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多点测温论文
多点温度控制系统
摘要
随着电子技术发展，特别是随着大规模的集成电路的产生，给人们的是生活带来了根本性质变化。
微型计算机的出现使现代的科学研究得到质的飞跃，而单片机技术的出现则是给现代工业控制以及日常生活带来了极大的方便，正是电子技术的发展推动了工业生产及人们的日常生活水平。
单片机多点温度控制利用具有极高的性价比，体积小，重量轻，抗干扰能力强对环境的要求不高,但可靠性不高，生活要求更高，为了满足生活需要，DS18B20采用一根总线的方式连接，液晶1602显示采用四线驱动，有效地提高了硬件利用率。
本文从经济实用的角度出发，采用美国Atmel公司的单片机AT89C51作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的独立键盘控制、LCD液晶显示、报警等，用C语言编写主控芯片的控制程序，设计了一款可以测量多点的温度，具有报警功能的多点测温控制系统。
关键字：
AT89C51、DS18B20、单片机、报警
ABSTRACT
withpickingelectronictechnologydevelopment,especiallywithlarge-scaleintegratedcircuitsproduce,thepeople'slifebroughtthebasicnaturechanges.Microcomputerappearanceofmodernscientificresearch,andgetaqualitativeleapmicrocontrollertechnologyistogivetheemergenceofmodernindustrialcontrolanddailylifehasbroughtgreatconvenience,itisthedevelopmentofelectronictechnologytopromotetheindustrialproductionandPeople'sDailylifelevel.SCMmulti-pointtemperaturecontrolbyusinghighperformance-to-priceratio,smallvolume,lightweight,stronganti-jammingcapabilitytotheenvironmentofdemandisnothigh,butreliabilityisnothigh,lifehigherrequest,inordertosatisfythelifeneeds,usingarootbusDS18B20,liquidcrystaldisplay1602wayconnectedbyfourwiredriver,effectivelyimprovethehardwareutilization.ThisarticlefromtheeconomicalpracticalAngleandAtmelcompanyadoptsthemicrocontrollerAT89C51asthemasterchipanddatastoragelocations,combineswiththeperipheryindependentkeyboardcontrol,LCDdisplay,callthepolice,writteninCcontrolchipcontrolprogramdesigncanbemeasuredinamultipointtemperature,aalarmfunctionofmulti-pointmeasurementtemperaturecontrolsystem.
Keyword:
AT89C51microcontroller,alarm,DS18B20
第一章前言
电子技术的飞速发展，给人类的生活带来了根本的的变革，特别是随着大规模集成电路的产生而出现了微型计算机，更是将人类社会带入了一个新的时代。
利用微机的强大功能。
人们可以完成各种各样的控制。
然而，微机造价高，对于大多数的工业控制来说，也并不需要微机那样强大的功能，于是单片机就运用而生了。
单片机其实就是一个简化的微机，将微机的CPU，存储器，I/O接口。
定时器/计数器等集成在一片芯片上就是单片机了，它主要用来完成各种控制功能。
相对微机来说，单片机价格低，非常适合于应用在简单的控制场合以降低成本。
另外，单片机是按照工业控制要求设计的，其可靠性很高，可在工业现场复杂的环境下运行。
单片机依靠其高的可靠性和极高的性价比，在工业控制，数据采集，智能化仪表，家用电器等方面得到极为广泛的应用。
现代工业设计，工程建设及日常生活中温度控制都起着重要的作用，早期的温度控制主要用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提高生产效率，产品质量之用。
随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房以及家庭生活中，在有些应用中，如高精度的生产厂房，对温度的要求极其严格，温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响。
因此，这就需要一种能够及时检测温度变化以及温度变化的设备，提供温度数据值，使人们对温度的变化做及时的调整，多点温度控制可根据人们不同的应用环境自行设置该环境的温度值，及时反映生产，生活中温度变化使人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示人们温度变化情况，协助人们能及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好的服务于社会生产，生活。
多点温度控制采用具有扩展性速度快特点的8751单片机进行设计，温度采集使用AD590温度传感器，其检测温度范围-55•C—150•C，该温度传感器具有非常高的线性输出性能。
利用8位分辨率的ADC0804进行模/数（A/D）转换。
同时采用可编程的8255芯片用于键盘输入扫描，LED数码管显示相对应的温度/
第二章
第三章芯片简介
3.1.AT89S51主要特性
与MCS-51单片机产品兼容4K字节在系统可编程Flash存储器
1000次擦写周期全静态工作：
0Hz—33MHz
32个可编程I/O口线2个16位定时器/计数器
5个中断源全双工UART串行通道
低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒
灵活的ISP编程4.0---5.5V电压工作范围
3.2.AT89S51内部结构介绍
图3-2AT89S51内部结构框图
图是3-2是单片机AT89S51的内部结构总框图。
它可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时/计数器和中断逻辑几个部分。
CPU由运算器和控制逻辑构成。
其中包括若干特殊功能寄存器（SFR）。
AT89S51时钟有两种方式产生，即内部方式和外部方式。
（如图3-3a所示）AT89S51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外石英或陶瓷震荡器一起构成自激震荡器震荡电路如图。
外接石英晶体（或陶瓷震荡器）及电容C1、C2接在放大器的震荡回路中构成并联震荡电路。
