【正文】 顯示工作。按鍵電路中，若有鍵按下，則對(duì)應(yīng)的單片機(jī)管腳為“ 1”信號(hào)。 熱水器控制器系統(tǒng)組成框圖如圖 21： 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 單片機(jī)A T 8 9 C 5 1報(bào) 警加 熱 控 制模 式 選 擇顯 示顯 示電 源溫 度 檢 測(cè)按 鍵 圖 21 熱水器控制器系統(tǒng)組成框圖 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 所謂最小系統(tǒng)就是指由單片機(jī)和一些基本的外圍電路所組成的一個(gè)可以工作的單片機(jī)系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，它包括單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路。①晶振電路：AT89S51片內(nèi)有一個(gè)由高增益反相放大器構(gòu)成的振蕩電路。 XTALl和 XTAL2分別為振蕩電路的輸入輸出端。其振蕩 電路有 2種組成方式：片內(nèi)振蕩器和片外振蕩器。②復(fù)位電路：在 RST輸入端出現(xiàn)高電平時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)位和初始化 [5]。 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)的全稱是微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）。 我們知道 8031芯片內(nèi)部無(wú) ROM，需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器 ,由此造成電路焊接的困難，況且使用 8031還需要另外購(gòu)買其他的芯片，如 A/D轉(zhuǎn)換及定時(shí) /計(jì)數(shù)器（ PWM）等芯片，從而造成成本較高，不實(shí)用 [6]。 熱水器控制電路數(shù)控部分采用 AT89S51單片機(jī)作為控制核心。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃存可編程 可擦除 只讀存儲(chǔ)器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。AT89S51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位 I／ 0口，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針， 2個(gè) 16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S51可降至 0 Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，單片機(jī)停止工作，允許 RAM、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止。直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 8位微控制器 8 k字節(jié)為在系統(tǒng)可編程 Flash[7]。 STC89C51單片機(jī)的管腳圖如圖 22： 圖 22 AT89C51 單片機(jī) 的管腳圖 各引腳介紹如下： 1．電源和晶振 VCC—— 運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加 +5V GND—— 接地 XTAL1—— 輸入到振蕩器的反向放大器 XTAL2—— 反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器 （當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)， XTAL1接地， XTAL2接收振蕩器信號(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學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 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 [8]。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。 2． I/O（ 4個(gè)口， 32根） P0口 —— 8位、漏極開路的雙向 I/O 口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ ROM、 RAM）時(shí)，作地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。P0口（作為總線時(shí)）能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL負(fù)載。 P1口 —— 8位、準(zhǔn)雙向 I/O口。在編程 /校驗(yàn)期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1 口可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。對(duì)于 80C51， —— T2，是定時(shí)器的計(jì)數(shù)端且位輸入； —— T2EX，是定時(shí)器的外部輸入端。這時(shí)，讀兩個(gè)特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。 P2口 —— 8位、準(zhǔn)雙向 I/O口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ ROM及 RAM）時(shí)，輸出高8位地址。在編程 /校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。 P2口可以驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL負(fù)載。 P3口 —— 8位、準(zhǔn)雙向 I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。 P3口提供各種替代功能。在提供這些功能時(shí)，其輸出 鎖存器應(yīng)由程序置 1。 P3 口可以輸入 /輸出 4 個(gè) LSTTL負(fù)載。 3．串行口 —— RXD（串行輸入口），輸入。 —— TXD（串行輸出口），輸出。 4．中斷 —— INT0 外部中斷 0，輸入。 —— INT1外部中斷 1，輸入。 5． 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 —— T0定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0的外部輸入，輸入。 —— T1定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1的外部輸入，輸入。 6． 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選通 —— WR低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器寫選通。 —— RD低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器讀選通。 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 7．控制線 (共 4根 ) 輸入： 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。 EA/Vpp—— 片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)，低電平有效。在編程時(shí)，其上施加 21V的編程電壓。 注意：在加密方式 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）。 輸入、輸出 ALE/PROG—— 地址鎖存允許信號(hào)，輸出。 ALE以 1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)。在 EPROM 編程期間，作輸入，輸 入編程脈沖（ PROG）。 ALE 可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 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低位字節(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) [9]，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。 注意：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。 輸出： PSEN—— 片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在從片外程序存儲(chǔ)器取址期間，在每個(gè)機(jī)器周期中，當(dāng) PSEN 有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容被送上 P0 口（數(shù)據(jù)總線）。 PSEN可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL負(fù)載。 復(fù)位電路和晶振電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(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，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng) [10]。 