【文章內(nèi)容簡介】 簡稱181?！痭SP?）。圍繞181?！痭SP?所形成的16位181。’nSP?系列單片機（以下簡稱181?！痭SP?家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以181。’nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。181。’nSP?內(nèi)核是一個通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應用場合。這樣做無疑會使每一種派生產(chǎn)品具有更強的功能和更低的成本。[8]利用凌陽單片機有一定的好處凌陽的優(yōu)勢是硬件性能，抗干擾能力強，但凌陽單片機我們沒有系統(tǒng)的學習，這對于剛接觸單片機的我們來說不是很容易上手，其價格也要比89S51昂貴一些，因此我們并沒有將其作為首選。 AT89S51單片機由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中，MCS51系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應用領(lǐng)域中的主流。單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩個分支。通用計算機系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運算，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新，從8位、16位迅速過渡到32位、64位，并且不斷提高運算速度和完善通用操作系統(tǒng)，以突出其高速海量數(shù)值運算的能力，在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信中得到了廣泛應用；單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和極低的成本，廣泛應用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此，單片機的出現(xiàn)大大促進了現(xiàn)代計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，成為近代計算機技術(shù)發(fā)展史上一個重要里程碑。[9]由于MCS系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，運行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達到最優(yōu)化，工作也相對穩(wěn)定。51的優(yōu)點是價錢便宜,I/O口多，程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。單片機的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和語言也大大簡化。單片機的典型代表是Intel公司在20世紀80年代初研制出來的MCS51系列單片機。MCS51單片機很快在我國得到廣泛的推廣應用，成為電子系統(tǒng)中最普遍的應用手段，并在工業(yè)控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域取得了大量應用成果。以MCS51技術(shù)核心為主導的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機，同時增加了一些新的功能，所以用AT89S51。雖然凌陽單片機的硬件性能好，抗干擾能力強，但凌陽單片機我們沒有系統(tǒng)的學習，這對于接觸單片機不深的我們來說不是很容易上手，其價格也要比89S51昂貴一些。又因為在單片機家族的眾多成員中，MCS51系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應用領(lǐng)域中的主流。故選擇AT89S51單片機。（1）AT89S51功能特性概述[10]，AT89S51提供一下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM,32個I/O口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及診斷系統(tǒng)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 AT89S51方框圖（2）AT89S51引腳功能介紹AT89S51單片機為40引腳雙列直插式封裝。各引腳功能簡單介紹如下：●VCC：供電電壓●GND：接地 ●P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳寫“1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部電位必須被拉高?！馪1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收?！馪2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 AT89S51引腳圖●P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口： RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) INT0(外部中斷0) INT1(外部中斷1) T0(記時器0外部輸入) T1(記時器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)同時P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號?！馬ST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間?！馎LE/PROG ：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效?！馪SEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期PSEN兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)?！馝A/VPP：當EA保持低電平時，訪問外部ROM；注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)?！馲TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入?！馲TAL2：來自反向振蕩器的輸出。