關(guān)于監(jiān)測臺機房無線通信溫度采集電路的設(shè)計

李新建 亓振軍

【摘要】本文設(shè)計的是監(jiān)測機房一套無線多溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要用于對環(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)計思想和溫度采集技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】AT89C52;溫度采集

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

1.1 主控制器單片機AT89C52單片機控制器電路

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

圖1 AT89C52單片機控制器電路

1.2 AT89C52引腳說明

P0口：8位、開漏級、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，首先應(yīng)將引腳置1。P0也可用做訪問外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時的低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，P0口接收代碼字節(jié)數(shù)據(jù);在編程效驗時，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)動四個TTL負(fù)載，用作輸入時，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并行編程和校驗時，P1口可輸入低字節(jié)地址。在串行編程和校驗時，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，可驅(qū)動4各TTL負(fù)載，用做輸入口時，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位地址的存儲器時，P2口提供高8位地址，當(dāng)CPU用8位地址尋址外部存儲時，P2口為特殊功能寄存器的內(nèi)容。在FLASH并行編程和校驗時，P2口可輸入高字節(jié)地址和某些控制信號。

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，輸出緩沖器可吸收4各TTL的灌電流，用做輸入口時，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并行編程和校驗時，P3口可輸入某些控制信號。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 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定時器的外部的計數(shù)輸入

P3.5 T1 T1定時器的外部的計數(shù)輸入

P3.6 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通

P3.7 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通

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

ALE/：當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存）是一個用于鎖存地址的低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，它是用作對外輸出的時鐘，需要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個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。

：外部程序存儲器讀選取通信號。當(dāng)AT89C52在讀取外部程序時，每個機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)存儲器時，將跳過兩個信號。

/Vpp：訪問外部程序存儲器允許端。為了能夠從外部程序存儲器的0000H至FFFFH單元中取指令，必須接地，然而要注意的是，若對加密位1進(jìn)行編程，則在復(fù)位時，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

溫度芯片DS18B20具有3引腳TO-92小體積封裝形式。測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出。測量溫度范圍為 -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DS18B20都有唯一系列號，因此多個DS18B20可以存在同一條單總線上。這允許多個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.非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限值。

d.配置寄存器，配置寄存器為高速暫存存儲器中的第五個字節(jié)，其中R0、R1為溫度計分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)四種分辨率如表2所列，出廠時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

高速暫存存儲器由9個字節(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)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位S=0時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制;當(dāng)S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進(jìn)制值。

表3 DS18B20存儲器

溫度LSB 溫度MSB TH TL 保留 保留 計數(shù)寄存器 計數(shù)寄存器 8位CRC

本設(shè)計采用的是單節(jié)點溫度測試，對硬件結(jié)構(gòu)簡單的單線數(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。編寫程序時必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫時間片程序要嚴(yán)格按要求編寫。尤其在使用DS18B20的高測溫分辨力時，對時序及電氣特性參數(shù)要求更高。

參考文獻(xiàn)

[1]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]張毅剛，彭喜元，姜守達(dá)，喬立言.新編MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[3]樊明龍，任麗靜.單片機原理與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4]余永權(quán).單片機原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

[5]余小平，奚大順.電子系統(tǒng)設(shè)計——基礎(chǔ)篇[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[6]黃正謹(jǐn).綜合電子設(shè)計與實踐[M].南京：東南大學(xué)出版社，2002.

作者簡介：

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)測中心，從事廣播電視監(jiān)測技術(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)測中心科長。