1、沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文）题目基于单片机的火灾报警控制系统院系信息与控制学院专业电子信息工程班级学号09302311学生姓名指导教师成绩年月日I摘要本文通过对火灾烟雾的分析与研究，设计了一个基于单片机的火灾报警控制系统。此系统主要研究如何通过传感器与单片机控制器来控制和预防火灾隐患；详细的阐述了传感器如何采集信号、转换电路如何转换信号、通过单片机处理后如何达到报警和控制的作用，达到有效的预防火灾和控制火情的目的。本论文以单片机技术为核心和电阻式烟雾传感器并与其他电子技术相结合,设计出了一个较好的火灾报警控制器。其中选用MQ2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾信号的采集，具
2、有抗干扰能力强、灵敏度高、响应快等优点，而且价格低廉，使用寿命长。选用的AT89S52单片机，其整合了硬件乘法器、A/D转换、硬件脉宽调制器等资源，具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，是目前同类技术中性价比较高的产品。以AT89S52单片机和MQ2型半导体电阻式烟雾传感器为核心设计的烟雾报警器可实现报警、故障自诊断、浓度级别显示、报警限设置、温度显示及与温度报警值设定等功能。是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器。具有一定的实用价值。关键词烟雾报警器；AT89S52；传感器IIABSTRACTWITHTHERESEARCHOFFIREANDSMOKE,DESIGNAS
3、YSTEMOFCONTROLLINGFIREANDALARMINGFIREWHICHBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERTHISSYSTEMMAINLYRESEARCHHOWTOPREVENTTHEFIREANDCONTROLTHEFIRETHROUGHTHESENSORANDSINGLECHIPMICROCOMPUTERINTHISPAPER,WHATISEXPOUNDEDISHOWTOGATHERTHESENSORSIGNALANDHOWTOTRANSFORMTHECONVERSIONCIRCUITTOTHESIGNALANDHOWTOACHIEVEFIRMPREV
4、ENTIONANDEFFECTCONTROLTHROUGHTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERTREATEDINTHISPAPER,RESISTANCETYPESMOKESENSORANDSINGLECHIPMICROCOMPUTERASTHECORETECHNOLOGYANDELECTRONICTECHNOLOGY,DESIGNSATECHNOLOGYBETTERSMOKEALARMTHESELECTIONOFMQ2TYPESEMICONDUCTORGASSENSITIVEELEMENTSMOKESENSORSMOKEDETECTION,WHICHHASHIGHSENSITI
5、VITY,STRONGANTIINTERFERENCEABILITY,FASTRESPONSEANDTHEPRICEISLOW,LONGSERVICELIFETHESELECTIONOFAT89S52CHIP,THEINTEGRATIONOFTHEHARDWAREMULTIPLIER,A/DCONVERSION,HARDWAREPULSEWIDTHMODULATORANDOTHERRESOURCES,WITHHIGHSPEED,LOWPOWER,STRONGANTIINTERFERENCEANDOTHERADVANTAGES,ISOFSIMILARTECHNOLOGYNEUTRALPRICEC
6、OMPARISONHIGHYIELDQUALITYWITHAT89S52MCUANDMQ2TYPESEMICONDUCTORRESISTORTYPESMOKESENSORASTHECOREDESIGNOFTHESMOKEALARMCANALARM,FAULTDIAGNOSIS,CONCENTRATIONLEVELDISPLAY,ALARMLIMITSETTINGS,TEMPERATUREDISPLAYANDTEMPERATUREALARMVALUESETTINGANDOTHERFUNCTIONSISAKINDOFSIMPLESTRUCTURE,STABLEPERFORMANCE,CONVENI
