【文章內(nèi)容簡介】 ][5]。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) 圖23 設(shè)計(jì)原理圖由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，根據(jù)序列號訪問地址器件。（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?！妗＃?）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)化成帶符號的數(shù)字信號（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/，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。 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)，其程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各自獨(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)選取的型號為AT89C51！ 圖24 單片機(jī)管腳圖 （1） 主要性能參數(shù)： ①與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容4K字節(jié)EEPROM ②1000次擦寫周期 ③全靜態(tài)操作：0HZ~24MHZ ④三級加密程序存儲器 ⑤23*8字節(jié)的內(nèi)部RAM ⑥32個(gè)可編程I/O口線 ⑦ 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 ⑧6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?？臻e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： 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?？捎米鬏斎肟?，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0INT1() —— 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)存儲器寫信號RD() —— 外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號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 —— 程序存儲使能。當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲器代碼時(shí)，PSEN每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，PSEN無效。訪問內(nèi)部程序存儲器時(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]。 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。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。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，而輸入高電平則不點(diǎn)亮。（2） 共陰極接法 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成共陰極，使用時(shí)，公共陰極接地，這樣，陽極輸入端高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入端低電平則不點(diǎn)亮[9]。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) 圖29 AT89C51與4位數(shù)碼管接口電路圖 溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：（1）獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；（2）多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，