【文章內(nèi)容簡介】 透到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。 目前單片機(jī)的品種很多，但其中最典型的是 MCS51 單片機(jī) ,它是美國 INTE公司于 1980 年推出的產(chǎn)品，與 MCS48 單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令 ,指令數(shù)達(dá) 111 條， MCS51 單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS51 系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品 技術(shù)的應(yīng)用 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更 不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種 智能機(jī)械 。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 智能儀器：單片機(jī) 具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表，數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（電壓表、功率計，示波器，各種分析儀）。 工業(yè)控制 :單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、無線感知系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。例如工廠 流水線 的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 家用電器 :現(xiàn)在的家用電器廣泛采用了單片機(jī)控制技術(shù)，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空 調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備和白色家電等。 網(wǎng)絡(luò)和通信 :現(xiàn)代的單片機(jī) 普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控 交換機(jī) 、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。 醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域 :單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 汽車電子 :單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機(jī)控制器，基于 CAN 總線的汽車發(fā)動機(jī)智能電子控制器、 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)、 abs 防抱死系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、胎壓檢測等。 此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 系統(tǒng)溫度傳感器 本設(shè)計系統(tǒng)選用的是增強(qiáng)型單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。它在測溫精度 、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面有很大 的優(yōu)點(diǎn)。 DS18B20 有三只引腳， GND，DQ， VDD。 如圖 GND 為電源地 DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端 VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 圖 DS18B20引腳圖 DS18B20 工作原理： DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。 18B20 共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： 1） 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(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。 DS18B20 共 64 位ROM。 2） RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)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(fù)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(shù)寄存器，是為 了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第 9個字節(jié)為前 8個字節(jié)的 CRC 碼。 3） 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 DS18B20 的主要性能 1）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： ~。 2）測溫范圍：在 — 10℃～ +85℃ 時精度為 177。 ℃ 。 3）可編程的分辨率為 9— 12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 、 、 和 。 4）獨(dú)特的單 線接口僅僅需要一個端口引腳進(jìn)行通訊。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18820 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器等組成。如圖 6 4 位 R O M和 單 總 線端 口暫 存 器存 儲 器 和 控 制 部 分高 速 暫 存 器下 線 觸 發(fā) T L上 限 觸 發(fā) T H溫 度 傳 感 器8 位 C R C 產(chǎn) 生 器 圖 DS1802 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 1. 64 位光刻 ROM，可以看作為該器件的地址序列號。其作用是使每一個出廠的 DS18820 地址序列號都各不相同，這樣，就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18820 的目的。 2. DS18820 中的溫度傳感器完成對溫度 的測量，輸出格式為： 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼。當(dāng)測溫精度設(shè)置為 12位時，分辨率為 O． 0625℃ ，即 O． 0625℃／ LSB。其二進(jìn)制補(bǔ)碼格式如圖 。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 二進(jìn)制補(bǔ)碼格式 3． DS18820 中的低溫觸發(fā)器 TL、高溫觸發(fā)器 TH，用于設(shè)置低溫、高溫的報警數(shù)值。 