【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和RD。讀寫(xiě)外RAM的過(guò)程：外RAM16位地址分到由P0口(低8位)和P2口(高8位)同時(shí)輸出，ALE信號(hào)有效時(shí)由地址鎖存器鎖存低8位地址信號(hào)，地址鎖存器輸出的低8位地址信號(hào)和P2口輸出的高8位地址信號(hào)同時(shí)加到外RAM16位地址輸入端，當(dāng)信號(hào)有效時(shí)，外RAM將相應(yīng)地址單元中的內(nèi)容送至數(shù)據(jù)總線(P0口)，CPU讀入后存入指定單元?；虍?dāng)信號(hào)有效時(shí)，外RAM將數(shù)據(jù)總線(P0口分別傳送)上的內(nèi)容寫(xiě)入相應(yīng)地址存儲(chǔ)單元中[6]。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要用于存放數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果。一般情況下，只有在內(nèi)RAM不能滿足應(yīng)用時(shí)，才接外RAM。其最大容量可達(dá)64K字節(jié)，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的功能基本相同，但前者不能用于堆棧操作。必須注意，由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器全部64K地址重疊，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的片內(nèi)外的低字節(jié)地址重疊。所以，對(duì)片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作使用不同的指令。對(duì)片內(nèi)RAM讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，無(wú)讀寫(xiě)信號(hào)(RD，WR)產(chǎn)生；對(duì)片外RAM讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，有讀寫(xiě)信號(hào)產(chǎn)生。同樣對(duì)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作也是靠不同的控制信號(hào)PSEN、RD、WR來(lái)區(qū)分的。另外，在片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，數(shù)據(jù)區(qū)和擴(kuò)展的I/O口是統(tǒng)一編址的，使用的指令也完全相同。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須合理的進(jìn)行外部RAM和I/O口的地址分配，并保證譯碼的唯一性，如表1所示：表1 地址分配端 口管 腳備選功能T2定時(shí)器T2外部輸入WR外部數(shù)據(jù)存貯器寫(xiě)選通道RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通道 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)就是保證單片機(jī)能夠正常工作的最基本的硬件電路。主要包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路[7]。 單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是有時(shí)鐘電路提供的。在單片機(jī)的 XTAL1和 XTAL2 管腳，按圖 3所示接上晶振和電容就夠成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路。圖3 時(shí)鐘電路 圖中電容CC2對(duì)晶振頻率有微調(diào)的作用，通常的取值范圍為（30+10pf）。石英晶體選擇 12MHz，選擇不同的石英晶體，其結(jié)果只是機(jī)器周期不同。 單片機(jī)的復(fù)位方式有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位組合電路，如圖4所示復(fù)位電路。 圖4 復(fù)位電路 圖中可以看到單片機(jī)的RST引腳連接 R1（10K）、C3（10uf），按鍵 可以選擇專用的復(fù)位按鍵，也可以選擇輕觸開(kāi)關(guān)。只要 VCC上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，他們都能很好的工作。 溫度采集部分設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用采用了DS18B20單總線可編程溫度傳感器,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和轉(zhuǎn)換，直接與單片機(jī)通訊，大大簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜度。DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微小化、功耗低、性能高、高抗干擾能力、容易搭配微處理器等優(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[8]。如圖5所示。圖5 溫度采集 按鍵電路設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)工作時(shí)應(yīng)具備以下功能：一、可以切換顯示實(shí)時(shí)溫度和溫度上下限的值。二、可以調(diào)節(jié)溫度上下限。要實(shí)現(xiàn)這些功能，可以通過(guò)按鍵輸入電路[9]。鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)可分為獨(dú)立式鍵盤(pán)和行列式鍵盤(pán)（矩陣式）兩類(lèi)，由于本系統(tǒng)只采用3個(gè)按鍵，因此可選用獨(dú)立式按鍵。如圖6所示，電路有三個(gè)按鍵組成，按鍵采用輕觸開(kāi)關(guān)。圖6 按鍵電路 各個(gè)按鍵的功能：S1：功能鍵（顯示溫度值、報(bào)警上限、報(bào)警下限三態(tài)循環(huán)。）S2：遞減鍵（當(dāng)顯示溫度報(bào)警上下限時(shí)，按此鍵則顯示的報(bào)警上限和下限減1.）S3：遞增鍵（當(dāng)顯示溫度報(bào)警上下限時(shí)，按此鍵則顯示的報(bào)警上限和下限加1.） 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，這包括人對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)和數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向外界顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果等。 數(shù)碼管顯示電路通過(guò)位驅(qū)動(dòng)電路和段驅(qū)動(dòng)電路組合而成。由于數(shù)碼管顯示器不能被單片機(jī)的并行口驅(qū)動(dòng)，所以必須采用專門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路芯片，讓它產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅(qū)動(dòng)電路能力差，即負(fù)載能力不夠，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動(dòng)電路長(zhǎng)期在超負(fù)荷下運(yùn)行非常容易損壞[10]。 數(shù)碼管顯示器的顯示控制方式分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種，若選擇靜態(tài)顯示，則數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器的選擇較為簡(jiǎn)單，只要驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力與顯示器的電流相匹配即可，而且一般只需考慮斷的驅(qū)動(dòng)；動(dòng)態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段和位選信號(hào)共同配合完成的，因此，要同時(shí)考慮段和位的驅(qū)動(dòng)能力，而且段的驅(qū)動(dòng)能力決定位的驅(qū)動(dòng)能力[11]。 本系統(tǒng)采用并行驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)顯示。采用單片機(jī) P2 口的低3位作為數(shù)碼管的位碼輸出信號(hào)，P0口作為段碼輸出信號(hào)。該驅(qū)動(dòng)電路如圖220所示，P0口作為段碼輸出信號(hào)需外接上拉電阻。由圖7可以看到，原理圖中用3個(gè)三極管作為數(shù)碼管的位驅(qū)動(dòng)。圖7 數(shù)碼管顯示電路 溫度控制電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)通過(guò)繼電器控制外部負(fù)載來(lái)達(dá)到升降溫的目的，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)置上限時(shí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)連接風(fēng)扇降低大棚內(nèi)部溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)置下限時(shí)，電熱爐加熱升高大棚內(nèi)部溫度。（LED燈管作用為判斷當(dāng)前負(fù)載的工作情況）如圖8所示。圖8 溫度控制電路 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 當(dāng)溫度達(dá)到或超過(guò)上下限是就會(huì)報(bào)警，報(bào)警電路如圖9所示：圖9 報(bào)警電路，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，說(shuō)明溫度已經(jīng)超過(guò)規(guī)定的上下限值，外部輸出設(shè)備應(yīng)該啟動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的措施。只用在人按下復(fù)位按鈕或溫度在允許的范圍內(nèi)報(bào)警電路就不會(huì)觸動(dòng)。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)程序的編寫(xiě)采用模塊化程序設(shè)計(jì)，采用模塊化程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：每個(gè)模塊都可以分配給不同的程序員完成，從而縮短開(kāi)發(fā)周；各個(gè)模塊高聚合、模塊之間低耦合，只要模塊之間確定了參數(shù)遞的接口，不管那個(gè)模塊內(nèi)部的改動(dòng)，均不會(huì)影響其他模塊，從而使件產(chǎn)品的生產(chǎn)更加靈活；系統(tǒng)細(xì)化到模塊，條理清晰，系統(tǒng)更加容易理解和實(shí)現(xiàn)；容易維護(hù)、系統(tǒng)可靠[12]。