DS18B20重要.doc

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引言
随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。
为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了红外抄表系统。文中把传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用温度传感器DS18B20测量环境温度，以及实现红外数据传输的过程。
本设计应用性比较强，只要对电路部分稍加改装，就可以实现抄读其它的数字仪表设备：如数字电度表，数字水表等等。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。
其主要功能和指标如下：
1、利用温度传感器（DS18B20）测量某一点环境温度；
2、测量范围为－55℃～＋99℃，精度为±0.5℃；
3、用4位数码管进行显示实际温度值显示；
4、手持端通过红外发射管发射测温信号；
5、测温端通过红外发射管发送到手持端；
6、手持端可以随时查看指定待测物体的温度值。
设计的核心是环境温度的测量以及红外数据的发射和接收，和温度的显示。文中对每个部分功能、实现过程作了详细地介绍。

1 方案选择
该系统主要由温度测量和数据采集和发送三部分组成。下面列举两种实现方案：
方案一：温度检测可以使用低温热偶或铂电阻，数据采集部分则使用带有A/D通道的单片机。考虑到一般的A/D输入通道都只能接收大信号，所以还要设计相应的放大电路。而模拟信号在长距离传输过程中，抗电磁干扰是令人伤脑筋的问题。此方案的软件简单，但硬件复杂，且检测点数追加时，各敏感元件参数的不一致性，都将会导致误差的产生，难以完全清除，而且成本会有较大增长幅度。
方案二：使用单片机和数字式单总线温度传感器构成。其具有下列特点：①具有高的测量精度和分辨率，测量范围大；②抗干扰能力强，稳定性好；③信号易于处理、传送和自动控制；④便于动态及多路测量，读数直观；⑤安装方便，维护简单，工作可靠性高。单总线温度传感器可以采用DALLAS公司生产的DS18B20系列，这类温度传感器直接输出数字信号，且多路温度传感器可以挂在1条总线上，共同占用单片机的1个I/O口即可实现。在提升单片机I/O口驱动能力的前提下，理论上可以任意扩充检测的温度点数。
比较两个方案后可以发现，方案二更适合于用作本系统的实施方案。尽管方案二不需要A/D，但考虑到系统扩充等因素，单片机可以选用AT98C2051。

2 硬件部分
采用方案二的硬件设计比较简单，系统构成如图1所示。

数码管

红外发射

AT89C51

DS18B20

红外接收

红外发射

数码管

AT89C51

图 1温度测试系统和手持接收系统组成框图

2.1 DS18B20介绍
DA
按键
LLAS公司的DS18B20单总线数字传感器工作温度
红外接收
范围是-55℃～125℃，在-30℃～85℃范围内温度测量精度为±0.5℃；具有温度报警功能，用户可设置最高和最低报警温度，且设置值掉电不丢失；采用DALLAS公司特有的单总线通信协议，只用一条数据线就可实现与MCU的通信；此外，DS18B20能够直接从数据线获得电源，无需外部电池供电。
DS18B20通过使用在板（on_board）温度测量专利技术来测量温度。其温度测量电路是通过计数时钟周期来实现的，DS18B20有两个温度系数振荡器，温度测量时对高温度系数振荡器产生的门开同期内，低温度系数振荡器经历的时钟周期的个数进行计数而得到的。
DS18B20数字温度传感器提供9位（二进制）温度读数，指示器件温度，所以无需A/D转换。信息经过单线接口送入DS18B20 或从DS18B20送出，因此从主机CPU到DS18B20仅需一条线连接，而且DS18B20的电源可由数据线本身提供（相对于外部电源，转换时间要延长）。因此每一个DS18B20在出厂时已经给定了唯一的序号因此从理论上说任意多个DS18B20可以连接在一条单线总线上。DS18B20的测量范围从-55℃到+125℃，增量为0.5℃（最高精度可达0.1℃），转换速度小于1s（典型值）。

