智能仪器课程设计温度计的设计

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1、智 能 仪 器 课 程 设 计设计题目： 温度计的设计 专 业 班 级 学 号 姓 名 指 导 教 师 摘要随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的

2、意义。在当今信息化时代展过程中，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件已经成为各个应用领域中不可缺少的重要技术工具。传感器是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制的主要环节，是现代信息产业的源头，又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。传感器知识面广，如果在实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学习，势必出现理论与实践脱节的局面。任随书本上把单片机技术介绍得多么重要、多么实用多么好用，同学们仍然会感到那只是空中楼阁，离自己十分遥远，或者会感到对它失去兴趣，或者会感到它高深莫测无从下手，这些情况都会令课堂教学的效果大打折扣。本次设计的目的就是让我们在理论学习的基础上，通

3、过完成一个传感品器件的设计，使我们学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排版调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。随着电子工业的发展，数字仪表反应速度快、操作简单，对使用环境要求不高的优点，市场上逐渐出现越来越多的数字式温度计，另外，纵观国际上现有的温度计的变化，总的趋势是从模拟向数字转变，相应的体积也在不断减小，并且一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。测量温度的关键是温度传感器，随着科学技术的发展，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：(1)传统的分立式温度传

4、感器，(2)模拟集成温度传感器，(3)智能集成温度传感器。特别是现代仪器的发展，微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。总之，从温度计的诞生，发展到现在，温度计对物理学和日常生活起着非常重要的作用。AbstractAs technology continues to develop, a variety of information on the parameters of modern society, the accuracy and precision requirements have a geometric growth, and how accurate and fa

5、st access to these parameters need to be subject to the level of development of modern information-based . Information collection in the three information (ie, sensor technology), information transfer (ICT) and information processing (computer technology), the sensor belongs to the forefront of cutt

6、ing-edge information technology products, especially the temperature sensor technology, has been quoted in various areas of very wide, can be said to permeate every area of society, people's lives and the environment temperature is closely related to the production process needs in the industria

7、l real-time measurement of temperature, agricultural production can not be separated in the temperature measurement, the study of temperature measurement and devices is of great significance. In today's information age the development process, the perception of all kinds of information, collecti

8、on, conversion, transmission and processing of functional devices in various application areas has become an indispensable technology tools. Sensor data acquisition system is the primary component, is to achieve modernization of measurement and automatic control of the major components of the source

9、 of the modern information industry, but also the information society for the existence and development of material and technical basis. Sensors and extensive knowledge, practical skills training if the work hard, simply theoretical study of the classroom, theory and practice is bound to appear out

10、of line situation. Any microcontroller technology with the introduction to the books was how important it is, how much useful and practical, the students will still feel it is just castles in the air, very far away from their own, or feel lost interest in it, or feel it is inscrutable can not start,

11、 These cases are greatly reduced so that the effect of classroom teaching. The purpose of this design is to make our theoretical study, based on the product by completing a sensor device is designed so that our students not only to the classroom and practical application of theoretical knowledge com

12、bined, but also to electronic circuits, electronic components, printed circuit board further deepen the understanding of knowledge, while in software programming, debugging layout, welding technology, related equipment and other aspects of the use of skills, more comprehensive training and improveme

13、nt. With the development of the electronics industry, digital instrumentation, fast response, simple operation, less demanding on the use of the advantages of the environment, the market gradually appear more and more digital thermometer, addition, throughout the international changes in the existin

14、g thermometer , the general trend is changing from analog to digital, the corresponding volume is also decreasing, and all toward the digital control, intelligent control direction. The key is to measure the temperature of the temperature sensor, with the scientific and technological development, th

15、e temperature sensor has gone through three stages: (1) the traditional discrete temperature sensors, (2) analog integrated temperature sensor, (3) Intelligent integrated temperature sensor. In particular the development of modern instrumentation, miniaturization, integration, development of digital

16、 sensors is becoming an important direction. In short, from the birth of the thermometer, developed to the thermometer on the physics and everyday life plays a very important role.目 录第一章 总体设计方案1.1 系统的设计原则 一般系统的设计原则包含安全性（稳定抗干扰性），操作的便利性（人性化），实时性，通用性和经济性。（1）安全可靠 首先要选用高性能的AT89C51单片机，保证在恶劣的工业环境下能正常运行。其次是

