【文章內(nèi)容簡介】 管柵極的信號為 1，該場效應管就導通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為 1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1 信號讀入后不一定是 1。若先執(zhí)行置 1 操作，則可以使場效應管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作，所以這類I/O 口被稱為準雙向口。 AT89S51 的 P0/P1/P2/P3 口作為輸入時都是準雙向口。接下來讓我們再看另一個問題，從圖中可以看出這四個端口還有一個差別，除 了P1 口外 P0P2P3 口都還有其他的功能。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí) 行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 9 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間， 此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 AT89SXX 系列 單片機 實現(xiàn)了 ISP 下載功能，故而取代了 89CXX 系列的下載方式，也是因為這樣， ATMEL 公司 已經(jīng)停止生產(chǎn) 89CXX 系列的單片機，現(xiàn)在市面上的 AT89CXX 多是停產(chǎn)前的庫存產(chǎn)品。 圖 21 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟。 DALLAS 半 導體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為 55～ +125 攝氏度，可編程為 9 位～ 12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達 攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個 DS18B20可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線 和邏輯電路。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 DS18B20 的性能特點如下： 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 適應電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電溫范圍－ 55℃～＋ 125℃，在 10～ +85℃時精度為177。 ℃ 零待機功耗可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應的可分辨溫度分別為 ℃、℃、 ℃和 ℃，可實現(xiàn)高精度測溫在 9 位分辨率時最多在 10 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作以上特點使 DS18B20 非常適用與多點、遠距離溫度檢測系統(tǒng)。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的管腳排列、各種封裝形式如圖 22 所示， DQ 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源； GND 為地信號； VDD 為可選擇的 VDD 引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。其電路圖 23 所示 ： 圖 22 圖 23 LED 顯示器件 LED 顯示器內(nèi)部由發(fā)光二極管組成段顯示 ,數(shù)碼管結(jié)構(gòu)分為共陽極型和共陰極型 LED 顯示器及其接口如下圖 24： 圖 24 LED 的工作原理 11 共陰極結(jié)構(gòu)中 ： 所有發(fā)光二極管的陰極接在一起形成公共端 COM，使用時 COM端接低電平，當某段發(fā)光二極管的陽極接高電平時，則該段二極管發(fā)光顯示字符。 共陽極結(jié)構(gòu)中：所有發(fā)光二極管的陽極接在一起形成公共端 COM，使用時 COM端接高電平，當某段發(fā)光二極管 的陰極接低電平時，則該段二極管發(fā)光顯示字符。 在單片機應用系統(tǒng)中，一般要同時使用 N 片七段 LED 構(gòu)成 N 位 LED 顯示器。 LED 的公共端 COM 叫顯示器的位選線， a～ g 稱為段選線，這樣 N 位 LED 顯示器有N 根位選線， N?8 根段選線 (包括小數(shù)點位 )。位選線控制 LED 的每一位是否顯示，段選線控制每一位的顯示字符，常用字符顯示編碼表如表 2— 1： 表 2— 1 顯示字符 共陰段碼 共陽段碼 顯示字符 共陰段碼 共陽段碼 0 3FH C0H A 77H 88H 1 06H F9H b 7CH 83H 2 5BH A4H C 39H C6H 3 4FH B0H d 5EH A1H 4 66H 99H E 79H 86H 5 6DH 92H F 71H 8EH 6 7DH 82H P 73H 8CH 7 07H F8H — 40H BFH 8 7FH 80H 全滅 00H FFH 9 6FH 90H ● 80H 7FH 12 第三章 硬 件電路設(shè)計 設(shè)計方案的選定 該系統(tǒng)主要由溫度測量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，實現(xiàn)的方法有很多種，下面將列出三種在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的實現(xiàn)方案。 方案一： 由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 方案二： 進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到 的，所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。 