【文章內(nèi)容簡介】 S51芯片控制溫度傳感器 DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度。 從以上兩種方案，容易看出方案一的測溫裝置可測溫度范圍寬、體積小，但是線性誤差較大。方案二的測溫裝置電路簡單、精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便、軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，故本次 設(shè)計(jì)采用了方案二。 利用溫度傳感器 DS18B20 可以直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的特性，模擬溫度值經(jīng)過 DS18B20 處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)處理后的數(shù)據(jù)送到 LED 中顯示。 本課題以是 80C51 單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種數(shù)字溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，單片機(jī)主板電路等組成。 系統(tǒng)框圖主要由主控制器、單片機(jī)復(fù)位、時(shí)鐘振蕩、 LED 顯示、溫度傳感器組成。 系統(tǒng)框圖如圖 32 所示。 主控制器LED顯示溫度傳感器單 片 機(jī) 復(fù) 位報(bào) 警 按 鍵 設(shè) 置時(shí) 鐘 振 蕩 圖 32 系統(tǒng)基本方框圖 揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 11 第 4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 80C51 單片機(jī)的介紹 80C51 有 40個(gè)引腳， 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口， 1個(gè)全雙工異步串行口，同時(shí)內(nèi)含 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級， 2個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 80C51 的存儲(chǔ)器系統(tǒng)由 4K的程序存儲(chǔ)器 (掩膜 ROM)，和 128B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)組成。 80C51 單片機(jī)的基本組成框圖見圖 41。 【 3】 時(shí) 鐘 電 路R O M / E P R O M / F l a s h 4 K BR A M 1 2 8 BS F R 2 1 個(gè)定 時(shí) 個(gè) / 計(jì) 數(shù) 器 2C P U總 線 控 制中 斷 系 統(tǒng)5 個(gè) 中 斷 源2 個(gè) 優(yōu) 先 級串 行 口全 雙 工 1 個(gè)4 個(gè) 并 行 口X T A L 2 X T A L 1R S TE AA L EP S E NP 0P 1P 2P 3V s sV c c圖 41 80C51 單片機(jī)結(jié) 由圖 41 可見， 8051 單片機(jī)主要由以下幾部分組 成： 1. CPU 系統(tǒng) 8 位 CPU， 時(shí)鐘電路，總線控制邏輯。 2. 存儲(chǔ)器系統(tǒng) 4K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器（ ROM/EPROM/Flash，可外擴(kuò)至 64KB）； 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM，可再外擴(kuò) 64KB）； 特殊功能寄存器 SFR。 3. I/O 口和其他功能單元 4 個(gè)并行 I/O 口； 2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器； 1 個(gè)全雙工異步串行口； 中斷系統(tǒng)（ 5個(gè)中斷源， 2個(gè)優(yōu)先級）。 80C51 單片機(jī)主要特性 1. 一個(gè) 8 位的微處理器 (CPU)。 2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 12 間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。 3. 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。 4. 四個(gè) 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 5. 兩個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的 52 系列單片機(jī)都會(huì)提供 3 個(gè)16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 6. 五個(gè)中斷源的中 斷控制系統(tǒng)。 7. 一個(gè)全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行 I／ O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。 8. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為 12MHz。 80C51 單片機(jī)管腳圖 圖 42 80C51 單片機(jī)管腳圖 部分引腳說明： 1. 時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2： XTAL2(18 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在 8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時(shí) 鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。 XTAL1(19 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。 揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 13 2. 控制信號(hào)引腳 RST,ALE,PSEN 和 EA： RST/VPD(9 腳 )： RST 是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端。當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，將＋ 5V 電源自動(dòng)兩個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期 )的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。RST 引腳的第二功能是 VPD,即接入 RST 端，為 RAM 提供備用電源 ，以保證存儲(chǔ)在 RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。 ALE/PROG(30 腳 )：地址鎖存允許信號(hào)端。當(dāng) 8051 上電正常工作后， ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 1/6。 CPU 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 輸出信號(hào)作為鎖存低 8 位地址的控制信號(hào)。 此引腳的第二功能 PROG 在對片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫入 (固化程序 )時(shí)，作為編程脈沖輸入端。 PSEN(29 腳 )：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片 外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引肢接 EPROM 的 OE 端 (見后面幾章任何一個(gè)小系統(tǒng)硬件圖 )。 PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM／ ROM 中的指令碼。 EA/Vpp(31 腳 )：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。