【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電阻。 P1 口： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)校驗(yàn)期間， P1 接收低 8位地址。 下圖 為 P1口第二功能。 表 27 P1口的第二功能列表 引腳號(hào) 第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） 11 MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 I。在訪問８位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行：MOVX @Ri 指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi)（也即特殊功能寄存器，在整個(gè)訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 也接收高位地址和 其它控制信號(hào)。） P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì) P3 口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 I。 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， P3口的第二功能如下表。 表 28 P3口的第二功能列表 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) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 WDT益出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。 DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存 地址的低 8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目地，要注意的是：第當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位禁位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會(huì)被激活。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89S51 12 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（ 或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，高有兩次有效的 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 公訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址 0000H－FFFFH）， 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(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí) ,該引腳加上＋ 12V 的編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器 的輸出端。 AT89S51 芯片的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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 :全部 I/O 口線均可供用戶使用 ； 內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限（只有 4KB 地址空間） ； 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性 。 圖 29 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) [11]如 圖 28 所示，其中有 4個(gè)雙向的 8 位并行 I/O 端口，分別記作 P0、 P P P3，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 13 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。 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。按鍵自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的來實(shí)現(xiàn)的 .我們選用時(shí)鐘頻率為 12MHz。 溫度傳感器的選擇 測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展主要大體經(jīng)過了三個(gè)階段 : (含敏感元件 ) /控制器 3.智能溫度傳感器 [13]。 模擬集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在 20世紀(jì) 80 年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上，可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用 IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一 (僅測(cè)量溫度 )、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn) 、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。它是目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有 AD59O、 AD59 TMP1 LM135 等。 模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)和可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有LM5 AD22105 和 MAX6509。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器 (例如 TC652/653)中還包含了刀 D轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別。 智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器 )[14]是在 20世紀(jì) 90 年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù) (ATE)的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、刀D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器 (或寄存器 )和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器 (CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)和只讀存儲(chǔ)器 (ROM)。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器 (MCU)。并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。 目前， 國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。智能溫度傳感器 DS18B2O 正是朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器 DS18B20 作為溫度測(cè)量裝置己廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。 14 溫度傳感器 DS18B20 的簡(jiǎn)介 DS18B20 是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS182O 之后最新推出的一種數(shù)字化單總線器件，屬于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器 [15]。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在 和 750ms 內(nèi)完成 9位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DSl8B20 讀出的信息或?qū)懭?DSl8B20 的信息僅需要一根口線 (單線接口 )讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B2O 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B2O 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。同時(shí)其“一線總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念 。 DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線總線”接口?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。因此，數(shù)字化單總線器件 DS18B20 適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如 :環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較 DSl8B2O 都有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果?？蓮V泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。 DS18B20 的性能特點(diǎn) (1)采用 DALLAS 公司獨(dú)特的單線接口方式 :DS18B20 與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DSI8B20 的雙向通訊。 (2)在使用中不需要任何外圍元件。 (3)可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍 :+ 一 +。 (4)測(cè)溫范圍 :55 一 +l25℃。固有測(cè)溫分辨率為 度。當(dāng)在一 10℃一 +85℃范圍內(nèi)，可確保測(cè)量誤差不超過 ℃，在 55 一 +125℃范圍內(nèi)，測(cè)量誤差也不超過 2℃。 (5)通過編程可實(shí)現(xiàn) 9一 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 (6)用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。 (7)支持多點(diǎn) 組網(wǎng)功能，多個(gè) DSI8B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多 點(diǎn)測(cè)溫 [12]。 (8)負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí)，能保護(hù) DS18B20 不會(huì)因發(fā)熱而燒毀。但此時(shí)芯片無法正常工作。 (9)DS18B2O 的轉(zhuǎn)換速率比較高，進(jìn)行 9位的溫度轉(zhuǎn)換僅需 。 (10)適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)。 (11)內(nèi)含 64 位激光修正的只讀存儲(chǔ) ROM，扣除 8 位產(chǎn)品系列號(hào)和 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 (CRC)之后，產(chǎn)品序號(hào)占 48 位。出廠前產(chǎn)品序號(hào)存入其 ROM 中。在構(gòu) 15 成大型溫控系統(tǒng)時(shí)，允許在單線總線上掛接多 片 DS18B20。 DS18B20 的管腳排列 DS18B20 采用 3腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝。其管腳排列如下圖所示： 圖 210 DS18B20的管腳排列 I/O 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 (即單線總線 )，它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。 VCC 是可供選用的外部電源端，不用時(shí)接地， GND 為地，NC空腳。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B2O 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 [17]如下圖所示。它主要包括 7部分 :寄生電源 。溫度傳感器 。 64 位激光 (loser)ROM 與單線接口 。高速暫存器，即便筏式 RAM，用于存放中間數(shù)據(jù) : TH觸發(fā)寄存器和 TL 觸發(fā)寄存器，分別用來存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值 。存儲(chǔ)和控制邏輯 。 8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 (CRC)發(fā)生器。 16 圖 211 DS18B20部分結(jié)構(gòu)框圖 高 8 位是 CRC 校驗(yàn)碼，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48位，低 8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，前 56 位的這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限。而DS18BZO溫度傳感器的內(nèi) 部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 RAM。后者用于存儲(chǔ) TH， TL值。數(shù)據(jù)先寫入 RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給可擦除RAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第 5 個(gè)字節(jié)，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率， DS18B20 工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。 DS18B20 的控制方法 在硬件上， DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法。一種是將 DS18B20 的 VCC接外部電源， GND 接地，其 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) DSISBZO 的 VCC、 GND 接地，其 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， DS18B20 的 I/O 口線要接 5K 左右的上拉電阻。 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)器操作和對(duì)數(shù)據(jù)操作。 DS18B2O 每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。例如主機(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，必須經(jīng)歷三個(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。 DS18B20 的測(cè)溫原理 DS18B20 的測(cè)溫原理如下圖所示： 17 圖 212 DS18B20的內(nèi)部測(cè)溫電路原理圖 圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率隨溫度變化而明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為