关于监测台机房无线通信温度采集电路的设计

【摘要】本文设计的是监测机房一套无线多温度数据采集系统，主要用于对环境温度的采集与监控，系统采用基于无线网络的设计思想和温度采集技术。

【关键词】AT89C52;温度采集

1.单片机主控制电路设计——AT89C52控制器电路设计

1.1 主控制器单片机AT89C52单片机控制器电路

图1为主控制器单片机AT89C52单片机控制器电路。AT89C52单片机片内的Flash可允许在线重新编程，也可用通用非易失性存储编程器编程;片内数据存储器内含128字节的RAM;有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口;具有两个16位可编程定时器;中断系统是具有6个中断源、5个中断矢量、2级中断优先级的中断结构;震荡器频率0到33MHZ，因此我们在此选用12MHZ的晶振是比较合理的;具有片内看门狗定时器;具有断电标志POF等等。

图1 AT89C52单片机控制器电路

1.2 AT89C52引脚说明

P0口：8位、开漏级、双向I/O口。P0口可作为通用I/O口，但须外接上拉电阻;作为输出口，每各引脚可吸收8各TTL的灌电流，作为输入时，首先应将引脚置1。P0也可用做访问外部程序存储器和数据存储器时的低8位地址/数据总线的复用线。在该模式下，P0口含有内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收代码字节数据;在编程效验时，P0口输出代码字节数据（需要外接上拉电阻）。

P1口：8位、双向I/0口，内部含有上拉电阻，P1口可作普通I/O口。输出缓冲器可驱动四个TTL负载，用作输入时，先将引脚置1，由片内上拉电阻将其拉到高电平。P1口的引脚可由外部负载拉到低电平，通过上拉电阻提供电流。在FLASH并行编程和校验时，P1口可输入低字节地址。在串行编程和校验时，P1.5/MOSI，P1.6/MISO和P1.7/SCK分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。

P2口：具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P2口用做输出口时，可驱动4各TTL负载，用做输入口时，先将引脚置1，由内部上拉电阻将其拉到高电平。若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外部输出电流。CPU访问外部16位地址的存储器时，P2口提供高8位地址，当CPU用8位地址寻址外部存储时，P2口为特殊功能寄存器的内容。在FLASH并行编程和校验时，P2口可输入高字节地址和某些控制信号。

P3口：具有内部上拉电阻的8位双向口。P3口用做输出口时，输出缓冲器可吸收4各TTL的灌电流，用做输入口时，首先将引脚置1，由内部上拉电阻拉到高电平。若外部的负载是低电平，则通过内部上拉电阻向输出电流。在与FLASH并行编程和校验时，P3口可输入某些控制信号。P3口除了通用I/O口功能外，还有第二功能，如表1所示。

表1 P3口的第二功能

引脚 符号 说明

P3.0 RXD 串行口输入

P3.1 TXD 串行口输出

P3.2 /INT0 外部中断0

P3.3 /INT1 外部中断1

P3.4 T0 T0定时器的外部的计数输入

P3.5 T1 T1定时器的外部的计数输入

P3.6 /WR 外部数据存储器的写选通

P3.7 /RD 外部数据存储器的读选通

RST：复位端。当振荡器工作时，此引脚上出现两个机器周期的高电平将系统复位。

ALE/：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）是一个用于锁存地址的低8位字节的书粗脉冲。在Flash 编程期间，此引脚也可用于输入编程脉冲（）。在正常操作情况下，ALE以振荡器频率的1/6的固定速率发出脉冲，它是用作对外输出的时钟，需要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如果希望禁止ALE操作，可通过将特殊功能寄存器中位地址为8EH那位置的“0”来实现。该位置“1”后。ALE仅在MOVC指令期间激活，否则ALE引脚将被略微拉高。若微控制器在外部执行方式，ALE禁止位无效。

：外部程序存储器读选取通信号。当AT89C52在读取外部程序时，每个机器周期将其激活两次。在此期间内，每当访问外部数据存储器时，将跳过两个信号。

/Vpp：访问外部程序存储器允许端。为了能够从外部程序存储器的0000H至FFFFH单元中取指令，必须接地，然而要注意的是，若对加密位1进行编程，则在复位时，的状态在内部被锁存，执行内部程序应接VCC。

XTAL1：振荡器反向放大器输入端和内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：振荡器反相放大器输出端。

图2 DS18B20方框图

图3 DS18B20电路原理图

2.温度采集模块DS18B20电路设计

温度芯片DS18B20具有3引脚TO-92小体积封装形式。测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。测量温度范围为 -55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。由于每一个DS18B20都有唯一系列号，因此多个DS18B20可以存在同一条单总线上。这允许多个不同地方放置温度灵敏器件。DS18B20的内部结构如图2所示，电路原理图如图3所示。

DS18B20有4个主要的数据部件：

a.64位激光ROM，64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码（28H）组成。

b.温度灵敏元件。

c.非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。

d.配置寄存器，配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节，其中R0、R1为温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如表2所列，出厂时R0=1，R1=1（即12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。

表2 分辨率关系表

R0 R1 分辨率/bit 最大转换时间/us

0 0 9 93.75

0 1 10 187.5

1 0 11 375

1 1 12 750

高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表3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。对应的温度计算：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3 DS18B20存储器

温度LSB 温度MSB TH TL 保留 保留 计数寄存器 计数寄存器 8位CRC

本设计采用的是单节点温度测试，对硬件结构简单的单线数字温度传感器DS18B20进行操作，需要用较为复杂的程序完成。编写程序时必须严格按芯片数据手册提供的有关操作顺序进行，读、写时间片程序要严格按要求编写。尤其在使用DS18B20的高测温分辨力时，对时序及电气特性参数要求更高。

参考文献

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[2]张毅刚，彭喜元，姜守达，乔立言.新编MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006.

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[5]余小平，奚大顺.电子系统设计——基础篇[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[6]黄正谨.综合电子设计与实践[M].南京：东南大学出版社，2002.

作者简介：

李新建（1961—），男，山东东营人，工程师，现供职于山东省东营市广播电视监测中心，从事广播电视监测技术方面的工作。

亓振军（1979—），男，山东济南人，工程师，山东省广播电视监测中心科长。