方案三： 采用熱電偶溫差電路測溫，溫度檢測部分可以使用低溫熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線所組成（熱電偶的構(gòu)成如圖 31），熱電偶產(chǎn)生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結(jié)點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結(jié)點的溫度。數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有A/D 通道的單片機，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的 處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。熱電偶的優(yōu)點是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點，并且這種設(shè)計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 圖 31 系統(tǒng)主要包括對 A/D0809 的數(shù)據(jù)采集，自動手動工作方式檢測，溫度的顯示等，這幾項功能的信號通過輸入輸出電路經(jīng)單片機處理。此外還有復位電路，晶振電路，啟動電路等。故現(xiàn)場輸入硬件有手動復位鍵、 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，處理芯片為 51 芯片，執(zhí)行機構(gòu)有 4 位數(shù)碼管、報警 器等。 從以上三種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。 13 總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖 32所示，控制器采用單片機 AT89S51，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)實現(xiàn)溫度顯示。 圖 32 本系統(tǒng)采用單片機作為微控制器，分為五個模塊（如上圖 ）：測溫電路 , 數(shù)碼管顯示 ,報警電路 ,復位電路和時鐘振蕩。單片機 I/O 口資源的利用： P1口作為數(shù)碼管控制端輸入， P2 口作為測溫 電路測量溫度值的輸入， 接蜂鳴器 , 接溫度傳感器 DS18B20。采用 12MHZ 晶振。電源采用 5V 為單片機， LED，蜂鳴器供電。主要技術(shù)指標：準確度達微秒級，以市電 220V50HZ 為輸入電源，工作溫度 55℃ ~125℃。本設(shè)計由 DS18B20 溫度傳感器芯片測量當前的溫度并將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送入單片機。然后通過 AT89S51 單片機驅(qū)動四位共陽極 8 段 LED數(shù)碼管顯示測量溫度值。如附錄中本設(shè)計硬件電路圖所示，本電路主要有DS18B20 溫度傳感器芯片，四位共陽極數(shù)碼管， AT89S51 單片機及相應外圍電路組成。 其中 DS18B20 采用“一線制”與單片機相連。 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 一、 復位電路 本復位電路采用上電復位，上電復位電路是 — 種簡單的復位電路，只要在RST 復位引腳接一個電容到 VCC，接一個電阻到地就可以了。上電復位是指在給系統(tǒng)上電時，復位電路通過電容加到 RST 復位引腳一個短暫的高電平信號，這個復位信號隨著 VCC 對電容的充電過程而回落，所以 RST 引腳復位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復位， RST 引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。如 33 圖所示 主 控 制 器 LED顯 示 溫 度 傳 感 器 單片機復位 時鐘振蕩 報警點按鍵調(diào)整 14 圖 33 二、 設(shè)置上下限電路 本模塊有四個按鍵來實現(xiàn)報警溫度的設(shè)置功能， K1 是用來進入上下限調(diào)節(jié)模式的，當按一下 K1 進入上限調(diào)節(jié)模式，再按一下進入下限調(diào)節(jié)模式。在正常模式下，按一下 K2 進入查看上限溫度模式，顯示 1s 左右自動退出；按一下 K3進入查看下限溫度模式，顯示 1s 左右自動退出；在調(diào)節(jié)上下限溫度模式下， K2是實現(xiàn)加 1 功能， K1 是實現(xiàn)減 1 功能， K3 是用來設(shè)定上下限溫度正負的 ，同時LED 顯示當前在調(diào)的報警溫度值，當調(diào)整完畢后，按 K4 鍵退出調(diào)整程序 ,如 34圖所示 圖 34 三、 晶振電路 時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接 影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。如圖 35 所示： 15 圖 35 溫度檢測電路 DS18B20 最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來完成。 DS18B20 的電源供電方式有 2 種 : 外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時 , VDD 和 GND 均接地 , 他在需要遠程溫度探測和空間受限的場合特別有用 , 原理是當 1 W ire 總線的信號線 DQ(I/O) 為高電平時 , 竊取信號能量給 DS18B20 供電 , 同時一部分能量給內(nèi)部電容充電 , 當 DQ為低電平時釋放能量為 DS18B20 供電。但寄生電源方式需要強上拉電路 , 軟件控制變得復雜 (特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到 E2PROM 時 ) , 同時芯片的性能也有所降低 。因此 , 在條件允許的場合 , 盡量采用外供電方式。無論是內(nèi)部寄生電源還是外供電， I/O 口線要接 5KΩ左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。D