【文章內容簡介】 外 ROM16 位地址輸入端，當 PSEN 信號有效時，外 ROM 將相應地 址存儲單元中的內容送至數(shù)據(jù)總線 (P0 口 )， CPU 讀入后存入指定單元 [5]。 需要指出的是， 64KB 中有一小段范圍是單片機系統(tǒng)的專用單元， 0003H～0023H 是五個中斷源中斷服務程序入口地址，用戶不能安排其它內容。單片機復位后， (PC)=0000H， CPU從地址為 0000H 的 ROM 單元中讀取指令和數(shù)據(jù)。從 0000H到 0003H 只有 3個字節(jié)，根本不可能安排一個完整的系統(tǒng)程序，而單片機又是依次讀 ROM 字節(jié)的，因此，這 3 個字節(jié)只能用來安排一條跳轉指令，跳轉到其它合適的地址范圍執(zhí)行真正的主程序。 外部數(shù)據(jù)存 儲器 (外 RAM)：外部數(shù)據(jù)存儲器共 64KB，讀寫外 RAM 用 MOVX 指令，控制信號是 P3 的 WR 和 RD。 讀寫外 RAM 的過程：外 RAM16 位地址分到由 P0口 (低 8 位 )和 P2 口 (高 8位 )同時輸出， ALE 信號有效時由地址鎖存器鎖存低 8位地址信號，地址鎖存器輸出的低 8位地址信號和 P2 口輸出的高 8位地址信號同時加到外 RAM16 位地址輸入 11 端，當信號有效時，外 RAM 將相應地址單元中的內容送至數(shù)據(jù)總線 (P0 口 )， CPU讀入后存入指定單元?；虍斝盘栍行r，外 RAM 將數(shù)據(jù)總線 (P0 口分別傳送 )上的內容寫入相應地址存儲單元中 [6]。 外部數(shù)據(jù)存儲器主要用于存放數(shù)據(jù)和運算結果。一般情況下，只有在內 RAM不能滿足應用時，才接外 RAM。其最大容量可達 64K字節(jié)，外部數(shù)據(jù)存儲器和內部數(shù)據(jù)存儲器的功能基本相同，但前者不能用于堆棧操作。 必須注意，由于數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器全部 64K 地址重疊，且數(shù)據(jù)存儲器的片內外的低字節(jié)地址重疊。所以，對片內、片外數(shù)據(jù)存儲器的操作使用不同的指令。對片內 RAM讀寫數(shù)據(jù)時，無讀寫信號 (RD， WR)產生；對片外 RAM 讀寫數(shù)據(jù)時，有讀寫信號產生。同樣對程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的操作也是靠不同的控制信號 PSEN、 RD、 WR 來區(qū)分的。 另外，在片外數(shù)據(jù)存儲器中，數(shù)據(jù)區(qū)和擴展的 I/O 口是統(tǒng)一編址的，使用的指令也完全相同。因此，在系統(tǒng)設計時，必須合理的進行外部 RAM 和 I/O 口的地址分配，并保證譯碼的唯一性，如表 1 所示： 表 1 地址分配 端 口 管 腳 備選功能 T2 定時器 T2 外部輸入 WR 外部數(shù)據(jù)存貯器寫選通道 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通道 單片機最小系統(tǒng)電路設計 單片機最小系統(tǒng)就是保證單片機能夠正常工作的最基本的硬件電路。主要包括時鐘電路、復位電路 [7]。 單 片機工作的時間基準是有時鐘電路提供的。在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 管腳，按圖 3 所示接上晶振和電容就夠成了單片機的時鐘電路。 12 圖 3 時鐘電路 圖中電容 C C2 對晶振頻率有微調的作用，通常的取值范圍為（ 30+10pf）。石英晶體選擇 12MHz，選擇不同的石英晶體，其結果只是機器周期不同。 單片機的復位方式有上電復位和手動復位兩種。本設計系統(tǒng)采用上電自動復位和手動復位組合電路，如圖 4所示復位電路。 圖 4 復位電路 圖中可以看到單片機的 RST 引腳連接 R1（ 10K）、 C3（ 10uf），按鍵 可以選擇專用的復位按鍵，也可以選擇輕觸開關。只要 VCC 上升時間不超過 1ms，他們都能很好的工作。 