【文章內容簡介】 鐘電路等部分組成。 中央處理器 CPU 中央處理器 CPU 是單片機的核心。是計算機的控制指揮中心。同一般微機的CPU類似。 AT89C51單片機內部 CPU包括控制器和運算器兩部分。如圖 21AT89C51單片機內部結構簡化框圖。 運算器 AT89C51 運算器電路以算術邏輯單元 ALU 為核心。有累加器 ACC、寄存器 B、暫存器 暫存器 程序狀態(tài)寄存器 PSW 和布爾處理機共同組成。它主要完成數據的算術運算、邏輯運算、位變量處理和數據傳輸等操作。運算結果的狀態(tài) 由程序寄存器 PSW 保存。 算術邏輯單元 ALU 與累加器 ACC、寄存器 B 算術邏輯單元 ALU 不但能完成 8 位二進制的加、減、乘、除等算數運算。而且還能對 8 位變量進行邏輯“與”“或”“異或”循環(huán)位移等邏輯運算。累加器ACC(簡稱累加器 A) 為一個 8 位寄存器，它是 CPU 中使用最頻繁的寄存器。專門存放操作數或運算結果。 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 15 圖 21 AT89C51 單片機內部結構簡化框圖 程序狀態(tài)寄存器 程序狀態(tài)寄存器 PSW 是一個 8 位的狀態(tài)寄存器。用于存放標志寄存器。用于存 放指令執(zhí)行后的狀態(tài)，以供程序查詢和判別。 PSW 各位的狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行的過程中自動設置的。但可以由用戶根據需要指令加以改變。狀態(tài)寄存器共有進位標志位 CY、輔助進位標志位（或稱半進位） AC、用戶自定義標志位 F0、工作寄存器組選擇位 RS RS0、溢出標志位 OV、奇偶標志位 P。 控制器 控制部件是單片機的神經中樞。它包括程序計數器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、數據指針 DPTR、堆棧指針 SP、緩沖器和定時器控制電路等。它先以主振頻率為基準發(fā)出 CPU 的時序對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信 號。完成一系列定時控制的微操作。用來協(xié)調單片機各部分正常工作。 AT89C51 單片機引腳功能 AT89C51 系列單片機的封裝形式有兩種：一種是雙列直插方式封裝；另一種是方形封裝。 AT89C51 單片機 40 個引腳及總線結構圖如下所示。其 CMOS 工藝制造的低地功耗芯片也有采用方形封裝的。但為 44 個引腳，其中 4 個引腳是不使用的。由于 89C51 單片機是高性能的單片機。同時受到引腳數目的限制，所以有部分引腳具有第二功能。如 圖 22 單片機引腳圖。 主電源引腳兩根： VCC 接 +5V 電源正端； VSS 接 +5V 電源地端。 XTAL1:接外部石英體和微調電源的一端。 XTAL2:接外部晶體和微調電容的另一端。 其中，對用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機 ,XTAL1 腳接地， XTAL2 腳作為外部振蕩信號的輸入端。對 CHMOS 單片機 XTAL1 腳作為外部振蕩信號的輸入端，XTAL2 腳空不接。 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 16 圖 22 單片機引腳圖 3. 引腳功能 I\O 引腳共 32 根。 ① PO 口： 統(tǒng)稱為 PO 口是 8 位雙向 I/O 口線。 P0 口即可作為地址/數據總線使 用，又可作為通用的 I/O 口線。在不接片外存儲器與不擴展 I/O 口時，可作為準雙向輸入 /輸出口。在接有片外存儲器或擴展 I/O 時， P0 口分時復用為低 8 位地址總線和雙向數據總線。 ② P1 口： 統(tǒng)稱為 P1 口。是 8 位準雙向 I/O 口線。 P1 口作為通用的 I/O 口使用。 ③ P2 口： 統(tǒng)稱為 P2 口。是 8 位準雙向 I/O 口線。 P2 口即可作為通用的 I/O 口使用。也可作為片外存儲器的高 8 位地址線。與 P0 口組成 16位片外存儲器單元地址。 ④ P3 口： 統(tǒng)稱為 P3 口。是 8 位準雙向 I/O 口 線。 P3 口除作為準雙向口使用外。每個引腳還具有第二功能。 P3 口的每一個引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能， P3 口的第二功能如下表所示： P3 口的第二功能 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 17 RXD 串行口輸入 TXD 串行口輸出 0IM 外部中斷 0 輸入 1IM 外部中斷 1 輸入 T0 定時 /計數器 0 計數輸入 T1 定時 /計數器 1 輸入 WR 片外 RAM 寫選通信號（輸出） RD 片外 RAM 讀選通信號（輸出） 4．控制線 控制線共四根。 ① ALE/PROG 地址鎖存有效信號輸出率。 ② PSEN 片外程序存儲器讀選通信號輸出端低電平有效。 ③ RST/VPD 復位信號備用電源輸入信號。 ④ EA/VPP 片外程序存儲器選用端。 AT89C51 單片機的存儲器結構 AT89C51 單片機的存儲器物理結 構上分為片內數據存儲器、片內程序存儲器、片外數據存儲器和片外程序存儲器 4 個存儲空間。 AT89C51 單片機的并行 I/O 端口 AT89C51 單片機有 4 個 8 位并行 I/O 端口（ P0、 P P P3）每個端口都各有 8 條 I/O 口線，每條 I/O 口線都獨立地用作輸入輸出，在具有片外擴展存儲器的系統(tǒng)中， P2 口送出高 8 位地址， P0 口分時送出低 8 位地址和 8 位數據。 各端口的功能不同，結構上也有差異，但是每個端口的 8 位結構是完全相同的。如圖 23 I/O 口位結構圖所示。 口。 P0 口是一個三態(tài)雙向口，可作 為地址 /數據分時復用口，也可作為通用 I/O 接口。 口。 P1 口為準雙向口，它在結構上與 P0 口的區(qū)別在與輸出驅動部分。無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 18 其輸出驅動部分由場效應管 V1 與內部上拉電阻組成，當某某位輸出高電平時，可以提供上拉電流負載，不必像 P0 口上那樣需要外接上拉電阻。 