为12位）表4-6 DS18B20出厂设置R1R0分辨率温度最大转换时间/ms009位93.750110位187.51011位275.001112位750

49、.00由表可知，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间中权衡考虑。（3）DS18B2（存储单元分配表4-7如下:表4-7 DS18B20存储单元分配表序号寄存器名称作用序号寄存器名称作用0温度低字节以16位补码形式存放4配置寄存器决定温度转换位数1温度咼子节以16位补码形式存放5、6保留字节2TH/用户字节1存放温度上限7保留3TL/用户字节2存放温度下限8CRC循环冗余校验码（4）非易失性温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入用户报警上下限。DS18B20勺外部结构图如图4-5所示DS18B20VDDDQGND图4-5 DS18B20的外部

50、结构4.2.2 DS18B20引脚定义(1)DQ为数字信号输入/输出端;(2) GND为电源地；(3) VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。4.2.3 DS18B20的控制方法在硬件上，DS18B2(与单片机的连接有两种方法：一种是 VCC接外部电源，GNE接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电, 此时VDD GNDg地，I/O 口接单片机I/O 口。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O 口线要接5千欧左右的上拉电阻。DS18B2(有6条控制命令，如表4-8所示。表4-8指令代码指令约定代码操作说明温度转换44H启动DS18B20进行温度转换读暂存器B

51、EH度暂存器9个字节内容写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH TL字节复制暂存器48H把暂存器的TH TL字节写到E2RAM中重新调E2RAMB8H把E2RAM中的TH TL字节写到暂存器TH TL字节读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPUCPU对DS18B20的访问流程是：先对 DS18B20初始化，在进行 ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通讯协议。例如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通信协议，需要经过3个步骤：每一次读/ 写前都要对DS18B2（进行复位，复位成功

52、后发送一条 ROM旨令，最后发送RAM旨令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。DS18B2（工作中的 协议如下:初始化单总线上的所有处理均从初始化开始。ROMS作命令总线主机检测到DS18B20勺存在，便可以发出ROM操作命令，这些 命令如表4-9所示:表4-9 ROM操作命令指令代码Read RO（读 ROM33HMatch ROM匹配 ROM55HSkip ROM跳过 ROMCCHSearch ROM （搜索 ROMF0HAlarm search （警告搜索）ECH存储器操作命令如表4-10所示:表4-10存储器操作命令指令代码Write Search pad （写暂存存储器）4EH

53、Read Scratch pad （读暂存存储器）BEHCopy Scratch pad （复制暂存存储器）48HConvert Temp erature （温度变换）44HRecall EP ROM （重新调出）B8HRead Power supply （读电源）B4H时序主机使用时间间隙来读/写DS18B20的数据位和写命令的位。4.2.4 DS18B20 测温原理DS18B20的测温原理如图4-6所示。图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计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B2C就对低温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度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-55C所对应的一个基数值。减法计数器 1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的预置值将重新被装入，减 法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生