溫度采集部分設計 本系統(tǒng)采用采用了 DS18B20 單總線可編程溫度傳感器 ,來實現(xiàn)對溫度的采集和轉換，與單片機 口相連，直接與單片機通訊，大大簡化了電路的復雜度。 DS18B20 是美國 DALLAS 半導體公司推出的支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微小化、功耗低、性能高、高抗干擾能力、容易搭配微處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉化為串行數(shù)字信號供處理器處理 [8]。如圖 5所示。 13 圖 5 溫度采集 按鍵電路設計 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)工作時應具備以下功能：一、可以切換顯示實時溫度和溫度上下限的值。二、可以調節(jié)溫度上下限。要實現(xiàn)這些功能，可以通過按鍵輸入電路 [9]。 鍵盤結構可分為獨立式鍵盤和行列式鍵盤（矩陣式）兩類，由于本系統(tǒng)只采用 3 個按鍵，因此可選用獨立式按鍵。如圖 6所示，電路有三個按鍵組成，按鍵采用輕觸開關。 圖 6 按鍵電路 各個按鍵的功能： S1：功能鍵（顯示溫度值、報警上限、報警下限三態(tài)循環(huán)。） S2：遞減鍵（當顯示溫度報警上下限時， 按此鍵則顯示的報警上限和下限減 1.） S3：遞增鍵（當顯示溫度報警上下限時，按此鍵則顯示的報警上限和下限加 1.） 數(shù)碼管顯示電路設計 單片機應用系統(tǒng)中，通常都需要進行人機對話，這包括人對應用系統(tǒng)的狀態(tài)干預和數(shù)據(jù)輸入，以及應用系統(tǒng)向外界顯示運行狀態(tài)和運行結果等。 14 數(shù)碼管顯示電路通過位驅動電路和段驅動電路組合而成。由于數(shù)碼管顯示器不能被單片機的并行口驅動，所以必須采用專門的驅動電路芯片，讓它產生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅動電路能力差，即負載能力不夠，顯示器亮度就低，而且驅動 電路長期在超負荷下運行非常容易損壞 [10]。 數(shù)碼管顯示器的顯示控制方式分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種，若選擇靜態(tài)顯示，則數(shù)碼管驅動器的選擇較為簡單，只要驅動器的驅動能力與顯示器的電流相匹配即可，而且一般只需考慮斷的驅動；動態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段和位選信號共同配合完成的，因此，要同時考慮段和位的驅動能力，而且段的驅動能力決定位的驅動能力 [11]。 本系統(tǒng)采用并行驅動動態(tài)顯示。采用單片機 P2 口的低 3位作為數(shù)碼管的位碼輸出信號， P0 口作為段碼輸出信號。該驅動電路如圖 220所示， P0口作為段碼輸出信號需外接上拉電阻。由圖 7可以看到，原理圖中用 3個三極管作為數(shù)碼管的位驅動。 圖 7 數(shù)碼管顯示電路 溫度控制電路設計 本設計通過繼電器控制外部負載來達到升降溫的目的，當溫度超過設置上限時，電機運轉連接風扇降低大棚內部溫度，當溫度低于設置下限時，電熱爐加熱升高大棚內部溫度。（ LED 燈管作用為判斷當前負載的工作情況）如圖 8 所示。 15 圖 8 溫度控制電路 報警電路設計 當溫度達到或超過上下限是就會報警，報警電路如圖 9所示： 圖 9 報警電路 報警電路與單片機的 口相連當單片機輸出一個低電平時，蜂鳴器就會發(fā)出報警信號，說明溫度已經超過規(guī)定的上下限值，外部輸出設備應該啟動進行相應的措施。只用在人按下復位按鈕或溫度在允許的范圍內報警電路就不會觸動。 16 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 該系統(tǒng)程序的編寫采用模塊化程序設計，采用模塊化程序設計的優(yōu)點在于：每個模塊都可以分配給不同的程序員完成，從而縮短開發(fā)周；各個模塊高聚合、模塊之間低耦合，只要模塊之間確定了參數(shù)遞的接口，不管那個模塊內部的改動，均不會影響其他模塊，從而使件產品的生產更加靈活；系統(tǒng)細化到模塊，條理清晰，系 統(tǒng)更加容易理解和實現(xiàn)；容易維護、系統(tǒng)可靠 [12]。