口。 P2 口也為準雙向口。其具有通用 I/O 接口或高 8 位地址總線輸出兩種功能，所以其輸出驅動結構比 P1 口輸出驅動結構多了一個輸出模擬轉換開關 MUX 和反相器 3. 口。 P3 口的輸出驅動由與非門 3 和 V1 組成，比 P0、 P P2 口結構多了一個緩沖器 口除了可為通用準雙向 I/O 接口外，每一根線還具有第二功能。 （ a） P0 口結構 （ b） P1 口結構 （ c） P2 口結構 （ d） P3 口結構 圖 23 I/O 口位結構圖 AT89C51 單片機時鐘電路及時序 AT89C51 單片機的時鐘信號通常有兩種方式產生：一種是內部方式，一種是外部方式。圖 2 25 所示。 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 19 AT89C51 單片機指令字節(jié)數和機器周期數可分為六類。即單字節(jié)單機器周 期指令、單字節(jié)雙機器周期指令、單字節(jié)四機器周期指令，雙字節(jié)單機器指令、雙字節(jié)雙機器周期指令和三字節(jié)雙機器周期指令。 圖 24 內部方式時鐘電路 圖 25 外部方式時鐘電路 復位電路 復位是通過某種方式，使單片機內各寄存器的值變?yōu)槌踔禒顟B(tài)的操作，AT89C51 單片機在時鐘電路工作以后，在 RST/VPD 端持續(xù)給出兩個機器周期的高電平就可以完成復位操作。復位分為上電復位和按鍵手動復位兩種方式。 AT89C51單片機復位狀態(tài)如下表所示 寄存器 復位狀態(tài) 寄存器 復位狀態(tài) PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0P1 OFFH IP XXX00000B IE 0XX00000B TMOD 00H TCON 00H TL0、 TL1 00H TH0、 TH1 00H SCON 00H SBUF 不定 PCON 0XXX0000B AT89C51 單片機的指令系統(tǒng) 控制計算機與操作的指令是一組二進制編碼，稱之為機器語言。計算機只能識別和執(zhí)行機器語言指令。 AT89C51 單片機指令與指令系統(tǒng)共有 111 條指令，從無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 20 功能上可分成數據傳輸類指令、算術運算指令、邏輯運算和移位指令、程序控制轉移類指令和位操作指令五大類。 3 DS18B20 溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器的性能特點 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被 測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)９～１２位的數字值讀數方式。 DS18B20的性能特點如下： ●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； ●多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網功能； ●無須外部器件； ●可通過數據線供電，電壓范圍為 ~； ●零待機功耗； ●溫度以９或１２位數字； ●用戶可定義報警設置； ●報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； DS18B20 溫度傳感器的內部結構框圖及設置 DS18B20 采用３腳 PR－ 35封裝或８ 腳 SOIC 封裝，其內部結構框圖如圖 31所示。 I/O C 64 位 ROM 和 單 線 接 口 高速緩存 存儲器與控制邏 輯 溫度傳感器 高溫 觸發(fā)器TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8位 CRC發(fā)生器 Vdd 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 21 圖 31 DS18B20 內部結構 64 位 ROM 的結構開始８位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后８位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入戶報警上下限。 DS18B20 溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存ＲＡＭ和一個非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結構為８字節(jié)的存儲器，結構如圖 32 所示。頭２ 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第５個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數值。該字節(jié)各位的定義如圖 3 所示。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時該位被設置為０，用戶要去改動， R1 和Ｒ 0 決定溫度轉換的精度位數，來設置分辨率。 無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院 22 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 圖 32 DS18B20 字節(jié)定義 由表 33 可見， DS18B20 溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數 據轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。 高速暫存ＲＡＭ的第６、７、８字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯１。第９字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。 當 DS18B20 接收到溫度轉