基于at89s51单片机的温度控制系统

基于at89s51单片机的温度控制系统内容摘要：

9 第三章 单片机 温度 控制系统的硬件电路设计 系统硬件模块关系 本系统的执行方法是循环查询执行的 ， 首先 单片机 AT89S51 写入命令给DS18B20， 检测 DS18B20 是否存在，如果不存在发出警告并显示错误显示，检测存在后 DS18B20 开始 监测温度并 转换数据，转换后通过 AT89S51 来处理数据。 数据处理后的结果就 通过 74LS164 移位寄存器 显示到 七段 数码管上。 另外还可以由键盘设定温度值送到单片机，单 片机通过键入的数据与当前的温度值比较处理发出温度控制信息到继电器。 由于 DS18B20 可以被编程，所以箭头是双向的。 输入部分有：键盘部分， DS18B20。 输出部分有： LED 数码显示，继电器部分，报警器部分， DS18B20。 系统 硬件 模块关系 如图 31所示。 图 31 系 统 硬件 模块关系 图 主要硬件单元电路的设计 主控制部分方案 本设计中选用 ATMEL 公司的 AT89S51 单片机作为主控芯片。 主控模块采用单 控制器AT89S51 LED 数码显示 键盘输入 DS18B20 继电器 报警器 10 片机最小系统是由于 AT89S51 芯片 内含有 4kB 的 E2PROM,无需外扩存储器 ,电路简单可靠 ,其时钟频率为 0～ 24 MHz ,并且价格低廉。 AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51 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 Flash 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。 AT89S51 具有如下特点： 40 个引脚， 4k Bytes Flash 片内程序存储器， 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM）， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）口， 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外， AT89S51设计和配置了振荡频率可为 0Hz并可通过软件设置省电模式。 空闲模式下， CPU 暂停工作，而 RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数 据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。 同时该芯片还具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 其 主要功能特性： 兼容 MCS51指令系统 4k可反复擦写 (1000次） ISP Flash ROM 32个双向 I/O 口 工作电压 2个 16位可编程定时 /计数器 时钟频率 033MHz 全双工 UART 串行中断口线 128x8 bit 内部 RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗（ WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 ISP 字节和分页编程 双数据寄存器指针 AT89S51 提供以下标准功能： 4K 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节内部RAM， 32 个 I/O 口线，看门狗（ WDT），两个数据指针，两个 16 位定时器 /计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。 同时 , AT89S51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保持 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。 11 AT89S51 引角功能说明 Vcc：电源电压 GND：地 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” ,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 31 为 P1 口第二功能。 表 31 P1口第二功能 端口引脚 第二功能 MOSI（用于 ISP编程） MISO（用于 ISP编程） SCK（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“ 1” ,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 @Ri 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。 作输入端口时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流 I。 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 32。 12 表 32 P3口的第二功能 端口功能 第二功能 端口引脚 第二功能 RXD（ ） 串行输入口 T0（ ） 定时 /计数器 0外部输入 TXD（ ） 串行输出口 T1（ ） 定时 /计数 器 1外部输入 INT0（ ） 外中断 0 WR（ ） 外部数据存储器写选通 INT1（ ） 外中断 1 RD（ ） 外部数据存储器读选通 RST：复位输入。 当振荡工作时， RST 引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。 WDT益出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打开或关闭该功能。 DISRTO 位缺省为 RESET 输出高电平打开状态。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址 的低 8位字节。 即使不访问外部存储器， ALE仍以时钟振荡频率的 1/6 输出的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目地，要注意的是：第当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位禁位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活。 此外，该引脚伎被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。 PSEN： 程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据 ）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 当访问外部数据存储器，高有两次有效的 PSEN 信号。 EA/VPP： 外部访问允许。 欲使 CPU访问外部程序存储器（地址 0000H－ FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 Flash 存储器编程时 ,该引脚加上＋ 12V 的编程电压 Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 AT89S51 单片机内部构造及功能： 特殊功能寄存器：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。 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（ ） ,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： MCS51 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。 13 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 0000H－ 0FFFH（ 4KB）内部程序存储器，再执行地址为 1000H－ FFFFH（ 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。 AT89S51 单片机引脚如图 32 所示。 图 32 AT89S51单片机引脚图 温度传感电路设计 本 设计 系统 我 采用了 DS18B20 单总线可编程 温度传感器 ,来实现对温度的采集和转换， 直接输出数字量，可以直接和单片机进行通讯， 大大简化了电路的复杂度。 DS18B20 应用广泛，性能可以满足 系统 的设计要求。 14 1 2 3BO TT OMVI EW（ 1） DS18B20 简介 DS18B20 是 DALLAS 半导体公司最新的单线数字温度传感器，新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济。 DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。 一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器 网络 ，为测量系统的构建引入全新概念。 DS18B20 测量温度范围为 55℃～ +125℃，在 10～ +85℃范围内，精度为177。 ℃。 现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 与前一代产品不同，新的产品支持 3V～ 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。 而且新一。