对外接电容C1、C2虽然没有非常严格的要求，但电容的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡工作的稳定性、起震的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐使用30pF±10pF，而如果使用陶瓷谐振器建议选择40pF±10pF。
用户还可以采用外部时钟，采用外部时钟如图3-3b所示。
在这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，既内部时钟发生器的输入端，XTAL2悬空。
由于外部时钟信号是通过一个2分频的触发器后作为内部时钟信号的所以外部时钟的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续的时间和最大低电平持续的时间应符合产品技术条件的要求。
a内部震荡电路b外部震荡电路
图3-3时钟电路图
AT89S51在物理上有四个存储空间：
片内/片外程序存储器、片内/片外数据存储器。
片内有256B数据存储器RAM和4KB的程序存储器ROM。
除此之外，还可以在片外扩展RAM和ROM，并且和有64KB的寻址范围。
AT89S51内部有一个可编程的、全双工的串行接口。
它串行收发存储在特殊功能寄存器SFR的串行数据缓冲器SBUF中的数据。
AT89S51共有4个（P0、P1、P2、P3口）8位并行I/O端口，共32个引脚。
P0口双向I/O口，用于分时传送低8位地址和8位数据信号；P1、P2、P3口均为准双向I/O口；其中P2口还用于传送高8位地址信号；P3口每一引脚还具有特殊功能（图4），用于特殊信号的输入输出和控制信号。
AT89S51内部有两个16位可编程定时器/计数器T0、T1。
最大计数值为216-1。
工作方式和定时器或计数器的选择由指令来确定。
中断系统允许接受5个独立的中断源，即两个外部中断，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。
AT89S52与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：
0Hz～33MHz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
At89s52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52。
AT89S51引脚图如下图所示：
3.3.外部特性（引脚功能）介绍
AT89S51芯片有40条引脚，双列直插式封装引脚如图3-4所示：
Vcc（40）：
电源+5V
Vss（20）:
接地
XTAL1（19）和XTAL2（18）：
使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。
P0口（39—32）：
是一组8位漏极开路行双向I/O口，也既地址/数据总线复用口。
可作为输出口使用时，每位可吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入输入端用。
在访问外部数据存储器时，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，PO口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求接上拉电阻。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1口（1—8）：
是一个内部有上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输入缓冲级可驱动（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，此时可作输出口。
作输入口时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流（I）。
Flash编程和程序校验期间，P1口接收8位地址。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2
的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能
P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5MOSI（在系统编程用）
P1.6MISO（在系统编程用）
P1.7SCK（在系统编程用）
P2口（21—28）：
是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输入缓冲极可以驱动（输入或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时和作为输出口，作输出口时，因为存在内部上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
在访问外部存储器或1位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口线的内容（也既特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。
Flash编程或校验时，P2亦接收高地址和其他控制信号。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口（10—17）：
是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输入缓冲级可驱动（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出端口。
作输出端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。
P3口除可作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能
TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
端口引脚第二功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2INTO（外中断0）
P3.3INT1（外中断1）
P3.4TO（定时/计数器0）
P3.5T1（定时/计数器1）
P3.6WR（外部数据存储器写选通）
P3.7RD（外部数据存储器读选通）
此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。
RST——复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG（30）：
地址锁存信号输出端。
在访问片外丰储器时，若ALE为有效高电平，则P0口输出地址低8位，可以用ALE信号作外部地址锁存信号，也可作系统中其它芯片的时钟源。
第二功能是对EPROM编程时的编程脉冲输入端。
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。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