當(dāng)EA 引腳接高電平時(shí)， CPU 只訪問片內(nèi) EPROM/ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但當(dāng) PC(程序計(jì)數(shù)器 )的值超過 0FFFH(對 8751/8051 為 4K)時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。 當(dāng) 輸入信號(hào) EA 引腳接低電平 (接地 )時(shí)， CPU 只訪問外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外 部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 3. 輸入 /輸出端口 P0/P1/P2/P3： P0 口 (～ ， 39~32 腳 )： P0 口是一個(gè)漏極開路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。當(dāng) P0 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器 (地址 80H)寫入全 1,此時(shí) P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時(shí)要先寫 1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在 CPU 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)， P0口分時(shí)提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在此期間，P0口內(nèi)部上拉電阻有效 。 P1 口 (～ ， 1~8 腳 )： P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O口。 P1口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在 P1口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向P1口鎖存地址 (90H)寫入全 1,此時(shí) P1 口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。 P2 口 (～ ， 21~28 腳 )： P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向I/O 口。 P口每位能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在訪問片外 EPROM/RAM 時(shí)，它輸出高 8 位地址。 P3 口 (～ ， 10~17 腳 )： P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻 的 8 位準(zhǔn)雙向I/O 口。 P3 口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P3口與其它 I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個(gè)引腳都有第二功能，如下： ： (RXD)串行數(shù)據(jù)接收。 ： (RXD)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。 ： (INT0)外部中斷 0輸入。 ： (INT1)外部中斷 1輸入。 ： (T0)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0的外部計(jì)數(shù)輸入。 ： (T1)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1的外部計(jì)數(shù)輸入。 ： (WR)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通。 揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 14 ： (RD)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。 80C51 單片機(jī) 的中斷系統(tǒng) 80C51 系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級，可以實(shí)現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制 CPU 是否響應(yīng)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各中斷同時(shí)提出中斷請求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 80C51 單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會(huì)有定時(shí)控制需求，如定時(shí)輸出、定時(shí)檢測、定時(shí)掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。 80C51 單片機(jī)內(nèi)集成有兩個(gè)可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器： T0和 T1，它們既可以工作于定時(shí)模式，也可以工作于外部事件計(jì)數(shù)模式，此外， T1 還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。 四位數(shù)碼管簡介 內(nèi)部的四個(gè) 數(shù)碼管 共用 a~dp 這 8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因?yàn)槔锩嬗兴膫€(gè)數(shù)碼管，所以它有四個(gè)公共端，加上 a~dp，共有 12個(gè)引腳，下面便是一個(gè)共陽的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽的與 之相反）。引腳排列依然左下角的那個(gè)腳（ 1腳）開始，以逆時(shí)針方向依次為 1~12 揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 15 圖為 proteus 中的四位一體 CA 型數(shù)碼管圖 顯示部分與 89C51 的接口 如圖 44 所示。用 89C51 的 P0 口作為數(shù)據(jù)線，用 、 、 分別作為 LED 的控制線。 圖 44 LED 與 89C51 的接口 揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 16 DS18B20 介紹 DS18B20 引腳如圖 43 所示。 圖 43 DS18B20 引腳圖 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的 “ 一線器件 ” ，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。 DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世 界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為 55～ +125 攝氏度，可編程為 9 位～ 12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) 攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè) DS18B20可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來組成一個(gè)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(jì)，十分方便。 溫度傳感器工作原理 DS18B20 測溫原理：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℃ 所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1 對 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。 DS18B20 功能特點(diǎn)： 1. 采用單總線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根 I/O 線，在一根線上可以掛接多個(gè) DS18B20。 2. 每只