【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2816A28172817A2864A取數(shù)時(shí)間/ms250200/250250200/250250擦/寫電壓/V2152155字節(jié)擦除時(shí)間/ms109～15101010寫入時(shí)間/ms109～15101010由上表可見，所列各種芯片的字節(jié)擦除時(shí)間和寫入時(shí)間基本上均為10ms，這樣長(zhǎng)的時(shí)間對(duì)于許多實(shí)際應(yīng)用是不能接受的。因此，為了將存儲(chǔ)器集成到微控制器芯片內(nèi)，設(shè)法縮短此類存儲(chǔ)器的擦除和寫入時(shí)間是一個(gè)首要的問題。片內(nèi)快閃存儲(chǔ)器（ Flash Memory）的概念就是在這種背景下提出來的。Flash存儲(chǔ)器是一種可以電擦除和電寫入的閃速存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)記為FPEROM)，這使開發(fā)調(diào)試更為方便。在MCS－51系列產(chǎn)品中，凡標(biāo)有89CXX的芯片均為帶有此類存儲(chǔ)器的產(chǎn)品系列[11]。三、AT89C51硬件結(jié)構(gòu)及引腳 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。除程序存儲(chǔ)器由FPEROM取代了80C5l的EPROM外，其余部分完全相同[10]。AT89C51的引腳與80C51的引腳也是完全兼容的。各引腳對(duì)應(yīng)的功能簡(jiǎn)要介紹如下：Vss —— 接地。Vcc —— 電源端，接＋5V。 ～ —— P0口是開漏雙向口可以寫為1使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入，P0也可以在訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線，此時(shí)通過內(nèi)部強(qiáng)上拉輸出1。P0口每位可以能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載?！?—— P1口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P1口寫入1時(shí)P1口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部拉低的P1口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。P1口每位可以能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載?！?—— P2口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P2口寫入1時(shí)P2口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的P2口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)時(shí)分別作為地址高位字節(jié)和16位地址，此時(shí)通過內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1。當(dāng)使用8位尋址方式訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口每位可以能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載?！?—— P3口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P3口寫入1時(shí)P3口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部拉低的P3口，會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。P3口每位可以能驅(qū)動(dòng)4個(gè)L負(fù)載。P3口還具有以下特殊功能：RxD() —— 串行輸入口TxD() —— 串行輸出口INT0() —— 外部中斷0INT1() —— 外部中斷T0() —— 定時(shí)器0 外部輸入T1() —— 定時(shí)器1 外部輸入 AT89C51封裝引腳配置圖WR() —— 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號(hào)RD() —— 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)RST —— 復(fù)位。當(dāng)晶振在運(yùn)行中只要復(fù)位管腳出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期高電平，即可復(fù)位內(nèi)部。有擴(kuò)散電阻連接到Vss，僅需要外接一個(gè)電容到Vcc即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。ALE —— 地址鎖存使能。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下，ALE 輸出信號(hào)恒定為1/6 振蕩頻率并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)。PSEN —— 程序存儲(chǔ)使能。當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器代碼時(shí)，PSEN每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN無效。訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN無效。EA/Vpp —— 外部尋址使能/編程電壓。在訪問整個(gè)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)EA必須外部置低，如果EA為高時(shí)將執(zhí)行內(nèi)部程序，除非程序計(jì)數(shù)器包含大于片內(nèi)FLASH的地址。該引腳在對(duì)FLASH編程時(shí)，接5V/12V編程電壓(Vpp)，如果保密位1已編程，EA在復(fù)位時(shí)由內(nèi)部鎖存。XTAL1 —— 反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入。XTAL2 —— 反相振蕩放大器輸出。以MCS51技術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機(jī)已成為許多廠家、電氣公司競(jìng)相選用的對(duì)象，并以此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機(jī)，同時(shí)增加了一些新的功能,所以用AT89C51[9]。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)只能夠仿真單片機(jī)，卻沒有給用戶提供一個(gè)通用的最小系統(tǒng)。由設(shè)計(jì)的要求，只要做很小集成度的最小系統(tǒng)應(yīng)用在一些小的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)是:（1）全部I/O口線均可供用戶使用。 （2）內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限（只有4KB地址空間）。 （3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。圖 最小系統(tǒng)圖，其中有4個(gè)雙向的8位并行I/O端口，分別記作P0、PPP3，都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸入，P3口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號(hào)。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生MCS51單片機(jī)工作所必須的時(shí)鐘控制信號(hào)，內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序指令工作。MCS51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳XTAL1，輸出端為XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的微調(diào)電容通常選擇為30pF左右，該電容的大小會(huì)影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為12MHz。把EA腳接高電平，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在PC值超過0FFFH（4Kbyte地址范圍）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序[14]。MCS51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)。采用最簡(jiǎn)單的外部按鍵復(fù)位電路。,C1取47μf。XTAL1和XTAL2的反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)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。整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。AT89C51的穩(wěn)態(tài)邏輯可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 片內(nèi)振蕩電路的時(shí)鐘電路AT89C1單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個(gè)高增益反向放大器，引線XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。單片機(jī)內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，外部還需附加電路。AT89C51的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種：內(nèi)部時(shí)鐘電方式和外部時(shí)鐘方式。由于外部時(shí)鐘方式用于多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，所以此處選用內(nèi)部時(shí)鐘方式。即利用其內(nèi)部的振蕩電路在XTAL1和XTAL2引線上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩。最常用的是在 XTAL1和XTAL2之間接晶體振蕩器與電路構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，其中晶振可選用振蕩頻率為6MHz的石英晶體，電容器一般選擇30PF左右。 AT89C51的復(fù)位電路本設(shè)計(jì)中AT89C51是采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。上電瞬間，RC電路充電，RST引線端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。其中R1和R2分別選擇200Ω和1KΩ的電阻，電容器一般選擇22μF[17]。 溫度傳感電路設(shè)計(jì)DS18B20的性能特點(diǎn)：（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(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位）。（2）測(cè)溫范圍為55℃+125℃，℃。（3）內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM。（4）適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)。（5）用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限。（6）內(nèi)含寄生電源。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(bào)警觸發(fā)器TH和TL,高速暫存器。（a） (b) 圖 DS18B20管腳圖在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/,:把DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的13管腳連接,再加上上拉電阻。圖 溫度傳感電路圖DS18B20有六條控制命令，： DS18B20控制命令指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH 讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié) 復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中 重新調(diào)E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU CPU對(duì)DS18B20的訪問流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作[8]。 顯示電路的設(shè)計(jì)LED顯示器是由4位共陰極LED顯示器組成，采用動(dòng)態(tài)分時(shí)掃描方式。采用4位共陰極LED顯示器能使測(cè)量結(jié)果保持在小數(shù)點(diǎn)后兩位，提高測(cè)量精度。顯示電路中單片機(jī)AT89C51的P0扣直接驅(qū)動(dòng)8段數(shù)碼管（其中需要給P0外接上拉電阻）完成字形碼的輸出（字形選擇）。，這樣在任意時(shí)刻，只有一位LED是亮的。共陰極LED顯示器的陽極和單片機(jī)CPU的P1口連接，顯示段碼由CPU通過P1口傳送到LED顯示器的陽極[12]。位掃描碼由單片機(jī)8051的P2口低四位輸出，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器傳送到LED顯示器的陰極，選通LED顯示器的數(shù)位：，,‘0111’時(shí)，選通左邊的第一位數(shù)字；，,‘1011’時(shí)，選通左邊的第二位數(shù)字；，,‘1101’時(shí)，選通左邊的第三位數(shù)字；，,‘1110’時(shí)，選通左邊的第四位數(shù)字。 顯示電路圖4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等