7、ENTOPERATION,LOWPRICE,INTELLIGENTSMOKEALARMHASACERTAINPRACTICALVALUEKEYWORDSSMOGALARMAT89S52SENSORIII目录绪论11烟雾检测报警器的方案设计311火灾报警控制器设计思路312烟雾传感器的选型3121烟雾传感器介绍3122烟雾传感器选型5123MQ2型烟雾传感器的工作原理6124MQ2型传感器的特性及主要技术指标713火灾报警控制器整体设计方案8131火灾报警控制器的工作原理8132火灾报警控制器的结构8133火灾报警控制器的主要性能指标914本章小结102系统设计1121系统功能1122系统框图1
8、123单片机的介绍1124DS18B20的介绍16241DS18B20的介绍16242DS18B20温度传感器与单片机的接口电路21243DS18B20的控制方法22251602LCD液晶显示屏24251LCD1602主要技术参数24252LCD1602引脚说明25253控制指令说明253硬件设计2731单片机最小系统电路2732DS18B20测温电路27IV33报警电路2834液晶显示电路2935报警温度设定按键电路2936烟雾传感器转换电路3037控制电路设计314软件设计3341主程设计及流程图3342主程序初始化流程图3443中位置平均滤波法数字滤波子程序设计及流程图3544插值法线性
9、化处理子程序设计及流程图3645烟雾子程序设计及流程图3846报警子程序设计及流程图3947控制按键子程序设计及流程图4048本章小结415实验检定及误差分析4251烟雾检测报警器检定42511爆炸下限概念介绍42512实验数据分析4352实验误差分析4553本章小结46结论47致谢488参考文献49附录A50附录B51附录C错误未定义书签。2毕业论文本装订顺序711绪论该系统以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其他电子技术相结合，设计出一种技术水平较好的火灾报警控制器。是为了早期发现和通报火灾并控制火情，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。保卫社会主义现代化建设，防止火灾引起燃烧、爆
10、炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。1课题背景（1）人们对生活质量要求的提高和人们安防意识的提高都说水火无情，火灾是比较常见的灾害之一，为了能早期发现和通报火灾，防止和减少火灾带来的危害，保护人身和财产安全。为了能及早发现隐患，避免事故发生，并采取有效措施，实施控制，就必须对烟雾进行实时检测，采用先进并可靠的安全检测装置，。因此，研制烟雾报警控制器和烟雾的检测方法就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。（2）广阔的市场前景由于我国是一个人口大国，而煤气和电器基本覆盖全国。据不完全统计，我国煤气管道使用人数约为4亿。可想而知该火灾报警控制器的需求量有多大。在不久的将来相信这个需求量还
11、会不断增加。另外，随着农村经济的发展，沼气的使用数量也不断增多。到目前为止，全国沼气池数量多达2000万个，这就为火灾报警控制器提供了巨大的市场。可见，火灾报警控制器具有十分广阔的市场前景。2国内外火灾报警控制器的发展现状随着人们安全意识的加强和对火灾所带来的危害的恐惧，国外从上世纪20年代初开始从事研究和开发烟雾传感器，并得到政府安全部门的大力支持，所以发展非常快。据统计，19962002年美国当地烟雾传感器年均增长率高达30。随着科技的不断发展，传感器生产工艺水平也逐步提高，日益精炼集成的传感器，使得火灾报警控制器的体积也逐渐变小，提高了火灾报警控制器的便携性和使用率。日本于1963年5月
12、自主研发了第一台家用燃气泄漏报警器，该报警器可检测燃气、一氧化碳等气体。在当时该仪器使用非常广泛，也取得了很大的成功。为以后的发2展奠定了良好的基础。我国从事烟雾报警的时间比较晚，但是发展速度却非常快。最早主要是通过引进国外比较先进的传感器设备和生产技术，在不断探索和研究下，才慢慢有了自己的特色产品。现如今烟雾传感器的品种繁多、性能优良，在世界范围内也有一定的地位。3课题完成可行性分析火灾检测控制系统是一个多种技术相互渗透的综合系统，其整合了A/D转换、硬件乘法器、硬件脉宽调制器等资源，具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，是目前同类技术中性价比较高的产品。（1）硬件设计上，采用MQ2型半导体电
