【文章內(nèi)容簡介】 編程。引導程序可以使用任意接口將應用程序下載到應用Flash存儲區(qū)(Application Flash Memory)。在更新應用Flash存儲區(qū)時引導Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW操作。 通過將8位RISC CPU與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash集成在一個芯片內(nèi)，ATmega8成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的解決方案。ATmega8 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語言編譯器、宏匯編、程序調(diào)試器/軟件仿真器、仿真器及評估板。具體的引腳圖如圖31所示。圖31 ATmega8引腳圖 ATmega8主要特性l 高性能、低功耗的8位AVR微處理器，先進的RISC結(jié)構(gòu)l 130條功能強大的指令大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期32個8位通用工作寄存器全靜態(tài)工作工作于16MHz 時性能高達16MIPS片內(nèi)集成硬件乘法器（執(zhí)行速度為2個時鐘周期）片內(nèi)集成了較大容量的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器以及工作存儲器8K字節(jié)的Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)：＞10000次支持可在線編程（ISP）、可在應用自編程（IAP）帶有獨立加密位的可選BOOT區(qū)，可通過BOOT區(qū)內(nèi)的引導程序區(qū)（用戶自己寫入）來實現(xiàn)IAP編程。512個字節(jié)的E2PROM，擦寫次數(shù)：100000次1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密l 外設特點2個具有比較模式的帶預分頻器（Separate Prescale）的8位定時/計數(shù)器, 其中之一有比較功能一個具有預分頻器（SeParat Prescale）、比較功能和捕捉功能的16 位定時器/計數(shù)器1個具有獨立振蕩器的異步實時時鐘（RTC）3個PWM通道，可實現(xiàn)任意＜16位、相位和頻率可調(diào)的PWM脈寬調(diào)制輸出8通道 A/D轉(zhuǎn)換（TQFP、MLF封裝），6路10位A/D+2路8位A/D6通道 A/D轉(zhuǎn)換（PDIP封裝），4路10位A/D+2路8位A/D1個I2C的串行接口，支持主/從、收/發(fā)四種工作方式，支持自動總線仲裁1個可編程的串行USART接口，支持同步、異步以及多機通信自動地址識別個支持主/從（Master/Slave）、收/發(fā)的SPI同步串行接口帶片內(nèi)RC振蕩器的可編程看門狗定時器片內(nèi)模擬比較器特殊的處理器特點上電復位以及可編程的掉電檢測片內(nèi)經(jīng)過標定的RC振蕩器片內(nèi)/片外中斷源l 五種睡眠模式空閑模式（Idle）、ADC噪聲抑制模式（ADC Noise Reduction）。省電模式（Power－save）、掉電模式（Power－down）、待命模式（Standby）l I/O 和封裝最多23個可編程I/O口，可任意定義I/O的輸入/輸出方向；輸出時為推挽輸出，驅(qū)動能力強，可直接驅(qū)動LED等大電流負載：輸入口可定義為三態(tài)輸入，可以設定帶內(nèi)部上拉電阻，省去外接上拉電阻28腳PDIP封裝，32腳TQFP封裝和 32腳MLF封裝l 工作電壓 (ATmega8L) (ATmega8)l 速度等級0 8 MHz (ATmega8L)0 16 MHz (ATmega8)l 4 Mhz 時功耗, 3V, 25176。C正常模式（Active）：空閑模式（Idle Mode）：掉電模式（Powerdown Mode）： ATmega8管腳說明 VCC ：數(shù)字電路的電源。GND ：地。端口B(PB7PB0)：端口B是一個8位雙向I/O口，每一個引腳都帶有獨立可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。當端口B作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B仍處于高阻狀態(tài)。通過時鐘選擇熔絲位的設置，PB6可作為反向振蕩放大器或時鐘操作電路的輸入端，PB7可作為反向振蕩放大器的輸出端。若通過系統(tǒng)時鐘選擇熔絲位的設置，則使用片內(nèi)標定RC振蕩器時鐘，通過置位ASSR寄存器的AS2位，可將PBPB7作為異步實時時鐘/計數(shù)器2的輸入口TOSCTOSC2使用。