【正文】 ，振蕩電路如圖 4所示。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中 構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，對外接電容 C C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影 響振蕩頻率的高低，振蕩器工作的穩(wěn)定性，起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如使用石英晶體，推薦電容使用 30pF 10pF,而如使用陶瓷諧振器擇選擇 40pF 10pF。 溫度測量及顯示仿真實現(xiàn) 6 圖 4 內(nèi) /外部振蕩電路 用戶也可以采用外部時鐘。這種情況下，外部時鐘脈沖接地 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2則懸空。 由于外部時鐘信號時通過一個 2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要 求。 AT89C51 軟件編程模式 AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。其外部引腳狀態(tài)如表 2所示。 這兩種方式是控制專用寄存器 PCON（即電源控制寄存器）中的 PD()和 IDL（ ）位來實現(xiàn)的。 PD 是掉電模式，當(dāng) PD=1 時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。 IDL 是空閑等待方式，當(dāng) IDL=1，激活空閑工作模式，單片機進入睡眠狀態(tài)。如需同時進入兩種工作模式，即 PD 和IDL同時為 1，則先激活掉電模式。 表 2 空閑和掉電模式外部引腳狀 態(tài) 模式 程序存儲器 ALE PSEN P0 P1 P2 P3 空閑模式 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 空閑模式 外部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù) 掉電模式 內(nèi)部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) （ 1）空閑節(jié)電模式 在空閑工作模式狀態(tài)， CPU 保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 ( 2022) 7 這種方式由軟件產(chǎn)生。此時，片內(nèi) RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請求或硬件復(fù)位終止。 終止空閑工作模式的方法有兩種，其一 是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL（ ）被硬件清除，既刻終止空閑工作模式。程序會首先響應(yīng)中斷，進入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨 RETI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是單片機進入空閑模式那條指令后面的一條指令。 其二是通過硬件復(fù)位 也可將空閑工作模式終止。 需要注意的是，當(dāng)由硬件復(fù)位來終止空閑工作模式時， CPU 通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個機器周期（ 24個時鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 CPU 訪問片內(nèi) RAM，而允許訪問其它端口。為了避免可能對端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。 （ 2）掉電模式 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM中的內(nèi)容，在 Vcc恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。 程序存儲器的加密 AT89C51可使用對芯 片上的 3個加密位 LB LB LB3進行編程（ P）或不編程（ U）來得到如表 3所示的功能。 表 3 加密位保護功能表 程序加密位 保護類型 LB1 LB2 LB3 1 U U U 沒有程序保護功能 2 P U U 禁止從外部程序存儲器執(zhí)行 MOVC指令讀取內(nèi)部程序存儲器的內(nèi)容 3 P P U 除上表功能外，還禁止程序校驗 4 P P P 除上表功能外，同時禁止外部執(zhí)行 當(dāng)加密位 LB1被編程時，在復(fù)位期間， EA 端的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單片機上電后一直沒有復(fù)位，則鎖存起的初始值是一個隨機數(shù) ，且這個隨機數(shù)會一直保存到真正復(fù)位為止。為使單片機正常工作，被鎖存的 EA 電平值必須與該引腳當(dāng)前的邏輯電平一致。 編程方法 編程前，須按表 4和圖 5設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號，編程單元的地址加在P1 口和 P2 口的 （ 11 位地址范圍為 0000H0FFFH） ，數(shù)據(jù)從 P0 口輸入，溫度測量及顯示仿真實現(xiàn) 8 引腳 、 和 、 的電平設(shè)置見表 4， PSEN 為低電平， RST 保持高電平， EA/Vpp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓， ALE/PROG 引腳輸入編程脈沖（負(fù)脈沖）。編程時，可采用 420MHz 的時鐘振蕩器， AT89C51 編程方法如下： 在地址上加上要編程單元的地址信號。 在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 激活相應(yīng)的控制信號。 在高電壓編程方式時，將 EA/Vpp端加上 +12V編程電壓。 每對 Flash 存儲列陣寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG編程脈沖。改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù) 15步驟，直到全部文件編程結(jié)束。 表 4 Flash存儲器編程真值表 注：片擦除操作時要求 PROG脈沖寬度為 10ms 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 ( 2022) 9 圖 5 校驗電路 Flash 編程和校驗 Ready/Busy：字節(jié)編程的進度可通過“ RDY/BSY”輸出信號監(jiān)測，編程期間，ALE變?yōu)楦唠娖健?H”后 （ RDY/BSY）端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)（忙狀態(tài)）。編程完成后， 變?yōu)楦唠娖奖硎緶?zhǔn)備就緒狀態(tài)。 程序校驗：如果加密位 LB LB2沒有進行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過地址和數(shù)據(jù)線讀回編寫的數(shù)據(jù)，采用如圖 5所示的電路，程序存儲器的地址由 P1和 P2口的 ，數(shù)據(jù)由 P0口讀出， 、 、 4， PSEN 保持低電平， ALE|EA、 RST 保持高電平。校驗時， P0 口需接上 10k 左右的上拉電阻。加密位不可直接校驗，加密位的校驗可通過對存儲器的校驗和寫入狀態(tài)來驗證。 Flash 存儲器編程和程序校驗時序圖如圖（高電壓編程） 6 所示和圖（低電壓編程） 7所示。 溫度測量及顯示仿真實現(xiàn) 10 圖 7 Flash 編程和校驗的波形時序（高電壓編程方式 Vpp=12V） 芯片擦除：利用控制信號的正確組合并保持 ALE/PROG 引腳 10ms 的低電平脈沖寬度即可將 PEROM 陣列（ 4K字節(jié)）和三個加密位整片擦除，代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入“ 1”，這步驟需再編程之前進行。 