13、阻式烟雾传感器，其检测精度很高；（2）显示技术上，采用LCD显示浓度级别和温度级别大大提高了显示效果；（3）通信传输方式上，采用数字化技术使得可靠性得到很大的加强；（4）性能方面，具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点。4论文的组织结构本文共分为三个大部分第一部分系统设计与结构主要阐述了系统的设计思路和大体组成结构、其中各部分的材料选型是该部分的重点。第二部分系统硬件设计部分这部分详细介绍了硬件部分电路的组成和各组成部分的工作原理，包括DS18B20测温电路、报警电路、液晶显示电路、报警温度设定按键电路、烟雾传感器转换电路和控制电路。第三部分系统软件设计部分软件部分对各部分结构的程序进行流程化讲述
14、，其中涉及主程序的初始化、烟雾子程序、报警子程序、控制按键子程序等。31火灾报警控制器的方案设计页眉11火灾报警控制器设计思路火灾报警控制器是能够检测环境中的温度和烟雾浓度，并具有诊断报警和自动采取控制功能的设备。设备一般由以下几部分组成单片机处理电路、外部控制电路烟、雾信号采集电路、模数转换电路。首先由烟雾传感器采集的烟雾信号经过本身转化为模拟电信号。该模拟信号经过模数转换电路转换成单片机可识别的数字信号后再送入单片机中。由单片机对该数字信号进行滤波处理和数据分析，判断其数值是否超出某个预设值也就是报警值，如果大于则触发报警电路并发出报警声音。另外使用LCD显示屏显示烟雾浓度和温度使得该仪器
15、更加直观。为了方便调节报警限，可以加入调节按键。在事故发生之后，控制电路自动开启排风扇或水，把烟雾排出室外并控制火势。以上是根据报警控制器应具备的功能，提出的整体设计思路。单片机和烟雾传感器是火灾报警控制器的两大核心，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器和单片机芯片是至关重要的。烟雾传感器的选型在下一节详细介绍。单片机作为硬件电路的核心，它的选型将在第三章详述。12烟雾传感器的选型烟雾传感器是气电变换器，即将收集到的烟雾气体信号通过A/D转换电路将模拟信号转换成电信号送入单片机处理器，之后由单片机进行数据处理工作。属于气敏传感器。传感器作为烟雾检测报警器的信号采集部分，是仪表
16、的重要组成部分之一。因此，传感器的选型是非常重要的。121烟雾传感器介绍1烟雾传感器的分类烟雾传感器种类繁多，根据检测原理上可以分为三大类物理化学性质型烟雾传感器、物理性质型烟雾传感器、电化学性质型烟雾传感器。2一个烟雾传感器应具备的条件有4A对检测烟雾响应速度快、重复性好；B能在多种气体共存的情况下选择某种单一烟雾，而对其它气体不响应；C对被测烟雾具有较高的检测灵敏度；D使用寿命长、稳定性好、制造成本低、便于使用与维护；3常见烟雾传感器简介下面对工业上常用的几种烟雾传感器作简单介绍。A电化学传感器电化学传感器通过膜电极和电解质封装成。烟雾浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子,通过电极将信号传播
17、。它的优点是稳定性好,反映快速、准确和可定量检测,但是使用寿命比较短。它主要适用于有毒烟雾检测。国际大多数气体检测使用的是这种类型的传感器。B半导体烟雾传感器半导体烟雾传感器包括使用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感系统的烟雾传感器,使用单晶半导体装置制造烟雾传感器。自1962年以来,半导体金属氧化物烟雾传感器出现以来,由于其耐久性强、响应快、灵敏度高、输出信号强,价格低廉,结构简单等诸多优点,得到了广泛的应用。传感器已成为世界上产量最大、使用最广泛的一个烟雾传感器。其按照敏感机理分类,可分为电阻式和电阻式。C接触燃烧式传感器当可燃烟雾接触催化内容覆盖传感器表面伴随氧化反应和燃烧现象,所以命名为接触
18、燃烧式传感器。接触燃烧式烟雾传感器检测元件通常铂系金属线,使用铂丝通电,保持高温300C到400C,若接触到烟雾,会在金属催化层燃烧,因此铂温度将上升,铂电阻值也在不断上升,通过测量铂电阻变化值,我们可以知道烟雾的浓度。D固体电解质烟雾传感器固体电解质烟雾传感器使用固体电解质气敏材料的气敏元件,其原理是利用气体敏感材料在穿过烟雾产生电阻,测量形成电动势和测量气体浓度。由于这种传感器电导率、高灵敏度和良好的选择性,因此广泛的应用,几乎打进矿业、环保、石油化工等领域,它5是仅次于半导体烟雾传感器输出另一种传感器。但这种传感器制造成本较高,感烟探测范围是有限的,但在测试领域的环境污染有优势。不同的烟