3 溫度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計溫度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分包括單片機控制芯片，溫度測量電路，溫度顯示電路，報警電路和溫度控制電路。以AT89S51單片機為控制核心，溫度測量電路由DS18B20數(shù)字傳感器構(gòu)成，用來采集實時溫度，并由單片機計算、轉(zhuǎn)換，傳輸給由LCD1602構(gòu)成的顯示電路，同時控制報警電路和溫度控制電路。RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效。高電平有效的持續(xù)時間應為24個振蕩周期以上。若時鐘頻率為6MHz，則復位信號至少應持續(xù)4微秒以上，才可以使單片機復位。本次設(shè)計中采用按鍵復位的方法進行復位操作。如下圖31所示。按鍵復位是利用開關(guān)按鈕來實現(xiàn)的，即通電后，按下開關(guān)，使得瞬間RST端的電位與VCC相同，隨著電容上儲能增加，電容電壓也增大，充電電流減少，RESET端的電位逐漸下降。這樣在RST端就會建立一個脈沖電壓，調(diào)節(jié)電容與電阻的大小可對脈沖持續(xù)的時間進行調(diào)節(jié)。(晶振)電路時鐘電路對單片機系統(tǒng)而言是必需的。由于單片機內(nèi)部是由各種各樣的數(shù)字邏輯器件(如觸發(fā)器寄存器存儲器等)構(gòu)成，這些數(shù)字器件的工作必須按時間順序完成，,沒有時鐘電路單片機就無法工作。此次設(shè)計中，我們采用由內(nèi)部方式產(chǎn)生時鐘的方法形成時鐘電路。 時鐘復位電路內(nèi)部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作定時元件，內(nèi)部反相放大器自激振蕩，產(chǎn)生時鐘。時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，即若石英頻率fosc＝6MHz，則時鐘頻率＝3MH2，因此，時鐘是一個雙向信號，由P1相和P2相構(gòu)成。fosc可在2MHZ12MHZ選擇。小電容可以取30PF左右。 DS18B20總體簡介1)DS18B20的性能特點[11]： DS18B20管腳圖(1)采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值；(2)測溫范圍為55℃～257℃（67～+257℉）(3)每個器件有唯一的64位的序列號存儲在內(nèi)部存儲器中；(4)用戶可定義非易失性溫度報警上、下限；(5)簡單的多點分布式測溫應用；(6)溫度計分辨率可以被使用者選擇為9～12位；(7)可通過數(shù)據(jù)線供電，；(8)報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM,溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，高速暫存器。表31 詳細的引腳說明8引腳SOIC封裝TO9封裝符號說明51GND接地42DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。對于單線操作：漏極開路。當工作在寄生電源模式時用來提供電源33VDD可選的VDD引腳。工作與寄生電源模式時VDD必須接地。2)DS18B20簡述[12]，表31已經(jīng)給出了引腳說明。64位只讀存儲器存儲器件的唯一片序列號。高速暫存器含有兩個字節(jié)的溫度寄存器，這兩個寄存器用來存儲溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。除此之外，高速暫存器提供一個直接的溫度報警值寄存器（TH和TL），和一個字節(jié)的配置寄存器。配置寄存器允許用戶將溫度的精度設(shè)定為9，10，11或12位。TH、TL和配置寄存器是非易失性的可擦除的程序寄存器（EEPROM），所以存儲的數(shù)據(jù)在器件掉電時不會消失。DS18B20通過達拉斯公司獨有的單總線協(xié)議依靠一個單線端口通訊。當全部器件經(jīng)由一個3態(tài)端口（DQ引腳在DS18B20上的情況下）與總線連接的時候，控制線需要連接一個上拉電阻。在這個總線系統(tǒng)中，微控制器（主器件）依靠每個器件獨有的64位片序列碼辨認總線上的器件和記錄總線上的器件地址。由于每個裝置有一個獨特的片序列碼，總線可以連接的器件數(shù)碼事實上是無限的。單總線協(xié)議，包括指令的詳細解釋和“時序”。 DS18B20方框圖3）DS18B20存儲器[13]。存儲器有一個暫存SRAM和一個存儲高低報警上、下限值TH和TL的非易失性電可擦除EEPROM組成。注意當報警功能不使用時，TH和TL寄存器可以被當作普通寄存器使用。所有的存儲器指令不再詳述。位0和位1為測得溫度信息的LSB和MSB。這兩個字節(jié)是只讀的。第2和第3字節(jié)是TH和TL的拷貝。位4包含配置寄存器數(shù)據(jù)。位5，6和7被器件保留，禁止寫入；這些數(shù)據(jù)在讀回時全部表現(xiàn)為邏輯1。高速暫存器的位8是只讀的，包含以上八個字節(jié)的CRC碼，CRC的執(zhí)行方式不再詳述。數(shù)據(jù)通過寫暫存器指令[4Eh]寫入高速暫存器的2,3和4位；數(shù)據(jù)必須以位2為最低有效位開始傳送。為了完整的驗證數(shù)據(jù)，高速暫存器能夠在數(shù)據(jù)寫入后被讀?。ㄊ褂米x暫存器[BEh]）。在讀暫存器時，數(shù)據(jù)以位0為最低有效位從單總線移出?？偩€控制器傳遞從暫存器到EEPROMTH,TL和配置數(shù)據(jù)必須發(fā)出拷貝暫存器指令[48h]。EEPROM寄存器中的數(shù)據(jù)在器件掉電時仍然保存；上電時，數(shù)據(jù)被載入暫存器。數(shù)據(jù)也可以通過召回EEPROM命令從暫存器載入EEPROM?？偩€控制器在發(fā)出這條命令后發(fā)出讀時序，DS18B20返回0表示正在召回中，返回1表示操作結(jié)束。 DS18B20存儲器圖4）DS18B20初始化和讀/寫時序由于DS18B20采用的是1Wire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，我們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。從而，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(shè)備，單總線器件作為從設(shè)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，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。(1)DS18B20的初始化時序 DS18B20的初始化時序圖(2)DS18B20的讀/寫時序[14]控制器在寫時序?qū)憯?shù)據(jù)到DS18B20，在讀時序從DS1