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利用AT89C2051單片機對系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制設(shè)計的大氣溫度采集和記錄系統(tǒng)

1 引言

大氣溫度的測量具有重要意義，一般是采用各種溫度計進行人工測量，并定時記錄測量結(jié)果，這種方法費時費工，十分不便。本文提出了一種非常小巧的大氣溫度測量和記錄裝置，能對范圍為- 55 ℃ ~ + 125 ℃ 的溫度進行定時自動測量，同時記錄測量結(jié)果，精度最高可達0. 0625℃ 。

2 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要由AT89C2051單片機和外圍電路構(gòu)成。其基本思想是由串行時鐘芯片DS1306 提供時間基準，由溫度傳感器DS18B20進行溫度測量，溫度數(shù)據(jù)存儲在DS2433中。AT89C2051單片機負責整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。

AT89C2051是一款低電壓，高性能的CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復擦寫的只讀F lash程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS- 51指令系統(tǒng)，內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C2051單片機可提供高性價比的應用。

AT89C2051是一個功能強大的單片機，但它只有20個引腳， 15個雙向輸入/輸出（ I /O ）端口，其中P1是一個完整的8位雙向I/O 口，兩個外中斷口，兩個16位可編程定時計數(shù)器，兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器。同時AT89C2051 的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi)RAM 將被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復位方可繼續(xù)運行。

利用AT89C2051單片機對系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制設(shè)計的大氣溫度采集和記錄系統(tǒng)

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

DS18B20是集成數(shù)字溫度計，溫度測量范圍- 55℃ ~ + 125℃ ，通過編程可實現(xiàn)0. 5℃ 、0. 25 ℃ 、0. 125 ℃ 、0. 0625℃ 四種不同的分辨率。其最大特點是通過一條數(shù)據(jù)線就可實現(xiàn)與單片機的數(shù)字通訊。

測量得到的溫度數(shù)據(jù)長度為2個字節(jié)。DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1 -W ire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線上可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。

DS18B20的特點：

（ 1）只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。

（ 2）在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。

（ 3）實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。

（ 4）測量溫度范圍在- 55 ℃ 到+ 125 ℃ 之間。

（ 5）數(shù)字溫度計的分辨率可以從9 位到12位選擇。

（ 6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。

DS2433是1-W ire存儲器，容量為4k- B it ，可存儲256個溫度數(shù)據(jù)。其采用EEPROM 工藝，即使掉電，存儲的數(shù)據(jù)也不會丟失。DS2433帶有一個由工廠刻度的注冊碼，其中包括： 48位唯一序列碼、8位CRC 校驗碼和8位家族碼（ 23h），還帶有4096位用戶可編程EEPROM。讀寫DS2433所需的電源完全取自于1-W ire通訊線。存儲器分為16頁，每頁256位。暫存器作為一個附加頁面，在寫存儲器時可用作緩沖器使用。數(shù)據(jù)先被寫入一個暫存器中，在此對其進行校驗。隨后采用復制暫存器命令將數(shù)據(jù)傳送到存儲器中。這一過程可保證修改存儲器內(nèi)容時數(shù)據(jù)的完整性。PR- 35以及SO IC封裝提供了一種緊湊的結(jié)構(gòu)，允許采用標準安裝設(shè)備在印刷電路板上安裝和連接器件。

由于1-W ire通訊的獨特特點，即它們內(nèi)部都有一個64位注冊碼為每個器件提供了一個保證唯一的標識，確保每個器件的絕對可追溯性，當有多個1-W ire器件同時掛接在總線上并聯(lián)形成本地網(wǎng)絡(luò)時，注冊碼可作為器件的節(jié)點地址使用。數(shù)據(jù)按照1-W ire協(xié)議串行傳送，僅需一條數(shù)據(jù)線和一條地線。因此DS2433可與DS18B20掛接在同一條數(shù)據(jù)線上，通過它們內(nèi)部的識別碼進行區(qū)分，這樣大大節(jié)省了數(shù)據(jù)連接線。

整套系統(tǒng)最大的優(yōu)點是所使用的器件非常小巧，這樣有兩點好處：

（ 1）系統(tǒng)體積小，可放置于狹小空間中并對該空間溫度進行測量。

（ 2）系統(tǒng)功耗低，可采用電池供電，因此可放置于野外環(huán)境進行溫度測量。測量結(jié)束后，只需將存貯器取回并通過計算機接口讀取記錄即可。

3 器件選擇

3. 1 小型化

同AT89C52單片機相比， AT89C2051因為去掉了P0和P2口，體積大大縮小。DS1306為串行工作方式的時鐘芯片，較并行方式節(jié)省了大量I/O接口。

溫度傳感器DS18B20輸出為數(shù)字量，無需進行A /D轉(zhuǎn)換，就可由單片機處理。

3. 2 可擴展性

1-W ire單總線是Max im 全資子公司Dallas的一項專有技術(shù)，與目前多數(shù)標準串行數(shù)據(jù)通訊方式，如SPI/ I2C /M ICROW IRE 不同，它采用單根信號線，既傳輸時鐘，又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，它具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等特點。

因此，根據(jù)實際需要， 1- W ire總線上可掛接多個溫度傳感器和存儲器，能對多個目標進行測量并記錄更多數(shù)據(jù)。

4 通訊功能

MAX232是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容RS232標準的芯片。由于電腦串口RS232 電平是- 10V ~ 10V，而一般的單片機應用系統(tǒng)的信號電壓是TTL電平0V ~ 5V， MAX232 就是用來進行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含2個驅(qū)動器、2個接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA /E IA - 232- F 電平。

該器件符合T IA /E IA - 232- F標準，每一個接收器將T IA /E IA - 232- F電平轉(zhuǎn)換成5- V TTL /CMOS電平。每一個發(fā)送器將TTL /CMOS 電平轉(zhuǎn)換成T IA /E IA - 232- F電平。

MAX232提供了單片機與PC 機的RS232通訊接口。上位機軟件可用V isua l B asic 6. 0 高級語言編寫。VB6. 0提供了串口通訊控件，應用這個控件，PC 機可以很方便地與單片機通過串口進行通訊。