系統(tǒng)程序主要包括以下幾個(gè)部分：主程序、按鍵掃描、定時(shí)器0中斷子程序。 主程序流程圖 總模塊流程圖如圖10所示。本軟件設(shè)計(jì)采用循環(huán)查詢來(lái)處理各個(gè)模塊，溫度是緩慢變化量所以可以滿足性能要求。以及主程序的中斷流程圖。 （a）（b）圖10 主程序流程圖 鍵盤(pán)掃描子程序 鍵盤(pán)掃描子程序如圖11所示： 圖11 鍵盤(pán)掃描子程序 讀取DS18B20溫度模塊子程序 每次對(duì)DS18B20操作時(shí)都要按照DS18B20工作過(guò)程中的協(xié)議進(jìn)行。 初始化 ROM操作命令 存儲(chǔ)器操作命令 處理數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖12所示。 圖12 讀取DS18B20溫度子程序流程圖 數(shù)據(jù)處理子程序 由于DS18B20轉(zhuǎn)換后的代碼并不是實(shí)際的溫度值，所以要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。，小數(shù)部分的值，得到真正的數(shù)值，數(shù)值可能帶幾個(gè)小數(shù)位，所以采取四舍五入，保留一位小數(shù)即可。也就說(shuō)。首先程序判斷溫度是否是零下，如果是，則DS18B20保存的是溫度的補(bǔ)碼值，需要對(duì)其低8位（LS Byte）取反加一變成原碼。處理過(guò)后把DS18B20的溫度復(fù)制到單片機(jī)的RAM中，里面已經(jīng)是溫度值的Hex碼了，然后轉(zhuǎn)換Hex碼到BCD碼，分別把小數(shù)位，個(gè)位，十位的BCD碼存入RAM中[13]。數(shù)據(jù)處理子程序流程圖如圖13所示。圖13 數(shù)據(jù)處理子程序流程第5章 系統(tǒng)的仿真 編程軟件簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的編程軟件選用Keil C51。Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語(yǔ)言具有語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、緊湊，使用方便、靈活，運(yùn)算符豐富，數(shù)據(jù)類(lèi)型豐富等特點(diǎn)。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分組合在一起[14]。Keil C51是一種支持8051微控制器體系結(jié)構(gòu)的Keil開(kāi)發(fā)工具，適合每個(gè)階段的開(kāi)發(fā)人員，不管是專業(yè)的應(yīng)用工程師，還是剛學(xué)習(xí)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的學(xué)生。產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Keil C編譯器、宏匯編器、調(diào)試器、實(shí)時(shí)內(nèi)核、單板計(jì)算機(jī)和仿真器，支持所有的251系列微控制器，幫助你如期完成項(xiàng)目進(jìn)度。當(dāng)你開(kāi)始一個(gè)新項(xiàng)目，只需簡(jiǎn)單的從設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)選擇使用的設(shè)備，μVision IDE將設(shè)置好所有的編譯器、匯編器、鏈接器和存儲(chǔ)器選項(xiàng)。該軟件包含大量的例程，幫助你著手使用最流行的嵌入式8051設(shè)備。Keil μVision調(diào)試器準(zhǔn)確地模擬8051設(shè)備的片上外圍設(shè)備。模擬幫助你了解硬件配置，避免在安裝問(wèn)題上浪費(fèi)時(shí)間。此外，使用模擬器你可以在沒(méi)有目標(biāo)設(shè)備的情況下編寫(xiě)和測(cè)試應(yīng)用程序[15]。 仿真軟件Proteus介紹 Proteus是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件，是一個(gè)電子設(shè)計(jì)的教學(xué)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和創(chuàng)新平臺(tái)，涵蓋了電工電子實(shí)驗(yàn)室、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室等的全部功能。其革命性的功能是將電路仿真和微處理器仿真進(jìn)行協(xié)同，直接在基于原理圖的虛擬原型上進(jìn)行處理器編程調(diào)試，并進(jìn)行功能驗(yàn)證，通過(guò)動(dòng)態(tài)器件如電機(jī)、LED、LCD開(kāi)關(guān)等，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，可以實(shí)時(shí)看到運(yùn)行后的輸入輸出的效果[16]。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：(1)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)和LCD系統(tǒng)仿真的功能；(2)提供了多種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等，極利于調(diào)試；(3)支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類(lèi)型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片；(4)提供軟件調(diào)試功能，同時(shí)支持第