AT89C51
DS18B20

而在本遥测系统中采用外部电源供电温度测量工作方式，其中电阻R是上拉电阻，使得单线总线的空闲状态是高电平。它与CPU（AT89C51）的接法如图2。
5 V

R

地

图 2 DS18B20与单片机的连接

由于DS18B20只有一根数据线。因此它和主机（单片机）通信是需要串行通信，而AT89C51有两个串行端口，所以可以不用软件来模拟实现。经过单线接口访问DC18B20必须遵循如下协议：初始化、ROM操作命令、存储器操作命令和控制操作。要使传感器工作，一切处理均从序列开始。
主机发送（Tx）--复位脉冲（最短为480μs的低电平信号）。接着主机便释放此线并进入接收方式（Rx）。总线经过4.7K的上拉电阻被拉至高电平状态。在检测到I/O引脚上的上升沿之后，DS18B20等待15-60μs,并且接着发送脉冲（60-240μs的低电平信号）。然后以存在复位脉冲表示DS18B20已经准备好发送或接收，然后给出正确的ROM命令和存储操作命令的数据。DS18B20通过使用时间片来读出和写入数据，时间片用于处理数据位和进行何种指定操作的命令。它有写时间片和读时间片两种。
写时间片：当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时，产生写时间片。有两种类型的写时间片：写1时间片和写0时间片。所有时间片必须有60微秒的持续期，在各写周期之间必须有最短为1微秒的恢复时间。
读时间片：从DS18B20读数据时，使用读时间片。当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时产生读时间片。数据线在逻辑低电平必须保持至少1微秒；来自DS18B20的输出数据在时间下降沿之后的15微秒内有效。为了读出从读时间片开始算起15微秒的状态，主机必须停止把引脚驱动拉至低电平。在时间片结束时，I/O引脚经过外部的上拉电阻拉回高电平，所有读时间片的最短持续期为60微秒，包括两个读周期间至少1μs的恢复时间。
一旦主机检测到DS18B20的存在，它便可以发送一个器件ROM操作命令。所有ROM操作命令均为8位长。
DS18B20的引脚定义和封装形式如图3所示。DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接电源。
DS18B20的光刻ROM中存有64位序列号，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拥有惟一的地址序列码，以确保在一根总线上挂接多个DS18B20。
所有的串行通讯，读写每一个bit位数据都必须严格遵守器件的时序逻辑来编程，同时还必须遵守总线命令序列，对单总线的DS18B20芯片来说，访问每个器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化；其次执行ROM命令；最后就是执行功能命令(ROM命令和功能命令后面以表格形式给出)。   
如果出现序列混乱，则单总线器件不会响应主机。当然，搜索ROM命令和报警搜索命令，在执行两者中任何一条命令之后，要返回初始化。   
基于单总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，初始化过程由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成。应答脉冲使主机知道，总线上有从机，且准备就绪。
在主机检测到应答脉冲后，就可以发出ROM命令。这些命令与各个从机设备的唯一64 位ROM代码相关。在主机发出ROM命令，以访问某个指定的DS18B20，接着就可以发出DS18B20支持的某个功能命令。这些命令允许主机写入或读出DS18B20便笺式RAM、启动温度转换。软件实现DS18B20的工作严格遵守单总线协议：
(1)主机首先发出一个复位脉冲，信号线上的DS18B20器件被复位。
(2)接着主机发送ROM命令，程序开始读取单个在线的芯片ROM编码并保存在单片机数据存储器中，把用到的DS18B20的ROM编码离线读出，最后用一个二维数组保存ROM编码，数据保存在X25043中。
(3)系统工作时，把读取了编码的DS18B20挂在总线上。发温度转换命令，再总线复位。
(4)然后就可以从刚才的二维数组匹配在线的温度传感器，随后发温度读取命令就可以获得对应的温度值了。
在主机初始化过程，主机通过拉低单总线至少480us，来产生复位脉冲。接着，主机释放总线，并进入接收模式。当总线被释放后，上拉电阻将单总线拉高。在单总线器件检测到上升沿后，延时15～60us，接着通过拉低总线60-240us，以产生应答脉冲。
写时序均起始于主机拉低总线，产生写1时序的方式：主机在拉低总线后，接着必须在15us之内释放总线。产生写0时序的方式：在主机拉低总线后，只需在整个时序期间保持低电平即可(至少60us)。
在写字节程序中的写一个bit位的时候，没有按照通常的分别写0时序和写1时序，而是把两者结合起来，当主机拉低总线后在15us之内将要写的位c给DO：如果c是高电平满足15us内释放总线的要求，如果c是低电平，则DO
＝c这条语句仍然是把总线拉在低电平，最后都通过延时58us完成一个写时序(写时序0或写时序1)过程。
每个读时隙都由主机发起，至少拉低总线1us，在主机发起读时序之后，单总线器件才开始在总线上发送0或1。所有读时序至少需要60us。
单片机通过命令实现对DS18B20的控制，其支持的主要命令如表1所示。