DS18820 完成一個周期的溫度測量后，將測得的溫度值和 TL、 TH 相比較，如果小于 TL，或大于 TH，則表示溫度越限，將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志位置位，并對主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)。需要修改上、下限溫度值時，只需使用一個功能命令即可 對 TL、 TH 寫入，十分方便。 4． DS18820 中的高速暫存器是一個 9字節(jié)的存儲器。 開始兩個字節(jié)為被測溫度的數(shù)字量，第 5 字節(jié)分別為 TH、 TL、配置寄存器的復(fù)制，每一次上電復(fù)位時被重寫。配置寄存器有 R0、 R1 組成，其值決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)、轉(zhuǎn)換時間。 第 7字節(jié)為測溫計數(shù)的剩余值。第 8字節(jié)為測溫時每度的計數(shù)值。第 9 字節(jié)讀出的是前 8個字節(jié)的 CRC 校驗(yàn)碼，通過此碼，可判斷通訊是否正確。 DS18B20 的管腳功能，如圖 圖 DS18B20引腳圖 序 名稱 引腳功能描述 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 號 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 DS18B20 與單片機(jī)接口 DS1820可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時 DS1820的 1管腳接地， 2腳作為信號線接單片機(jī)的 I/O口，電源與數(shù)字輸入管腳間需接一個， 3管腳接電源，如圖 41所示。另一種是寄生電源方式，如圖 42所示。單片機(jī)端口接單片機(jī)總線，為保證 在有效的 DS1820 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET管來完成對總線的上拉。 當(dāng) DS18B20 處于些存儲器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時間最大為 10μ s。采用寄生電源供電方式時 VDD和 GND 端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送端接口必須是三態(tài)的。 圖 DS18B20采用電源供電方式的電路圖 單片機(jī) VCC DQ GND Vcc K 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 DS18B20采用寄生電源的電路 圖 STC89C52 的介紹 本系統(tǒng)選用的單片機(jī)型號為 STC89C52， STC89C52 是一種低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有 8K字節(jié) 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， STC89C52 可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 8 位微控制器 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash。 STC89C52 的主要性能 STC89C52RC 單片機(jī) : 8K字節(jié)程序存儲空間； 512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間； 內(nèi)帶 2K 字節(jié) EEPROM 存儲空間 。 可直接使用串口下載； AT89S52 單片機(jī) : 8K字節(jié)程序存儲空間； 單片機(jī) Vcc Vcc DS18B20 DS18B20 DS18B20 4.7 K 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間； 沒有內(nèi)帶 EEPROM 存儲空間 。 STC89C52 的 引腳功能說明，如圖 圖 STC89C51 引腳圖 1~8 腳 ： I/OP1 口（ ~）， P1 口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的 8 位雙向I/O口， P1 口緩沖器能接收和輸出 4個 TLL 門電流； 9 腳 ：復(fù)位腳（ RST/Vpd）；復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器復(fù)位時，要保持 RST 引腳 2個機(jī)器周期的高電平時間； 10~17 腳 ： I/OP3 口（ =RXD， =TXD， =INT0， =INT1， =T0，=T1， =WR， =RD）， P3口是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻器的雙向 I/O口，可接收和輸出 4個 TLL門電流； 1 19 腳 ：晶振（ 18=XTAL2， 19=XTAL1），反向振蕩放大器的輸出、輸入。 20 腳 :地（ Vss），接地； 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 21~28 腳 ： I/OP2 口（ ~)， P2口為內(nèi)部上拉電阻器的 8 位雙向 I/O口， P2 口緩沖器可接收和輸出 4個 TLL 門電流； 29 腳 ： PSEN，外部程序存儲器的選通信號； 30 腳 ： ALE/PROG； 31 腳 ： EA/Vpp 32~39 腳 ： I/OP0 口（ ~）， P0口為 8位漏極開路雙向 I/O 口，每引腳可吸收 8個 TTL門電流。 40 腳 ： +5V 電源。 報警電路 本系統(tǒng)采用單片機(jī)與蜂鳴器相連來顯示當(dāng)前系統(tǒng)所處的狀態(tài)來報警。如 圖 所示，其中 口與蜂鳴器中間接一個電阻起到防止電流過大，保護(hù)器件的作用。 圖 報警電路模塊 圖 為系統(tǒng)報警模塊的電路圖。單片機(jī)把接收來的數(shù)字溫度信號與所設(shè)湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 置的溫度信號比較，一旦發(fā)現(xiàn)超出了設(shè)定的范圍，由單片機(jī)的 引腳置高電平，驅(qū)動三極管（ 8550），使繼電器吸合，二極管亮，同時，蜂鳴器響，發(fā)出報警信號。 當(dāng)實(shí)際溫度值低于溫度下限值時，蜂鳴器不報警，表示當(dāng)前溫度低于上限值 ，系統(tǒng)處于安全狀態(tài)；相反，當(dāng)實(shí)際溫度值高于溫度上限值時，蜂鳴器報警，系統(tǒng)則需要報警。 顯示電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。 LED 數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡單易行。 LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理 七段 LED 顯示器共有 8個發(fā)光二極管。其中 7個發(fā)光二極管用于構(gòu)成七筆字形，另一個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。七段 LED 顯示器有共陰極和共陽極兩種接法，如下圖所示，共陰極接法，將 8個發(fā)光二極管的陰極連接在一起，高電平輸入有效 LED 發(fā)光。共陽極接法，將 8個發(fā)光二極管的陽極接在一起，低電平輸入有效LED發(fā)光。七段 LED 顯示器顯示原理簡單，只要控制其中各段 LED 的亮與滅即可顯示出相應(yīng)的數(shù)字、字母或符號。如圖 。 圖 7段 LED顯示器