端口C(PC5PC0)：端口C為7位雙向I/O口，每一個引腳都帶有獨立可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。當端口C作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C仍處于高阻狀態(tài)。PC6/RESET：若RSTDISBL熔絲位編程， PC6作為I/O引腳使用。注意PC6的電氣特性與端口C的其他引腳不同。若RSTDISBL熔絲位未編程，PC6作為復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。端口D(PD7PD0)：為8位雙向I/O口，每一個引腳都帶有獨立可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。當端口D作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。RESET：復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。AVCC：是A/D轉(zhuǎn)換器、端口C(30)及ADC(76)的電源。不使用ADC時，該引腳應直接與VCC連接。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC連接。AREF：A/D的模擬基準輸入引腳。ADC76(TQFP與MLF封裝)：作為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入。為模擬電源；作為10位ADC通道。 ATmega8單片機接口的分配圖31 單片機接口的分配ATmega8單片機的接口如上圖所示，其中14腳接溫度傳感器DS18B20，13,15腳分別為兩個控制端，12腳為過限報警端，1腳接復位電路，10腳接晶振電路，25腳為鍵盤輸入端。2328腳接LCD液晶顯示屏。 溫度檢測電路 傳感器DS18B20的介紹本次設計選用的是新代數(shù)字溫度傳感器DS18B20，DS18B20具有精度高，測量范圍大，不需要輔助電源等特點，且通過一個單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。并且用戶可以自定義非易失性溫度報警設置，所以DS18B20在溫度控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費品等許多熱感測系統(tǒng)中有廣泛應用。工作過程及操作指令:（1）每次讀寫之前都要對DS18B20進行復位操作。（2）復位成功后發(fā)送條ROn指令。（3）址后發(fā)送RAn指令。這樣才能對DS18B20進行預定的操作。CPU對DS18B20器件操作常用指令表如表1所示。表 1 DS18B20主要命令及其功能說明命令碼功能說明命令碼功能說明33H讀DS18B20溫度傳感器ROM中的64位地址序列碼BEH讀9字節(jié)暫存寄存器55H。4EH寫入溫度上/下限，緊隨其后是2字節(jié)數(shù)據(jù)，對應上限和下限值0FOH鎖定總線上DS18B20的個數(shù)和識別其ROM中的64位地址序列碼48H將9字節(jié)暫存寄存器的第3和4字節(jié)復制到EEPROM中ECH只有溫度超過上限或下限的DS18B20才做出響應B8H將EEPROM的內(nèi)容恢復到暫存寄存器的第3和4字節(jié)0CCH。適用手單片工作。B4H讀供電模式，寄生供電時DS18B20發(fā)送0，外接電源時DS18B20發(fā)送144H啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存入9字節(jié)的暫存寄存器DS18B20 有三個主要數(shù)字部件：（1）64 位激光ROM；（2）溫度傳感器；（3）非易失性溫度報警觸發(fā)器TH 和TL。器件用如下方式從單線通訊線上汲取能量：在信號線處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。DS18B20 也可用外部5V 電源供電。64位ROM和單線端口存儲器和控制邏輯暫存器下限觸發(fā)TL上限觸發(fā)TH溫度傳感器8位CRC產(chǎn)生器電源探測內(nèi)部VDD圖32 DS18B20方框圖DS18B20 依靠一個單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立ROM操作協(xié)議，才能進行存儲器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面5 種ROM操作命令之一：（1）讀ROM；（2）匹配ROM；（3）搜索ROM；（4）跳過ROM；（5）報警搜索。這些命令對每個器件的激光ROM 部分進行操作，在單線總線上掛有多個器件時，可以區(qū)分出單個器件，同時可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號的器件。