【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 SEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 UART串口：AT89C51的UART 串口用于進(jìn)行串行通信。串行接口的電路結(jié)構(gòu)還包括了串行口控制寄存器SCON，電源及波特率選擇寄存器PCON和串行緩沖寄存器SBUF，他們都屬于SFR，PCON和SCON用于設(shè)置串行口工作方式和確定數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，SBUF用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)起到緩沖的作用。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，它能使單片機(jī)處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必要條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等。單片機(jī)最小系統(tǒng)的功能主要如下。（1）能夠運(yùn)行用戶程序；（2）用戶可以復(fù)位單片機(jī)；（3）具有相當(dāng)強(qiáng)大的外部擴(kuò)展功能。單片機(jī)時(shí)鐘電路復(fù)位電路 最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖時(shí)鐘振蕩電路：AT89C51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。 外接石英晶體及電容CC2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容CC2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，在使用石英晶體時(shí)，通常電容使用30pF177。10pF，而如使用陶瓷諧振器通常選擇40pF177。10pF。也可以采用外部時(shí)鐘。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè)2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。本設(shè)計(jì)選擇內(nèi)部時(shí)鐘，選用12MHz石英晶體和30pF電容。 時(shí)鐘振蕩電路復(fù)位電路：在設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，必須了解單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作時(shí)，會(huì)經(jīng)常進(jìn)入復(fù)位工作狀態(tài)，所以，系統(tǒng)的復(fù)位電路必須能夠準(zhǔn)確可靠的工作。單片機(jī)通常都采用上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位兩種方式。當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫死鎖狀態(tài)，還需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。對(duì)于單片機(jī)電路來說，每12 個(gè)時(shí)鐘周期為1 個(gè)機(jī)器周期，即Tcy=12/fosc，本設(shè)計(jì)采用12MHz晶體振蕩器，所以fosc=12MHz，Tcy=1μs，即當(dāng)復(fù)位按鍵按下時(shí)，只要保證RST引腳端出現(xiàn)2μs以上穩(wěn)定的高電平，單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。此外，由于本設(shè)計(jì)中對(duì)溫濕度范圍以及系統(tǒng)誤差的要求并不是很高，所以設(shè)計(jì)電路電容C1取10μf，R1 取10K歐姆，R2 取1K歐姆時(shí)，復(fù)位所需時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2μs左右的機(jī)器周期，完全可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。 復(fù)位電路單片機(jī)晶振電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì)完成，這樣單片機(jī)外圍最小系統(tǒng)電路就設(shè)計(jì)完成。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 溫度傳感器（DS18B20）的主要性能 DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號(hào)供處理器處理。 DS18B20溫度傳感器特性如下：（1）適應(yīng)電壓范圍寬，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）特的單線接口方式，它與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。（3）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(cè)量。（4）在使用中不需要任何外圍元器件，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)。（5）測(cè)溫范圍55℃—+125℃，在10℃—+85℃時(shí)精度為177?！?。（6）編程分辨率為912位，℃、℃、℃℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。（7）在9位分辨率時(shí)，；在12位分辨率時(shí)，最多在750ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字。（8）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，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。（9）負(fù)壓特性。電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒壞，但不能正常工作。DS18B20 溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理：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依靠一個(gè)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(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作。DS18B20工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。首先我們先了解DS18B20的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。DS18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放DS18B20ID 編碼，其前8 位是單線系列編碼（DS18B20 的編碼是19H），后面48 位是芯片唯一的序列號(hào)，最后8 位是以上56 的位的CRC 碼。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9 個(gè)字節(jié)RAM，每個(gè)字節(jié)為8 位。第2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第4 個(gè)字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第5 個(gè)字節(jié)則是用戶第3 個(gè)EEPROM 的鏡像。第8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第9 個(gè)字節(jié)為前8 個(gè)字節(jié)的CRC 碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，DS18B20 共3 位EEPROM，并在RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。 溫度傳感器（DS18B20）與單片機(jī)接口的設(shè)計(jì) DS18B20有兩種封裝：三腳TO92直插式和八腳SOIC貼片式。在此，我們選用三腳TO92直插式封裝的DS18B20芯片。它有三個(gè)腳，分別為電源正極VDD、信號(hào)輸入輸出DA和電源負(fù)極GND。 DS18B20的兩種封裝 引腳介紹引 腳8腳SOIC引腳PR35符號(hào)說 明51GND地42DA單線運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，漏極開路。33VDD寄生電可選VDD引腳 DS18B20采用3腳PR－35封裝或8腳SOIC封裝。I/OC64位ROM單線接口高速緩存存儲(chǔ)器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置寄存器8位CRC發(fā)生器Vdd DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖DS18B20是以單總線的方式與單片機(jī)相連接的。單總線技術(shù)是采用單條信號(hào)線，既可傳輸時(shí)鐘，又可傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線技術(shù)具有線路簡(jiǎn)單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。單總線通常要求外接一個(gè)約為5KΩ的上拉電阻。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 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。 濕度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 濕度傳感器（HS1101）的主要性能測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。下面介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其應(yīng)用。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。下面介紹本設(shè)計(jì)中用到的HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器具有不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，響應(yīng)時(shí)間快速的特點(diǎn)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。其測(cè)量的范圍相對(duì)濕度在1%100%RH內(nèi)，電容量由160pF變到200pF，其誤差不大于177。2%RH，響應(yīng)時(shí)間小于5S； pF/℃?？梢娋仁禽^高的 基于濕度測(cè)量電路的設(shè)計(jì)HS1100/HS1101電容傳感器在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將濕敏電容置于橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接傳送給單片機(jī)。 555振蕩電路集成定時(shí)器555芯片外接電阻、R5與濕敏電容C，構(gòu)成了對(duì)濕敏電容C的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)濕敏電容C的放電回路，并將引腳6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，Ｒ3是防止輸出短路的保護(hù)電阻，Ｒ6用于平衡溫度系數(shù)。 該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Vcc通過RR6向濕敏電容C充電，經(jīng)充電時(shí)間Ｔ充電后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R2放電，經(jīng)放電時(shí)間T放電后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)間為=C(+R5)ln2 （3——1）=CR5ln2 （3——2）因而，輸出的頻率為f=1/( +)=1/[C(+2R5)ln2] （3——3）可見，空氣濕度通過555測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)。 空氣濕度與電壓頻率的典型值濕度（%RH）頻率Hz濕度（%RH）頻率Hz073516066001072247064682071008063303069769061684068531006033506728經(jīng)過555振蕩電路轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)與單片