表 1 DS18B20主要命令及其功能说明
命令码
功能说明
命令码
功能说明
33H
读ROM中的64位地址序列码
BEH
读9字节暂存寄存器
55H
只有地址码匹配的DS18B2才能接收后续的命令
4EH
写入温度上/下限，紧随其后是2字节数据，对应上限和下限值
F0H
锁定总线上DS18B20的个数和识别其ROM中的64位地址序列码
48H
将9字节暂存寄存器的第3和4字节复制到EEPROM中
ECH
只有温度超过上限或下限的DS18B20才做出响应
B8H
将EEPROM的内容恢复到暂存寄存器的第3和4字节
44H
启动DS18B20进行温度转换，结果存入9字节的暂存寄存器
B4H
读供电模式，寄生供电时DS18B20发送0，外接电源时DS18B20发送1
CCH
忽略地址序列码，适合单片DS18B20

2.2 单片机的选择
(1)AT89C51的特性及引脚说明
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
·片内振荡器和时钟电路
AT89C51的引脚功能，图4所示:

图 4 AT89C51的引脚功能图

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，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“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FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。
—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，电位被内部上拉为高，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，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，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，它利用内部上拉的优势，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。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 (外部中断0)
P3.3 (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 (外部数据存储器写选通)
P3.7 (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。
—：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指令时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。
—：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。
—：当保持低电平时，访问外部ROM；注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，访问内部ROM。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。
③内部结构框图如图5所示。

图5 AT89C51的内部结构框图

(2)AT89C51的基本操作
如图6所示，在X1和X2之间接一只石英振荡晶体构成了单片机的时钟电路，它还有另一种接法，是把外部振荡器的信号直接连接到XTAL1端，XTAL2端悬空不用。
AT89C51复位引脚RST/VP通过片内一个施密特触发器(抑制噪声作用)与片内复位电路相连，施密特触发器的输出在每一个机器周期由复位电路采样一次。当振荡电路工作，并且在RST引脚上加一个至少保持2个机器周期的高电平时，就能使AT89C51完成一次复位。
复位不影响RAM的内容。
复位后，PC指向0000H单元，使单片机从起始地址0000H单元开始重新执行程序。所以，当单片机运行出错或进入死循环时，可按复位键重新启动。
MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种复位方式。上电复位利用电容器充电来实现。按钮复位又分为按钮电平复位和按钮脉冲复位。前者将复位端通过电阻与Vcc相接；后者利用RC微分电路产生正脉冲来达到复位目的。复位电路参数的选择应能保证复位高电平持续时间大于2个机器周期。本系统采用的是按键脉冲复位，具体电路和原理将在下面的章节介绍。

图 6 AT89C51基本操作电路

振荡器特性：
XTAL1、XTAL2为片内振荡器的反相放大器的输入和输出端。可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成时钟振荡器，如需从外部输入时钟AT89C51，时钟信号从XTAL1输入，XTAL2应悬空。由于输入到内部电路是经过一个2分频触发器，所以输入的外部时钟信号无需特殊要求，但它必须符合电平的最大和最小值及时序规范。

