【正文】 機(jī)早期的含義稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī)(single chipmicroputer).它擁有優(yōu)異的性?xún)r(jià)比、集成度高、體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)、低電壓、工業(yè)檢測(cè)控制、機(jī)電一體化等方面,:（1）最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡(jiǎn)單配置的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常構(gòu)成一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，如開(kāi)關(guān)狀態(tài)的輸入/輸出控制等。片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，其最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶振，復(fù)位電路，其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了外部配置晶振，復(fù)位電路，電源外，還應(yīng)外接EPROM或EEPROM作為程序存儲(chǔ)器用.（2）最小功耗應(yīng)用系統(tǒng)是指為了保證正常運(yùn)行，系統(tǒng)的功耗最小.（3）典型應(yīng)用系統(tǒng)是指單片機(jī)要完成工業(yè)測(cè)控功能所必須的硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。在多數(shù)電子設(shè)計(jì)當(dāng)中，基于性?xún)r(jià)比的考慮，8位單片機(jī)仍是首選。目前，8位單片機(jī)在國(guó)內(nèi)外仍占有重要地位。在8位單片機(jī)中又以MCS－51系列單片機(jī)及其兼容機(jī)所占的份額最大。MCS－51的硬件結(jié)構(gòu)決定了其指令系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生變化，設(shè)計(jì)人員可以很容易的對(duì)不同公司的單片機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行選型，他們只需將重點(diǎn)放在芯片內(nèi)部資源的比較上。在以前的電子設(shè)計(jì)中，應(yīng)用比較廣泛的單片機(jī)是AT89C51單片機(jī)了，但是該單片機(jī)最致命的缺陷在于不支持ISP功能。Atmel公司目前已經(jīng)停止了AT89C51生產(chǎn)，51單片機(jī)必須加上ISP功能才能更好延續(xù)MCS51 的傳奇，AT89S51就是在這樣的背景下誕生的，目前AT89S51已經(jīng)成為了實(shí)際應(yīng)用市場(chǎng)上的新寵兒。89S51在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)， mm新工藝，不但降低成本了，而且增加了功能，提升了單片機(jī)性能，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。AT89S51新增了許多功能，性能也有了較大的提升，但是價(jià)格仍舊與AT89C51的價(jià)格一致。新增的功能之中最具有影響力的就是ISP在線(xiàn)編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于，改寫(xiě)單片機(jī)Flash存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。顯然，AT89S51在性能上比AT89C51要優(yōu)良得多，因?yàn)樗坏贏T89C51的基礎(chǔ)上增加了許多功能，而且價(jià)格基本沒(méi)有提高，所以在器件選擇的時(shí)候首先排除AT89C51，對(duì)于市場(chǎng)上的另外一種比較流行的單片機(jī)C8051F，盡管它在性能、功能上都要比AT89S51優(yōu)良很多，但是它的價(jià)格是S51的數(shù)倍，本系統(tǒng)使用S51已經(jīng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)所需要的功能，基于成本的考慮，放棄C8051F，選擇AT89S51作為本系統(tǒng)的主控單元本部分主要介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，一般是以基本最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。所謂最小系統(tǒng)，是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)最小配置系統(tǒng)，對(duì)于片內(nèi)帶有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，只要在芯片外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就是一個(gè)小系統(tǒng)了。小系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基石。本電路的小系統(tǒng)主要由三部分組成，一塊AT89S51芯片、復(fù)位電路及時(shí)鐘電路。AT89S51單片機(jī)：AT89S51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，器件采用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)8051指令系統(tǒng)及引腳。4K字節(jié)可系統(tǒng)編程的Flash程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線(xiàn)，看門(mén)狗(WDT)，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式，空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止其它所有部件工作，直到下一個(gè)硬件復(fù)位。P0是一個(gè)8 位雙向I/O 端口，端口置1時(shí)作高阻抗輸入端，作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL電平。對(duì)內(nèi)部Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié)；校驗(yàn)程序時(shí)輸出指令字節(jié)，需要接上拉電阻。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址(低8 位)/數(shù)據(jù)總線(xiàn)，訪(fǎng)問(wèn)期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/0 端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL電平。端口置1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8 位地址信息。P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/0 端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL電平。端口置1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8 位地址和控制信息。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序和16 位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8 位地址。而在訪(fǎng)問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。P3是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/0 端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL電平。端口置1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接控制信息。除此之外P3 端口還有第二功能。P3口引腳的第二功能，如表42所示：表42 P3口引腳第二功能P3口引腳 第二功能串行通信輸入（RXD）串行通信輸出（TXD）外部中斷0（ INT0）外部中斷1（INT1）定時(shí)器0 輸入(T0)定時(shí)器1 輸入(T1)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通復(fù)位電路：計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行的時(shí)候都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并且從這個(gè)初始狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，MCS51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，高電平有效。