【正文】 一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的標(biāo)志之一。單片機(jī)[1]是在一塊半導(dǎo)體上集成了微處理器（CPU），存儲(chǔ)器（RAM、ROM、EPROM）和各種輸入、輸出接口（定時(shí)計(jì)數(shù)器，并行IO口，串行口，A/D轉(zhuǎn)換器以及脈寬調(diào)制器PWM等），這樣一塊集成電路芯片具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的屬性，因此被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)以其卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，單片機(jī)以小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、可靠性好、應(yīng)用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL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（CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活運(yùn)用與各種控制領(lǐng)域。AT89C51方框圖21:圖21 AT89C51方框圖1. 微處理器（CPU）MCS51單片機(jī)中有1個(gè)8位的CPU，包括運(yùn)算器和控制器兩大部分，不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。例如：位處理、查表、狀態(tài)檢測(cè)、中斷處理等。2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）單片機(jī)芯片共有256個(gè)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(shù)據(jù)。因此通常所說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128單元，簡(jiǎn)稱內(nèi)部RAM。地址范圍為00H~FFH（256B）。片外最多可外擴(kuò)64KB。RAM是一個(gè)多用多功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通用工作寄存器、堆棧、位地址等空間。3. 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）單片機(jī)內(nèi)部有4KB的ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格。因此稱之為程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)部RAM。地址范圍為0000H~FFFFH（64KB）。片外最多可外擴(kuò)64KB。4. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器單片機(jī)共有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有4種工作方式，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。定時(shí)時(shí)靠?jī)?nèi)部分頻時(shí)鐘頻率計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)，做計(jì)數(shù)器時(shí)，（T0）（T1）端口的低電平脈沖計(jì)數(shù)。5. 并行I/O口MCS51單片機(jī)共有4個(gè)8位的I/O口（P0、PPP3）以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。6. 串行口MCS51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，具有4種工作方式，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，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(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足不同控制應(yīng)用的需要。共有5個(gè)中斷源，即外中斷2個(gè)，定時(shí)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)，全部中斷分為高級(jí)和低級(jí)共二個(gè)優(yōu)先級(jí)別。8. 時(shí)鐘電路MCS51單片機(jī)芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)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(gè)，用于CPU對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是片內(nèi)各功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。 單片機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程，實(shí)際上就是執(zhí)行所編制程序的過(guò)程。即逐條指令的過(guò)程。計(jì)算機(jī)每執(zhí)行一條指令都可分為三個(gè)階段進(jìn)行。即取指令分析指令執(zhí)行指令。取指令的任務(wù)是：根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC中的值從程序存儲(chǔ)器讀出現(xiàn)行指令，送到指令寄存器。分析指令階段的任務(wù)是：將指令寄存器中的指令操作碼取出后進(jìn)行譯碼，分析其指令性質(zhì)。如指令要求操作數(shù)，則尋找操作數(shù)地址。計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程實(shí)際上就是逐條指令地重復(fù)上述操作過(guò)程，直至遇到停機(jī)指令可循環(huán)等待指令。單片機(jī)應(yīng)用在檢測(cè)控制領(lǐng)域中，具有如下特點(diǎn)：、成本低、易于產(chǎn)品化。，適應(yīng)溫度范圍寬。，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)。（I/O）端口引腳通常設(shè)計(jì)有多種功能。所以從工業(yè)自動(dòng)化、智能儀器儀表、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信方面、家用電器方面等，直到國(guó)防尖端技術(shù)領(lǐng)域，單片機(jī)都發(fā)揮著十分重要的作用。綜觀單片機(jī)幾十年的發(fā)展歷程，單片機(jī)今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價(jià)格、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)存儲(chǔ)器容量增加和Flash存儲(chǔ)器化方向發(fā)展?？梢灶A(yù)言，今后的單片機(jī)將是功能更強(qiáng)、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(jī)的一個(gè)發(fā)展方向，針對(duì)單一用途的專用單片機(jī)將會(huì)越來(lái)越多。第三章 數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場(chǎng)合時(shí)DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器[2]當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得DS18B20更受歡迎。