2.3 其它元器件的选择
除了测温芯片DS18B20以及单片机AT89C51以外，在电源输入部分还选用了L7805CV稳压芯片和滤波电容，以及用于红外部分的4011四与非门逻辑芯片，当然还有红外发射和接收管，这里接收管采用TO-92三脚封装的一体化接收头，显示不分采用了12PIN的数码管LDS-5461AH,总共可以显示四位数据和小数点，其位选部分使用了NPN三极管来进行位扫描。具体功能及细节详见电路原理部分。

2.4 电路设计
由于是基于单片机实现，硬件电路就相对简单很多，只需要设计一下电源稳压电路、键盘电路、显示电路、测温电路、红外发射和接收电路以及它们与单片机的连接即可。
(1)单片机工作部分
由图6已知AT89C51的基本操作电路。但其中的一些参数还得依据具体要求来设计。具体接几兆晶体是基于机器周期考虑。一个机器周期由6个状态(S1－S6)组成，每个状态又持续两个振荡周期(分为P1和P2)。这样，一个机器周期由12个振荡周期组成，由S1P1(状态1节拍1)到S6P2(状态6节拍2)。若是采用12MHz的晶体振荡器，则每个周期恰好为1us，如此对于编程而言相对容易些。因而选择12MHz的晶体振荡器。
此外在两引脚之间加入一个20pF的小电容是为了使系统更稳定，避免杂音干扰而关机。
(2)电源部分
如图7所示，电源接入采用5V的直流电对整个系统供电，使用了L7805CV芯片来对输入电压进行稳压，在芯片旁边设计了三个电容，它们的目的是虑除外界对电路的干扰，使电路得到一个稳定线性的直流电压。为了确认电路进入工作状态，还在设计时加入了一个发光二极管，用于显示电源是否正常工作，如果电路处于接电状态，二极管就会导通而发光。

图 7 电源接入部分

(3)显示部分的设计
由LED组成的7段发光管显示器是不太复杂的单片机应用系统常用外部设备之一，在这里我们就选用一个4数码管一体化来显示温度值，当测得的温度是大于零时（正温度）显示两位整数和两位小数，当温度是小于零时（零下）第一位自动显示“-”号，后三位显示两位整数和一位小数。

①7段发光管显示器由7段发光线段组成，并按“日”字形排列，每一段都是一个发光二极管，如图8所示。图中将7个LED的阴极连在一起，称之为共阴极接法。反之为共阳极接法。
②如果将公共阴极接地，而在a～g各段的阳极加上不同的电压，就会使各段的发光情况不同，形成不同的发光字符。加在7段阳极上的电压可以用数字量表示，如果某一段的阳极为数字量1，则这个段就发光；如为0，则不发光。数字量与段的对应关系如表2所示。

表2 七段LED字形码
显示字符
共阳极
字符码
共阴极
字符码
0
3FH
C0H
1
06H
F9H
2
5BH
A4H
3
4FH
B0H
4
66H
99H
5
6DH
92H
6
7DH
82H
7
07H
F8H
8
7FH
80H
9
6FH
90H

图 8 七段结构及外形图
在这次电子日历时钟的设计中使用了四个7段LED显示器，而多位显示器连用有两种方法。
其一，每一位都用各自的8位输出口控制，在显示某字符时，相应的段恒定发光或不发光。这种显示方法属于静态显示。显然，静态显示需占用较多的I/O口线。
其二，是动态显示。即将多个7段LED的段选端复接在一起，只用一个8位输出口控制段选，段选码同时加到各个7段LED显示器上，通过控制各个显示器公共阳极轮流接高电平的办法，逐一轮流地启动各个LED。在这种方法中，只要恰当地选择点亮时间和间隔时间，就会给人以这样一种假相：似乎各位LED是“同时”显示的。动态显示法是目前各种单片机采用的流行方法。其优点是硬件简单，“动态”由软件实现。因而我选用动态显示的方法。
(4)LED驱动电路的设计
LED是电流控制的显示器件，若想使LED发光则必须保证有足够大的电流流过LED的各段。流过LED的电流大时，LED发光亮度高；流过LED的电流小时，LED发光亮度就低，为了使LED 能够长期可靠地工作应使流过LED的电流为其额定电流。为LED显示器提供电流的电路称为LED的驱动电路。由于显示部分选择了动态显示，因此驱动电路也选择动态驱动。
动态显示电路的驱动电路分为段驱动电路和位驱动电路两种。段驱动电路考虑到所有的段电流均流过位选线，因此位驱动电路的驱动能力应为段驱动能力的8倍(最严重情况八段全亮)。
图9为动态显示时的驱动电路原理图，图中采用了达林顿复合驱动电路。
驱动电路可采用分立元件电路，也可采用集成驱动电路，此外有些硬件译码电路本身包括驱动电路。由于这里采用动态输出，且单片机的内部结构决定了数码管可以直接由单片机驱动。因此采用分立元件的显示驱动电路也很简单，如图10所示。
限流电阻