17、设计可靠的控制方案，并具有各种安全保护措施，如报警、事故预测、事故处理和不间断电源等。（2）操作维护方便操作方便表现在操作简单、直观形象和便于掌握且不强求操作工要掌握计算机知识才能操作。（3）实时性强选用高性能的AT89C51单片机的实时性，表现在内部和外部事件能及时地响应，并做出相应的处理。（4）通用性好 系统设计时应考虑能适应不同的设备和各种不同设备和各种不同控制对象，并采用积木式结构，按照控制要求灵活构成系统。主要表现在两个方面：一是硬件板设计采用标准总线结构（如PC总线），配置各种通用的模板，以便扩充功能时，只需增加功能模板就能实现；二是软件功能模块或控制算法采用标准模块结构，用户使用

18、时不需要二次开发，只需各种功能模块，灵活地进行控制系统组态。（5）经济效益高 1.2 系统的设计步骤（1）系统总体方案设计、（2）方案论证评审 硬件和软件的分别细化设计 硬件和软件的分别调试 系统的组装 （3）离线仿真和调试阶段 1.3 系体的总体方案设计和框图设计（1）系统的主要功能、技术指标、原理性方框及文字说明。（2）系统的硬件结构几配置，主要软件的功能、结构几框图。（3）保证性能指标要求的技术措施。（4）抗干扰性和可靠性设计。 （5）工艺要求温度数码管显示。调节温度的超调量小于30%。 实现温度闭环控制，控制温度误差范围±0.1。温度范围：-50 125。供电电压：交流5。

19、方案一：考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，感温电路比较麻烦，进行A/D转换，才可以满足设计要求。方案二：由于本设计是测温电路，首先要选用高性能的AT89C51单片机，保证在恶劣的工业环境下能正常运行。单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。测温传感器使用二极管结电压变化的数值来转化成温度的变化，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路

20、上，就可以将被测温度显示出来。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。考虑到方案中制作数字温度计，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。温度计电路设计总体设计方框图如下图所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示主 控 制 器LED显示单片机复位 报警点按键调整温 度 传 感 器时钟振荡1.4 DS18B20的介绍DS18B20温度传感器是美国

21、DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，是一线式数字式温度计芯片，体积更小、适用电压更宽、更经济。它具有结构简单，不需外接元件，线路简单，体积小的特点9。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式，使系统设计更灵活、方便。DS18B20的性能特点如下独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；零待机功耗；温度以9或12位数字；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警

22、条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如下：图4-3 DS18B20外形图引脚定义： (1)    DQ为数字信号输入/输出端； (2)    GND为电源地； (3)    VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。内部结构如下：图 4-4 DS18B20内部结构图 D

23、S18B20有4个主要的数据部件： (1) 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 (2)  DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625 /LSB形式表达，其中S为符号位。 表4-

24、2 DS18B20温度值格式表 这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。 例如+125 的数字输出为07D0H，+25.0625 的数字输出为0191H，-25.0625 的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。表4-3 一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 01

25、01 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H(3) DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RA

26、M和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。 64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。(4) 配置寄存器该字节各位的意义如下： 表4-4 配置寄存器结构TMR1R011111低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B

27、20出厂时被设置为12位）分辨率设置表： 表4-5 温度值分辨率设置表R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms由表4-5可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。DS18B20高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表46所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表4-6所示。对应的温度计

28、算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表 4-3是对应的一部分温度值。第九个字节是冗余检验字节9。表4-6 DS18B20暂存寄存器分布寄存器内容字节地址温度值低位0温度值高位1高温限值TH2低温限值TL3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC检验8 根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS1

29、8B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。 表4-7 ROM指令表指 令约定代码功 能读ROM33H读DS1820ROM中的编码（即64位地址）符合ROM55H发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS1820使之作出响应，为下一步对该DS1820的读写作准备。搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS1820的个数和识别64位ROM地址。为操作各器件作好准备。跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820发温度变换命令。适用于单片工作。告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上

30、限或下限的片子才做出响应。 表4-8 RAM指令表指 令约定代码功 能温度变换44H启动DS1820进行温度转换，转换时最长为500ms（典型为200ms）。结果存入内部9字节RAM中。读暂存器0BEH内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。复制暂存器48H将RAM中第3、4字节的内容复制到EEPROM中。重调EEPROM0B8H将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节。读供电方式0B4H读DS1820的供电模式。寄生供电时DS1820发送“0”，外接电源供电DS1820发送“1”。DS18B20测量

31、温度使用特有温度测量技术，其测温电路框图如图所示：图4-5 DS18B20测温原理框图DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将55 所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温

32、度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值9。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据

33、。DS18B20温度传感器与单片机的接口电路DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图4-7所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。单 片 机DS18B20VDD+5VGND4.7kI/O当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。图4-6 外接电源方式+5VDS1

