【文章內(nèi)容簡介】 T1。5個(gè)中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP和順序查詢邏輯電路共同決定，5個(gè)中斷源分別對(duì)應(yīng)5個(gè)固定的中斷入口地址。中斷的主要特點(diǎn)是分時(shí)操作，實(shí)時(shí)處理和故障處理[8]。簡單介紹一下本次設(shè)計(jì)所需的單片機(jī)芯片AT89C51的中斷系統(tǒng)中要用到的中斷類型。 （1） 外部中斷源AT89C51具有INT0和INT1兩條外部中斷請(qǐng)求輸入線，用于輸入兩個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求信號(hào)，并允許外部中斷源以低電平或負(fù)邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)。AT89C51究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式，可由用戶對(duì)定時(shí)器控制寄存器TCON中IT0和IT1位狀態(tài)的設(shè)定來選取。AT89C51在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)對(duì)INT0、線上中斷請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行一次檢測，檢測方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若設(shè)定AT89C51為電平觸發(fā)方式（IT0=0或IT1=0），則CPU檢測到INT0、INT1上低電平時(shí)就可認(rèn)定其上中斷請(qǐng)求有效；若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式（IT0=1或IT1=1），則CPU需要兩次檢測INT0、INT1線上電平方能確定其上中斷請(qǐng)求是否有效，即前一次檢測為高電平和后一次檢測為低電平時(shí)中斷請(qǐng)求才有效。 （2） 定時(shí)器溢出中斷源定時(shí)器溢出中斷是由AT89C51內(nèi)部定時(shí)器分的中斷源產(chǎn)生，故它們屬于內(nèi)部中斷。AT89C51內(nèi)部具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，受內(nèi)部定時(shí)脈沖（主脈沖經(jīng)12分頻后）或T0/T1引腳上輸入的外部定時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。定時(shí)器T0/T1在定時(shí)脈沖的作用下從全“1”變成全“0”的時(shí)候可以自動(dòng)向CPU提出溢出中斷請(qǐng)求，以表明定時(shí)器T0或T1的定時(shí)時(shí)間已到。 （3） 串行口中斷源串行口中斷是由AT89C51內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生，也是一種內(nèi)部中斷。串行口中斷分為串行口發(fā)送中斷和串行口接收中斷兩種中端。在串行口進(jìn)行發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，每當(dāng)串行口發(fā)送/接收完一組串行數(shù)據(jù)時(shí)串行口電路自動(dòng)使串行口控制寄存器SCON中的RI或TI中斷標(biāo)志位置位，并自動(dòng)向CPU發(fā)出串行口中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。因此，只需要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對(duì)SCON中RI和TI中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序，便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請(qǐng)求還是發(fā)送中斷請(qǐng)求。 （4） 中斷標(biāo)志AT89C51在S5P2時(shí)檢測（或接收）外部（內(nèi)部）中斷源發(fā)來的中斷請(qǐng)求信號(hào)后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位，然后便在下個(gè)機(jī)器周期檢測這些中斷標(biāo)志位狀態(tài)，以決定是否響應(yīng)該中斷。[9] 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 DS18B20簡介DS18B20是DALLAS公司所生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)（按9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片。它具有獨(dú)特的單總線接口方式，僅需使用1個(gè)端口就能實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通訊。采用數(shù)字信號(hào)輸出提高了信號(hào)抗干擾能力和溫度測量精度。~ V，可以采用外部供電方式，也可以采用寄生電源方式，即當(dāng)總線DQ為高電平時(shí)，竊取信號(hào)能量給DS18B20供電。它還有負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，DS18B20不會(huì)因接錯(cuò)線而燒毀，但不能正常工作?？梢酝ㄟ^編程而實(shí)現(xiàn)9～12位的溫度轉(zhuǎn)換精度設(shè)置。設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。DS18B20采用的是3腳TO92封裝，形如三極管，同時(shí)也有8腳SOIC封裝，還有6腳的TSOC封裝。測溫范圍為55~+125℃，在10~85℃范圍內(nèi)，精度為177?！?。每一個(gè)DS18B20芯片的ROM中都存放了一個(gè)64位ID號(hào)：前8位是產(chǎn)品類型編號(hào)，隨后48位是該器件的自身序號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。又因其可以采用寄生電源方式供電。因此，一條總線上免可以同時(shí)掛接多個(gè)DS18B20，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。另外用戶還可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定非易失性溫度報(bào)警上下限值TH和TL。DS18B20所檢測到的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，自動(dòng)存入存儲(chǔ)器中，并與設(shè)定值TH或TL進(jìn)行比較，當(dāng)測量溫度超出給定范圍時(shí)，就輸出報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)識(shí)別是高溫超限還是低溫超限。圖22溫度芯片DS18B20主要特性：(1) DS18S20的適應(yīng)電壓范圍更寬，其范圍為：，而且它能夠直接由數(shù) 據(jù)線獲取電源（寄生電源），無需外部工作電源。(2) DS18S20提供了9位攝氏溫度測量，具有非易失性、上下觸發(fā)門限用戶可編 程的報(bào)警功能。(3) DS18S20通過1Wire174。總線與中央微處理器通信，僅需要單根數(shù)據(jù)線（或地線）。同時(shí)，在使用過程中，它不需要任何的外圍的元件，全部的傳感元件和轉(zhuǎn)換電路集成在形狀如一只三極管的集成電路內(nèi)。(4) DS18S20具有55℃至+125℃的工作溫度范圍，在10℃至+85℃溫度范圍內(nèi)精 度為177。℃。(5) 每片DS18S20具有唯一的64位序列碼，這些碼允許多片DS18S20在同一條1Wire總線上工作，因而，可方便地使用單個(gè)微處理器控制分布在大范圍內(nèi)的多片DS18S20器件。 (6) DS18S20的測量結(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)還可以傳送給CRC校驗(yàn)碼，它具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)的能力。(7) DS18S20具有負(fù)載特性，當(dāng)電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但是 不能正常的工作。 