【文章內(nèi)容簡介】 管柵極的信號為 1，該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時(shí)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(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動作，所以這類I/O 口被稱為準(zhǔn)雙向口。 AT89S51 的 P0/P1/P2/P3 口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。接下來讓我們再看另一個(gè)問題，從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別，除 了P1 口外 P0P2P3 口都還有其他的功能。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，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(shí)， 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(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， 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(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 9 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，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(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，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(shí)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(jī) 實(shí)現(xiàn)了 ISP 下載功能，故而取代了 89CXX 系列的下載方式，也是因?yàn)檫@樣， ATMEL 公司 已經(jīng)停止生產(chǎn) 89CXX 系列的單片機(jī)，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(jì)。 DALLAS 半 導(dǎo)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(dá) 攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè) 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(gè)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(jì)，十分方便。 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)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(yīng)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(shí)精度為177。 ℃ 零待機(jī)功耗可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、℃、 ℃和 ℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫在 9 位分辨率時(shí)最多在 10 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)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(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作以上特點(diǎn)使 DS18B20 非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)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(bào)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(dāng)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(dāng)工作于寄生電源時(shí)，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(shí) COM端接低電平，當(dāng)某段發(fā)光二極管的陽極接高電平時(shí)，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(shí) COM端接高電平，當(dāng)某段發(fā)光二極管 的陰極接低電平時(shí)，則該段二極管發(fā)光顯示字符。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般要同時(shí)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(diǎn)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(jì) 設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)方案。 方案一： 由于本設(shè)計(jì)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(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)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(jì)需要用到A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 方案二： 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)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?zé)崤?，熱電偶由兩個(gè)焊接在一起的異金屬導(dǎo)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(dǎo)體的溫差電勢組成。通過將參考結(jié)點(diǎn)保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結(jié)點(diǎn)的溫度。數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有A/D 通道的單片機(jī)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)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(diǎn)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(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點(diǎn)，并且這種設(shè)計(jì)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(xiàng)功能的信號通過輸入輸出電路經(jīng)單片機(jī)處理。此外還有復(fù)位電路，晶振電路，啟動電路等。故現(xiàn)場輸入硬件有手動復(fù)位鍵、 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，處理芯片為 51 芯片，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有 4 位數(shù)碼管、報(bào)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(jì)也比較簡單，故采用了方案二。 13 總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖 32所示，控制器采用單片機(jī) 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(shí)現(xiàn)溫度顯示。 圖 32 本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為微控制器，分為五個(gè)模塊（如上圖 ）：測溫電路 , 數(shù)碼管顯示 ,報(bào)警電路 ,復(fù)位電路和時(shí)鐘振蕩。單片機(jī) 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(jī)， LED，蜂鳴器供電。主要技術(shù)指標(biāo)：準(zhǔn)確度達(dá)微秒級，以市電 220V50HZ 為輸入電源，工作溫度 55℃ ~125℃。本設(shè)計(jì)由 DS18B20 溫度傳感器芯片測量當(dāng)前的溫度并將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送入單片機(jī)。然后通過 AT89S51 單片機(jī)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(jì)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(jī)及相應(yīng)外圍電路組成。 其中 DS18B20 采用“一線制”與單片機(jī)相連。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、 復(fù)位電路 本復(fù)位電路采用上電復(fù)位，上電復(fù)位電路是 — 種簡單的復(fù)位電路，只要在RST 復(fù)位引腳接一個(gè)電容到 VCC，接一個(gè)電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加到 RST 復(fù)位引腳一個(gè)短暫的高電平信號，這個(gè)復(fù)位信號隨著 VCC 對電容的充電過程而回落，所以 RST 引腳復(fù)位的高電平維持時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位， RST 引腳的高電平信號必須維持足夠長的時(shí)間。如 33 圖所示 主 控 制 器 LED顯 示 溫 度 傳 感 器 單片機(jī)復(fù)位 時(shí)鐘振蕩 報(bào)警點(diǎn)按鍵調(diào)整 14 圖 33 二、 設(shè)置上下限電路 本模塊有四個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)報(bào)警溫度的設(shè)置功能， K1 是用來進(jìn)入上下限調(diào)節(jié)模式的，當(dāng)按一下 K1 進(jìn)入上限調(diào)節(jié)模式，再按一下進(jìn)入下限調(diào)節(jié)模式。在正常模式下，按一下 K2 進(jìn)入查看上限溫度模式，顯示 1s 左右自動退出；按一下 K3進(jìn)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(shí)現(xiàn)加 1 功能， K1 是實(shí)現(xiàn)減 1 功能， K3 是用來設(shè)定上下限溫度正負(fù)的 ，同時(shí)LED 顯示當(dāng)前在調(diào)的報(bào)警溫度值，當(dāng)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(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接 影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本文用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。如圖 35 所示： 15 圖 35 溫度檢測電路 DS18B20 最大的特點(diǎn)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(shí) , VDD 和 GND 均接地 , 他在需要遠(yuǎn)程溫度探測和空間受限的場合特別有用 , 原理是當(dāng) 1 W ire 總線的信號線 DQ(I/O) 為高電平時(shí) , 竊取信號能量給 DS18B20 供電 , 同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電 , 當(dāng) DQ為低電平時(shí)釋放能量為 DS18B20 供電。但寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路 , 軟件控制變得復(fù)雜 (特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到 E2PROM 時(shí) ) , 同時(shí)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