【文章內(nèi)容簡介】 體設(shè)計(jì)：控制器采用單片機(jī) AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20，用 4位 LED數(shù)碼管以 串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示 [1]。 系統(tǒng)整體硬件電路 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖見 圖 23 所示，控制器使用單片機(jī) AT89C51 溫度 傳感器使用 DS18B20，用 4 位共陰 LED 數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)溫度顯示 [2][3]。 按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動(dòng)復(fù)位，使用比較方便，在程序跑 時(shí)，可 以手動(dòng)復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位 [4][5]。溫度傳感器 鍵盤電路 4位數(shù)碼管顯示電路 位數(shù)碼管顯示電路報(bào)警電路 單 片 機(jī) 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 7 圖 23 設(shè)計(jì)原理圖 系統(tǒng)組成 由 AT89C51 構(gòu)成的數(shù)字溫度計(jì)由三部分組成： DS18B20 溫度傳感器、 AT89C5顯示模塊。產(chǎn)品的主要技術(shù) 指標(biāo) ： （ 1） 采用單總線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根 I/O 線，在一根線上可以掛接多個(gè)DS18B20。 （ 2） 每只 DS18B20 具有一個(gè)獨(dú)有的，不可修改的 64 位序列號(hào)，根據(jù)序列號(hào)訪問地址器件。 （ 3） 低壓供電，電源范圍從 3～ 5V，可以本地供電，也可以直接數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生電源方式）。 （ 4） 測溫范圍為 55℃ ～ +125℃，在 10℃ ~85℃范圍內(nèi)誤差為：177。 ℃。 （ 5） 可編輯數(shù)據(jù)為 9～ 12位，轉(zhuǎn)換 12 位溫度時(shí)間為 750ms（最大） （ 6） 用戶可自行設(shè)定報(bào)警上下限溫度 （ 7） 報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址哪個(gè) 器件的溫度超出預(yù)定值 （ 8） DS18B20 的分辨率由用戶通過 EEPROM 設(shè)置為 9～ 12 位 （ 9） DS18B20 可將檢測到溫度值直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過串行通信的方式與主控沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 8 制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 溫度檢測系統(tǒng) 工作原理 利用 AT89C51 組成的數(shù)字溫度計(jì)的工作原理：溫度傳感器 DS18B20 將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號(hào)的數(shù)字信號(hào)（以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個(gè)字節(jié)），傳感器可置于離裝置 150 米以內(nèi)的任何地方，輸出腳 I/O 直接與單片機(jī)的 相連， AT89C51 內(nèi)帶FlashROM，用戶程序存放在這里。顯示器 模塊由四 個(gè)單獨(dú)的共 陰 LED 數(shù)碼管組成。系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器空控制程序是按照 DS18B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。 主控制器 單片機(jī) AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用三節(jié)電池（ ）供電。 [6] 單片機(jī)的選擇 屬于哈佛體結(jié)構(gòu)的 MCS51系列單片機(jī)，其程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各自獨(dú)立，編址范圍均為 64KB。該系列產(chǎn)品功能強(qiáng)，運(yùn)行速度高，可靠性強(qiáng)，其為低電壓；高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4位的 EEPROM和 128位的 RAM，兼容 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)通用 8位CPU 和 Flash 存儲(chǔ)單元，可靈活運(yùn)用于性價(jià)比高的應(yīng)用場合，所以設(shè)計(jì)中單 片機(jī)選取的型號(hào)為 AT89C51！ 圖 24 單片機(jī)管腳圖 （ 1） 主要性能參數(shù)： 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 9 ①與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容 4K 字節(jié) EEPROM ② 1000 次擦寫周期 ③全靜態(tài)操作： 0HZ~24MHZ ④三級加密程序存儲(chǔ)器 ⑤ 23*8 字節(jié)的內(nèi)部 RAM ⑥ 32 個(gè)可編程 I/O 口線 ⑦ 2個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ⑧ 6 個(gè)中斷源 ⑨可編程串行 UART 通道 ⑩低功耗空閑和掉電模式述： （ 2）功能特性描述： AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié) FLASH 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)的內(nèi)部 RAM。32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量兩級中斷結(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)， AT89C51 可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /記數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存中的內(nèi)容，但是振蕩器停止工作并禁止其它所有部件直到下一個(gè)硬件復(fù) 位！ 