【文章內(nèi)容簡介】 片機最小系統(tǒng)原理圖 此單片機最小系統(tǒng)由 AT89S52 單片機、時鐘電路及復位電路組成，時鐘電路采用內(nèi)部時鐘利用單片機內(nèi)部一個高增益的反向放大器，把一個晶振和兩個電容器組成的自激震蕩電路接到 XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）之間。震蕩器發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路。本最小系統(tǒng)中晶振采用 12M，起振電容采用 30pF 。 CPU 第 9 管腳復位（ RST）功能，本設計具有上電復位功能， 主要功能是把 PC初始化為 0000H，使單片機從 0000H單元開始執(zhí)行程序 。在單片機最小系統(tǒng)上電時，利用 R11 和 C3 充放電原理，以達到實現(xiàn)的單片機最小系統(tǒng)的復位。 溫度傳感器的簡介 、 DS18B20 基本知識 DS18B20 數(shù)字溫度計是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 DS18B20 產(chǎn)品的特點： （ 1）、只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 （ 2）、在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 （ 3）、實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 （ 4）、測量溫度范圍在－ 55。 C 到＋ 125。 C之間。 （ 5）、數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9位到 12 位選擇。 （ 6）、內(nèi)部有溫度上、下限告警設置。 、 DS18B20 的引腳介紹 TO－ 92封裝的 DS18B20 的引腳排列見圖 1，其引腳功能描述見表 53。 圖 53（ DS18B20 底視圖） 表 53 DS18B20 詳細引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。當工作于寄生電源時 ，此引腳必須接地。 、 DS18B20 的使用方法 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89S51 單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，本設計必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。 DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將 主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始， 11 如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 圖 54 DS18B20 的復位時序 對于 DS18B20 的讀時序分為讀 0時序和讀 1 時序兩個過程。 對于 DS18B20 的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 15 秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60us才能完成。 圖 55 DS18B20 的讀時序 對于 DS18B20 的寫時序仍然分為寫 0時序和寫 1 時序兩個過程。 對于 DS18B20 寫 0時序和寫 1 時序的要求不同，當要寫 0 時序時，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO總線上的“ 0”電平，當要寫 1時序時，單總線被拉低之后，在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線。 圖 56 DS18B20 的寫時序 12 圖 57為 DS18B20 的程序流程圖： 圖 57 DS18B20程序流程圖 、本系統(tǒng)所使用的 DS18B20 電路 圖 58為 DS18B20 電路圖： 圖 58 DS18B20 電路圖 、 NE555 簡介及應用 、 NE555 基本知識 555 時集成電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。它設計新穎，構(gòu)思奇巧，用途廣泛，備受電子專業(yè)設計人員和電子愛好者的青睞，人們將其戲稱為偉大的小 IC。它有很多優(yōu)異的性能而且用途極廣，它們表現(xiàn)在：第一，開始 主機發(fā)送低脈沖 釋放總線 標志位置位 初始化完成 清除標志位 等待回應 13 定時精度，工作速度和可靠性高；第二，使用的電源電壓范圍寬，從 3V 到 18V，能和數(shù)字 電路直接連接；第三，有一定的輸出功率，可驅(qū)動微電機，指示燈、揚聲器，第四，結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，用途廣泛，可組成各種波形的脈沖振蕩器、定時延時電路、雙穩(wěn)觸發(fā)電路、檢測電路、電源變換電路、頻率變換電路等，被廣泛應用于自動控制，測數(shù)，通信等各個領域。 、 NE555 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳說明 圖 59 555時基電路管腳排列圖 圖 510 555電路結(jié)構(gòu)方框圖 555 芯片引腳圖及引腳描述 555 的 8 腳是集成電路工作電壓輸入端，電壓為 5～ 18V，以 UCC 表示；從分壓器上看出 ，上比較器 6 腳 A1 的５腳接在 R1 和 R2 之間，所以 5 腳的電壓固定在 2UCC/3 上；下比較器 A2 接在 R2 與 R3 之間， A2 的同相輸入端電位被固定在 UCC/3 上。 根據(jù)５５５定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生脈沖波形，通過單片機讀取高低電平得出頻率，通過公式換算得到電阻值。由 、 本系統(tǒng)使用的 NE555 電路 如圖 511 為 NE555 電路圖： 圖 511 NE555電路圖 、本系統(tǒng)所使用的 NE555電路的工作原理 NE５５５電路工作原理根據(jù)５５５定時器和外部器件構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 ，電源 14 經(jīng) R4對電容 C充電，使電容兩端電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當 uc上升到（ 2/3） Vcc時，輸出out為低電平，放電管 VT導通，把電容兩端電壓從（ 1/3） Vcc上升到（ 2/3） Vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間 TPH的長短與電容的充電時間有關。充電時間常數(shù) T充 =（ R4＋ Rx） C。 Rx和放電管放電，電路進入第二暫穩(wěn)態(tài) .其維持時間 TPL的長短與電容的放電時間有關，放電時間常數(shù) T放＝ RxC0隨著 C的放電，電容兩端電壓下降，當 uc下降到（ 1/3） Vcc時，輸出 out。為高電平，放電管 VT截止， Vcc再 次對電容 c充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后， uc電壓總是在（ 1/3～ 2/3） Vcc之間充電和放電，從而在輸出端產(chǎn)生一系列的脈沖頻率波形，通過輸出腳與單片機連接，將脈沖頻率信號輸入到單片機中。 