【文章內(nèi)容簡介】 和一些控制信號。P3 口： 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流(IIL)P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能(第二功能) 使用，如下表所示。在 Flash 編程和校驗時，P3 口也接收一些控制信號。 表 42 P3 口第二功能引腳號 第二功能 RXD(串行輸入) TXD(串行輸出) INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 1) T0(定時器 0 外部輸入) T1(定時器 1 外部輸入) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)10 4 系統(tǒng)的硬件介紹及設(shè)計 AT89S52 的中央處理器單片機的中央處理器(CPU) 其內(nèi)部的核心部件，它決定了單片機的主要功能特性。由運算器、定時控制部件和專用寄存器三大部分組成。 (1) 運算器運算器包括算術(shù)邏輯單元 ALU、布爾處理器、累加器 A、暫存器和程序狀態(tài)字 PSW 等許多部件。它以算術(shù)邏輯單元 ALU 為核心，功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸操作。單片機的 ALU 功能十分強，它不僅可對 8 位變量進行邏輯“與” 、 “或” 、 “異或” 、循環(huán)、求補、清零等基本操作，還可以進行加、減、乘、除等基本運算。為了乘除運算的需要。在執(zhí)行乘法運算指令時，用來存放其中一個乘數(shù)和乘積的高 8 位數(shù)；在執(zhí)行除法運算指令時。單片機指令系統(tǒng)中的布爾指令集、存儲器中的位地址空間與 CPU 中的位操作構(gòu)成了片內(nèi)的布爾功能系統(tǒng)，它可對位(bit)變量進行布爾處理，如置位、清零、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與” 、 “或”等操作。在程序?qū)崿F(xiàn)對位的操作時，它借用了程序狀態(tài)標志位(PSW) 中的一個進位標志.“累加器” 。 運算部件中的累加器 ACC 是一個 8 位的累加器(ACC 也可簡寫為 A)。從功能上看，它與一般微機的累加器相比較沒有什么特別之處，但需要說明的是 ACC 的進位標志Cy 就是布爾處理器進行位操作的一個累加器。 單片機的程序狀態(tài) PSW，是一個 8 位寄存器，它包含了程序的狀態(tài)信息。(2) 控制部件控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，它包括時鐘電路、復位電路、指令寄存器、譯碼以及信息傳送控制部件。，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時控制的微操作，用來控制單片機各部分的運行。其中有一些控制信號線能簡化應(yīng)用系統(tǒng)外圍控制邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信號 ALE，控制片外程序存儲器運行的片內(nèi)外存儲器選擇信號 EA，以及片外取指信號PSEN。(3)專用寄存器專用寄存器組也稱為特殊功能寄存器，主要用與表示當前要執(zhí)行的指令的內(nèi)存地址、存放操作數(shù)和知識指令執(zhí)行后的狀態(tài)等。組成部件。 AT89S52 的時鐘及復位電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作時所需的時鐘信號。單片機本身就時一個復雜的同步時序電路，為保證同步工作放肆的實現(xiàn)，單片機應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴格單片機的可調(diào)溫度控制器 11地按時序執(zhí)行指令進行功能工作，而時序所研究的時指令執(zhí)行中各個信號的關(guān)系。在執(zhí)行指令時，CPU 首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，并由時序電路產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定的操作。單片機除了內(nèi)部時鐘方式(圖 42)外，還可以采用引入外部時鐘的振蕩方式(圖 43)。單片機復位電路有多種，根據(jù)應(yīng)用的要求，復位操作通常由兩種基本形式：上電自動復位、手動開關(guān)復位。影響單片機系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的因素可大體分為外因和內(nèi)因兩部分。外因是射頻干擾，它是以空間電磁場的形式傳遞在機器內(nèi)部的導體(引線或零件引腳) 感生出相應(yīng)的干擾，可通過電磁屏蔽和合理的布線/ 器件布局衰減該類干擾；電源線或電源內(nèi)部產(chǎn)生的干擾，它是通過電源線或電源內(nèi)的部件耦合或直接傳導，可通過電源濾波、隔離等措施來衰減該類干擾。內(nèi)因是振蕩源的穩(wěn)定性，主要由起振時間頻率穩(wěn)定度和占空比穩(wěn)定度決定 起振時間可由電路參數(shù)整定穩(wěn)定度受振蕩器類型溫度和電壓等參數(shù)影響復位電路的可靠性。 XTAL2XTAL1GNDC1C2 AT89S52 GNDXTAL1XTAL2205。226。178。191。202。177。214。211。208。252。191。213。 AT89S52圖 42 內(nèi)部振蕩電路 圖 43 外部振蕩電路(1) 上電自動復位上電自動復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。 型單片機，在.RST 復位端接一個電容至 VCC 和一個電阻接地，就能實現(xiàn)上電自動復位，如圖 44 所示。對于 CMOS 型單片機，只要接一個電容至 VCC 即可。在加電瞬間，電容通過電阻充電， .端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平持續(xù)時間足夠長，就可使單片機有效復位。RST .起振時間，振蕩器的起振時間于頻率有關(guān)。10MHz 晶振時約位 1ms，1MHz 晶振時約為 10ms，所以一般為了可靠復位，RST 在上電時應(yīng)保持 20ms 以上的高電平。RC 時間12 4 系統(tǒng)的硬件介紹及設(shè)計 常熟越大，上電視 RST 端的高電平時間越長。(2) 手動開關(guān)復位本設(shè)計選擇手動開關(guān)復位，要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，如果發(fā)生死機，用按鈕開關(guān)操作使單片機復位。常用的手動開關(guān)復位電路如圖 45 所示。上電后，由于電容充電，使得 RST 持續(xù)一段高電平時間。當單片機已在運行之中時；按下復位鍵也能是 RST 持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電且開關(guān)復位的操作。