【正文】 TXD RXD 89C52 控制終端 TXD RXD 89C52 1 數(shù)據(jù)終端 TXD RXD 89C52 N 數(shù)據(jù)終端 TXD RXD 89C52 2 數(shù)據(jù)終端 圖 系統(tǒng)控制框圖 采集終端電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的室溫控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集終端使用 STC89C52 單片機(jī)作為微處理機(jī)，溫度傳感器選擇的是 DS18B20，溫度值是通過 4 位一體的共陽極數(shù)碼管來完成顯示，加熱和制冷設(shè)備的運(yùn)行是運(yùn)用繼電器的開斷加以控制，而與控制終端的信息交流則是利用 RS485 總線方式實(shí)現(xiàn)。 數(shù)據(jù)采集終端的系統(tǒng)框圖如圖 所示。 圖 數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng) 框圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 目前， 51系列單片機(jī)在工業(yè)檢測領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強(qiáng)人機(jī)對話的功能。 STC89C52單片機(jī)是深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的一種單片機(jī)，在一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分。每一個(gè)單片機(jī)包括：一個(gè) 8位的微型處理器 CPU；一個(gè) 512K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM； 4K片內(nèi)程序存儲器；四個(gè) 8位并行的 I/O接口 P0P3，每個(gè)接口既可以輸入，也可以輸出；兩 個(gè)定時(shí)器 /記數(shù)器；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工 UART的串行 I/O口；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是 12MHZ。以上各個(gè)部分通過內(nèi)部總線相連接。 8 9 C 5 2 測溫模塊 DS18B20 顯示模塊 數(shù)碼管 鍵盤模塊 通信模塊 RS485 控制終端 繼電器 加熱制冷 設(shè)備 STC89C52單片機(jī)的一個(gè)執(zhí)器周期由 6個(gè)狀態(tài) (s1— s6)組成，每個(gè)狀態(tài)又持續(xù) 2個(gè)震蕩周期，分為 P1和 P2兩個(gè)節(jié)拍。這樣，一個(gè)機(jī)器周期由 12個(gè)振蕩周期組成。若采用 12MHz的晶體振蕩器，則每個(gè)機(jī)器周期為 1us，每個(gè)狀態(tài)周期為 1／ 6us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在 N期間 ，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在 P2期間。對于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時(shí)，使從 S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的 s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在 51期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計(jì)數(shù)據(jù)也不加 1。在加結(jié)束時(shí)完成指令操作。多數(shù) STC89C52指令周期為 1— 2個(gè)機(jī)器周期，只有乘法和除法指令需要兩個(gè)以上機(jī)器周期的指令，它們需 4個(gè)機(jī)器周期。 對于雙字節(jié)單機(jī)器指令，通常是在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個(gè)字節(jié)，但 Movx指令例外， Movx指令是訪問外部 數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令，在執(zhí)行 Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時(shí)跳過兩次取指操作。 STC89C52單片機(jī)的 40個(gè)引腳中有 2個(gè)專用于主電源引腳， 2個(gè)外接晶振的引腳， 4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32條輸入輸出 I/O引腳。 下面按引腳功能分為 4個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功能。 （ 1）電源引腳 Vcc和 Vss Vcc（ 40腳）：接 +5V電源正端； Vss（ 20腳）：接 +5V電源正端。 （ 2）外接晶振引腳 XTAL1和 XTAL2 XTAL1（ 19腳）：接外部石 英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于 HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對于CHOMS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 XTAL2（ 18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于 HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于 CHMOS芯片，該引腳懸空不接。 （ 3）控制信號或與其它電源復(fù)用引腳 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有 RST/VPD、 ALE/P、 PSEN和 EA/VPP等 4種形式。 （ A）． RST/VPD（ 9腳）： RST即為 RESET， VPD為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。 當(dāng) VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源 VPD（ +5V）為內(nèi)部 RAM供電，以保證 RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。 （ B）． ALE/ P （ 30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)， ALE（允許地址鎖存信號）以每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在 P0口的低 （ C）． PSEN(29腳 ):片外程序存儲器讀選通輸出端 ,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期 PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間， PESN信號將不出現(xiàn)。 （ D）． EA/Vpp（ 31腳）： EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當(dāng) EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲器 4KB（ MS— 52子系列為 8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當(dāng) EA端保持低電平時(shí)，無論片內(nèi)有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有 EPROM的單片機(jī)，在 EPROM編程期間，該引腳用于接 21V的編程電源 Vpp。 （ 4）輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0口、 P1口、 P2口及 P3口 (A).P0口（ 39腳～ 22腳）： ～ P0口。當(dāng)不接外部存儲器與不擴(kuò)展 I/O接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向 8位輸入 /輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展 I/O口時(shí)， P0口為地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。它分時(shí)提供 8位雙向數(shù)據(jù)總線。 對于片內(nèi)含有 EPROM的單片機(jī)，當(dāng) EPROM編程時(shí)，從 P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。 (B).P1口（ 1腳～ 8腳）： ～ 稱為 P1口，可作為準(zhǔn)雙向 I/O接口使用。對于MCS— 52子系列單片機(jī)， 2功能： /計(jì)數(shù)器 2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端 T2； /計(jì)數(shù)器 2的外部控制端 T2EX。對于 EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)， P0口接收輸入的低 8位地址。 (C).P2口（ 21腳～ 28腳）： ～ P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展 I/O接口且尋址范圍超過 256個(gè)字節(jié)時(shí)， P2口用于高 8位地址總線送出高 8位地址。對于 EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)， P2口 接收輸入的 8位地址。 (D).P3口（ 10腳～ 17腳）： ～ P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向 I/O接口，也可以將每 1位用于第 2功能，而且 P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第 1功能的輸入輸出或第 2功能。 P3口的第 2功能見下表 表 1 單片機(jī) 綜上所述， MCS— 51系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)： 1).單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第 2功能； 2).單片機(jī)對外呈 3總線形式，由 P P0口組成 16位地址總線；由 P0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。 在課題設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，控制核心是 STC89C52單片機(jī)，該單片機(jī)為 51系列增強(qiáng)型 8位單片機(jī)，它有 32個(gè) I/O口，片內(nèi)含 4K FLASH工藝的程序存儲器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，而且價(jià)格便宜，其外部晶振為 ，一個(gè)指令周期為 1μ S。使用該單片機(jī)完全可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)，其最小系統(tǒng)主要包括：復(fù)位電路和震蕩電路電路。 復(fù)位操作完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，是單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始工作。將單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST保持兩個(gè)機(jī)械周期的高電平能使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。這兩種形式在本系統(tǒng)中都有采用，以方便系統(tǒng)的操作。 手動按鈕復(fù)位 需要人為在復(fù)位輸入端 RST上加入高電平（圖 1）。一般采用的辦法是在 RST端和正電源 Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 Vcc的 +5V電平引腳 第 2功能 RXD（串行口輸入端 0） TXD（串行口輸出端） INT0（部中斷 0請求輸入端，低電平有效） INT1（中斷 1請求輸入端，低電平有效 ） T0（時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0計(jì)數(shù)脈沖端） T1（時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1數(shù)脈沖端） WR（部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效） RD（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效） 就會直接加到 RST端。手動按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。 這是一個(gè) 上電復(fù)位 電路，原理是突然給電后， VCC對電容充電，充電的過程中，復(fù)位信號電壓隨著充電時(shí)間而逐漸變低，直到電容充滿時(shí)，復(fù)位信號電壓完全降到 0V，而電阻 R2決定了電容充電的時(shí)間， R2越大則充電時(shí)間長，復(fù)位信號從 VCC回落到 0V的時(shí)間也長，而復(fù)位引腳在給 ，而在 才正常工作， 89S51的典型復(fù)位時(shí)間需要 1ms，可長不可短，所以 R2的值是由已知條件 1ms，和電容 22uF決定， T=RC/2， R=2T/C，可以負(fù)責(zé)的告訴你，你不需要仔細(xì)計(jì)算這里的復(fù)位時(shí)間，因?yàn)榭砷L不可短，典型電路是 C=10uF， R2=10k，電容可以大于這個(gè)值，電阻也可以大于這個(gè)值，但是不能再小，會不保險(xiǎn)。另外 R1的電阻起的作用是，當(dāng)你按下強(qiáng)制復(fù)位按鈕后，電容通過 R1放電，為了讓按鍵按下后有一段延時(shí)才能復(fù)位，為了讓按鍵跟可靠。 單片機(jī)的時(shí)鐘信號由內(nèi)部震蕩電路得到，即引腳 XTAL1和 XTAL2外接晶振體振蕩器，構(gòu)成內(nèi)部振蕩電路。電容 C1， C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，電容值一般在 5pF30pF。由于本系統(tǒng)要采用串口通信，晶振使用 。晶振電路中如何選擇電容 C1， C2? (1):因?yàn)槊恳环N晶振 都有各自的特性，所以最好按制造廠商所提供的數(shù)值選擇外部元器件。 (2):在許可范圍內(nèi)， C1， C2值越低越好。 C值偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定，但將會增加起振時(shí)間。 (3):應(yīng)使 C2值大于 C1值，這樣可使上電時(shí)，加快晶振起振。 溫度傳感器電路 采用一線制數(shù)字溫度傳感器 DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。傳感器輸出信號進(jìn) 。 DS18B20溫度傳感器是美國達(dá)拉斯 (DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件 將半導(dǎo)體溫敏器件、 A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。本設(shè)計(jì)中溫度傳感器之所以選擇單線數(shù)字器件 DS18B20，是在經(jīng)過多方面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因： （ 1）系統(tǒng)的特性：測溫范圍為 55℃～ +125℃ ，測溫精度為士 ℃；溫度轉(zhuǎn)換精度 9～ 12位可變，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以 16位二進(jìn)制數(shù)碼的方式串行輸出； 12位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為 750ms；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式。 （ 2）系統(tǒng)成本：由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強(qiáng)大，體積 越來越小，而價(jià)格也越來越低。一支 DS18B20的體積與普通三極管相差無幾，價(jià)格只有十元人民幣左右。 （ 3）系統(tǒng)復(fù)雜度：由于 DS18B20是單總線器件，微處理器與其接口時(shí)僅需占用 1個(gè) I/O端口且一條總線上可以掛接幾十個(gè) DS18B20，測溫時(shí)無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少工程的施工量。 （ 4）系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)：由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡化，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來方便。同時(shí)因?yàn)?DS18B20是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強(qiáng)，因此， 減少了系統(tǒng)的日常維 護(hù)工作。 DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸總線端口 DQ ，外供電源線VDD，共用地線 GND。 DS18B20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)VDD接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長。這種情況下，用單片機(jī)的一個(gè) I/O口來完成對DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式 (VDD接 +5V)，相應(yīng)的完成溫度測量的時(shí)間較短。 DS18B20的工作電流約為 1mA， VCC一般為 5V，則電阻 R=5V/1mA=5KΩ，目前用的電阻 一般不是 可調(diào)電阻 ，只是固定阻值，市場上有的就那么幾個(gè)型號，跟5V接近的有 、 ，所以就選 ，或者相近的電阻。 在本設(shè)計(jì)中采用外部供電方式實(shí)現(xiàn) DS18B20