成功執(zhí)行完一條ROM操作序列后，即可進行存儲器和控制操作，控制器可以提供6條存儲器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示 DS18B20 完成一次溫度測量。測量結(jié)果放在DS18B20的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報警觸發(fā)器TH和TL各由一個EEPROM字節(jié)構(gòu)成。如果沒有對DS18B20 使用報警搜索命令，這些寄存器可以作為一般用途的用戶存儲器使用?？梢杂靡粭l存儲器操作命令對TH和TL進行寫入，對這些寄存器的讀出需要通過暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進行讀寫。 DS18B20的供電方式DS18B20的寄生電源會在I/O或VDD引腳處于高電平時“偷”能量。當有特定的時間和電壓需求時，I/O 要提供足夠的能量。寄生電源有兩個好處：（1）進行遠距離測溫時，無需本地電源；（2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀ROM。要想使 DS18B20能夠進行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須在轉(zhuǎn)換期間保證供電。由于DS18B20的工作電流達到1mA，所以僅靠5K 上拉電阻提供電源是不行的，當幾只DS18B20 掛在同一根I/O線上并同時想進行溫度轉(zhuǎn)換時，這個問題變得更加尖銳。有兩種方法能夠使 DS18B20 在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應。第一種方法，當進行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到E2存儲器操作時，給I/O線提供一個強上拉。用MOSFET把I/O 線直接拉到電源上就可以實現(xiàn)，見圖33。在發(fā)出任何涉及拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的協(xié)議之后，必須在最多10μs之內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強上拉。使用寄生電源方式時，VDD引腳必須接地。μP+5V+5VGNDDS18B20VDDI/O圖33 溫度轉(zhuǎn)換期間的強上拉電阻供電另一種給 DS18B20 供電的方法是從VDD 引腳接入一個外部電源，見圖34。這樣做的好處是I/O線上不需要加強上拉，而且總線控制器不用在溫度轉(zhuǎn)換期間總保持高電平。這樣在轉(zhuǎn)換期間可以允許在單線總線上進行其他數(shù)據(jù)往來。另外，在單線總線上可以掛任意多片DS18B20，而且如果它們都使用外部電源的話，就可以先發(fā)一個Skip ROM 命令，再接一個Convert T命令，讓它們同時進行溫度轉(zhuǎn)換。注意當加上外部電源時，GND 引腳不能懸空。μP+5VGNDDS18B20外部+5V電源I/O其他單線器件圖34 用VDD供電溫度高于 100℃時，不推薦使用寄生電源，因為DS18B20 在這種溫度下表現(xiàn)出的漏電流比較大，通訊可能無法進行。在類似這種溫度的情況下，強烈推薦使用DS18B20的VDD引腳。對于總線控制器不知道總線上的DS18B20是用寄生電源還是用外部電源的情況，DS18B20預備了一種信號指示電源的使用意圖?？偩€控制器發(fā)出一個Skip ROM協(xié)議，然后發(fā)出讀電源命令，這條命令發(fā)出后，控制器發(fā)出讀時間隙，如果是寄生電源，DS18B20 在單線總線上發(fā)回“0”，如果是從VDD 供電，則發(fā)回“1”，這樣總線控制器就能夠決定總線上是否有DS18B20需要強上拉。如果控制器接收到一個“0”，它就知道必須在溫度轉(zhuǎn)換期間給I/O線提供強上拉。 DS18B20的讀寫時序由于DS18B20采用的是1－Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S51單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20的復位時序圖35 DS18B20的復位時序圖對于DS18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。圖36 DS18B20的讀時序圖對于DS18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。圖37 DS18B20的寫時序圖 DS18B20的測溫原理DS18B20通過一種片上溫度測量技術(shù)來測量溫度。圖38 示出了溫度測量電路的方框圖。斜坡累加器計數(shù)器低溫度系數(shù)振蕩器比較預置門周期高溫度系數(shù)振蕩器門周期溫度寄存器預置計數(shù)器LSB置位/清0停止增加圖38 溫度測量電路方框圖表