系統(tǒng)程序主要包括以下幾個部分：主程序、按鍵掃描、定時器 0 中斷子程序。 主程序流程圖 總模塊流程圖如圖 10 所示。本軟件設計采用循環(huán)查詢來處理各個模塊，溫度是緩慢變化量所以可以滿足性能要求。以及主程序的中斷流程圖。 初 始 化D S 1 8 B 2 0 是 否 存 在L E D 燈 亮顯 示 上 次 數(shù) 值數(shù) 據(jù) 處 理鍵 盤 掃 描 子 程 序是 否顯 示 子 程 序溫 度 是 否 高 于 設 置 溫 度L E D 燈 亮風 扇電 熱 爐是 否開 始 （ a） 17 定 時 器 中 斷如 果 顯 示 報 警 上 限如 果 顯 示 溫 度 如 果 顯 示 報 警 下 限讀 取 溫 度 并 轉 換 、顯 示 ， 超 溫 報 警讀 取 報 警 上 限 并 轉換 、 顯 示 ， 如 果加 、 減 、 存 、 恢 復則 作 相 應 操 作讀 取 報 警 下 限 并 轉換 、 顯 示 ， 如 果加 、 減 、 存 、 恢 復則 作 相 應 操 作掃 描 數(shù) 碼 管中 斷 返 回 （ b） 圖 10 主程序流程圖 鍵盤掃描子程序 鍵 盤掃描子程序如圖 11 所示： 鍵盤掃描功能鍵是否按下設置上下限報警值主函數(shù)是開始 圖 11 鍵盤掃描子程序 18 讀取 DS18B20 溫度模塊子程序 每次對 DS18B20 操作時都要按照 DS18B20 工作過程中的協(xié)議進行。 初始化 ROM 操作命令 存儲器操作命令 處理數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖12所示。 初 始 化DS18B20存 在 ？ROM操 作 命 令存 儲 操 作 命 令讀 取 溫 度 值否是開 始返 回 圖 12 讀取 DS18B20溫度子程序流程圖 數(shù)據(jù)處理子程序 由于 DS18B20 轉換后的代碼并不 是實際的溫度值，所以要進行數(shù)據(jù)處理。由于本程序采用的是 的精度，小數(shù)部分的值，可以用后四位代表的實際數(shù)值乘以 ，得到真正的數(shù)值，數(shù)值可能帶幾個小數(shù)位，所以采取四舍五入，保留一位小數(shù)即可。也就說，本系統(tǒng)的溫度精確到了 度。 首先程序判斷溫度是否是零下，如果是，則 DS18B20 保存的是溫度的補碼值，需要對其低 8 位（ LS Byte）取反加一變成原碼。處理過后把 DS18B20 的溫度復制到單片機的 RAM 中，里面已經是溫度值的 Hex 碼了，然后轉換 Hex 碼到 BCD碼，分別把小數(shù)位，個位，十位的 BCD 碼存入 RAM 中 [13]。數(shù)據(jù)處理子程序流程 19 圖如圖 13 所示。 數(shù) 據(jù) 傳 遞溫 度 是 否 為 負 ？ 求 補 運 算B C D 碼 轉 換返 回否是 圖 13 數(shù)據(jù)處理子程序流程 20 第 5章 系統(tǒng)的仿真 編程軟件簡介 本系統(tǒng)的編程軟件選用 Keil C51。 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 與匯編相比， C 語言 具有語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活，運算符豐富，數(shù)據(jù)類型豐富等特點 。 Keil 提供了包括 C 編譯器、 宏匯 編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ μ Vision）將這些部分組合在一起 [14]。 Keil C51 是一種 支持 8051 微控制器 體系結構的 Keil 開發(fā)工具，適合每個階段的開發(fā)人員，不管是專業(yè)的 應用工程師 ，還是剛學習 嵌入式軟件開發(fā) 的學生。 產業(yè)標準的 Keil C 編譯器 、宏 匯編器 、 調試器 、實時內核、單板計算機和仿真器 ，支持所有的 251 系列微控制器，幫助你如期完成項目進度。 當你開始一個新項目，只需簡單的從設備數(shù)據(jù)庫選擇使用的設備， μV ision IDE將設置好