【文章內容簡介】 種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C52的具有如下主要特性：● 與MCS51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。圖36 AT89C52管腳圖● 8K字節(jié)可重擦寫FLASH閃存。 ● 1000次擦寫周期 ?！?全靜態(tài)操作：0Hz24MHz ?！?三級加密程序存儲器 ?！?256X8字節(jié)內部RAM ?！?32個可編程I/O口線 ?！?3個16位定時/計數(shù)器 。● 8個中斷源 ?！?可編程串行UART通道 ?！?低功耗空閑和掉電模式 。如圖36，AT89C52擁有很多功能豐富的口線，下面對本系統(tǒng)設計中所用到的部分管腳給出說明。(1) VCC——電源。 (2) GND——接地。 (3) P0口——P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。 (4) P3口——P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。 P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表34。表34 P3口的第二功能端口引腳第二功能RXD(串行輸入口)TXD(串行輸出口)INTO(外中斷0)INT1(外中斷1)T0(定時/計數(shù)器0)T1(定時/計數(shù)器1)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)(5) RST——復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。 (6) /EA/VPP——外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。(7) XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。AT89C52 是片內集成有最大32K Flash存儲器的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單、可靠。足以滿足本系統(tǒng)設計要求，只要將單片機接上晶振電路和復位電路即可。其電路圖如37所示。晶振電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。XTALXTAL2外接晶振和電容組成振蕩器。晶振可以產(chǎn)生十分精確的頻率。考慮到通信時的波特率。在振蕩器工作時，將RST腳保持至少兩個機器周期高電平（24個振蕩器周期）可實現(xiàn)復位。系統(tǒng)采用按鈕復位的方式，只要RST端保持10ms以上高電平，就能使單片機復位。圖37 單片機最小系統(tǒng) 傳感器電路設計DS18B20最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一條線來完成。AT89C52DS18B20DS18B20DS18B20DS18B20VCC=5V1－WIRE圖38 傳感器連接圖如圖38,所有溫度傳感器的數(shù)據(jù)端通過一根數(shù)據(jù)線連接起來，并加上拉電阻。 通訊電路設計（1）單片機與外部的基本通訊方式有兩種：●并行通訊——是指數(shù)據(jù)的各位同時傳送，其優(yōu)點是傳輸數(shù)據(jù)速度快，缺點是有多少位數(shù)據(jù)就需要多少根傳輸線，這在數(shù)據(jù)位數(shù)較多，傳輸距離較遠時就不宜采用?！翊型ㄓ崱侵笖?shù)據(jù)一位一位的順序傳送，其突出的優(yōu)點是只需一對傳輸線，特別適用于遠距離傳輸，缺點是傳送速度較慢。對本系統(tǒng)來說，對傳輸速度要求不高，但傳輸?shù)木嚯x較遠，若選用并行通訊就需要很多的傳輸線，不經(jīng)濟。所以選用串行通訊。（2）串行通訊有異步通訊和同步通訊兩種基本的通訊方式?！裢酵ㄓ嵎绞揭笸ㄐ烹p方以相同的速率進行，而且要準確地協(xié)調。它通過共享一個單個時鐘脈沖源以保證發(fā)送方和接受方準確同步。其特點是允許連續(xù)發(fā)送一組字符序列（而非單個字符），每個字符數(shù)據(jù)位數(shù)相同，沒有起始位和停止位，效率高。●異步通訊方式不要求通信雙方同步，發(fā)送方和接受方可以有各自地時鐘源。為了能夠實現(xiàn)通信，雙方必須都遵循異步通信協(xié)議。在異步通訊中，通信雙方必須規(guī)定兩件事：一是字符格式，即規(guī)定字符各部分所占的位數(shù)，是否采用奇偶校驗，以及校驗的方式（奇校驗or偶校驗）；二是采用波特率，以及時鐘頻率與波特率之間的比例關系。由此可見，同步通訊方式只適用于傳輸速度高的情況，而且其硬件相對復雜。異步通訊方式的傳輸效率比同步通訊方式低，但它對通信雙方的同步要求大大降低，因而成本也比同步通信方式低[2]，是比較常用的傳輸方式。