【正文】 一個國家工業(yè)化水平的標志之一。單片機[1]是在一塊半導體上集成了微處理器（CPU），存儲器（RAM、ROM、EPROM）和各種輸入、輸出接口（定時計數器，并行IO口，串行口，A/D轉換器以及脈寬調制器PWM等），這樣一塊集成電路芯片具有一臺計算機的屬性，因此被稱為單片微型計算機，簡稱單片機。單片機以其卓越的性能，得到了廣泛的應用，單片機以小巧靈活、成本低、易于產品化、可靠性好、應用溫度范圍寬等優(yōu)點。AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能 CMOS 8位單片機，片內含4K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes 的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元。功能強大AT89C51單片機可提供高性價比的應用場合，可靈活運用與各種控制領域。AT89C51方框圖21:圖21 AT89C51方框圖1. 微處理器（CPU）MCS51單片機中有1個8位的CPU，包括運算器和控制器兩大部分，不僅可處理字節(jié)數據，還可以進行位變量的處理。例如：位處理、查表、狀態(tài)檢測、中斷處理等。2. 內部數據存儲器（RAM）單片機芯片共有256個RAM單元，其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數據。因此通常所說的內部數據存儲器就是指前128單元，簡稱內部RAM。地址范圍為00H~FFH（256B）。片外最多可外擴64KB。RAM是一個多用多功能數據存儲器，有數據存儲、通用工作寄存器、堆棧、位地址等空間。3. 內部程序存儲器（ROM）單片機內部有4KB的ROM，用于存放程序、原始數據或表格。因此稱之為程序存儲器，簡稱內部RAM。地址范圍為0000H~FFFFH（64KB）。片外最多可外擴64KB。4. 定時器/計數器單片機共有2個16位的定時器/計數器，具有4種工作方式，以實現定時或計數功能，并以其定時或計數結果對計算機進行控制。定時時靠內部分頻時鐘頻率計數實現，做計數器時，（T0）（T1）端口的低電平脈沖計數。5. 并行I/O口MCS51單片機共有4個8位的I/O口（P0、PPP3）以實現數據的輸入輸出。6. 串行口MCS51單片機有一個全雙工的串行口，具有4種工作方式，以實現單片機和其它設備之間的串行數據傳送。該串行口功能較強，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為移位器使用。RXD（ ）腳為接收端口，TXD（）腳為發(fā)送端口。7. 中斷控制系統(tǒng)MCS51單片機的中斷功能較強，以滿足不同控制應用的需要。共有5個中斷源，即外中斷2個，定時中斷2個，串行中斷1個，全部中斷分為高級和低級共二個優(yōu)先級別。8. 時鐘電路MCS51單片機芯片的內部有時鐘電路，但石英晶體和微調電容需外接。時鐘電路為單片機產生時鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率為12MHZ等。9. 特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器共有21個，用于CPU對片內各功能部件進行管理、控制、監(jiān)視。實際上是片內各功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。 單片機執(zhí)行程序的過程，實際上就是執(zhí)行所編制程序的過程。即逐條指令的過程。計算機每執(zhí)行一條指令都可分為三個階段進行。即取指令分析指令執(zhí)行指令。取指令的任務是：根據程序計數器PC中的值從程序存儲器讀出現行指令，送到指令寄存器。分析指令階段的任務是：將指令寄存器中的指令操作碼取出后進行譯碼，分析其指令性質。如指令要求操作數，則尋找操作數地址。計算機執(zhí)行程序的過程實際上就是逐條指令地重復上述操作過程，直至遇到停機指令可循環(huán)等待指令。單片機應用在檢測控制領域中，具有如下特點：、成本低、易于產品化。，適應溫度范圍寬。，很容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)，控制功能強。（I/O）端口引腳通常設計有多種功能。所以從工業(yè)自動化、智能儀器儀表、消費類電子產品、通信方面、家用電器方面等，直到國防尖端技術領域，單片機都發(fā)揮著十分重要的作用。綜觀單片機幾十年的發(fā)展歷程，單片機今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價格、外圍電路內裝化以及片內存儲器容量增加和Flash存儲器化方向發(fā)展?？梢灶A言，今后的單片機將是功能更強、集成的和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便。此外，專用化也是單片機的一個發(fā)展方向，針對單一用途的專用單片機將會越來越多。第三章 數字溫度傳感器DS18B20原理溫度傳感器的種類眾多，在應用與高精度、高可靠性的場合時DALLAS（達拉斯）公司生產的DS18B20溫度傳感器[2]當仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得DS18B20更受歡迎。對于我們普通的電子愛好者來說，DS18B20的優(yōu)勢更是我們學習單片機技術和開發(fā)溫度相關的小產品的不二選擇。了解其工作原理和應用可以拓寬您對單片機開發(fā)的思路。DS18B20器件具體的封裝形式如圖31所示：圖31 DS18B20器件具體的封裝形式圖DS18B20的主要特征：l * 全數字溫度轉換及輸出。l * 先進的單總線數據通信。l * 最高12位分辨率。