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。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN（29）——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52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，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
片外程序存储器选通信号，低电平有效。
RST/VPD（9）：
复位信号输入端。
AT89S51接能电源后，在时钟电路作用下，该脚上出现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。
第二功能是VPD，即备用电源输入端。
当主电源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，VPD将为RAM提供备用电源，发保证存储在RAM中的信号不丢失。
AT89S51通常采用上电自动复位和开关手动复位，我们采用的就是这种方法。
EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为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的指令。
FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
3.4LCD1602显示器
现在的字符型液晶模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。
1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。
1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7和RS，R/W，EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能。
接口信号说明
1602型LCD的接口信号说明如表3-5所示：
表3-5为1602型LCD的接口信号说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
DataI/O
2
VDD
电源正极
10
D3
DataI/O
3
V0
液晶显示偏压信号
11
D4
DataI/O
4
RS
数据/命令选择端（H/L）
12
D5
DataI/O
5
R/W
读写选择端（H/L）
13
D6
DataI/O
6
E
使能信号
14
D7
DataI/O
7
D0
DataI/O
15
BLA
背光源正极
8
D1
DataI/O
16
BLK
背光源负极
主要技术参数
1602型LCD的主要技术参数如表3-6所示：
表3-6为1602型LCD的主要技术参数
显示容量
芯片工作
电压
工作电流
模块最佳
工作电压
字符尺寸
16X2个字符
4.5～5.5V
2.0mA（5.0V）
5.0V
2.95X4.35（WXH）mm
基本操作程序
读状态：
输入：
RS=L，RW=L，E=H输出：
D0-D7=状态字
读数据：
输入：
RS=H，RW=H，E=H输出：
无
写指令：
输入：
RS=L，RW=L，D0-D7=指令码，E=高脉冲输出：
D0-D7=数据
写数据：
输入：
RS=H，RW=L，D0-D7=数据，E=高脉冲输出：
无
3.5DS18B20特点
单线结构，只需一根信号线和CPU相连；
不需要外部元件，直接输出串行数据；
可不需要外部电源，直接通过信号线供电，电源电压范围为3.3V～5V；
测温精度高，测温范围为：
一55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±O.5℃；测温分辨率高，当选用12位转换位数时，温度分辨率可达0．0625℃；
数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制：
9位精度的转换时间为93．75ms：
10位精度的转换时间187.5ms：
12位精度的转换时间750ms；
具有非易失性上、下限报警设定的功能，用户可方便地通过编程修改上、下限的数值；
可通过报警搜索命令识别哪片DS18820采集的温度超越上、下限；
3.6DS18B20引脚、管脚功能及内部结构简要介绍
DS18B20的常用封装有3脚、8脚等几种形式，如图1所示。
各脚含义如下：
DQ：
数字信号输入／输出端。
GND：
电源地端。
VDD：
外接供电电源输入端（在寄生电源接线时此脚应接地）。
DS18820的内部结构如图所示：
主要有64位光刻ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器等组成。
64位光刻ROM是生产厂家给每一个出厂的DS18820命名的产品序列号，可以看作为该器件的地址序列号。
其作用是使每一个出厂的DS18820地址序列号都各不相同，这样，就可以实现一根总线上挂接多个DS18820的目的。
DS18820中的温度传感器完成对温度的测量，输出格式为：
16位符号扩展的二进制补码。
当测温精度设置为12位时，分辨率为O．0625℃，即O．0625℃／LSB。
其中，S为符号位，S=1，表示温度为负值；S=0，表示温度为正值。
例如+125℃的数字输出为07D0H，-55℃的数字输出为FC90H。
DS18820中的低温触发器TL、高温触发器TH，用于设置低温、高温的报警数值。
DS18820完成一个周期的温度测量后，将测得的温度值和TL、TH相比较，如果小于TL，或大于TH，则表示温度越限，将该器件内的告警标志位置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。
需要修改上、下限温度值时，只需使用一个功能命令即可对TL、TH写入，十分方便。
DS18820中的高速暂存器是一个9字节的存储器。
开始两个字节为被测温度的数字量，其含义如图2所示。
第3、4、5字节分别为TH、TL、配置寄存器的复制，每一次上电复位时被重写。
配置寄存器有R0、R1组成，其值决定温度转换的精度位数、转换时间等。
第7字节为测温计数的剩余值。
第8字节为测温时每度的计数值。
第9字节读出的是前8个字节的CRC校验码，通过此码，可判断通讯是否正确。
3.7DS18B20的读写操作介绍
（一）ROM操作命令：
读命令（33H）：
通过该命令主机可以读出DS18820的ROM中的8位系列产品代码、48位产品序列号和8位CRC校验码。
该命令仅限于单个DS18B20在线的情况。
2．选择定位命令（55H）：
当多片DS18820在线时，主机发出该命令和一个64位数，DS18820内部ROM与主机一致者，才响应命令。
该命令也可用于单个DS18820的情况。
查询命令（0F0H）：
该命令可查询总线上DS18B20的数目及其64位序列号。
跳过ROM序列号检测命令（OCCH）：
该命令允许主机跳过ROM序列号检测而直接对寄存器操作，该命令仅限于单个DS18820在线的情况。
报警查询命令（0ECH）：
只有报警标志置位后，DS18B20才相应该命令。
（二）存储器操作命令：
写入命令（4EH）：
该命令可写入寄存器的第2、3、4字节，即高低温寄存器和配置寄存器。
复位信号发出之前，三个字节必须写完。
读出命令（0BEH）：
该命令可读出寄存器中的内容，复位命令可终止读出。
开始转换命令（44H）：
该命令使DS18B20立即开始温度转
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