基于单片机的火灾报警控制系统 毕业论文.doc

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1、沈阳理工大学应用技术学院沈阳理工大学应用技术学院 毕业设计（论文）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： 093023 11 学生姓名： 指导教师： 成 绩： 年 月 日 I 摘摘 要要 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

2、相结合,设计出 了一个较好的火灾报警控制器。其中选用 MQ-2 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 MQ-2 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

3、一定的实用价值。 关键词：烟雾报警器；AT89S52；传感器 II Abstract With the research of fire and smoke , design a system of controlling fire and alarming fire which based on single-chip microcomputer. This system mainly research how to prevent the fire and control the fire through the sensor and single-chip microcomputer.

4、In this paper,what is expounded is how to gather the sensor signal and how to transform the conversion circuit to the signal and how to achieve firm prevention and effect control through the single chip microcomputer treated . In this paper, resistance type smoke sensor and single-chip microcomputer

5、 as the core technology and electronic technology, designs a technology better smoke alarm. The selection of MQ-2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor smoke detection, which has high sensitivity, strong anti-interference ability,fast response and the price is low, long service life.

6、 The selection of AT89S52chip, the integration of the hardware multiplier,A / D conversion, hardware pulse width modulator and other resources, with high speed, low power, strong anti-interference and other advantages, is of similar technology neutral price comparison high yield quality. With AT89S5

7、2 MCU and MQ-2 type semiconductor resistor type smoke sensor as the core design of the smoke alarm can alarm, fault diagnosis, concentration level display, alarm limit settings, temperature display and temperature alarm value setting and other functions. Is a kind of simple structure, stable perform

8、ance, convenient operation, low price, intelligent smoke alarm. Has a certain practical value. Keywords: Smog Alarm; AT89S52; Sensor III 目 录 绪 论 .1 1 烟雾检测报警器的方案设计 3 1.1 火灾报警控制器设计思路.3 1.2 烟雾传感器的选型.3 1.2.1 烟雾传感器介绍.3 1.2.2 烟雾传感器选型.5 1.2.3 MQ-2 型烟雾传感器的工作原理6 1.2.4 MQ-2 型传感器的特性及主要技术指标7 1.3 火灾报警控制器整体设计方案.8

9、 1.3.1 火灾报警控制器的工作原理.8 1.3.2 火灾报警控制器的结构.8 1.3.3 火灾报警控制器的主要性能指标9 1.4 本章小结10 2 系统设计 .11 2.1 系统功能 .11 2.2 系统框图 .11 2.3 单片机的介绍 .11 2.4 DS18B20 的介绍16 2.4.1 DS18B20 的介绍16 2.4.2 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路21 2.4.3 DS18B20 的控制方法22 2.5 1602LCD 液晶显示屏24 2.5.1 LCD1602 主要技术参数24 2.5.2 LCD1602 引脚说明25 2.5.3 控制指令说明 .25 3

10、硬件设计 .27 3.1 单片机最小系统电路 .27 3.2 DS18B20 测温电路27 IV 3.3 报警电路28 3.4 液晶显示电路29 3.5 报警温度设定按键电路29 3.6 烟雾传感器转换电路30 3.7 控制电路设计31 4 软件设计 .33 4.1 主程设计及流程图 .33 4.2 主程序初始化流程图 .34 4.3 中位置平均滤波法数字滤波子程序设计及流程图 .35 4.4 插值法线性化处理子程序设计及流程图 .36 4.5 烟雾子程序设计及流程图 .38 4.6 报警子程序设计及流程图 .39 4.7 控制按键子程序设计及流程图 .40 4.8 本章小结 .41 5 实验

11、检定及误差分析 .42 5.1 烟雾检测报警器检定 .42 5.1.1 爆炸下限概念介绍42 5.1.2 实验数据分析 .43 5.2 实验误差分析 .45 5.3 本章小结 .46 结 论 47 致 谢 48 参考文献 .49 附录 A .50 附录 B .51 附录 C .52 毕业论文本装订顺序 .71 1 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、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安

12、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会不断增加。 另

13、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

14、本于 1963 年 5 月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 2 发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

15、较高的产品。 （1）硬件设计上，采用 MQ-2 型半导体电阻式烟雾传感器，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、

16、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，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。 3 1火灾报警控制器的方案设计 页眉？ 1.1 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

17、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。 1.2 烟雾传感器的选型 烟雾传感器是气-电变换器，即将收集

18、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，是仪表的重要组成部分之一。因 此，传感器的选型是非常重要的。 1.2.1 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。 4 (2)一个烟雾传感器应具备的条件有： (a)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

19、； (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。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

20、、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

21、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

22、烟雾的影响。 1.2.2 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

23、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

24、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。 6 而在众多半导体气体传感器中，MQ-2 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、抗干扰能力强、响应快、 寿命长等优点。 1.2.3 MQ-2 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

25、，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 1.1 所示。 表 1.2 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 1.1 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 300450C 300450C 室温200C 可燃性气体 乙醇、可燃性气体 H2、CO、乙醇 类型所利用的特性工作温度代表性被检测气体 表面电阻控制器300450C可燃性气体 电阻型 电阻