段码a~g
段驱动电路

位选线
位驱动电路

图 9 动态驱动电路

图 10 位选控制电路

具体显示部分电路如图11所示。它是4位LED动态显示接口电路。LED显示器为共阳极，字段线并联，共用AT89C51的P0口(输出字段码)，每位LED的公共端由89C51的P2口控制，即由P2口输出位码，经过开关三极管控制位选。显然图中各显示位不可能同时显示不同的数字或符号，只有采用动态的方法轮流使每位显示器显示，并保留一段时间，通常保留时间为10ms。由于LED具有余辉性以及人眼视觉的惰性，虽然每位显示器的显示是分时段性，但只要适当选取扫描频率，人眼的视觉就是连续的。

图 11 四位动态LED显示器接口电路

(5)键盘电路的设计
这里设计键盘的功能是清零，启动和单片机复位键，所以手持端只需三个键测温端只需一个键即可完成。
单片机系统所用的键盘有编码键盘和非编码键盘两种。
①编码键盘本身除了按键之外，还包括产生键码的硬件电路。只要按下编码键盘的某一个键，它就能产生这个键的代码，并称为键码，与此同时还产生一个脉冲信号，以通知CPU接收键码，编码键盘的优点是使用比较方便，亦不需要编写太复杂的程序。其缺点是使用的硬件较复杂。
②非编码键盘的按键是排列成行、列矩阵形式的。按键的作用只是简单地实现接点的接通或断开，因此必须有一套相应的程序与之配合，才能产生相应的键码，非编码键盘几乎不需要附加什么硬件电路。因此为了简洁电路，我使用非编码键盘。但使用非编码键盘需要通过软件来解决按键的识别、防抖动以及如何产生键码的问题。
基于键数少的原因我采用独立式键盘接口与单片机相连接，因为它占用的I/O口不多。图中每个按键占用一个口，彼此独立，互不影响。上拉电阻保证按键没被按下时，I/O口输入高电平。
独立式键盘可工作在查询方式下，通过I/O口读入键状态，当有键被按下时I/O口变为低电平，而未被按下的键对应为高电平，这样通过读电平状态可判断是否有键按下和哪个键被按下。
(6)红外发射与接收
利用单片机异步通讯口，用红外光发射管和一体化接收管来实现接收和发送点信号的功能。通讯距离约3-10米，异步通讯波特率1200。

图 12 红外发射和接收电路

电路原理：红外发送电路由4011MOS与非门和38KHz振荡器组成，串口发送控制门电路和红外光发射管驱动输出电路组成。单片机串口发送TXD端为‘0’时，红外光发射管发出38KHz调制红外光线。TXD端为‘1’时,发射管就不发光。见上图12。红外接收电路为红外接收专门集成电路，当收到38KHz调制红外光线时，输出端为‘0’，平时为‘1’。正可与单片机串口发送接收端RXD配接。
（7）实际电路
最终通过Protel 99 SE软件将以上各个部分电路及元器件组合在一起，得到一个完整的电路图，如图13和图14。然后对各个元器件进行合理的封装，对封装后的PCB进行排版以得到最好的布局，为接下来焊接元器件有一定的帮助，而且合理的布局也能使完成后的实物更美观。
由于本设计两部分电路都有红外发射和接收部分，而区别在于远端有一个测温电路而手持端没有，所以在设计电路图时将两部分设计成一样的结构，即在手持端也有设计了测温芯片的接口，只要对手持端的程序稍加修改也能实现测温的功能。这样在后期制作时便于对电路的安装与调试，而且也有利于电路的功能扩展。
下面给出了两部分的电路图。