各引腳對應(yīng)的功能簡要介紹如下： 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 10 圖 25 AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 GND—— 接地。 VCC —— 電源端，接＋５Ｖ ～ —— P0口 當(dāng) P0 口作為普通輸入接口時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器寫“ 1”。當(dāng) P0 口是在訪問片外存儲(chǔ)器（擴(kuò)展 RAM 或 ROM）時(shí)，它是標(biāo)準(zhǔn)的雙向 I/O 接口。分時(shí)復(fù)用作為低 8位地址線和8位雙向數(shù)據(jù)總線使用。 ～ —— P1 口 ，它僅用作為 I/O口使用，它也 是 自 帶上拉 電阻 的 8 位準(zhǔn) 雙向I/O 端 口，每 一 位可以能驅(qū)動(dòng)４個(gè)ＬＳＴＴＬ負(fù)載。 當(dāng) P1 口用作輸入 接 口 時(shí)，應(yīng)先沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 11 向口鎖存器寫“ 1”。 ～ —— P2 口 。作為普通 I/O口使用時(shí)，它是自帶上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O，每 一 位可以能驅(qū)動(dòng)４個(gè)ＬＳＴＴＬ負(fù)載 。作為輸入接口時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器寫“ 1”。 在訪問片外存儲(chǔ)器（擴(kuò)展 RAM 或 ROM）時(shí)，作為高 8 位地址線使用。 ～ —— P3 口 ， 是 自 帶上拉 電阻 的 8位準(zhǔn) 雙向 I/O 口，每 一 位可以能驅(qū)動(dòng)４個(gè)ＬＳＴＴＬ負(fù)載 。 可用作輸入口 ，應(yīng)先向口鎖存器寫“ 1”。 P3 口還具有以下特殊功能 ： RXD() —— 串行輸入口 TXD() —— 串行輸出口 INT0() —— 外部中斷 0 INT1() —— 外部中斷 T0() —— 定時(shí)器 0 外部輸入 T1() —— 定時(shí)器 1 外部輸入 WR() —— 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號(hào) RD() —— 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào) RST —— 復(fù)位。當(dāng) 振蕩器 在運(yùn)行中只要復(fù)位管腳出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平，即可復(fù)位內(nèi)部。有擴(kuò)散電阻連接到 VSS，僅需要外接一個(gè)電容到 VCC 即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。 ALE —— 地址鎖存使能。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下， ALE 輸出信號(hào)恒定為 1/6 振蕩頻率并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)。 PSEN —— 程序存儲(chǔ)使能。當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器代碼時(shí)， PSEN 每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 無效。訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 無效。 EA/VPP —— 外部尋址使能 /編程電壓。在訪問整個(gè)外部程 序存儲(chǔ)器時(shí) EA 必須外置低 電平 ，如果 EA為高時(shí)將執(zhí)行內(nèi)部程序，除非程序計(jì)數(shù)器包含大于片內(nèi) FLASH 的地址。該引腳在對 FLASH 編程時(shí) ，接 5V/12V 編程電壓 (Vpp)，如果保密位 1已編程， EA在復(fù)位時(shí)由內(nèi)部鎖存。 XTAL1 —— 反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入 [7]。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 12 復(fù)位電路 見 圖 28 所示： 圖 28 單片機(jī)復(fù)位電路 復(fù)位電路工作原理 [8]： 電容在上接高電平，電阻在下接地，中間為 RST。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于是短路，于是 RST 引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電， RST 端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機(jī)開始正常工作。 顯示電路 顯示器件選用的是 4 位共陰極數(shù)碼管顯示， 8 個(gè)數(shù)據(jù)接口用 電阻作為上拉電阻。見 圖 29所示 : 顯示電路采用靜態(tài)顯示， 4位共陰 LED 數(shù)碼管。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè) 顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I/O 接用于筆劃段字形代碼。這樣單片 機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接門電路，就不用管它了，直到要顯示新的 數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的宇形碼，因此，使用這種方法，單片機(jī)中 CPU 的開銷小。 (1)LSD 的靜態(tài)顯示 實(shí)際使用的 LED 顯示器通常由多位構(gòu)成，對多位 LED 顯示器的控制包括字 行控制和字位控制，在靜 態(tài)顯示方式下，每一位顯示器的字行控制是獨(dú)立的， 分別接到一個(gè) 8位 I/0 接口上，字位控制線連在一起，接地或 5伏。 (2)LSD 顯示器及接法 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 13 通常所說的 LED 顯示器由 7 個(gè)發(fā)光二極管組成，故也稱 7 段數(shù)碼管，此外 顯示器還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故有時(shí)也稱八段 LED 顯 示管，通過 7 段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字，字母及其他 符號(hào)。 LEA 示器中的發(fā)光二極管有 2種接法 : （ 1） 共陽極接法 把發(fā)光二極管的陽極連在二起構(gòu)成共陽極，使用時(shí)公共 陽極 接 +5 伏，這樣，陽極輸入端低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮， 而輸入高 電平則