、 RS485 總線的應用及介紹 、 RS485 及其接口介紹 RS232 使用 12V,0,12V 電壓來表示邏輯，（ 12V表示邏輯 1， 12V表示邏輯 0），全雙工，最少 3條通信線（ RX,TX,GND），因為使用絕對電壓 表示邏輯，由于干擾，導線電阻等原因，通訊距離不遠，低速時幾十米也是可以的。 RS422，在 RS232 后推出，使用 TLL 差動電平表示邏輯，就是兩根的電壓差表示邏輯， RS422 定義為全雙工的，所以最少要 4 根通信線（一般額外地多一根地線），一個驅(qū)動器可以驅(qū)動最多 10 個接收器（即接收器為 1/10 單位負載），通訊距離與通訊速率有關系，一般距離短時可以使用高速率進行通信，速率低時可以進行較遠距離通信，一般可達數(shù)百上千米。 RS485，在 RS422 后推出，絕大部分繼承了 422，主要的差別是 RS485 可以是半雙 工的，而且一個驅(qū)動器的驅(qū)動能力至少可以驅(qū)動 32個接收器（即接收器為 1/32單位負載），當使用阻抗更高的接收器時可以驅(qū)動更多的接收器。所以現(xiàn)在大多數(shù)全雙工 485 驅(qū)動 /接收器對都是標： RS422/485 的，因為全雙工 RS485 的驅(qū)動 /接收器對一定可以用在 RS422 網(wǎng)絡。 RS485 的電氣特性：邏輯 1以兩線間的電壓差為 +（ 26） V 表示；邏輯 0以兩線間的電壓差為 （ 26） V 表示。接口信號電平比 RS232C 降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與 TTL 電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。 RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現(xiàn)點對點的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接 32個結(jié)點。在 RS485 通信網(wǎng)絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。很多情況下，連接 RS485 通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“ A”、“ B”端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個原因： (1)共模干擾問題： RS485 接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某 個參照點來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍， RS485 收發(fā)器共模電壓范圍為 7～ +12V，只有滿足上述條件，整個網(wǎng)絡才能正常工作。當網(wǎng)絡線路中 共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。 (2)EMI 問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。 由于 PC機默認的只帶有 RS232 接口，有兩種方法可以得到 PC 上位機的 RS485 電路：（ 1）通過 RS232/RS485 轉(zhuǎn)換電路將 PC 機串口 RS232 信號轉(zhuǎn)換成 RS485 信號，對于情況 15 比較復雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離珊的產(chǎn)品。（ 2）通過 PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為 RS485 類型的擴展卡。 RS485 的網(wǎng)絡布置 網(wǎng)絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡。在構(gòu)建網(wǎng)絡時，應注意如下幾點： （ 1）采用一條雙絞線電纜作總線，將各個節(jié)點串接起來，從總線到每個節(jié)點的引出線長度應盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。有些網(wǎng)絡連接盡管不正確 ，在短距離、低速率仍可能正常工作，但隨著通信距離的延長或通信速率的提高，其不良影響會越來越嚴重，主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加，會造成信號質(zhì)量下降。 （ 2）應注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點就會發(fā)生信號的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續(xù)性：總線的不同區(qū)段采用了不同電纜，或某一段總線上有過多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者是過長的分支線引出到總線。 在 RS485 組網(wǎng)過程中另一個需要主意的問題是終端負載電阻問題，在設備少距離短的情況下不加終端負載電阻整個網(wǎng)絡能很好的工作但隨著距離的增加性能將降 低。理論上，在每個接收數(shù)據(jù)信號的中點進行采樣時，只要反射信號在開始采樣時衰減到足夠低就可以不考慮匹配。但這在實際上難以掌握，美國 MAXIM 公司有篇文章提到一條經(jīng)驗性的原則可以用來判斷在什么樣的數(shù)據(jù)速率和電纜長度時需要進行匹配：當信號的轉(zhuǎn)換時間（上升或下降時間）超過電信號沿總線單向傳輸所需時間的 3 倍以上時就可以不加匹配。 一般終端匹配采用終端電阻方法， RS485 應在總線電纜的開始和末端都并接終端電阻。終端電阻在 RS485 網(wǎng)絡中取 120Ω。相當于電纜特性阻抗的電阻，因為大多數(shù)雙絞線電纜特性阻抗大約在 100～ 120Ω。這種匹配方法簡單有效，但有一個缺點，匹配電阻要消耗較大功率，對于功耗限制比較嚴格的系統(tǒng)不太適合。另外一種比較省電的匹配方式是 RC 匹配。利用一只電容 C隔斷直流成分可以節(jié)省大部分功率。但電容 C 的取值是個難點，需要在功耗和匹配質(zhì)量間進行折衷。 還有一種采用二極管的匹配方法，這種方案雖未實現(xiàn)真正的“匹配”，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號，達到改善信號質(zhì)量的目的，節(jié)能效果顯著。 最近兩年一些公司基于部分企業(yè)信息化的實施已完成，工廠中已經(jīng)鋪設了延伸到車間每個辦公室、控制室的局域網(wǎng)的現(xiàn)狀，推出了串 口服務器來取代多串口卡，這主要是利用企業(yè)已有的局域網(wǎng)資源減少線路投資，節(jié)約成本，相當于通過 tcp/ip 把多串口卡放在了現(xiàn)場。 、 RS485 應用 在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用 RS485 串行總線標準。RS485 采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至 200mV 的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 市場上一般 RS485 采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。 RS485 用于多點互連 時非常方便，可以省掉許多信號線。應用 RS485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián) 32 臺驅(qū)動器和 32臺接收器。本系統(tǒng)采用 RS485 建立多機通信網(wǎng)絡，并以兩個從機為例成