【正文】 圖 2 單片機(jī)小系統(tǒng)電路 2 AT89C51單片機(jī)的主要特性 ： (1)與 MCS51 兼容， 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器； (2)靈活的在線系統(tǒng)編程，掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性； (3)壽命為 1000次寫 /擦周期，數(shù)據(jù)保留時(shí)間可 10年以上； (4)全靜態(tài)工作模式： 0Hz33Hz； (5)三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定； (6)128*8位內(nèi)部 RAM， 32可編程 I/O線； (7)兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 6個(gè)中斷源； (8)全雙工串行 UART通道，低功耗的閑置和掉電模式； (9)看門狗（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針； (9)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； 溫度傳感器介紹 DS18B20可以程序設(shè)定 9~12位的分辨率，精度為 177。176。C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EPROM中，掉電后依然保存。 溫度傳感器 DS18B20引腳如圖 3所示。 8引腳封裝 TO－ 92封裝 圖 3 溫度傳感器 引腳功能說明： NC ：空引腳，懸空不使用； 3 VDD ：可選電源腳，電源電壓范圍 3~。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 DQ ：數(shù)據(jù)輸入 /輸出腳。漏極開路，常態(tài)下高電平。 GND ：為電源地 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器 （如圖 4） 。 圖 4 DS18B20內(nèi) 部結(jié)構(gòu)圖 光刻 ROM中的 64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20的地址序列碼。 64位光刻 ROM的排列是：開始 8位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的 48位是該 DS18B20自身的序列號(hào)，最后 8位是前面 56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20的目的。 DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例 :用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號(hào)位。 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 暫存存儲(chǔ)器包含了 8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。 圖 5 溫度寄存器格式 4 第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是 TH、 TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。 該字節(jié)各位的意義如下： TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 1 ， TM 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式。在 DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)。 R1 和 R0用來設(shè)置分辨率，如表 1所示：（ DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為 12位） 表 1 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 根據(jù) DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制 DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20 收到信號(hào)后等待 16～ 60微秒左右，后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 溫度傳感器與單片機(jī)的連接 溫度傳感器的單總線 (數(shù)據(jù)線 DQ)與單片機(jī)的 1INT /（如圖 5）。 圖 6 DS18B20和單片機(jī)的接口連接 5 程序設(shè)計(jì)時(shí)通過 DS18B20進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)初始化和溫度讀取等功能。 復(fù)位電路 MCS51 單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。 MCS51 單片機(jī)工作后，只要在它的 RESET引線上加載 10ms 以上的高電平，單片機(jī)就能有效地復(fù)位。 上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是 — 種簡(jiǎn)單的復(fù)位電路，只要在 RST 復(fù)位引腳接一個(gè)電容到 VCC，接一個(gè)電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加到 RST 復(fù)位引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，這個(gè)復(fù)位信號(hào)隨著 VCC對(duì)電容的充電過程而回落 ，所以 RST引腳復(fù)位的高電平維持時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位， RST引腳的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。 圖 7 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方 式，另一種為外部時(shí)鐘方式。