图 13 测温端电路图

图 14 手持端电路图

3 软件部分
软件用C语言进行编程，采用模块化设计方法。
开始
开始

发送信号
接收信号

接收数据
测温
显示

显示
发送数据

图 15 手持端与测温端的框图

3.1 软件模块的划分
该系统的控制软件主要可以分为测温和红外两个大的部分，其中具体有单片机初始化程序、定时中断服务程序、DS18B20接口程序、红外发射编码和红外接收解码程序等模块。

3.1.1 定时/计数器应用
(1)定时/计数器功能简介
AT89C51单片机内部设有两个16位可编程的定时/计数器，简称定时器0和定时器1，分别用T0和T1表示。其功能同一般定时计数器，主要作用是：第一，作为一段特定时间长短的定时；第二，可以计算由T1或T0引脚输入的脉冲数，前者在应用上可以产生正确的时间延迟及定时去执行中断服务程序，而后者则是计数器或者计频器的设计。在本设计中这两种作用都用到了。
这两个定时器本身有四种工作模式可供使用，如表3所示。
表3 四种工作模式
M1 MO
工作方式
功能说明
0 0
模式0
13位计数器
0 1
模式1
16位计数器
1 0
模式2
8位自动重装计数器
1 1
模式3
定时器0：分成两个8位计数器
定时器1：停止计数
(2)定时器相关的控制寄存器
TMOD为模式控制寄存器，主要用来设置定时/计数器的操作模式；TCON为控制寄存器，主要用来控制定时器的启动与停止。两个16位的定时/计数器T0和T1均可以分成2个独立的8位计数器即TH0、TL0、TH1、TL1，它们用于存定时或计数的初值。
①模式控制寄存器--TMOD
TMOD是一个专用寄存器，用于控制T1和T0的操作模式及工作方式，其各位定义如下：
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
GATE
C/
M1
M0
GATE
C/
M1
M0
定时器1 定时器0

