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④ALE/PROG:地址锁存信号输出/编程脉冲PROG 输入引脚（在CPU访问片外数据存储器或片外I/O设备时，此引脚输出地址锁存信号ALE。在不对片外数据存储器或I/O设备操作时，此引脚为低电平。ALE可驱动8个LSTTL电路输入端）；
⑤PSEN/：外部程序存储器的读选通信号输出引脚（在从外部程序存储器取指令/常数期间，每个机器周期两次出现PSEN/负脉冲。CPU用此负脉冲选通信号程序存储器，把一个指令字节读至寄存器锁存，PSEN/可以驱动8个LSTTL输入）；
⑥EA：访问程序存储器控制信号（当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当EA信号为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器）；
⑦P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个引脚可吸收8TTL门电流（当P1口的管脚第一次写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FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高）；
⑧ 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，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）；
⑨P2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，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口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）； ⑩P3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，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号）[6-7]；
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表2.1所示：
表2.1 P3口管脚及功能
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端 口 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
管 脚 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD
备选功能 串行输入口 串行输出口 外部中断0 外部中断1 记时器0外部输入 记时器1外部输入 外部数据存储器写选通道 外部数据存储器读选通道
上述4个I/O口，各有各的用途，在一般情况下，P0口专用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号，P2口专用于传送高8位地址信号，P3口根据需要常用于第二功能，真正可供用户使用的I/O口是P1口和一部分来用做第二功能的P3口端线。
(3)存储空间配置和功能：AT89C51单片机的存储器组织结构可以分为三个不同的存储空间，分别是：
①64KB程序存储器(ROM)，包括片内ROM和片外ROM； ②64KB外部数据存储器(外RAM)；
③256KB(包括特殊功能寄存器)内部数据存储器(内RAM)；
(4)三个不同的存储空间用不同的指令和控制信号实现读写功能操作：
①ROM空间用MOVC指令实现只读功能操作，用PSEN信号选通读外ROM；
②外RAM空间用MOVX指令实现读写功能操作，用RD信号选通读外RAM，用WR信号选通写外RAM；
③内RAM(包括特殊功能寄存器)用MOV指令实现读写和其它功能操作；
(5)程序存储器(ROM)：ROM空间共64KB ,其中60KB在片外。地址范围为1000H～FFFFH，无论片内片外，ROM地址空间是统一并且不重叠。对于有内ROM的AT89C51，EA应接高电平，复位后先从内ROM0000H开始执行程序，当PC值超出内ROM4KB空间时，会自动转向片外ROM1000H依次执行程序；
读ROM是以程序计数器PC作为16位地址指针，依次读取相应的地址ROM中的指令和数据，每读一个字节，(PC)+1→PC，这是CPU自动形成的。但是有些指令有修改PC的功能，例如转移类指令和MOVC指令，CPU将按修改后的PC16位地址读ROM。
读外ROM的过程：CPU从PC中取出当前ROM的16位地址，分别由P0口(低8位)和P2口(高8位)同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存
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器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外ROM16位地址输入端，当PSEN信号有效时，外ROM将相应地址存储单元中的内容送至数据总线(P0口)，CPU读入后存入指定单元。
需要指出的是，64KB中有一小段范围是单片机系统的专用单元，0003H～0023H是五个中断源中断服务程序入口地址，用户不能安排其它内容。单片机复位后，(PC)=0000H，CPU从地址为0000H的ROM单元中读取指令和数据。从0000H到0003H只有3个字节，根本不可能安排一个完整的系统程序，而单片机又是依次读ROM字节的，因此，这3个字节只能用来安排一条跳转指令，跳转到其它合适的地址范围执行真正的主程序。 (6)外部数据存储器(外RAM)：外部数据存储器共64KB，读写外RAM用MOVX指令，控制信号是P3的WR和RD。