19、雾吸收不同波长的IR，所以传感器根据目标烟雾而调整，典型应用包括测量CO和CO2、冷冻剂烟雾和一些易燃气。由于非碳氢化合物易燃烟雾如氢不吸收电磁谱中IR部分的能量，所以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物，并具有最小的交叉灵敏度，而且不受其它烟雾的腐蚀以及高浓度目标烟雾的影响。122烟雾传感器的选定由于火灾报警控制器的应用场所主要集中在油库、冶金、石油液化气站、化工、喷漆作业等易发生可燃烟雾泄漏的场所，基于该种类的要求，一般选用接触燃烧式烟雾传感器和半导体烟雾传感器。使用接触燃烧式传感器的弊端是在无焰燃烧的时，空气与烟雾的混合物中含有硫物质的情况下，有些固态物质会附着在催化元件表面，阻塞载体的微
20、孔，以至于影响其灵敏度，导致反应滞缓。这称之为阻缓。虽然将阻缓的传感器重新放回新鲜空气环境中会得到某种程度的恢复，如果传感器长期暴露在这样的环境中，会导致其灵敏度的不断下降，最终传感器丧失检测烟雾的能力。另外如果环境空气中含有硅烷之类的物质时，则传感器会使催化元件产生不可逆转的中毒，以致灵敏度很快就丧失。所以当怀疑检测环境中存在这些物质时，对传感器探头进行标定，是必不可少的。因此，经常对传感器进行维护和标定，是保证其能正常工作和准确程度的必要的途径。该传感器一般在两个月左右进行一次重新校准，然而这种经常性对传感器的维护，无形当中增加了工作人员的工作量，同时加大了传感器的维护成本。半导体烟雾传感
21、器的性能主要看其灵敏度、选择性、和稳定性。半导体烟雾传感器包括用单晶半导体器件制作的烟雾传感器以及用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，半导体烟雾传感器具有使用方便、结构简单、灵敏度高、体积小、响应快、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。通过对上述两种传感器的比较，半导体烟雾传感器的优点更加明显价格便宜、灵敏度高、响应快、使用方便、抗干扰性好，且不会发生探头阻缓和中毒现象，维护成本低等。所以，本设计作为报警器烟雾信息采集部分的核心采用半导体烟雾传感器。而在6众多半导体气体传感器中，MQ2型烟雾传感器又具有突出的性能，该型号的传感器具备大多数半导体烟雾传感器所具备的特性灵敏度高、抗干扰
22、能力强、响应快、寿命长等优点。123MQ2型烟雾传感器的工作原理半导体烟雾传感器包括用用单晶半导体器件制作的烟雾传感器烟雾传感器以及半导体陶瓷材料作为敏感体制作的氧化物。按敏感机理分类，它可分为电阻型和非电阻型。半导体气敏元件也有P型和N型之分。P型阻值随烟雾浓度的增大而增大；N型在检测时阻值随烟雾浓度的增大而减小。半导体气敏传感器的分类如表11所示。表12半导体气敏传感器的分类所利用的特性工作温度表面电阻控制器300450C表11半导体气敏传感器的分类类型所利用的特性工作温度举例电阻型非电阻型表面电阻控制器体电阻控制器二极管蒸馏特性300450C300450C室温200C可燃性气体乙醇、可燃
23、性气体H2、CO、乙醇类型所利用的特性工作温度代表性被检测气体电阻型电阻表面电阻控制器300450C可燃性气体体电阻控制器300450C700C以上乙醇、可燃性气体非电阻型二极管整流特性室温200CH2、CO、乙醇晶体管特性150CH2、H2SMQ2型感烟传感器属于锡氧化物半导体气敏材料,属于表面离子类型N型半导体。当在200300C温度、二氧化锡吸附空气中的氧气,形成氧阴离子吸附、半导体电子密度减小,其阻力值增加。当和烟雾接触时,如果晶界在屏障从烟的调制和变化,将导致表面导电率的变化。使用它可以获得烟雾信息。7当遇到可燃烟雾如甲烷等,原来的吸附的氧脱附,二氧化锡半导体表面的可燃烟雾以阳离子状
24、态吸附而氧脱附放出电子,烟雾以阳离子状态吸附也要发射电子,所以,二氧化锡半导体导带电子密度增加,电阻值下降。当空气无烟雾时,二氧化锡半导体又将自动恢复负氧离子吸附,增加抗其原始状态。这是MQ2型可燃性烟雾传感器检测可燃烟雾基本原理。MQ2型传感器结构如图11显示,其外观以12。图11MQ2型传感器的结构图图12MQ2型传感器的外观8124MQ2型传感器的特性及主要技术指标1MQ2型传感器的一般特点AMQ2型传感器稳定性好。初始稳定、长时间工作性能好。B电路设计电压宽，24V以下均可；加热电压502V。CMQ2型传感器对天然气、液化石油气等常用烟雾有很高的灵敏度。DMQ2型传感器抗干扰性强。2M
