【正文】 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89C51 提供了高性價(jià)比的解決方案。 AT89C51 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地 降低開(kāi)發(fā)成本。 31AT89C51 主要功能特性： 圖 31 AT89C51單片機(jī)的管腳圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 7 頁(yè) 表 31AT89C51 單片機(jī)的管腳功能。 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收 。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口 是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 4k 可反復(fù)擦寫（ 1000 次） Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 可編程 UARL 通道 兩個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 全靜態(tài)操作 024MHz 1 個(gè)串行中斷 128x8bit 內(nèi)部 RAM 兩個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源 可直接驅(qū)動(dòng) LED 3 級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 8 頁(yè) P3 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（計(jì)時(shí)器 0 外部輸入） T1（計(jì)時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁 止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 復(fù)位電路 為確保兩點(diǎn)間溫度控制系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般電路正常工作需要供電電源為 5V177。5%，即 ～ 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 9 頁(yè) 。 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其目的是使 CPU及各專用寄存器處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)。如：把 PC 的內(nèi)容初始化為 0000H，使單片機(jī) 從 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要復(fù)位以使其恢復(fù)正常工作狀態(tài)。 RST 端的外部復(fù)位電路有兩種操作方式：上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位，如圖 23 所示。上電復(fù)位是直接將 RST 端通過(guò)電阻接高電平來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。 單 片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到 :內(nèi)部振蕩和外部振蕩。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用內(nèi)部振蕩方式，如圖 24 所示。MCS51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTALl 和 XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時(shí)，電路簡(jiǎn)單，所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)際使用中常采用這種方式。 VCC C3 R1 10K GND RST 圖 32 復(fù)位電路 圖 33 時(shí)鐘電路 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 10 頁(yè) 矩陣電路 按照鍵盤與單片機(jī)的連接方式可分為獨(dú)立式鍵盤與矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤是一種常見(jiàn)的輸入裝置，在日常生活中，矩陣式鍵盤在計(jì)數(shù)機(jī) 、電話、手機(jī)、微波爐等各式電子產(chǎn)品上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。在鍵盤中按鍵較多時(shí)，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連接，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口就可以構(gòu)成 4x4=16 個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵。所以本次設(shè)計(jì)采用的是矩陣式鍵盤，確定矩陣式鍵盤上的何鍵被按下可以采用行掃描法。 判斷鍵盤中有無(wú)鍵按下： 將全部行線置低電平，然后檢測(cè)列 線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位低于電平線與 4 根行線相交叉的 4 個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則按鍵中無(wú)鍵按下。 判斷閉合鍵所在位置： 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，在逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 圖 34 矩陣鍵盤 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 11 頁(yè) 顯示電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行狀 態(tài)和運(yùn)行結(jié)果，通常都需要直觀交互顯示出來(lái)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的顯示器有 LED 和 LCD 兩種。這兩種顯示器都可以顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)， LED 和 LED 數(shù)碼顯示最為普遍，本設(shè)計(jì)采用的是更為環(huán)保的 LCD 顯示器。 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母，數(shù)字，字符等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用的有 16x1,16x2,20x2,40x2 行等模塊。 點(diǎn)陣字符型 LCD 的接口特性 點(diǎn)陣字符型 LCD 是專門用于顯示數(shù)字，字母，圖形符號(hào)及少量自定義字號(hào)的液晶顯示器。這類顯示器把 LCD 控制器，點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)器，字符存儲(chǔ)器，顯示體及少 量的組容元件等集成一個(gè)液晶顯示模塊，鑒于字符型液晶顯示模塊目前在國(guó)際上已經(jīng)規(guī)范化，其電特性及接口特性是統(tǒng)一的。因此，只要設(shè)計(jì)出一種字號(hào)的接口電路，在指令上稍加修改即可使用各種規(guī)格的字符型液晶顯示模塊。字符型液晶顯示模塊的控制器大多數(shù)為日立公司生產(chǎn)的 HD44780 及其兼容的控制器。 點(diǎn)陣型液晶顯示模塊的基本特點(diǎn) （ 1）液晶顯示屏是以若干 5x8 或 5x11 點(diǎn)陣塊組成的顯示字符群。每個(gè)點(diǎn)陣塊為一個(gè)字符位，字符間距和行距都為一個(gè)點(diǎn)的寬度。 （ 2）主控電路電路為 HD44780及其他公司的全兼容電路。因此從程序員的角度 來(lái)說(shuō)，LCD 的顯示接口與編程是面向 HD44780 的，只要了解 HD44780 的編程結(jié)構(gòu)即可進(jìn)行LCD 的顯示編程。 （ 3）內(nèi)部具有字符發(fā)生器 ROM，可顯示 192 種字符。 （ 4）具有 64 字節(jié)的自定義字符 RAM，可以定義 8 個(gè) 5x8 點(diǎn)陣字符或 4 個(gè) 5x11 點(diǎn)陣字符。 （ 5）具有 64 字節(jié)的數(shù)據(jù)顯示 RAM，共進(jìn)行顯示編程時(shí)使用。 （ 6）標(biāo)準(zhǔn)接口，與 M68HC08 系列 MCU容易接口。 （ 7）模塊結(jié)構(gòu)緊湊，輕巧，裝備容易。 （ 8）單 +5V電源供電。 （ 9）低功耗，高可靠性。 （ 10） HD44780 的引腳與時(shí)序 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 12 頁(yè) （ 11） HD44780 的外部接口信號(hào)一般有 16 條，與 MCU的接口有 8 條數(shù)據(jù)線 DB0~DB7和 3 條控制線 RS,RW,E,HD44780 的引腳功能如表 32 所示。 表 32 HD47780 的引腳功能表 引腳 符號(hào) 狀態(tài) 功能 1 Vss 電源地 2 VDD 電源正，接 +5V 3 VL 液晶顯示偏壓 4 RS 輸入 寄存器選擇：為 1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器；為 0 時(shí)選擇指令寄存器 5 RW 輸入 R/W 為讀寫選擇線：為 1 時(shí)進(jìn)行讀操作，為 0 時(shí)進(jìn)行寫操作 6 E 輸入 使能信號(hào) 7 DB0 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線（ LSB） 8 DB1 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 9 DB2 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 10 DB3 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 11 DB4 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 12 DB5 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 13 DB6 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 14 DB7 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 15 A 背光源正極 16 K 背光源負(fù)極 控制器 HD44780 的信號(hào)功能控制如表 33 33 控制器 HD44780 的信號(hào)功能 RS R/W E 功能 0 0 下降沿 寫指令代碼 0 1 高電平 讀忙標(biāo)志和 AC 值 1 0 下降沿 寫數(shù)據(jù) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 13 頁(yè) 1 1 高電平 讀數(shù)據(jù) 圖 35 LCD 顯示電路 測(cè)溫電路 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器 由 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 DS18B20 型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)： （ 1）測(cè)量范圍： 55℃ ～ +125℃ ； （ 2）測(cè)量精度： ℃ ； （ 3）反應(yīng)時(shí)間 ≤500ms。 DS18B20 工作原理 溫度傳感器 DS18B20 將被測(cè)環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶 符號(hào)的數(shù)字信號(hào)（以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個(gè)字節(jié)）在通過(guò)單片機(jī)發(fā)出命令送給顯示器。它的輸出腳 I/O 直接與單片機(jī)相連，并接一個(gè)上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。傳感器控制程序是按照 DS18B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對(duì)傳感器的讀寫和對(duì)溫度的顯示。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 14 頁(yè) DS18B20 的性能特點(diǎn) (1) 采用單總線專用技術(shù)，既可通過(guò)串行口線，也可