l * 12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。l * 可選擇寄生工作方式。l * 檢測溫度范圍為–55176。C ~+125176。C (–67176。F ~+257176。F)l * 內置EEPROM，限溫報警功能。l * 64位光刻ROM，內置產品序列號，方便多機掛接。* 多樣封裝形式，適應不同硬件系統(tǒng)?GND 電壓地 ?DQ 單數據總線 ?VDD 電源電壓 ?NC 空引腳?DQ一線制總線（輸入/輸出）　　DS18B20的溫度檢測與數字數據輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數據處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的內部存儲器資源。18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：ROM 只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗）。數據在出產時設置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM 數據暫存器，用于內部計算和數據存取，數據在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第2個字節(jié)是溫度轉換后的數據值信息，第4個字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像。第8個字節(jié)為計數寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內部溫度轉換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數據，上下限溫度報警值和校驗數據，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。我們在每一次讀溫度之前都必須進行復雜的且精準時序的處理，因為DS18B20的硬件簡單結果就會導致軟件的巨大開消，也是盡力減少有形資產轉化為無形資產的投入，是一種較好的節(jié)約之道。[3]：首先我們必須對DS18B20芯片進行復位，復位就是由控制器（單片機）給DS18B20單總線至少480uS的低電平信號。當18B20接到此復位信號后則會在15~60uS后回發(fā)一個芯片的存在脈沖。：在復位電平結束之后，控制器應該將數據單總線拉高，以便于在15~60uS后接收存在脈沖，存在脈沖為一個60~240uS的低電平信號。至此，通信雙方已經達成了基本的協議，接下來將會是控制器與18B20間的數據通信。如果復位低電平的時間不足或是單總線的電路斷路都不會接到存在脈沖，在設計時要注意意外情況的處理。：雙方打完了招呼之后最要將進行交流了，ROM指令共有條，每一個工作周期只能發(fā)一條，ROM指令分別是讀ROM數據、指定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報警芯片搜索。ROM指令為8位長度，功能是對片內的64位光刻ROM進行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個器件并作處理。誠然，單總線上可以同時掛接多個器件，并通過每個器件上所獨有的ID號來區(qū)別，一般只掛接單個18B20芯片時可以跳過ROM指令（注意：此處指的跳過ROM指令并非不發(fā)送ROM指令，而是用特有的一條“跳過指令”）。：在ROM指令發(fā)送給18B20之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲器操作指令了。操作指令同樣為8位，共6條，存儲器操作指令分別是寫RAM數據、讀RAM數據、將RAM數據復制到EEPROM、溫度轉換、將EEPROM中的報警值復制到RAM、工作方式切換。存儲器操作指令的功能是命令18B20作什么樣的工作，是芯片控制的關鍵。：一個存儲器操作指令結束后則將進行指令執(zhí)行或數據的讀寫，這個操作要視存儲器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉換指令則控制器（單片機）必須等待18B20執(zhí)行其指令，一般轉換時間為500uS。如執(zhí)行數據讀寫指令則需要嚴格遵循18B20的讀寫時序來操作。單支DS18B20若要讀出當前的溫度數據我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個周期為：復位、跳過ROM指令[CCH]、執(zhí)行溫度轉換存儲器操作指令[44H]、等待500uS溫度轉換時間。緊接著執(zhí)行第二個周期為：復位、跳過ROM指令[CCH]、執(zhí)行讀RAM的存儲器操作指令[BEH]、讀數據（最多為9個字節(jié)，中途可停止，只讀簡單溫度值則讀前2個字節(jié)即可）。 DS18B20與單片機的接口DS18B20只需要接到控制器（單片機）的一個I/O口上。如要采用寄生工作方式，只要將VDD電源引腳與單總線并聯即可。但在程序設計中，寄生工作方式將會對總線的狀態(tài)有一些特殊的要求。 DS18B20芯片ROM指令表[4]Read ROM（讀ROM）[33H] （方括號中的為16進制的命令字）這個命令允許總線控制器讀到DS18B20的64位ROM。只有當總線上只存在一個DS18B20的時候才可以使用此指令，如果掛接不止一個，當通信時將會發(fā)生數據沖突。Match ROM（指定匹配芯片）[55H]這個指令后面緊跟著由控制器發(fā)出了64位序列號，當總線上有多只DS18B20時，只有與控制發(fā)出的序列號相同的芯片才可以做出反應，其它芯片將等待下一次復位。這條指令適應單芯片和多芯片掛接。Skip ROM（跳躍RO