25、Q2型传感器的基本特性灵敏度特性、初期稳定特性、加热特性3MQ2型传感器的特性参数A响应时间TRES10秒B加热功率P约750MWC恢复时间TRES30秒D加热电压VH502VE回路电压VC524VF取样电阻RL0120KG灵敏度以甲烷为例R0AIR/RS01CH4513火灾报警控制器整体设计方案131火灾报警控制器工作原理本论文中的烟雾检测报警器以AT89S52单片机为控制核心，采用MQ2型电阻式半导体传感器采集烟雾信息。首先，烟雾传感器采集的数据经过AD0832进行转换后，进入单片机，温度通过DS18B20进行采集，用LCD显示温度和烟雾浓度的级别，其中温度报警的上下限值可以通过三个按钮来
26、设置。另外，还设置一个紧急呼叫按钮，可以通过按此按钮来紧急报警，也可以设置为无人状态，用烟雾和温度自动报警。报警时继电器工作，模拟控制的工作。132火灾报警控制器的结构9为了满足国内工业和其他易燃易爆场所烟雾安全需求,设计的可燃烟雾报警装置应不仅能工作在较宽的温度范围内,还应该有故障自检,显示可燃烟雾浓度、延时报警功能,可以满足计算机进行现场测量和实时控制功能。目标是在传统的烟雾报警装置的基础上,尽量提高精度、缩小体积、降低成本。报警系统结构图如图13所示,系统以单片机为核心,结合外围电路完成信号采集、集中显示、状态显示、键盘输入、声音和闪光报警、故障自检等功能。报警器以报警检查的工作方式,两
27、级进行报警值设定,并伴有不同的光和声信号。系统应采用高性能单片机,要求工作稳定,测量精度高、普遍性、低功耗,保证报警器的精度和可靠性,最好是小体积,低成本,这样有利于减少报警器的体积,降低报警器的成本。单片机时钟电路复位电路采集温度电路采集烟雾电路按键电路LCD显示图13可燃性气体检测报警器结构框图133烟雾检测报警器的主要技术指标1传感器类型半导体电阻式2检测范围0100LEL3报警点设置达到20LEL开始报警4报警准确度5LEL5报警器工作方式现场固定安装，自然扩散进行采样，长年连续运行6工作环境温度检测器50C50C；报警器0C500C107工作环境湿度85RH8报警方式烟雾泄漏声光报警
28、、自诊断故障报警9指示方式数字显示，可显示被测烟雾LEL及设定报警限值10响应时间30S11输出信号可输出与烟雾浓度对应的05VDC标准信号11工作电压AC220V15，50LHZ12具备快速重复检测和延时报警功能，可区别烟雾的泄漏和短时间的微量散失，防止误报。14本章小结本章主要阐述了烟雾报警仪的设计方案，即传感器的选型和报警器的设计。传感器从种类、选定、工作原理、基本特性四个方面分别叙述。根据本设计要求及使用环境、成本等因素选用的MQ2型半导体电阻式烟雾敏感器件。并且从结构、功能、技术指标三方面对报警器进行了详细地论述，使其在较宽的温度范围工作，用于检测空气中烟雾或可燃性液体蒸汽的浓度。该
29、报警器会将烟雾浓度和温度集中显示在LCD上,当空气中的烟雾或可燃液体蒸气浓度达到一定程度时,报警器会发出声、光报警信号,并作出有效的控制。反复测试和延迟报警,是防止误报的有力措施,其中开阀产生可燃烟雾微量损失,就很容易造成误报。该系统可以由计算机进行现场实时控制。112系统设计21系统功能本系统利用单片机采集温度，温度值精确到小数点一位，LCD显示温度值，设置三个按键调整报警温度值，当温度超出所设定的上下限范围时，蜂鸣器开始报警，继电器工作。22系统框图图21总体设计方框图23单片机的介绍单片机复位电路报警电路时钟振荡温度传感器LCD显示蜂鸣器报警12该单片机主要由以下几部分组成40个引脚，4
30、KBYTESFLASH片内程序存储器，128BYTES的随机存储器，32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗电路，片内时钟振荡器。AT89S52单片机是一个高性能低功耗的微控制器，内置8KB可编程的闪存。该器件采用的是ATMEL公司的高密度存储技术，该指令与工业标准的80C51指令兼容。在芯片程序内存允许重复在线编程,使程序中的内存系统通过SPI串行端口改写或重写。通过一般8位CPU可以在线下载FLASH集成在一个芯片上，AT89S52成为一个高效的微型计算机。它的应用范围广泛,可以用来解决复杂的控制问题,成本
31、低。结构关系图如图22所示。13图22AT89S52结构框图14图23AT89S52主要功能特性（1）兼容MCS51指令系统（2）4K可反复擦写1000次）ISPFLASHROM（3）32个双向I/O口（4）4555V工作电压（5）2个16位可编程定时/计数器（6）时钟频率033MHZ（7）全双工UART串行中断口线（8）128X8BIT内部RAM（9）2个外部中断源15（10）低功耗空闲和省电模式（11）中断唤醒省电模式（12）3级加密位（13）看门狗（WDT）电路（14）软件设置空闲和省电功能（15）灵活的ISP字节和分页编程（16）双数据寄存器指针按照功能，AT89S52的引脚可分为主电