MCS51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。復(fù)位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時(shí)，RC電路充電，RST 引腳出現(xiàn)正脈沖，提供復(fù)位信號(hào)直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)，才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。圖32中的RC 復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。調(diào)整RC 常數(shù)會(huì)令對(duì)驅(qū)動(dòng)能力產(chǎn)生影響。時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)，單片機(jī)時(shí)鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。最常用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式是采用外接晶振和電容組成的并聯(lián)諧振回路。瓷片電容的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路的起振速度都有一定的影響。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz33MHz內(nèi)選擇。電容取30PF 左右。XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2 懸空。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖42所示：圖 42 最小系統(tǒng)圖 DS18B20數(shù)字溫度傳感器介紹本部分主要是論證溫度傳感器的選型。傳感器的選擇受到很多因素的影響，首先是各種溫度傳感器自身的優(yōu)缺點(diǎn)，其次是各種不同的環(huán)境因素，還有就是系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的精度等，所以在不同的設(shè)計(jì)當(dāng)中溫度傳感器的選擇也將不同。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，新型溫度傳感器的種類(lèi)繁多，應(yīng)用逐漸廣泛，并且開(kāi)始由模擬式向著數(shù)字式、單總線(xiàn)式、雙總線(xiàn)式、多總線(xiàn)式發(fā)展[10]。數(shù)字溫度傳感器，更因適合與各種微處理器的I/O接口相連接，組成自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)克服了模擬傳感器與微處理器接口時(shí)需要信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器的弊端，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測(cè)溫、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中，數(shù)字溫度傳感器中比較有代表性的DS18B20等。電子設(shè)計(jì)中常用的幾種溫度傳感器的性能、價(jià)格等的對(duì)比，如表43所示：表43 傳感器對(duì)比表傳感器AD590PT100DS18B20產(chǎn)地美國(guó)德國(guó)美國(guó)量程50℃~+150℃200℃~+450℃55℃~+125精度177。 ℃177?！?77?！婀╇婋妷?4V~+30V+13V~+36V+~+輸出信號(hào)類(lèi)型模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)PT100與AD590都不能與單片機(jī)的I/O口直接相連，需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路。而DS18B20是數(shù)字溫度傳感器，并且采用單總線(xiàn)技術(shù)，使該傳感器不但可以直接與單片機(jī)I/O口相連，并且只需要一個(gè)I/O就可以連接多個(gè)溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量與控制。所以使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20不但可以節(jié)約單片機(jī)I/O口，還能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本降低。 功能介紹DALLAS半導(dǎo)體公司最新單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器DS18B20的“一線(xiàn)器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器。一線(xiàn)總線(xiàn)獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B DS1822 “一線(xiàn)總線(xiàn)”數(shù)字化溫度傳感器同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，測(cè)量溫度范圍為 55176。C__+125176。C，10__+85176。C范圍內(nèi),精度為177。176。C。DS1822的精度較差為177。 2176。C。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V~~，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18BDS1822的特性:DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，精度為177。176。C。可選更小的方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶(hù)設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！DS182DS18B20軟件兼容好。省略了存儲(chǔ)用戶(hù)定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為177。2176。C，適用于對(duì)性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。繼“一線(xiàn)總線(xiàn)”的早期產(chǎn)品后，DS1820開(kāi)辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20和DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。DS18B20的內(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(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下: DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線(xiàn)方式時(shí)接地）。光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠(chǎng)前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開(kāi)始8位（28H）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位，見(jiàn)表44。表44 DS18B20內(nèi)部溫度表示形式bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1Bit0LS Byte2322212021222324bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1Bit0LS ByteSSSSS262524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+℃的數(shù)字輸出為0191H，℃的數(shù)字輸出為FF6FH，55℃的數(shù)字輸出為FC90H。見(jiàn)表45表45 DS18B20轉(zhuǎn)化溫度形式實(shí)際溫度值數(shù)字輸出（二進(jìn)制）數(shù)字輸出（十六進(jìn)制）+125℃0000 0111 1101 000007D0H+85℃0000 0101 0101 00000550H+℃0000 0001 1001 00010191H+℃0000 0000 1010 001000A2H+℃0000 0000 0000 10000008H0℃0000 0000 0000 00000000H℃1111 1111 1111 1000FFF8H℃1111 1111 0101 1110FF5EH℃1111 1110 0110 1111FE6EH55℃1111 1100 1001 0000FC90H DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的E2PPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、T和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九