對(duì)于我們普通的電子愛好者來(lái)說(shuō)，DS18B20的優(yōu)勢(shì)更是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對(duì)單片機(jī)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(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。l * 先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。l * 最高12位分辨率。l * 12位分辨率時(shí)的最大工作周期為750毫秒。l * 可選擇寄生工作方式。l * 檢測(cè)溫度范圍為–55176。C ~+125176。C (–67176。F ~+257176。F)l * 內(nèi)置EEPROM，限溫報(bào)警功能。l * 64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接。* 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)?GND 電壓地 ?DQ 單數(shù)據(jù)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(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是：ROM 只讀存儲(chǔ)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(hào)，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個(gè)字節(jié)RAM，每個(gè)字節(jié)為8位。第2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第4個(gè)字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第5個(gè)字節(jié)則是用戶第3個(gè)EEPROM的鏡像。第8個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第9個(gè)字節(jié)為前8個(gè)字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。我們?cè)诿恳淮巫x溫度之前都必須進(jìn)行復(fù)雜的且精準(zhǔn)時(shí)序的處理，因?yàn)镈S18B20的硬件簡(jiǎn)單結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致軟件的巨大開消，也是盡力減少有形資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為無(wú)形資產(chǎn)的投入，是一種較好的節(jié)約之道。[3]：首先我們必須對(duì)DS18B20芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機(jī)）給DS18B20單總線至少480uS的低電平信號(hào)。當(dāng)18B20接到此復(fù)位信號(hào)后則會(huì)在15~60uS后回發(fā)一個(gè)芯片的存在脈沖。：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)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(gè)60~240uS的低電平信號(hào)。至此，通信雙方已經(jīng)達(dá)成了基本的協(xié)議，接下來(lái)將會(huì)是控制器與18B20間的數(shù)據(jù)通信。如果復(fù)位低電平的時(shí)間不足或是單總線的電路斷路都不會(huì)接到存在脈沖，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意意外情況的處理。：雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交流了，ROM指令共有條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條，ROM指令分別是讀ROM數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報(bào)警芯片搜索。ROM指令為8位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片內(nèi)的64位光刻ROM進(jìn)行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個(gè)器件并作處理。誠(chéng)然，單總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過(guò)每個(gè)器件上所獨(dú)有的ID號(hào)來(lái)區(qū)別，一般只掛接單個(gè)18B20芯片時(shí)可以跳過(guò)ROM指令（注意：此處指的跳過(guò)ROM指令并非不發(fā)送ROM指令，而是用特有的一條“跳過(guò)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(chǔ)器操作指令了。操作指令同樣為8位，共6條，存儲(chǔ)器操作指令分別是寫RAM數(shù)據(jù)、讀RAM數(shù)據(jù)、將RAM數(shù)據(jù)復(fù)制到EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將EEPROM中的報(bào)警值復(fù)制到RAM、工作方式切換。存儲(chǔ)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(guān)鍵。：一個(gè)存儲(chǔ)器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個(gè)操作要視存儲(chǔ)器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待18B20執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為500uS。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴(yán)格遵循18B20的讀寫時(shí)序來(lái)操作。單支DS18B20若要讀出當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個(gè)周期為：復(fù)位、跳過(guò)ROM指令[CCH]、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器操作指令[44H]、等待500uS溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間。緊接著執(zhí)行第二個(gè)周期為：復(fù)位、跳過(guò)ROM指令[CCH]、執(zhí)行讀RAM的存儲(chǔ)器操作指令[BEH]、讀數(shù)據(jù)（最多為9個(gè)字節(jié)，中途可停止，只讀簡(jiǎn)單溫度值則讀前2個(gè)字節(jié)即可）。 DS18B20與單片機(jī)的接口DS18B20只需要接到控制器（單片機(jī)）的一個(gè)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(lián)即可。但在程序設(shè)計(jì)中，寄生工作方式將會(huì)對(duì)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(hào)中的為16進(jìn)制的命令字）這個(gè)命令允許總線控制器讀到DS18B20的64位ROM。只有當(dāng)總線上只存在一個(gè)DS18B20的時(shí)候才可以使用此指令，如果掛接不止一個(gè)，當(dāng)通信時(shí)將會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。Match ROM（指定匹配芯片）[55H]這個(gè)指令后面緊跟著由控制器發(fā)出了64位序列號(hào)，當(dāng)總線上有多只DS18B20時(shí)，只有與控制發(fā)出的序列號(hào)相同的芯片才可以做出反應(yīng)，其它芯片將等待下一次復(fù)位。這條指令適應(yīng)單芯片和多芯片掛接。Skip ROM（跳躍RO