【文章內容簡介】 高速數(shù)值運算，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新，從 8位、 16 位迅速過渡到 32 位、 64位，并且不斷提高運算速度和完善通用操作系統(tǒng)，以突出其高速海量數(shù)值運算的能力，在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡通信中得到了廣泛應用；單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和 極低的成本，廣泛應用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此，單片機的出現(xiàn)大大促進了現(xiàn)代計算機技術的飛速發(fā)展，成為近代計算機技術發(fā)展史上一個重要里程碑。 由于 MCS 系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，運行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強。由于屬于芯片化的微型計算機 ，各功能部件在芯片中的布局揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 11 頁 和結構達到最優(yōu)化，工作也相對穩(wěn)定。 51 的優(yōu)點是價錢便宜 ,I/O 口多 ,程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用 51 單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。單片機的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和語言也大大簡化。單片機的典型代表是 Intel 公司在 20世紀 80 年代初研制出來的 MCS51 系列單片機。 MCS51單片機很快在我國得到廣泛的推廣應用，成為電子系統(tǒng)中最普遍的應用手段，并在工業(yè)控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領域取得了大量應用成果。 以 MCS51 技術核心為主導的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與 MCS51 有極好兼容性的 CHMOS 單片機，同時增加了一些新的功能 ,所以用 AT89S51。 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 12 頁 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設計 單片機最小系統(tǒng)的設計 目前的單片機開發(fā)系統(tǒng)只能夠仿真單片機，卻沒有給用戶提供一個通用的最小系統(tǒng)。由設計的要求，只要做很小集成度的最小系統(tǒng)應用在一些小的控制單元。其應用特點是 : （ 1）全部 I/O 口線均可供用戶使用。 （ 2）內部存儲器容量有限（只有 4KB 地址空間）。 （ 3）應用系 統(tǒng)開發(fā)具有特殊性 圖 最小系統(tǒng)圖 單片機最小系統(tǒng)如圖 ，其中有 4 個雙向的 8位并行 I/O 端口，分別記作 P0、P P P3，都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸入， P3 口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號。時鐘電路用于產(chǎn)生 MCS51 單片機工作所必須的時鐘控制信號，內部電路在時鐘信號的控制下，嚴格地按時序指令工作。 MCS51 內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳 XTAL1，輸出端為 XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器 和微調電容，就構成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的微調電容通常選12345678401312V C CP 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17I N T 0I N T 131 E A /V P1918X T A L 1X T A L 22017169 R E S E TRDWRG N D3938373635343332P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 072827262524232221P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27291514 T0T1301110R X TT X DA L E /P R O GP S E NU2A T 8 9S 51Y111 .0 592 MC122 PC222 PC310 6R18. 2K+5V C C ( + 5V )揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 13 頁 擇為 30pF 左右，該電容的大小會影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為 12MHz。 把 EA 腳接高電平，單片機訪問片內程序存儲器，但在 PC 值超過 0FFFH（ 4Kbyte 地址范圍）時，將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器內的程序。 MCS51 的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)。采用最簡單的外部按鍵復位電路。按鍵自動復位是通過外部復位電路的來實現(xiàn)的 .我們選用時鐘頻率為 12MHz,C1 取 47μf。 溫度傳感電路設計 DS18B20 的性能特點： 采用單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其它 I/O 口線與微機接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（ 9 位二進制數(shù)，含符號位） 測溫范圍為 55℃ +125℃，測量分辨率為 ℃ 內含 64 位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器 ROM 適配各種單片機或系統(tǒng)機 用戶可分別設定各路溫度的上、下限 內含寄生電源。 DS18B20 內部結構主要由四部分組成： 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,高速暫存器。 DS18B20 的管腳排列如圖 所示。 圖 DS18B20管腳圖 在硬件上， DS18B20 與單片機的連接有兩種方法，一種是 VCC 接外部電源， GND 接地， I/O 與單片機的 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時 UDD、 GND 接地， I/O接單片機 I/O。無論是內部寄生電源還是外部供電， I/O 口線要接 5KΩ 左右的上拉電阻 .我們采用的是第一種連接方法 ,如圖 :把 DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機的 13管腳連接 ,再加上上拉電阻。 DS18B201 2 3GND I/O VCC1234 5678I/OG N DNCNC NCNCNCV C CD S18B20揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 14 頁 圖 溫度傳感電路圖 DS18B20 有六條控制命令，如表 所示： 表 31 DS18B20控制命令 指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉換 44H 啟動 DS18B20進行溫度轉換 讀暫存器 BEH 讀暫存器 9個字節(jié)內容 寫暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的 TH、 TL字節(jié) 復制暫存器 48H 把暫存器的 TH、 TL字節(jié)寫到 E2RAM中 重新調 E2RAM B8H 把 E2RAM中的 TH、 TL字節(jié)寫到暫存器 TH、 TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動 DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主 CPU CPU 對 DS18B20 的 訪問流程是：先對 DS18B20 初始化，再進行 ROM 操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。 DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制 DS18B20 完成溫度轉換這一過程，根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個12345678401312V C CP 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17I N T 0I N T 131 E A /V P1918X T A L 1X T A L 22017169 R E S E TRDWRG N D3938373635343332P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 072827262524232221P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27291514 T0T1301110R X TT X DA L E /P R O GP S E NU2A T 8 9S 51Y111 .0 592 MC122 PC222 PG N DC310 6R18. 2K+5V C 5123D S 1D S 1 8B 20R24. 7KV C 5揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 15 頁 步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復位，復位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。 溫度控制電路的設計 圖 溫度控制電路 實際電路如圖 所示 ,通過鍵盤設定溫度的上下限。把實際測量的溫度和設定的上下限進行比較 ,來控制 、 、 端口的高低電平。把 、 、 端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報警。當測量的溫度超過了設定的最高溫度 , 由高電平變成低電平 ,就相當于基極輸入為“ 0”，這時三極管導通推動小風扇和控制電路工作，反之 ,當基極輸入為“ 1”時，三極管不導通，報警器和控制電路都不工作。只要控制單片機的 、 、 口的高低電平就可以控制模擬電路的工 作。 鍵盤電路的設計 如圖 所示，用 AT89S51 的并行口 P1 接 4 4矩陣鍵盤，以 － ，以 － 作輸出線；液晶顯示器上顯示每個按鍵的 “ 0－ F” 序號。對應的按鍵的序號排列如圖 所示：12345678401312V C CP 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6P 1 7I N T 0I N T 131 E A /V P1918X T A L 1X T A L 22017169 R E S E TRDWRG N D3938373635343332P 0 0P 0 1P 0 2P 0 3P 0 4P 0 5P 0 6P 0 72827262524232221P 2 0P 2 1P 2 2P 2 3P 2 4P 2 5P 2 6P 2 7291514 T0T1301110R X TT X DA L E /P R O GP S E NU2A T 8 9 S 5 1Y11 1 .0 5 9 2 MC12 2 PC22 2 PG N DC31 0 6R18 .2 K+5V C 5U1B U Z Z E RD1L E DR51KQ1C 9 0 1 2Q2C 9 0 1 2R 1 14 7 0R 1 24 7 0G N D加熱器 電風扇V C 5Q3C 9 0 1 2V C CG N D揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 16 頁 圖 按鍵的序號排列圖 圖 中微處理單元是 AT89S51 單片機， X1和 X2 接 12M 的兩腳晶振 ,接兩個30PF 的起振電容 ,J1是上拉電阻 .單片機的 P1口 8位引腳與