32、源、外接晶体振荡或振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。1多功能I/O口AT89S52共有四个8位的并行I/O口P0、P1、P2、P3端口，对应的引脚分别是P00P07，P10P17，P20P27，P30P37，共32根I/O线。每根线可以单独用作输入或输出。P0端口，该口是八个双向I/O端口并带有上拉电阻,P0口输出缓冲区可以驱动四个TTL的输入。当端口写“1”时,通过内部上拉电阻变为高电平,此时可以用作输入端口。P0口输入端口使用,因为有内部上拉电阻,外部信号会输出一个电流。在FLASH编程和校验时,P0口接收低8位地址。在访问外部程序存储器或16外部数据存储器时,P0口送出高8位地址,访
33、问外部数据存储器,P0口引脚的内容,在整个访问期间都不会改变。在FLASH编程和校验期间,P0口也接收到高地址或一些控制信号。P1端口，该口是八个双向I/O端口并带有上拉电阻,P1口输出缓冲区可以驱动四个TTL的输入。当端口写“1”时,通过内部上拉电阻变为高电平,此时可以用作输入端口。P1口输入端口使用,因为有内部上拉电阻,外部信号会输出一个电流。在FLASH编程和校验时,P1口接收低8位地址。在访问外部程序存储器或16外部数据存储器时,P1口送出高8位地址,访问外部数据存储器,P1口引脚的内容,在整个访问期间都不会改变。在FLASH编程和校验期间,P1口也接收到高地址或一些控制信号。另外，P
34、10与P11可以配置成定时/计数器2的外部计数输入端（P10/T2）与定时/计数器2的触发输入端（P10/T2EX），如表21所示。16表21P1口管脚复用功能端口引脚复用功能P10T2（定时器/计算器2的外部输入端）P11T2EX（定时器/计算器2的外部触发端和双向控制）P15MOSI（用于在线编程）P16MISO（用于在线编程）P17SCK（用于在线编程）P2端口，该口是八个双向I/O端口并带有上拉电阻,P1口输出缓冲区可以驱动四个TTL的输入。当端口写“1”时,通过内部上拉电阻变为高电平,此时可以用作输入端口。P2口输入端口使用,因为有内部上拉电阻,外部信号会输出一个电流。在FLASH编
35、程和校验时,P1口接收低8位地址。在访问外部程序存储器或16外部数据存储器时,P2口送出高8位地址,访问外部数据存储器,P2口引脚的内容,在整个访问期间都不会改变。在FLASH编程和校验期间,P2口也接收到高地址或一些控制信号。P3端口，该口是八个双向I/O端口并带有上拉电阻,P3口输出缓冲区可以驱动四个TTL的输入。当端口写“1”时,通过内部上拉电阻变为高电平,此时可以用作输入端口。P3口输入端口使用,因为有内部上拉电阻,外部信号会输出一个电流。在FLASH编程和校验时,P3口接收低8位地址。表22P3端口引脚与复用功能表端口引脚复用功能P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P
36、32INT0（外部中断0）P33INT1（外部中断1）P34T0（定时器0的外部输入）17P35T1（定时器1的外部输入）P36WR（外部数据存储器写选通）P37RD（外部数据存储器读选通）2RST复位输入端。在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位。看门狗定时器（WATCHDOG）溢出后，该引脚会保持98个振荡周期的高电平。在SFRAUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。DISRTO位的默认状态，是复位高电平输出功能使能。3ALE/PROG地址锁存允许信号。在存取外部存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址。在对FLASH存储器编程时，这条
37、引脚用于输入编程脉冲PROG。一般情况下，ALE是振荡器频率的6分频信号，可用于外部定时或时钟。但是，在对外部数据存储器每次存取中，会跳过一个ALE脉冲。在需要时，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置为“1”，从而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令执行时ALE才被激活。在单片机处于外部执行方式时，对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。4PSEN程序存储器允许信号。它用于读外部程序存储器。当AT89S52在执行来自外部存储器的指令时，每一个机器周期PSEN被激活2次。在对外部数据存储器的每次存取中，PSEN的2次激活会被跳过。5EA/VPP外部存取允许信号。为了确保单片机从地址为0
