【文章內(nèi)容簡介】 6字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。（3）方案選擇比較以上兩個方案，本系統(tǒng)選擇了AT89S52單片機。AT89S52單片機擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。且功能強大，靈活而成本低，并且運行穩(wěn)定。（1）方案一此方案采用LED數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)需要2只數(shù)碼管來顯示溫度。線路連接復(fù)雜。但利用數(shù)碼管顯示的優(yōu)點是控制簡單，價格便宜，功耗低可以實現(xiàn)高亮度 顯示；不足之處是只能顯示09以及幾個字母信息。數(shù)碼管的亮度高，成本低，壽命長，可靠性高，驅(qū)動電路靈活。（2）方案二此方案采用采用LCD液晶顯示數(shù)據(jù)和相關(guān)信息。使用1602液晶顯示模塊可以方便顯示必要的字符串信息和數(shù)據(jù)，有著非常良好的人機交互界面，其體積小，顯示控制方便、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，能耗小，比CRT顯示器小的多，節(jié)約能源。液晶顯示器還存在的缺點：有可視角度，亮度還比不上CRT顯示器等。（3）方案選擇考慮到可用性、實際操作性、可靠性、亮度和成本問題，本系統(tǒng)選擇了方案一：LED數(shù)碼管顯示。3 硬件電路設(shè)計下面就對各個模塊的功能、實現(xiàn)形式和使用的主要芯片作詳細介紹。每一個設(shè)計都要以一定的知識為基礎(chǔ)，知識的多少在一定程度上決定了設(shè)計出來的東西的好壞程度，這些知識包括硬件知識和軟件知識。硬件知識用來設(shè)計硬件電路，以實現(xiàn)電路的放大、驅(qū)動、采集、隔離、匹配等功能。軟件知識用來設(shè)計芯片處理數(shù)據(jù)的先后順序，數(shù)據(jù)的獲得途徑以及對數(shù)據(jù)做怎樣的處理，還有其他的一些驅(qū)動和顯示功能等等。當然，在硬件電路里一些芯片是必不可少的，軟件設(shè)計也需要對芯片進行編程序。本章將介紹本次設(shè)計用到的一些基本知識和主要芯片。 設(shè)計使用的基本知識介紹我們在學(xué)校里學(xué)到的幾乎都屬于基本知識，它是指最最基礎(chǔ)的東西，我們只有掌握了它才能作更深一步的學(xué)習(xí)。在實際的應(yīng)用中，基本知識的掌握程度至關(guān)重要，它影響到應(yīng)用的好壞。本設(shè)計應(yīng)用到的基本的硬件和軟件知識將在本節(jié)里作簡單的介紹。本設(shè)計用到的硬件知識主要有：模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機、電子線路的設(shè)計與調(diào)試。在模擬電子技術(shù)方面，主要用來放大器檢測信號和驅(qū)動MOS管來控制加熱過程。數(shù)字電子技術(shù)用來把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，把從傳感器檢測到的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。利用單片機實現(xiàn)綜合控制。 溫度采樣電路的設(shè)計本系統(tǒng)的溫度測量電路部分主要采用智能溫度傳感器DS18B20。DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的1WIRE數(shù)字溫度傳感器，也是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18BDS1822“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55176。C～+125176。C，在10～+85176。C范圍內(nèi),精度為177。176。C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V～，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，精度為177。176。C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價格比也非常出色！DS1822與DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡化版本。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為177。2176。C，適用于對性能要求不高，成本控制嚴格的應(yīng)用，是經(jīng)濟型產(chǎn)品。繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS1820開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20和DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)。智能溫度傳感器DS18B20將溫度傳感器、寄存器、接口電路集成在一個芯片中。本系統(tǒng)采用DS18B20，就可以采用一根信號線實現(xiàn)信號的雙向傳輸，具有接口簡單，節(jié)省I/O口線，便于擴展和維護等優(yōu)點。所以，本系統(tǒng)的油溫測量部分就利用了DS18B20的這些優(yōu)點。，外接一個5V的獨立電源。DQ數(shù)字信號輸入/，上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平,電阻同時起限流作用。 溫度采樣電路DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：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DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，℃/LSB形式表達，其中S為符號位。溫度標準格式如表31所示。表31 DS18B20的溫度標準格式bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0LS Byte2322212021222324bit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8MS ByteSSSSS262524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+℃的數(shù)字輸出為0191H，℃的數(shù)字輸出為FF6FH，55℃的數(shù)字輸出為FC90H。表32 溫度/數(shù)據(jù)關(guān)系表2TEMPERATUREDIGITAL OUTPUT(Binary)DIGITAL OUTPUT(Hex)+125℃0000 0111 1101 000007D0h+85℃0000 0111 1101 00000550h+℃0000 0001 1001 00000191h+℃0000 0000 1010 001000A2h+℃0000 0000 0000 10000008h0℃0000 0000 0000 0000000h℃1111 1111 1111 1000FFF8h℃1111 1111 0101 1110FF5Eh℃1111 1110 0110 1111FE6Fh55℃1111 1100 1001 0000FC90hThe poweron reset value of the temperature register is +85℃DS18B20溫度傳感器的存儲器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。表33 DS1820暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度最低數(shù)字位0溫度最高數(shù)字位1高溫限值2低溫限值3保留4保留5計數(shù)剩余值6每度計數(shù)值7CRC校驗8該字節(jié)各位的意義如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）表34 分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位0110位1011位375ms1112位750ms根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(fù)位，復(fù)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(yù)定的操作。表35 ROM操作指令表指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS1820ROM中的編碼（即讀64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單線總線上與該編碼相對應(yīng)的DS1820使之做出響應(yīng)，為下一步對該DS1820的讀寫作準備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS1820的個數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各器件作好準備跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作告警搜索命令0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。表36 存儲器操作指令表指令約定代碼功能溫度變換44H啟動DS1820進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為500ms（典型為200ms），結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟改命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將RAM中第4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到E2PRAM中重調(diào)E2PRAM0B8H將E2PRAM中內(nèi)容復(fù)制到RAM中第4字節(jié)讀供電方式0B4H讀DS1820的供電模式，寄生供電時DS1820發(fā)送“0”，外接電源供電DS1820發(fā)送“1”DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用接口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：(1)較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對DS18B20操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。(2)在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應(yīng)用中并非如此。當單總線上所掛DS18B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。(3)連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。(4)在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。 顯示電路的設(shè)計數(shù)碼管由發(fā)光二極管構(gòu)成，它是一種將電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。簡稱LED(Light EmittingDiode)，它是實現(xiàn)單片機與人機對話的重要輸出設(shè)備。動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 顯示電路圖本設(shè)計采用74HC595位輸出鎖存器的移位寄存器，這種高速移位寄存器采用先進的硅柵CMOS技術(shù)。該器件具有高噪聲免疫和標準CMOS低功耗集成電路，以及能夠驅(qū)動15最小二乘 TTL電負載。該器件包含一個8位串行，并行輸出移位寄存器該飼料的8位D型存儲寄存器。貯存注冊有8三STATE201。輸出。獨立時鐘同時規(guī)定，移位寄存器和