因此，通過比較這兩種方式，本設計中選用異步通訊方式。 MAX232芯片簡介MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗，單電源雙RS－232發(fā)送/接受器。電源換成RS232C輸出電平所需電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就行了。對于沒有電源的場合，其實用性就更強。MAX232外圍需要4個電解電容，是內部電源轉換所需電容。宜采用電容盡量靠近芯片。 串行通信接口電路AT89C52有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。從MAX232芯片中兩路發(fā)送接收中任選一路作為接口。其中，MAX232的R1OUT接單片機的RXD，T1IN接單片機的TXD，T1OUT接計算機的RXD，R1IN接計算機的TXD。由于MAX232具有驅動能力，所以不需要外加驅動。采用MAX232接口的串行通信接口如下圖39所示。圖39 串口通訊電路設計采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡單的連接方法，但是對本設計來說已經(jīng)足夠使用了，電路如圖310所示。通信線采用交叉接法，即兩者信號線對應成為R—T，T—R。 圖310 串口三線制連接圖 電源電路設計由于單片機控制系統(tǒng)以及外圍芯片的供電電源均為5V?？紤]到電路設計等問題，所以在這里采用5V電源供電。電源采用7805三端穩(wěn)壓器件，通過全波整流，然后進行濾波和穩(wěn)壓輸出。電路如圖311所示。 圖311 電源電路圖 狀態(tài)顯示電路設計顯示部分采用發(fā)光二極管指示溫度傳感器工作狀態(tài)。發(fā)光二極管采用供陽接法。由單片機I/O口P0控制。主要狀態(tài)如下： 工作指示燈，交替閃爍 亮則表示DS1820不存在 亮則表示溫度沒有讀出 DS18B20已經(jīng)被檢測到 讀出的溫度數(shù)據(jù)保存 檢查到DS18B20就點亮連接電路如圖312所示。圖312 顯示電路連接圖 軟件設計當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調各執(zhí)行模塊和操作者的關系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。 單片機主程序首先是串口初始化設置。上電復位后，首先將定時器/計數(shù)器T1設定為定時器工作方式2，即自動再裝入的8位計數(shù)器，在該方式下，TL為計數(shù)寄存器，TH為8位計數(shù)常數(shù)寄存器。將串口設定為工作方式1，不使用奇偶校驗，數(shù)據(jù)的傳輸波特率由定時/計數(shù)器的溢出率決定。根據(jù)波特率的計算公式，選擇合適的計數(shù)常數(shù)放入TH，本方案中，波特率設定為9600bit/s，則TH中放入的計數(shù)常數(shù)為0FDH（SMOD＝1，波特率加倍）。接下來單片機通過發(fā)送和接收命令字來執(zhí)行相應的采集、計算、通信操作。單片機主程序部分的流程圖如圖313所示。開始串口初始化采集溫度數(shù)據(jù)處理顯示子程序DS18B20初始化圖313 單片機主程序流程圖 溫度采集程序溫度采集程序的流程圖如圖314。 首先通過數(shù)據(jù)口向DS18B20發(fā)復位脈溫度采集子程序入口調用總線復位程序設置跳過命令CCH調用向總線寫一個字節(jié)程序調用延時子程序調用總線復位程序溫度數(shù)據(jù)處理并保存調用串口顯示子程序設置溫度轉換命令44H調用向總線寫一個字節(jié)程序設置匹配ROM命令55H調用向總線寫一個字節(jié)程序查表，發(fā)送一路DS18B20序列號調用向總線寫一個字節(jié)程序發(fā)讀RAM命令BEH 從總線讀一個字節(jié)程序直到讀完9個字節(jié)所有DS18B20都訪問完畢？NY圖314 溫度采集流程圖測量路數(shù)加1沖，傳感器準備接收命令。發(fā)送忽略ROM（Skip ROM）命令，使所有傳感器都能接收并響應下面的命令。發(fā)送溫度轉換（Convert T）命令，所有傳感器都開始溫度轉換，延時后，溫度轉換完畢。向DS18B20發(fā)送匹配ROM（Match ROM）命令，從表中讀出一個傳感器的序列號，再將該序列號發(fā)送到數(shù)據(jù)口，與該序列號相對應的傳感器就會被選中，發(fā)送讀寄存器命令，該傳感器將轉換后的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)線上，單片機讀入并存放到特定的RAM區(qū)域。這樣就完成了一路數(shù)據(jù)的采集。發(fā)復位脈沖后，再發(fā)匹配ROM命令，發(fā)送下一個序列號，選中相應的傳感器，讀出溫度數(shù)據(jù)，依次循環(huán)，直到所有傳感器的數(shù)據(jù)都讀入到單片機的RAM中。 