讀片內(nèi)簽名字節(jié)：讀簽名字節(jié)的過程和單元 030H、 031H 和 032H 的正常校驗相仿，只需將 和 平，返回值意義如下： （ 030H） =1EH聲明產(chǎn)品由 ATMEL公司制造。 （ 031H） =51H聲明為 AT89C51單片機。 （ 032H） =FFH聲明為 12V編程電壓。 （ 032H） =05H聲明為 5V編程電壓。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 ( 2022) 11 圖 8 Flash 編程和校驗的波形時序（高電壓編程方式 Vpp=5V） 編程接口 采用控制信號的正確組合可對和 Flash閃速存儲列陣中的每一代碼字節(jié)進行寫入和存儲器的整片擦除，寫操作周期是自身定時的，初始化后它將自動定時到操作完成。 第 3 章 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 DS18B20 技術(shù)性能描述 ① 獨特的單線接口方式， DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 ② 測溫 范圍 － 55℃ ～＋ 125℃ ，固有測溫分辨率 ℃ 。 ③ 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8 個，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實現(xiàn)多點測溫 ④ 工作電源 : 3～ 5V/DC ⑤ 在使用中不需要任何外圍元件 ⑥ 測量結(jié)果以 9～ 12位數(shù)字量方式串行傳送 ⑦ 不銹鋼保護管直徑 Φ6 溫度測量及顯示仿真實現(xiàn) 12 ⑧ 適用于 DN15～ 25, DN40～ DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 ⑨ 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, , G1/2 任選 ⑩ PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線 ,便于與其它電器設(shè)備連接。 DS18B20 應(yīng)用范圍 ① 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域 ② 軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)， 等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 ③ 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 ④ 供熱 /制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 的簡單介紹 DS18B20 的主要特性 ① 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 ② 獨特的單線接口方式， DS18B20在與微處理器連接時僅需要 一條口線 DQ（和地線 GND） 即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20的雙向通訊 ③ DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 ④ DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) ⑤ 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 ℃ ⑥ 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度 分別為 ℃ 、 ℃ 、℃ 和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 ⑦ 在 9位分辨率時最多在 ， 12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 ⑧ 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 ⑨ 負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 的外形和內(nèi)部 結(jié)構(gòu) 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)的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 DS18B20 采用常見的小功率三極管相同的 TO92 封裝方式，其封裝與引腳圖如圖 9所示。 引腳 1為地線；引腳 2為數(shù)據(jù)線，應(yīng)與主 CPU的 I/O相接；引腳 3接外部電源，如采用寄生電源方式，該引腳懸空。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 ( 2022) 13 圖 9 DS18B20封裝與引腳圖 DS18B20 工作原理 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 10所示。 圖 10 DS18B20 內(nèi)部 結(jié)構(gòu)圖 DS18B20的讀寫時序和測溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由 2s 減為 750ms。 DS18B20 測溫原理如圖 11 所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 1和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器 1 對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計 數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器 1 重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。圖 10 中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器 1的預(yù)置值。 溫度測量及顯示仿真實現(xiàn) 14 圖 11 DS18B20 測溫原理框圖 DS18B20 的供電方式 DS18B20 的電源可以外部提供從芯片的 VDD 輸入，也可以由數(shù)據(jù)線本身提供而無需再接外部電源（從數(shù)據(jù)線“竊電”），稱為寄生電源方式。 （ 1） DS18B20寄生電源強上拉供電方式 改進的寄生電源供電方式如下面圖 12 所示，為了使 DS18B20 在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當(dāng)進行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 E2存儲器操作時，用 MOSFET把I/O線直接拉到 VCC 就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到 E2 存 儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多 10μS 內(nèi)把 I/O線轉(zhuǎn)換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不走的問題，因此也適合于多點測溫應(yīng)用，缺點就是要多占用一根 I/O口線進行強上拉切換。 圖 12 寄生電源工作方式 （ 2） DS18B20的外部電源供電方式 外部電源供電方式 如圖 13 所示。 在外部電源供電方式下， DS18B20 工作電源由 VDD引腳接入，此時 I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個 DS18B20傳感