38、000HFFFFH的外部程序存储器中读取代码，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果锁定位1被编程，则EA在复位时被锁存。当执行内部程序时，EA应接到VCC。在对FLASH存储器编程时，这条引脚接收12V编程电压VPP。6XTAL1振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。7XTAL2振荡器的反相放大器输出。24DS18B20的介绍241DS18B20的介绍18DS18B20温度传感器是美国达拉斯半导体公司推出的一个先进的智能温度传感器,和传统的热敏电阻传感器相比,它可以直接读出测量温度,并且可以根据实际要求通过简单的编程实现912数值的解读方式。TO92封装的DS18B20的引脚排
39、列见图24，其引脚功能描述见表23。图24DS18B20（底视图）表23DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。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3055V；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（温度报警条件）的器件；负电压特性
40、，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采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图25所示。19图25DS18B20内部结构64位ROM的结构开始前八位是产品类型的编号,然后是每台设备的惟一序列号,总共48位，最后八位是之前56位的CRC校验码,它也更DS18B20可以使用一线沟通的原因。温度报警触发TH和TL,但通过软件编报警上下限。DS18B20温度传感器内部内存还包括一个高速临时RAM和非易失性的可抹去的EERAM。该8位存储器,结构如图3显示。前两个字节包含测量温度信息,第三和第四个字节TH和TL副本,不是很稳定,每次上电复位就会刷新。第
41、五字节的配置寄存器,其内容是用来确定温度数字转换分辨率。DS18B20的工作寄存器的分辨率转换为相应的精密温度数值。字节定义如图3显示。低五位都是1,TM是一种工作模式,用于设置在工作模式或在DS18B20测试模式,DS18B20的出厂设置为零,用户需要自己改变,R1和R0决定温度转换精度位数,设置分辨率。I/OC64位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器VDD20TMR11R01111图25DS18B20字节定义表24显示,DS18B20温度转换时间越长,分辨率越高,所需的温度数据转换时间也更长。因此,在实际应用中改变分辨率
42、和转换时间会较长。因此,在实际应用要权衡考虑分辨率和转换时间。高速临时RAM6、7、8字节保持闲置,表现为逻辑1。第9字节可以读以前所有八字节的CRC码,可以用来测试数据,以保证数据通信的正确性。当DS18B20接收温度转换命令后,开始转换。转换完成后的温度以16位二进制补码形式存储在高速临时存储的1、2字节。供应链管理可以通过单一接口读取数据,优先读取低位数据,然后是高位数据,数据格式以00625/LSB形式表示。当符号位S0,表示测量温度为正值,可以转换为二进制为十进制；当符号位S1,表示温度测量值为负,我们应该首先将补充变为原始代码,然后计算十进制值。表2是部分的温度对应的二进制温度数据
43、。表24DS18B20温度转换时间表温度LSB温度MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC21R1R0分辨率/位温度最大转换时间/MS00993750110187510113751112750DS18B20温度测量原理是这样,设备的低温度系数的晶体振荡频率由温度的影响小,用于产生固定频率脉冲信号减去计数器1高温度系数与温度变化晶体振荡器的振荡频率明显变化,生成的信号作为减法计数器2脉冲输入。设备和一个计数门,当计数门打开时,DS18B20低温度系数振荡器产生时钟脉冲计数和完成温度测量。计数门开放时间从高温度系数振荡器决定,每次测量前,先55对应一个基地在减法计数器1,温度