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外 兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào) (RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。并且 在外圍設(shè)計(jì)晶振電路學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 使 51單片機(jī)正常工作。 晶振電路： AT89S51 片內(nèi)有一個(gè)由高增益反相放大器構(gòu)成的振蕩電路。 XTALl和 XTAL2分別為振蕩電路的輸入輸出端。 本系統(tǒng)的復(fù)位和晶振電路采用圖 23 所示的復(fù)位方式。 圖 23 晶振和復(fù)位電路 溫度傳感器 DS18B20 的選擇確定 DS1820 通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接收信息，因此 在中央微處理器和 DS1820 之間僅需一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無(wú)需外部電源。因?yàn)槊總€(gè) DS1820 都有一個(gè)獨(dú)特的片序列號(hào)，所以多只 DS1820 可以同時(shí)連在一根單線總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。這一特性在 HVAC 環(huán)境控制、探測(cè)建筑物、儀器或機(jī)器的溫度以及過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制等方面非常有用 [11]。 DS18B20的特性 獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊 簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布應(yīng)用 無(wú)需外部器件 可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電 零 待機(jī)功耗 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 測(cè)溫范圍 55~+125℃，以 ℃遞增。華氏器件 67F— +2570F，以 遞增 溫度以 9 位數(shù)字量讀出 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間 200ms（典型值） 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件 應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感測(cè)系統(tǒng) DS18B20的管腳圖如圖 24 圖 24 芯片 DS18B20 DS18B20 的測(cè)溫原理 DS1820 是這樣測(cè)溫的：用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一 個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)得到溫度值。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于 55℃的一個(gè)值。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá) 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到 55℃）的值增加，表明所測(cè)溫度大于 55℃。同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來(lái)補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)直到 0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過(guò)程 [12]。表格 21給出了溫度和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。 表 21 溫度和數(shù)據(jù)的關(guān)系 溫度 數(shù)據(jù)輸出（二進(jìn)制） 數(shù)據(jù)輸出（十 六進(jìn)制） +125 00000000 11111010 00FA +25 00000000 00110010 0032 +1/2 00000000 00000001 0001 0 00000000 00000000 0000 1/2 11111111 11111111 FFFF 25 11111111 11001110 FFCE 55 11111111 10010010 FF92 學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 斜坡式累加器用來(lái)補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以期在測(cè)溫時(shí)獲得比較高的分辨力。這是通過(guò)改變計(jì)數(shù)器對(duì)溫度每增加一 度所需計(jì)數(shù)的的值來(lái)實(shí)現(xiàn)的 [13]。 DS1820內(nèi)部對(duì)此計(jì)算的結(jié)果可提供 ℃的分辨力。溫度以 16bit 帶符號(hào)位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，表 22給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過(guò)單線接口以串行方式傳輸。 DS1820 測(cè)溫范圍 55℃ ~+125℃，以 ℃遞增。如用于華氏溫度，必須要用一個(gè)轉(zhuǎn)換因子查找表。 最高有效（符號(hào)）位被復(fù)制充滿存儲(chǔ)器中兩字節(jié)溫度寄存器的高 MSB 位，由這種“符號(hào)位擴(kuò)展”產(chǎn)生出了 16bit 溫度讀數(shù)。 圖 25 DS18B20方框圖 圖 25的方框圖示出了 DS1820 的主 要部件。 DS1820 有三個(gè)主要數(shù)字部件： 1）64位激光 ROM， 2）溫度傳感器， 3）非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL。器件用如下方式從單線通訊線上汲取能量：在信號(hào)線處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里，在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來(lái)再給寄生電源（電容）充電。 DS1820 也可用外部 5V電源供電 [14]。 DS1820 依靠一個(gè)單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立 ROM 操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面 5 個(gè) ROM 操作命令之一： 1）讀 ROM， 2）匹配 ROM， 3）搜索 ROM， 4）跳過(guò) ROM， 5）報(bào)警搜索。這些命令對(duì)每個(gè)器件的激光 ROM 部分進(jìn)行操作，在單線總線上掛有多個(gè)器件時(shí)，可以區(qū)分出單個(gè)器件，同時(shí)可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號(hào)的器件。成功執(zhí)行完一條 ROM 操作序列后，即可進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作，控制器可以提供 6 條存儲(chǔ)器和控制操作指令中的任一條 [15]。一條控制操作命令指示 DS1820 完成一次學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 溫度測(cè)量。測(cè)量結(jié)果放在 DS1820 的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL 各由一 個(gè) EEPROM 字節(jié)構(gòu)成。如果沒(méi)有對(duì) DS1820 使用報(bào)警搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲(chǔ)器使用?？梢杂靡粭l存儲(chǔ)器操作命令對(duì) TH和 TL進(jìn)行寫入，對(duì)這些寄存器的讀出需要通過(guò)暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進(jìn)行讀寫。 寄生電源 寄生電源的方框圖見圖 1。這個(gè)電路會(huì)在 I/O 或 VDD 引腳處于高電平時(shí)“偷”能量。當(dāng)有特定的時(shí)間和電壓需求時(shí)（見節(jié)標(biāo)題“單線總線系統(tǒng)”）， I/O 要提供足夠的能量。寄生電源有兩個(gè)好處： 1）進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無(wú)需本地電源， 2）可以在沒(méi)有常規(guī)電源的條件下讀 ROM。要想 使 DS1820 能夠進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O 線必須在轉(zhuǎn)換期間保證供電。由于 DS1820 的工作電流達(dá)到 1mA，所以僅靠 5K 上拉電阻提供電源是不行的，當(dāng)幾只 DS1820 掛在同一根 I/O線上并同時(shí)想進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，這個(gè)問(wèn)題變得更加尖銳。 鍵盤與顯示 鍵盤部分