李新建 亓振軍

【摘要】本文設(shè)計(jì)的是監(jiān)測(cè)機(jī)房一套無線多溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要用于對(duì)環(huán)境溫度的采集與監(jiān)控，系統(tǒng)采用基于無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想和溫度采集技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】AT89C52;溫度采集

1.單片機(jī)主控制電路設(shè)計(jì)——AT89C52控制器電路設(shè)計(jì)

1.1 主控制器單片機(jī)AT89C52單片機(jī)控制器電路

圖1為主控制器單片機(jī)AT89C52單片機(jī)控制器電路。AT89C52單片機(jī)片內(nèi)的Flash可允許在線重新編程，也可用通用非易失性存儲(chǔ)編程器編程;片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含128字節(jié)的RAM;有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口;具有兩個(gè)16位可編程定時(shí)器;中斷系統(tǒng)是具有6個(gè)中斷源、5個(gè)中斷矢量、2級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu);震蕩器頻率0到33MHZ，因此我們?cè)诖诉x用12MHZ的晶振是比較合理的;具有片內(nèi)看門狗定時(shí)器;具有斷電標(biāo)志POF等等。

圖1 AT89C52單片機(jī)控制器電路

1.2 AT89C52引腳說明

P0口：8位、開漏級(jí)、雙向I/O口。P0口可作為通用I/O口，但須外接上拉電阻;作為輸出口，每各引腳可吸收8各TTL的灌電流，作為輸入時(shí)，首先應(yīng)將引腳置1。P0也可用做訪問外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)的低8位地址/數(shù)據(jù)總線的復(fù)用線。在該模式下，P0口含有內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口接收代碼字節(jié)數(shù)據(jù);在編程效驗(yàn)時(shí)，P0口輸出代碼字節(jié)數(shù)據(jù)（需要外接上拉電阻）。

P1口：8位、雙向I/0口，內(nèi)部含有上拉電阻，P1口可作普通I/O口。輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL負(fù)載，用作輸入時(shí)，先將引腳置1，由片內(nèi)上拉電阻將其拉到高電平。P1口的引腳可由外部負(fù)載拉到低電平，通過上拉電阻提供電流。在FLASH并行編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口可輸入低字節(jié)地址。在串行編程和校驗(yàn)時(shí)，P1.5/MOSI，P1.6/MISO和P1.7/SCK分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。

P2口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P2口用做輸出口時(shí)，可驅(qū)動(dòng)4各TTL負(fù)載，用做輸入口時(shí)，先將引腳置1，由內(nèi)部上拉電阻將其拉到高電平。若負(fù)載為低電平，則通過內(nèi)部上拉電阻向外部輸出電流。CPU訪問外部16位地址的存儲(chǔ)器時(shí)，P2口提供高8位地址，當(dāng)CPU用8位地址尋址外部存儲(chǔ)時(shí)，P2口為特殊功能寄存器的內(nèi)容。在FLASH并行編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口可輸入高字節(jié)地址和某些控制信號(hào)。

P3口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向口。P3口用做輸出口時(shí)，輸出緩沖器可吸收4各TTL的灌電流，用做輸入口時(shí)，首先將引腳置1，由內(nèi)部上拉電阻拉到高電平。若外部的負(fù)載是低電平，則通過內(nèi)部上拉電阻向輸出電流。在與FLASH并行編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口可輸入某些控制信號(hào)。P3口除了通用I/O口功能外，還有第二功能，如表1所示。

表1 P3口的第二功能

引腳 符號(hào) 說明

P3.0 RXD 串行口輸入

P3.1 TXD 串行口輸出

P3.2 /INT0 外部中斷0

P3.3 /INT1 外部中斷1

P3.4 T0 T0定時(shí)器的外部的計(jì)數(shù)輸入

P3.5 T1 T1定時(shí)器的外部的計(jì)數(shù)輸入

P3.6 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫選通

P3.7 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀選通

RST：復(fù)位端。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將系統(tǒng)復(fù)位。

ALE/：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）是一個(gè)用于鎖存地址的低8位字節(jié)的書粗脈沖。在Flash 編程期間，此引腳也可用于輸入編程脈沖（）。在正常操作情況下，ALE以振蕩器頻率的1/6的固定速率發(fā)出脈沖，它是用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，需要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如果希望禁止ALE操作，可通過將特殊功能寄存器中位地址為8EH那位置的“0”來實(shí)現(xiàn)。該位置“1”后。ALE僅在MOVC指令期間激活，否則ALE引腳將被略微拉高。若微控制器在外部執(zhí)行方式，ALE禁止位無效。

：外部程序存儲(chǔ)器讀選取通信號(hào)。當(dāng)AT89C52在讀取外部程序時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期將其激活兩次。在此期間內(nèi)，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過兩個(gè)信號(hào)。

/Vpp：訪問外部程序存儲(chǔ)器允許端。為了能夠從外部程序存儲(chǔ)器的0000H至FFFFH單元中取指令，必須接地，然而要注意的是，若對(duì)加密位1進(jìn)行編程，則在復(fù)位時(shí)，的狀態(tài)在內(nèi)部被鎖存，執(zhí)行內(nèi)部程序應(yīng)接VCC。

XTAL1：振蕩器反向放大器輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。

XTAL2：振蕩器反相放大器輸出端。

圖2 DS18B20方框圖

圖3 DS18B20電路原理圖

2.溫度采集模塊DS18B20電路設(shè)計(jì)

溫度芯片DS18B20具有3引腳TO-92小體積封裝形式。測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。測(cè)量溫度范圍為 -55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。由于每一個(gè)DS18B20都有唯一系列號(hào)，因此多個(gè)DS18B20可以存在同一條單總線上。這允許多個(gè)不同地方放置溫度靈敏器件。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，電路原理圖如圖3所示。

DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：

a.64位激光ROM，64位激光ROM從高位到低位依次為8位CRC、48位序列號(hào)和8位家族代碼（28H）組成。

b.溫度靈敏元件。

c.非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。

d.配置寄存器，配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)，其中R0、R1為溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對(duì)應(yīng)四種分辨率如表2所列，出廠時(shí)R0=1，R1=1（即12位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。

表2 分辨率關(guān)系表

R0 R1 分辨率/bit 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/us

0 0 9 93.75

0 1 10 187.5

1 0 11 375

1 1 12 750

高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表3所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制;當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。

表3 DS18B20存儲(chǔ)器

溫度LSB 溫度MSB TH TL 保留 保留 計(jì)數(shù)寄存器 計(jì)數(shù)寄存器 8位CRC

本設(shè)計(jì)采用的是單節(jié)點(diǎn)溫度測(cè)試，對(duì)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行操作，需要用較為復(fù)雜的程序完成。編寫程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫時(shí)間片程序要嚴(yán)格按要求編寫。尤其在使用DS18B20的高測(cè)溫分辨力時(shí)，對(duì)時(shí)序及電氣特性參數(shù)要求更高。

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作者簡(jiǎn)介：

李新建（1961—），男，山東東營人，工程師，現(xiàn)供職于山東省東營市廣播電視監(jiān)測(cè)中心，從事廣播電視監(jiān)測(cè)技術(shù)方面的工作。

亓振軍（1979—），男，山東濟(jì)南人，工程師，山東省廣播電視監(jiān)測(cè)中心科長。