設(shè)計(jì)采 用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。 圖 8 時(shí)鐘電路 6 按鍵電路 按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、 低電平狀態(tài)。 當(dāng)按鍵按下時(shí)，在單片機(jī)的相應(yīng) I/O口產(chǎn)生負(fù)脈沖， 閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間的常長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在 510ms 之間。為了避免 CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動(dòng) ；消抖一般是通過在程序中給一定的延時(shí)再檢測(cè)信號(hào)。本設(shè)計(jì)中采用的是獨(dú)立式按鍵， 每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生互相影響 ， 直接用 I/O口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，每個(gè)按鍵占用一條 I/O口線，這樣只需要對(duì)單片機(jī)單個(gè) I/O口進(jìn)行操作就能實(shí)現(xiàn)按鍵功能 （如圖 9） 。 圖 9 按鍵電路 顯示電路 LED 數(shù)碼管使用發(fā)光二極管構(gòu)成顯示字型， LED 數(shù)碼管連接方式分類：共陰極數(shù)碼管和共陽(yáng)極數(shù)碼管（如圖 10）。 共陰極數(shù)碼管：將數(shù)碼管陰極接地，相應(yīng)段上的陽(yáng)極接正電壓。 共陽(yáng)極數(shù)碼管：將數(shù)碼管陽(yáng)極接地，相應(yīng)段上的陰極接正電壓。 圖 10 共陰和共陽(yáng)數(shù)碼管 7 根據(jù)數(shù)碼管連接方式的不同，在應(yīng)用中，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示，則需要用不同的編碼，從低到高位為： a b c d e f g h。如：數(shù)字“ 5”，需要相應(yīng)二極管亮的是： a f g c d；共陽(yáng)極編碼為： 10010010（ 0x92），共陰極則正好相反。 表 2 0~9共陽(yáng)極數(shù)碼管編碼（不含小數(shù)點(diǎn)） 需要顯示數(shù)字 編碼 需要顯示數(shù)字 編碼 0 c0H(1100 0000) 5 92H(1001 0010) 1 f9H(1111 1001) 6 82H(1000 0010) 2 a4H(1010 0100) 7 f8H(1111 1000) 3 b0H(1011 0000) 8 80H(1000 0000) 4 99H(1001 1001) 9 90H(1001 0000) 同理可得 0~9共陽(yáng)極數(shù)碼管編碼（含小數(shù)點(diǎn) ）： 40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H,10H 本設(shè)計(jì)中采用的是 4位一體的數(shù)碼管（圖 11），與單個(gè)數(shù)碼管相比，有 4個(gè)位選線 A1， A2， A3， A4，通過接高電平實(shí)現(xiàn)對(duì)每一位的操作，數(shù)據(jù)線的原理則與單個(gè)數(shù)碼管一樣。 圖 11 四位一體數(shù)碼管引腳圖 如圖 12，數(shù)碼管上拉電阻采用共陽(yáng)極方式，以單片機(jī) P2口為位選信號(hào)，由于直接使用單片機(jī) I/O口不足以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，因此在顯示電路上加入了三級(jí)管驅(qū)動(dòng)，采用的是 s9012 三極管， s9012是 PNP 型的三級(jí)管，基極通過 1k電阻接單片機(jī)的 P2口，發(fā)射極接正電壓，集電極接數(shù)碼管位選信號(hào)；由于是 PNP型三級(jí)管，只有當(dāng)單片機(jī) P2口為低時(shí)，數(shù)碼管的相應(yīng)的位選才選中。 8 圖 12 顯示電路圖 電源電路和系統(tǒng)供電 由于該系統(tǒng)需要穩(wěn)定的 5 V電源，因此 必須采用能滿足電壓、電流和穩(wěn)定性要求的電源 。設(shè)計(jì)采用外部的 5V電源供電，在電源兩端并連上了兩個(gè)電容（如圖 13）。 圖 13 電源電路圖 9 設(shè)計(jì)中外部供電采用的是 Miniusb（ B型）接口，由于并沒有用到數(shù)據(jù)的傳輸，只是單純供電，所以設(shè)計(jì)中只用到了 Pin 1（ V Bus）和 Pin 5（ GND）。 圖 14 miniusb引腳圖 對(duì)系統(tǒng)供電的設(shè)計(jì)，可采用以下方法：直流穩(wěn)壓電源，單片機(jī)開發(fā)板，手機(jī)電池，迷你 USB接口；其中利用迷你 USB接口供電可以通過手機(jī)充電器、電腦USB接口等，可以讓溫度計(jì)在使用起來更方便 ， 這也是本設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)之一。 2 軟件設(shè)計(jì) DS18B20測(cè)溫 DS18B20復(fù)位 圖 15 DS18B20復(fù)位時(shí)序 DS18B20復(fù)位時(shí)序： 1．單片機(jī)拉低總線 480~950us，然后釋放總線（拉高電平）； 2． DS18B20會(huì)拉低電平 60~240us 表示應(yīng)答； 3． DS18B20 拉低電平的 60~240us 之間，單片機(jī)讀取總線電平，為低則復(fù)位成功，為高則復(fù)位失??； 4． DS18B20拉低電平 60~240us 之后，會(huì)釋放總線。 10 DS18B20讀寫邏輯 0與 1 圖 16 DS18B20寫邏輯 0與 1 DS18B20寫邏輯 0與 1時(shí)序： 1． 單片機(jī)拉低電平約 10~15us； 2． 單片機(jī)持續(xù)拉低“ 0”（高“ 1”）電平約 20~45us； 3． 釋放總線。 圖 17 DS18B20讀邏輯 0與 1 DS18B20讀邏輯 0與 1時(shí)序： 1． 讀取時(shí)單片機(jī)拉低總線 1us； 2． 單片機(jī)釋放總線，讀取總線電平； 3． DS18B20會(huì)拉低“ 0”（高“ 1”）電平； 4． 讀取電平后延時(shí) 40~45us。