读写外RAM的过程：外RAM16位地址分到由P0口(低8位)和P2口(高8位)同时输出，ALE信号有效时由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到外RAM16位地址输入端，当信号有效时，外RAM将相应地址单元中的内容送至数据总线(P0口)，CPU读入后存入指定单元。或当信号有效时，外RAM将数据总线(P0口分别传送)上的内容写入相应地址存储单元中。
外部数据存储器主要用于存放数据和运算结果。一般情况下，只有在内RAM不能满足应用时，才接外RAM。其最大容量可达64K字节，外部数据存储器和内部数据存储器的功能基本相同，但前者不能用于堆栈操作。
必须注意，由于数据存储器与程序存储器全部64K地址重叠，且数据存储器的片内外的低字节地址重叠。所以，对片内、片外数据存储器的操作使用不同的指令。对片内RAM读写数据时，无读写信号(RD，WR)产生；对片外RAM读写数据时，有读写信号产生。同样对程序存储器和数据存储器的操作也是靠不同的控制信号PSEN、RD、WR来区分的。
另外，在片外数据存储器中，数据区和扩展的I/O口是统一编址的，使用的指令也完全相同。因此，在系统设计时，必须合理的进行外部RAM和I/O口的地址分配，并保证译码的唯一性[8]，如表2.2所示：
表2.2
端 口 P3.5 P3.6
管 脚 T2 WR
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备选功能 定时器T2外部输入 外部数据存贮器写选通道
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P3.7 RD 外部数据存储器读选通道
2.1.2单片机复位电路
当AT89C51系列单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。本系统的复位电路如图3.1所示：
图2.2 单片机复位电路
2.1.3时钟电路
由2个22pF的电容和一个12MHz的晶体振荡器构成。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器，就构成了内部震荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生震荡时钟脉冲。内部震荡方式的外部电路如图2.3所示：
图2.3 晶振电路
2.2输入通道
2.2.1多功能农田温度自动环境监测系统温度传感器测温模块设计
温湿度是一种最基本的环境参数，日常生活和工农业生产中经常要检测温度和湿度。传统的方式是采用热电偶或热电阻，但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过
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A/D转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，使得硬件电路结构复杂，制作成本较高。近年来，随着科学技术的发展，特别是现代仪器的发展，微型化、集成化与数字化正在成为传感器的一个重要发展方向。该环境监测系统的温度传感器的选择有两种方案，下面为两种方案的对比与选择：
方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现在应用较多的有铂、铜、镍等热电阻，其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。铜电阻的温度系数比铂电阻的温度系数大，价格低，也易于提纯和加工。但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于－50～180℃测温。
方案二：采用DS18B20，温度测量范围从－55℃～+125℃，－10～+85℃时测量精度为±0.5℃，测量分辨率为0.0625℃，电源电压范围从3.3V～5V 。它支持“一线总线”的数字方式传输，可组建传感器网络。而且，无需进行线性校正，使用非常方便，接口简单，成本低廉。与传统的热敏电阻温度传感器不同，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化9位和12位的数字量。它具有体积小、接口方便、传输距离远等特点，内含寄生电源，其系统有如下特点：①使用电压为3V～5V，不需要备份电源，可通过信号线供电；②送串行数据，不需要外部元件；③零功耗等待；④仅适用一条口线；⑤系统的抗干扰性好，适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备过程控制、测温类消费电子产品等[9-10]。
综合比较方案一与方案二，成本相差不多，方案二具有更高的抗干扰能力和测量精度，电路结构简单，所以选择方案二作为本设计的温度传感器。
美国DALLAS半导体公司生产的DSl8B20温度传感器为代表的新型单总线数字式温度传感器，具有耐磨耐碰，体积小，附加功能强大，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。它相对于传统温度传感器具有精度高、稳定性好、电路简单、控制方便等特点，并且具有把温度信号直接转换为串行数字信号的功能。以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。本论文的温度传感器亦将采用数字温度传感器DS18B20。 (1)DS18B20的结构
DS18B20温度传感器的引脚有三个接口：一个接地口，一个电源电压接口，一个单数
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