34、8B20单 片 机+5VVDDGND4.7kI/O图 4-7 寄生电源方式DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89C51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问9。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数

35、据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。(1) DS18B20的复位时序图4-8 DS18B20的复位时序图(2) DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。图4-9 DS18B20的读时序图(3) DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个

36、过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。图4-10 DS18B20的写时序图第二章 温度传感器2.1 测温传感器的分类2.1.1 电阻式传感器热电阻式传感器是利用导电物体的电阻率随温度而变化的效应制成的传感器。可通过测量敏感材料的电阻来确定被测的温度。它分为金属热电阻和半导体热电阻两大类, 常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。铂热电阻的特点是物理化学性能稳定 ,尤其是耐氧化能力强、测量精度高、

37、测温范围宽, 制作误差小, 结构简单, 而且已有统一的国际标准。有很好的重现性, 但价格较贵。而铜热电阻价格便宜 ,测温范围小,通常用于测量精度不高的场合。半导体热敏电阻具有电阻温度系数大、型小体轻、热惯性小、稳定可靠、价格便宜、结构简单等特点。半导体温度传感器按半导体电阻随温度变化的特点又分为负电阻温度系数热敏电阻、正电阻温度系数热敏电阻和临界温度电阻器4-5。2.1.2 半导体温度传感器半导体PN结测温是近几年来发展起来的一种新型测温手段。PN结半导体温度传感器是利用半导体 PN结的温度特性制成的。其工作原理是PN结的反向电流随温度呈指数规律变化，而当正向电流不变时，其正向压降随温度近似线

38、性变化。现代的PN结温度传感器都是利用正向压降进行测温。这种传感器线性较好、测温范围小、易集成。因此,可制成高精度、超小型的温度传感器4-5。2.1.3 晶体温度传感器晶体温度传感器是利用晶体的各向异性, 并通过选择适当的切割角度切割而成，这是一种可将温度转换成频率的传感器，这种传感器用于计算机测量时可省去模数转换，因此 ,适合于计算机测温的应用。2.1.4 辐射式温度传感器自然界的所有物体对辐射都具有吸收和反射的能力。辐射式温度传感器就是利用物体的热辐射特性制成的。被测物体的辐射能被热敏元件（如热电偶、热敏电阻等）吸收时可使其物理参数（如输出电势、电阻值等）发生变化，利用现代测量手段检测出这

39、种变化就可得被测温度。根据敏感原理不同，辐射式温度传感器可分为全辐射式、红外辐射式、光电比色式和光电亮度式等，并能实现非接触测量，可测温度高达3000以上。全辐射式传感器中敏感元件接受被测物体的全部辐射能而使参数发生变化；红外辐射式传感器中敏感元件只接受被测物体辐射能中部分波长的能量；比色式传感器是基于物体温度不同其辐射能的光谱分布不同；而亮度测量法是通过测量物体在一定波长下单色辐射亮度来确定温度，被测温度的微小变化就会引起单色亮度很大变化。如辐射体温度由1200K上升到1500K时，总辐射能仅增加2.5倍，而波长为0.660 u M的红光单色亮度可增加10倍以上。此方法是辐射测温中最精确的一

40、种。常用的辐射式传感器多数是红外传感器，适合于高速运行物体、带电体、高温及高压物体的温度测量4-5。这种红外测温传感器具有反应速度快、灵敏度高、测量准确、测温范围广泛等特点。2.1.5 热电式传感器热电式传感器（又称热电偶）属有源传感器,它能将温度直接转换成热电势,其特点是结构简单、测量温度高、准确、可靠、性能稳定、热惯性小，但价格较贵，通常用于高温炉的测量和快速测量方面。2.1.6 光纤温度传感器随着测量技术的不断发展，出现了适用于高温、强磁场干扰等恶劣环境的光纤温度传感器。它是将光源的光经光纤送入调制区，在调制区内被测参数(温度)与进入调制区的光相互作用使光的光学性质(如强度、波长、频率等

41、)发生变化而成为被调制的信号光，再经光纤送入光检测器及解调器而获得被测参数，此种方法也适于其它参数的测量。 根据传感原理不同，光纤温度传感器可分成功能型和传输型。功能型传感器中光纤既是传光的介质又是温度敏感元件，因此结构巧妙、简洁，但既满足传输要求又满足敏感要求的光纤制作难度大，所以一般只在有特殊要求的场合使用;传输型传感器中光纤只起传光的作用，对温度的敏感作用由其它元件来实现，因此结构较前者复杂，但可通过分别选择性能优良的光纤和敏感元件而达到较高的性能。现在使用和研制的光纤传感器以传输型居多，温度敏感元件可以是热电阻、热敏电阻、热电偶等4-5。2.1.7 液压温度传感器这种传感器流体受热会产