DS18B20的引腳圖及引腳說明TO92封裝的DS18B20的引腳排列見下圖，其引腳功能描述見下：圖23 DS18B20的引腳圖引腳說明：TO92封裝符號(hào)說明1GND接地2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。對(duì)于單線操作：漏極開路。當(dāng)工作在寄生電源模式時(shí)用來提供電源。3VDD可選的VDD引腳。工作在寄生電源模式時(shí)VDD必須接地。 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DQVDD圖24 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20內(nèi)部功能模塊主要由4部分組成：64位光刻R0M、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。R0M中的64位序列號(hào)是出廠前被光所刻好的，它可以看作是該DSISB20的地址序列碼，每個(gè)DSI8B20的64位序列號(hào)均不相同。高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH 和TL，配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的E2PROM組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì) TH，TL或配置寄存器寫入。配置寄存器中R1，R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)：RR0＝‘00’，9位精度， ms；RR0 =‘01’，10位精度， ms；RR0 =‘10’，11位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375 ms；RR0 =‘11’，12位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750 ms；未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。本系統(tǒng)所采用的也是12位的精度。 DS18B20的工作原理DS18B20的讀寫時(shí)序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。DS18B20測溫原理如圖所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。[10]斜率累加器計(jì)數(shù)器1=0比較預(yù)置溫度寄存器計(jì)數(shù)器2=0預(yù)置溫度寄存器溫度寄存器停止加1LSB置位/清除圖25 DS18B20的工作原理圖 RS232總線接口芯片 MAX232 RS232接口RS232接口是個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，是1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，出現(xiàn)了代替DB25的DB9接口。通常 RS232 接口是以9個(gè)引腳（DB9）或是25個(gè)引腳（DB25）的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組 RS232 接口，分別稱為COM1和COM2?，F(xiàn)在通常都把RS232接口叫做DB9，所以，在本設(shè)計(jì)中我們采用的是DB9。圖26 RS232接口接口定義：l DCD 載波檢測l RXD 接收數(shù)據(jù)l TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)l DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好l SG 信號(hào)地l DSR 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好l RTS 請(qǐng)求發(fā)送l CTS 允許發(fā)送l RI 振鈴提示接口電平：RS232采用負(fù)邏輯電平：l 15~3：邏輯1l +15~+3：邏輯0l 電壓值通常在7V左右 MAX232簡介MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V單電源供電。該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。該器件符合TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F電平。主要性能：l 單5V 電源工作l 先進(jìn)的CMOS制造工藝制造l 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器l 177。30V 輸入電平l 低電源電流：典型值是8mAl 符合甚至優(yōu)于ANSI 標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA232E 及ITU l 雙列直插式封裝 MAX232的管腳圖及管教說明管腳定義：管腳序號(hào)名稱功能1C1+電容倍增充電泵電容正端2C1電容倍增充電泵電容負(fù)端3C2+反向充電泵電容正端4C2反向充電泵電容負(fù)端5V+充電產(chǎn)生的+6V7R1INRS232發(fā)送器輸入18R2INRS232發(fā)送器輸入29T1OUTRS232發(fā)送器輸出110T2OUTRS232發(fā)送器輸出211T11INTTL發(fā)送器輸入112T21INTTL發(fā)送器輸入213R1OUTTTL接收器輸出114R2OUTTTL接收器輸出215VCC電源16GND接地圖27 MAX232管腳圖 MAX232的內(nèi)部功能框圖圖28 MAX232的內(nèi)部功能框圖MAX232主要由三部分組成：電荷泵電路：由6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12V和12V兩個(gè)電源，提供給RS232串口電平的需要。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道：由11114腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。[11]供電：15腳GND、16腳VCC（+5V）。主要特點(diǎn)：l 符合所有的RS232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)l 只需要單一 +5V電源供電l 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和10V電壓V+、Vl 功耗低，典型供電電流5mAl 內(nèi)部集成2個(gè)RS232C驅(qū)動(dòng)器l 內(nèi)部集成兩個(gè)RS232C接收器l 高集成度，片外最低只需4個(gè)電容即可工作第三章 硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)字溫度傳感器DS18B20從設(shè)備不同的位置采集溫度，并將數(shù)字信號(hào)送入AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)獲取采集的溫度值，經(jīng)過處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，再通過PID控制算法控制繼電器的通斷，從而控制加熱器的工作，使得水溫維持在設(shè)定的溫度。當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后沒有達(dá)到設(shè)定的溫度值時(shí)，單片機(jī)控制繼電器開啟升溫設(shè)備（加熱器）[12]。AT89C51CPU數(shù)字溫度傳感器DS18B20啟動(dòng)開關(guān)輸入電源繼電器1繼電器2加熱器加熱器RS232總線接口芯片MXA232PC圖31單片機(jī)工作原理圖圖32 單片機(jī)電路圖 溫度檢測電路溫度檢測用DS18B20溫度傳感器，DS18B20是Dallas公司推出的單線數(shù)字式測溫芯片，它能在現(xiàn)場采集溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并將數(shù)字信號(hào)送入AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)。圖33溫度檢測電路圖 繼電器控溫電路當(dāng)DS18B20采集到溫度后，會(huì)將溫度值傳送到單片機(jī)。單片機(jī)獲取采集的溫度值，經(jīng)過處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，再通過PID控制算法控制繼電器的通斷，從而控制加熱器的工作，使得水溫維持在設(shè)定的溫度。[13]圖34繼電器控溫電路圖 串口通信接口電路PC機(jī)