26、体电阻控制器300450C 700C 以上 乙醇、可燃性气体 二极管整流特性室温200CH2、CO、乙醇非电阻型 晶体管特性 150C H2、H2S MQ - 2 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 200 -300C 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

27、,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 MQ - 2 型可燃性烟雾传感器检测 可燃烟雾基本原理。MQ - 2 型传感器结构如图 1.1 显示,其外观以 1.2。 图 1.1MQ-2 型传感器的结构图 图 1.2 MQ-2 型传感器的外观 8 1.2.4 MQ-2 型传感器的特性及主要技术指标 (1) MQ-2 型传感器的一般特点： (a)MQ-2 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 50.2V。 (c)MQ-2 型传感器对天然气、液化石油

28、气等常用烟雾有很高的灵敏度。 (d)MQ-2 型传感器抗干扰性强。 (2)MQ-2 型传感器的基本特性灵敏度特性、初期稳定特性、加热特性 (3)MQ-2 型传感器的特性参数 (a)响应时间：Tres10 秒 (b)加热功率：(P)约 750mW (c)恢复时间：Tres30 秒 (d)加热电压：(VH)50.2V (e)回路电压：(V c) 524V (f)取样电阻：(RL) 0.120K (g)灵 敏 度：以甲烷为例 R0(air)/RS (0.1%CH4)5 1.3 火灾报警控制器整体设计方案 1.3.1 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

29、，采用 MQ-2 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。 1.3.2 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

30、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 1.3 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 1.3 可燃性气体检测报警器结构

31、框图 1.3.3 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：0100%LEL (3) 报警点设置：达到 20%LEL 开始报警 (4)报警准确度：5%LEL (5)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 0C500C 10 (7)工作环境湿度：85%RH (8)报警方式：烟雾泄漏声光报警、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：30S (11) 输出信号：可输出与烟雾浓度对应的 05V DC 标 准信号 (11) 工作电压：A

32、C220V15%，50lHz (12)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。 1.4 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 MQ-2 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

33、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。 11 2 系统设计 2.1 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。 2.2 系统框图 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 图 2.1 总体设计方框图 2.3 单片机的介绍 12 该单片机主要由以下几部分组成：40 个引脚，4k bytes flash 片内程序

34、存 储器，128 bytes 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

35、泛,可以用来解决复杂的控制问题,成本低。结构关系图如 图 2.2 所示。 13 图 2.2 AT89S52 结构框图 14 图 2.3 AT89S52 主要功能特性： （1）兼容 mcs-51 指令系统 （2）4k 可反复擦写(1000 次）isp flash rom （3）32 个双向 i/o 口 （4）4.5-5.5v 工作电压 （5）2 个 16 位可编程定时/计数器 （6）时钟频率 0-33mhz （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

36、）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 P0.0 P0.7，P1.0 P1.7，P2.0 P2.7，P3.0 P3.7，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

37、。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

38、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，P1.0 与 P1.1 可以配置成定时/计数器 2 的外部计数输入端（P1.0/T2）与定 时/计数器 2 的触发输入端（P1.0/T2EX），如表 2.1 所示。 16 表 2.1 P1 口管脚复用功能 端口引脚复用功能 P1.0T2（定时器/计算器 2

39、的外部输入端） P1.1T2EX（定时器/计算器 2 的外部触发端和双向控制） P1.5MOSI（用于在线编程） P1.6MISO（用于在线编程） P1.7SCK（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

40、,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 2.2 P3 端口引脚与复用功能表 端口引脚复用功能 P3.0RXD（串行输入口） P3.1TXD（串行输出口） P3.2INT0（外部中断 0） P3.3INT1（外部中断 1） P3.

41、4T0（定时器 0 的外部输入） 17 P3.5T1（定时器 1 的外部输入） P3.6WR（外部数据存储器写选通） P3.7RD（外部数据存储器读选通） 2.RST 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 SFR AUXR（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。 3.ALE/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

42、条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。 4.PSEN 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

43、 的 2 次激活会被跳过。 5.EA/Vpp 外部存取允许信号。为了确保单片机从地址为 0000HFFFFH 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。 6.XTAL1 振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。 7.XTAL2 振荡器的反相放大器输出。 2.4 DS18B20 的介绍 2.4.1 DS18B20 的介绍 18 DS18B20 温度传感器是美国达拉斯半导体公司推出的一个先进的

44、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 9 12 数值的解读方式。 TO92 封装的 DS18B20 的引脚排列见图 2.4，其引脚功能描述见表 2.3。 图 2.4 DS18B20 （底视图） 表 2.3 DS18B20 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

45、； 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 3.05.5V； 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，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 2.5 所示。 19 图 2.5 DS18B20 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

46、 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

47、 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/O C 64 位 R OM 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 Vdd 20 TM R1 1R01111 . . 图 2.5 DS18B20 字节定义 表2.4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 RAM 6、7、8字节保

48、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0.0625/ LSB 形式表示。 当符号位 S = 0,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 S = 1,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。 温度 LSB 温度 MSB TH 用户字节 1

49、 TL 用户字节 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC 21 表 2.4 DS18B20 温度转换时间表 R1R0 分辨率/位温度最大转换时间/ms 00993.75 0110187.5 1011375 1112750 DS18B20 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