獲取DS18B20序列號程序每一片DSl8B20傳感器在其ROM中都存有其唯一的64位序列號，在出廠前已寫入片內ROM中，在多路測量系統(tǒng)中，如果不對DSl8B20傳感器的序列號進行匹配，這會出現(xiàn)采集到的數(shù)據(jù)輸出混亂的問題。因此，在執(zhí)行溫度采集程序前就必須首先獲得DSl8B20的序列號。獲取DSl8B20的序列號的方法有兩種，均需通過軟件實現(xiàn)。方法一：逐一讀取法逐一將DS18B20接入主機，通過一個單獨的程序，用讀ROM(33H)命令將該DS18B20的序列號讀出并登錄。主機在發(fā)出跳過ROM命令之后，再發(fā)出統(tǒng)一的溫度轉換啟動碼44H，就可以實現(xiàn)所有1820的統(tǒng)一轉換，再經(jīng)過1s后，就可以用很少的時間去逐一匹配并讀取。這種方式使其時間往往小于傳統(tǒng)方式（由于采取公用的放大電路和A/D轉換器，只能逐一轉換），顯然通道數(shù)越多，這種省時效應就越明顯。方法二：搜索算法搜索算法從初始化復位指令開始，由微處理器向所有連接在總線上的DS18B20發(fā)出復位指令，所有的DS18B20對該指令做出反應，向微處理器送回存在脈沖，之后微處理器向DS18B20發(fā)搜索指令（FOH 或ECH）。收到搜索指令后，所有總線上的DS18B20同時向微處理器發(fā)送各自ROM 代碼的第一位。由單總線的特性決定，當所有同時響應時，最后的結果為所有位的邏輯與。之后各DS18B20又將第一位的補位發(fā)送給微控制器，通過對兩次讀位的四種可能情況作為分支去向的判斷。如表35 所示。表35 “讀兩位”信息含義真值位補碼位獲得信息00參與搜索傳感器的ROM 相應位既有0 又有101參與搜索傳感器的ROM 相應位為010參與搜索傳感器的ROM 相應位為111總線上沒有傳感器此次設計的多路溫度采集系統(tǒng)因為只用到有限個溫度傳感器，故沒有采用搜索算法搜索所有在線溫度傳感器，而是采用逐一讀取法先離線讀出需要用到的每個溫度傳感器，這樣做不但簡化了編程，也不用進行在線的逐個搜索序列號而浪費大量的時間等待搜索是否完成(平均每搜索75個芯片序列號需1 s)。通過離線一片一片地讀出其中ROM編碼，在存儲這些序列號的存儲表中也可以事先匹配好測溫的對象。程序通過讀ROM(33H)命令將DS18B20序列號讀出并通過串口顯示出來。流程圖如圖315。開始串口初始化串口顯示子程序顯示64位序列號結束 DS18B20初始化圖315 獲取DS18B20序列號程序流程圖設置讀取ROM命令33H調用向總線寫一個字節(jié)程序調用向總線讀一個字節(jié)程序直到讀完64位 本章小結系統(tǒng)下位機的功能由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)，本系統(tǒng)通過選用兩個主要器件：ATMEL公司的主控芯片AT89C52和美國DALLAS半導體公司的DS18B20單總線數(shù)字溫度傳感器， 利用其特點可以方便的實現(xiàn)多點溫度的測量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡和通訊系統(tǒng)，系統(tǒng)的設計靈活、方便、工作穩(wěn)定，適合于在惡劣的環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，為上位機提供了可靠的數(shù)據(jù)。該部分中需要注意的是進行多路測量前務必要先獲取并匹配DS18B20的序列號，否則會造成數(shù)據(jù)混亂或程序進入死循環(huán)。DS18B20有一些很好的特性，如可以調整溫度數(shù)據(jù)的位數(shù)，降低精度以加快溫度轉換速度，提高采集頻率；還可以在傳感器內部設定溫度上下限，只對溫度超出此限的傳感器讀取數(shù)據(jù)等。為了簡化程序，這些在本系統(tǒng)軟件設計中都沒有實現(xiàn)，可以進一步修改和完善。第4章 上位機LabVIEW中程序的設計系統(tǒng)的上位機使用LabVIEW圖形化語言編程，編制本設計上位機的虛擬溫度監(jiān)控系統(tǒng)。使得該系統(tǒng)擁有更為強大的數(shù)據(jù)處理和顯示能力，并且儀器面板界面友好、開放、靈活、人性化、內容豐富、信息量大、操作簡單。通過與下位機進行串口通訊，可充分發(fā)揮分布式系統(tǒng)的特性，適用于更多大范圍測量控制的場合。 LabVIEW的開發(fā)環(huán)境LabVIEW的開發(fā)環(huán)境主要包括兩部分，VI面板設計和流程圖設計，前者建立程序運行的界面和各種變量、數(shù)據(jù)，后者組織程序的運行流程。 在虛擬儀器的開發(fā)過程中，主要利用LabVIEW提供的三個模板：工具模板（Tool palette）、控制模板（control palette）和功能模板（Function palette）來完成VI面板和流程圖兩部分的設計開