通常選擇 C=10～30μF，R=10～1KΩ 。 VC RST VC RRST圖 44 上電自動復位 圖 45 手動開關(guān)復位 單總線數(shù)字式溫度計 DS18B20 介紹 Dallas 半導體公司的數(shù)字化傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線” 接口的溫度傳感器，即單總線器件。一線總線獨特而且具有線路簡單，體積小的特點，使用戶可輕松地組建傳感網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，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。圖 46 DS18B20 的管腳排列圖 DS18B20 性能特點獨特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。測溫范圍 －55℃～＋125℃，固有測溫分辨率 ℃。工作電源: 3~5V/DC單片機的可調(diào)溫度控制器 13在使用中不需要任何外圍元件測量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送 DS18B20 引腳結(jié)構(gòu)GND 電壓地DQ 單數(shù)據(jù)總線VDD 電源電壓 DS18B20 工作原理及應(yīng)用DS18B20 的溫度檢測與數(shù)據(jù)輸出全集成與一個芯片之上，從而抗干擾能力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。DS18B20 共有三種形態(tài)的存儲器資源。它們分別是：ROM 只讀存儲器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼，后面 48 位是芯片唯一的序列號哦，最后 8 位是以上 56 位的 CRC 碼（冗余校驗） 。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)是設(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)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20 共9 個字節(jié) RAM,每個字節(jié)為 8 位。第 2 個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信息，第 4 個字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報警值存儲）的鏡像。在上電復位時其值將被刷新。第 5 個字節(jié)則是用戶第 3 個 EEPROM 的鏡像。第 8 個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓那個用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第 9 個字節(jié)為前 8 個字節(jié) 的 CRC 碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在RAM 都存在鏡像，方便操作。 顯示模塊介紹及設(shè)計LED(Light Emitting Diode)，發(fā)光二極管，簡稱 LED，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。該系統(tǒng)的顯示電路見圖 47。14 4 系統(tǒng)的硬件介紹及設(shè)計 圖 47 數(shù)碼管顯示電路 LED 發(fā)光原理 LED 的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是 N 型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“PN 結(jié)” 。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量， 發(fā)光的原理。光的波長也就是光的顏色，是由形成 PN 結(jié)的材料決定的。 它是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。，在計算機控制下，顯示色彩變化萬千的視頻和圖片。此外，LED可分為共陰極和共陽極兩種，如圖 48 所示。 abcdefgdp Gabcdefgdp +5V單片機的可調(diào)溫度控制器 15(a)共陰極 (b)共陽極圖 48 LED 顯示結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管介紹 由 LED 組成的數(shù)碼管其發(fā)光原理也一樣。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元(多一個小數(shù)點顯示)。按能顯示多少個“8”可分為 1 位、2 位、4 位等數(shù)碼管。本次設(shè)計中為了外觀整齊，提高焊接的可靠性，選擇 4 位數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到+5V ，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。 。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共 ，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。常用數(shù)碼顯示字形段碼如下表 43 所示，通常顯示字符段碼順序排列，存放在存儲器中的固定區(qū)域，構(gòu)成段碼表，當要顯示某字符時，可根據(jù)地址查表。表 43 7 段 LED 數(shù)碼管顯示字型表顯示字符 共陰極字符碼 共陽極字符碼 顯示字符 共陰極字符碼 共陽極字符碼0 3FH C0H C 39H C6H1 06H F9H D 5EH A1H2 5BH A4H E 79H 86H3 4FH B0H F 71H 8EH4 66H 99H P 73H 8CH5 6DH 92H U 3EH C1H6 7DH 82H T 31H CEH7 07H F8H Y 6EH 91H8 7FH 80H H 76H 89H9 6FH 90H L 38H C7HA 77H 88H 不顯示 00H FFHB 7CH 83H數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。16 4 系統(tǒng)的硬件介紹及設(shè)計 (1) 靜態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 端口進行驅(qū)動，、十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。(2) 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)碼管的點亮時間為 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