44、寄存器、计数器分别1和温度寄存器是预设在55对应一个基值。减法计数器1对低温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。表25一部分温度对应值表22温度/二进制表示十六进制表示125000001111101000007D0H85000001010101000005
45、50H25062500000001100100000191H10125000000001010000100A2H0500000000000000100008H000000000000010000000H051111111111110000FFF8H101251111111101011110FF5EH2506251111111001101111FE6FH551111110010010000FC90H242DS18B20温度传感器与单片机的接口电路DS18B20可以使用两种方法来供电的,一种是使用电源模式下,DS18B201脚接地,2脚作为信号线,3脚作为电源连接。另一种是寄生电源模式,如图23显
46、示单片机端口接单总线,以确保有效的DS18B20时钟周期提供足够的电流,可以使用一个MOSFET管完成总线的上拉。当在写内存操作和DS18B20温度A/D转换操作,汽车必须有强烈的拉起,拉开时间最大10微妙。寄生电源方式VDD接地。由于单线只有一个根线,所以输出接口必须三个状态。由于DS18B20在一个I/O读和写数据,因此,对读、写数据有一个相当严格的时序要求。DS18B20具有严格的通信协议,以确保所有的数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几个信号时序初始化时间、阅读时间,写时序。所有的时序是将主机为主要设备,单总线设备作为从设备。而每一次命令和数据传输从主机主动开始写计时开始,如果所需
47、的单总线器件发送数据,为了写,主机应该开始阅读序列时完成的数据接收。数据和命令传输都是低位在先。243DS18B20的控制方法23DS18B20有六条控制命令，指令约定代码操作说明CCH跳过扫描温度传感芯片序列号44H启动DS18B20进行温度转换BEH读度温度值DS18B20的复位时序图26DS18B20复位时序图（1）先将数据线置高电平“1”。（2）延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）（3）数据线拉到低电平“0”。（4）延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。（5）数据线拉到高电平“1”。（6）延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由D
48、S18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。（7）若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。（8）将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读1时序和读0时序两个过程。对DS18B20阅读时隙从主机把单总线拉低后,在15秒内将不得不释放单总线,为了让DS18B20数据传输到单总线。至少需要60US，在完成一个阅读DS18B20时序的过程。24图27DS18B20读时序过程（
49、1）将数据线拉高“1”。（2）延时2微秒。（3）将数据线拉低“0”。（4）延时15微秒。（5）将数据线拉高“1”。（6）延时15微秒。（7）读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。（8）延时30微秒。DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写1时序和写0时序两个过程。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28DS18B20写时序过程25（1）数据线先置低电平“0”。（2）延时确定的时间为15微秒。（3）按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。（4）延时时间为45微秒。（5）将数据线拉到高电平。（6）重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。（7）最后将数据线拉高。DS18B20虽然有测温简单的特点，单在实际应用中应注意一下几点1小的硬件开销需要相对复杂的软件补偿,因为DS18B20和微处理器的串行数据传输之间,因此,对DS18B20编程,必须严格保证时序或将无法读取温度测量结果。在PL/M，C和其他高级语言程序设计系统对