· GATE：门控位。当GATE＝0，定时器只由软件控制位TR0或TR1来控制启停。位为1，定时器启动开始工作；为0时，定时器停止工作。当GATE＝1时，定时器的启动要由外部中断引脚和位共同控制。只有当外部中断引脚或为高时，置1才能启动定时器工作。
·C/：功能选择位。当C/＝O时设置为定时器工作方式；计数脉冲由内部提供，计数周期等于机器周期。当C/＝1时设置为计数器工作方式，计数脉冲为外部引脚T0或T1的引入的外部脉冲信号。
·M1、M0：操作模式控制位，2位可形成4种编码，对应于4种操作模式。
TMOD模式控制寄存器不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置定时器的工作方式及操作模式，低4位用于定义定时器0，高4位用于定义定时器1。系统复位时TMOD所有位均为0。
模式控制字的设置举例：
若设置定时器1为定时器工作方式，由软件启动，选择操作模式2；定时器0为计数方式，由软件启动，选择操作模式1。则TMOD各位设置为：
0 0 l 0 0 1 O l 25H
用MOV TMOD，＃25H指令写入TMOD中。
②控制寄存器--TCON
TCON的作用是用于控制定时器的启动、停止及定时器的溢出标志和外部中断触发方式等。
各位定义如下：
8FH
8EH
8DH
8CH
8BH
8AH
89H
88H
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
·TF1和TF0；分别为定时器1和定时器0溢出标志。当定时器计满产生溢出时，由硬件自动置“1”，并可申请中断。进人中断服务程序后，由硬件自动清0。这两位也可作为程序查询的标志位，在查询方式下应由软件来清0。
·TR1和TR0：为定时器1和定时器0的启动控制位。当由软件使清0而停止定时器的工作。定时器启动时该位应置“1”。
定时器的启动与门控位和外部中断引脚有关。当GATE设置为0，定时器的启动由＝1控制；而当GATE设置为1时，定时器启动除了＝1外，还要求外部中断引脚＝1时定时器方可启动工作。
·IE1和IE0：为外部中断1和外部0的中断请求标志位。当外部中断源有请求时其对应的中断标志位置“1”。其复位由触发方式来设置。
·IT1和IT0：为外部中断1和外部中断0的触发方式选择位。设置为“0”时为电平触发方式；设置为“1”时为边沿触发方式。
TCON中低4位是与外部中断有关的位，高4位为定时器控制位。它是一个可以进行位寻址的寄存器。当系统复位时所有位均为0。若要启动定时器可以使用位操作指令SETB 来启动。
(3)定时计数器的操作模式
①模式0
模式0是一个13位的定时/计数器，16位的寄存器只用了高8位()和低5位(的D4－D0位)，的高3位未用。
计时工作脉冲
定时器的工作时钟可以由内部或是外部来提供，由C/位来决定，当C/＝1时，由外部引脚T0来供给，作为计数器使用，当C/＝0时，则由内部时钟来提供，作为一般的定时器使用，而定时器的时钟为系统工作时钟除以12，在AT89C51中，石英振荡晶体使用11.0592MHz，所以定时器每一个计数时间脉冲宽为：
12/11.0592MHz＝1.085us （3.1.1）
若石英振荡晶体改为12MHz，定时器每一个计数时间脉冲宽为：
12/12MHz＝1.0us （3.1.2）
激活定时器
定时器动作的必要条件有：
·GATE=0时，TR0＝1，定时器0就会工作；
·GATE＝1时，除了TR0＝1，INT0还须是高电平。
若使用定时器内部时钟工作C/＝0，GATE=0，在模式0操作下，用命令：
MOV TMOD,#00H
便可设置定时器0 于模式0做计时工作，将TR0设为1，定时器便会开始工作了。
定时时间长短设置
在模式0 工作下，计数器最多可计数个数为M=＝8192，由0到8192便产生溢出而引发中断信号，引起定时器0的中断(TF0＝1)。可能只要计数100个脉冲便产生中断，只要将初值8092(8192-100)加载计数器即可，一旦激活计数器后，计数变为8093、8094、……一直到8192则产生中断，这样就计数100次了，而时间长度为：
1.085us*100＝108.5us （3.1.3）
也就是经过108.5us后就产生中断了。
在定时器0中，加载定时器的初值，汇编语言指令为：
TL0=(8192-C).MOD.32 （3.1.4）
TH0=(8192-C)/32 （3.1.5）
其中C为所要计数的值，“MOD”为取余数的运算，除以32后取余数部分。“/”为除法运算，在做完除法后取整数部分。
计时溢出
当计时终了产生溢出，定时器应用两种方法可知道系统产生定时器中断了：
·检查其中断控制寄存器TCON中的TF0及TF1，若为1则表示产生计时溢出了。
·执行对应的中断服务程序。
②模式1
在模式1 工作下，计数器最多可计数个数为 M＝＝65536，计时时间最长为
1.085us*65536＝72ms （3.1.6）
而计数初值的加载方法为：
TL0＝(65536-C).MOD.256 （3.1.7）
TH0＝(65536-C)/256 （3.1.8）
其中C为所要计数的值，计数时间长度为：
1.085us*C （3.1.9）
③模式2
模式2有自动重新加载初值的功能，使定时器做更精确的计时。在模式2 工作下，计数器最多可计数个数为M＝＝256，计时时间最长为：
1.085us*256＝0.28ms （3.1.10）
而计数初值的加载方法为：
TH0＝256-C （3.1.11）
其中C为所要计数的值，计数时间长度为：
1.085us*C