42、生膨胀, 膨胀程度与所加的热量成正比。在根据液压原理制成的温度传感器中 ,最普通的就是大家熟悉的水银温度计。2.1.8 智能温度传感器智能温度传感器由于在一个芯片上集成有温度传感器、处理器、存储器、A/D转换器等部件。因此，这类传感器具有判断和信息处理能力, 并可对测量值进行各种修正和误差补偿，同时还带有自诊断、自校准功能，可大大提高系统的可靠性，并能和计算机直接联机4-5。2.2 集成温度传感器的产品分类 2.2.1 模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片

43、上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等4-5。2.2.2 模拟集成温度控制器模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自

44、成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。2.2.3 智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术ATE(Automatic Test Equipment)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D(Analog to Digital)转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器CPU(Central Processing Unit)、随机存取存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储

45、器ROM(Read-only Memory)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器MCU(Microcontroller Unit)，并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平4-5。2.3 智能温度传感器发展的新趋势 进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展4-5。2.3.1 提高测温精度和分辨力在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1。目前，国

46、外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是912位A/D转换器，分辨力一般可达0.50.0625。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125，测温精度为±0.2。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。以AD7817型5通道智能温度传感器为例，它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为27us、9us。2.3.2 增加测试功能新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟RTC(Real

47、-time Clock)，使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM（Electrically Erasable Programmable ROM）存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能温度传感器而言，主机（外部微处理器或单片机）还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率（典型产品为MAX6654），分辨力及最大转换时间(典型

48、产品为DS1624)。智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。典型产品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温控系统；它们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。2.3.3 总线技术的标准化与规范化目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。第三章AT89C51概述3.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash

49、 Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 编辑本段主要特性：·与MC

50、S-51 兼容 ·4K字节可编程FLASH存储器 ·寿命：1000写/擦循环 ·数据保留时间：10年 ·全静态工作：0Hz-24MHz ·三级程序存储器锁定 ·128×8位内部RAM ·32可编程I/O线 ·两个16位定时器/计数器 ·5个中断源 ·可编程串行通道 ·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路 编辑本段管脚说明：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，

51、被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为

52、输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些

53、特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平

54、时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000

55、H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 3.2 a

56、t89s51单片机简介:AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k 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

57、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。Features 功能特性： 兼容MCS-51指令系统 32个双向I/O口 2个16位可编程定时/计数器 全双工UART串行中断口线 2个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗（WDT）电路 灵活的ISP字节和分页编程 4k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM 4.5-5.5V工作电压 时钟频率0-33MHz 128x8bit内部RAM 低功耗空闲和省电模式 3级加密位 软件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针 3.3 AT8

58、9C51与AT89S51的区别AT89S51相对于AT89C51增加的新功能包括： - 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51更低！ - ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 - 最高工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率是24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 - 具有双工UART串行通道。 - 内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。 - 双数据指示器。 - 电源关闭标识。 - 全新的加密算法，这使得对于89S5

59、1的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 - 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在AT89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。 据从电子市场获得的消息，最直接的是编程器市场，老款不支持AT89SXX的编程器将真正、永远被淘汰。第二是仿真器市场，有客户将对AT89SXX提出仿真要求。第三是下载电缆线，因为AT89SXX支持在线编程，很多客户需要这个功能。第四，出版社、学校可

60、能推出新的教材或技术资料。第五，AT89S在目前肯定不能被解密，但迟早仍可以给解密行业带来巨大利润。比较结果：地球人都知道at89s51远胜于at89c51。Atmel公司已经停产AT89C51/2，将用AT89S51/ AT89S52代替。停产的原因主要是成本问题，AT89S51/ AT89S52在工艺上进行了改进，AT89S51/ AT89S52采用0.35新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89CXX与89SXX可以兼容。Atmel已经不接受89CXX的定单现在卖的89c51片子全是库存，价格相对与s51来说at89c51可以要更高一点。第四章 硬件设计2.1主要器件说明2.

61、1.1 主控制器 单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。如图2.1所示。图 2.1 （1）主要特性：·与MCS-51 兼容 ·4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源 ·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振

62、荡器和时钟电路 （2）管脚说明：     VCC：供电电压。     GND：接地。     P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。     P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。      P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器