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[资料] 基于单片机的温度控制系统的设计(一)

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高级工程师

发表于 2018-4-27 10:18:30   4198 查看 1 回复 显示全部楼层 倒序浏览
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1  温度测量部分方案        
  DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点,特别适合用于构成多点温度测控系统,可直接将温度转化成串行数字信号(按9位二进制数字)给单片机处理,且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片,它具有三引脚TO-92小体积封装形式,温度测量范围-55~+125℃,可编程为9~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出,其工作电源既可在远端引入,业可采用寄生电源方式产生,多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上,CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。
  综上,在本系统中我采用温度芯片DS18B20测量温度。该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,且此元件线形较好。在0—100摄氏度时,最大线形偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号,便于单片机处理及控制。


2  主控制部分方案
  AT89S51 是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k 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ATMEL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 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。
由于系统控制方案简单 ,数据量也不大 ,考虑到电路的简单和成本等因素 ,因此在本设计中选用 A TMEL 公司的 A T89S51单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 A T89S51芯片内含有4 kB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 ,批量价在 10元以内。
其主要功能特性:
     兼容MCS-51指令系统             4k可反复擦写(>1000次)ISP Flash ROM
     32个双向I/O口                   4.5-5.5V工作电压
     2个16位可编程定时/计数器        时钟频率0-33MHz
     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  
     可以看出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。掉电方式何在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。
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4-1为P1口第二功能。


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4-2。


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公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: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。


  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。



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。
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。引脚图详见图4-4

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标签:单片机 ds18b20

实习生

发表于 2018-7-20 14:48:24  
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