【文章內(nèi)容簡介】 2 個通用寄存器。 ⑼ 硬件看門狗功能。 圖 2 STC12CXX 系列典型單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 智能電子技術(shù)實踐課程設(shè)計報告 8 51 系列單片機(jī)的引腳功能 圖 3 微型單片機(jī)的引腳 ． I/O 端口線輸入輸出引腳 — (39— 32)： P0口是一個漏極開路型準(zhǔn)雙向 I／ O 口。在訪問外部存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址 (低 8位 )和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在 EPROM 編程時，它接收指令字節(jié)，而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。 — (18)： P1 口是帶內(nèi) 部上拉電阻的 8位雙向 I／ O 口。在 EPROM 編程和程序驗證時，它接收低 8位地址。 — (2128)： P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O口。在訪問外部存儲器時，它送出高 8位地址。在對 EFROM 編程和程序驗證期間，它接收高 8 位地址。 — (1017)： P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O口。在 MCS— 5l中，這 8個引腳還兼有專用功能， P3 的 8條口線都定義有第二功能，詳見表 111。 圖 4 智能電子技術(shù)實踐課程設(shè)計報告 9 ．控制線控制引腳 （ ALE／ PROG、 、 、 RST／ VPD） ALE（３０腳）地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴(kuò)展時， ALE 用于控制 P0 口輸出的低 8位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于 ALE 是以晶振 1/6 的固定頻率輸出的正脈沖，因此 ,可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。 （ 29 腳）外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部 ROM時，有效（低電平），以實現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 （３１腳）訪問程序存儲控制信號。當(dāng)信號為低電平時，對 ROM 的讀操作限定在外部程序存儲器；當(dāng)信號為高電平時，對 ROM 的讀操作是 從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。 RST／ Vpp (9 腳 ) 復(fù)位信號。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個機(jī)器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 ．外接晶體端 XTAL1（１９腳）和 XTAL2（１８腳）外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 主電源引腳高 VＣＣ和低 VＳＳ VCC（４０腳） +5V 電源。 VSS（２０腳）地線（ＧＮＤ）。 以上是 MCS51單片機(jī)芯片 40條引腳的定義及簡 單功能說明，讀者可以對照實訓(xùn)電路找到相應(yīng)引腳，在電路中查看每個引腳的連接使用。 51 系列單片機(jī)的時序 805l 的基本時序周期一條指令譯碼產(chǎn)生的一系列微操作信號在時間上有嚴(yán)格的先后次序，這種次序就是計算機(jī)的時序。其基本時序周期有如下四種。 ●振蕩周期：指振蕩源的周期，若為內(nèi)部產(chǎn)生方式，則為石英晶體的振蕩周期。 T振蕩周期＝１ /fosc。 ●時鐘周期： (稱 S 周期 )為振蕩周期的兩倍，時鐘周期＝２倍的振蕩周期 T 時鐘周期 =2* T 振蕩周期 。 ●機(jī)器周期：一個機(jī)器周期含 6 個時鐘周期 (S 周期 )。 T 機(jī)器周期＝ 6*T 時鐘周期＝12* T 振蕩周期＝１ 2/fosc。 STC12CXX 系列單片機(jī)有 1 個時鐘周期 /機(jī)器周期。 ●指令周期：完成一條指令占用的全部時間。 805l 的指令周期含 1— 4個機(jī)器周期，其中多數(shù)為單周期指令，還有 2 周期和 4 周期指令。 智能電子技術(shù)實踐課程設(shè)計報告 10 2． 4 . 1 智能最小系統(tǒng)的 LED 顯示 器接口 通過 2 個 74LS595 芯片將 8 位段碼信號（ a— h）和 8 位位碼信號 (a1— a8)串行轉(zhuǎn)為并行信號驅(qū)動 2個 LED 顯示模塊的 8 個 LED 數(shù)碼燈， 是 a— h、 a1— a8串行數(shù)據(jù)的輸入端（ SER）， 串行移位信號的 SCLK 輸入端， 是并輸出信號的鎖存端（ RCLK）。這些信號由單片機(jī)軟件生成。 圖 1112 顯示部分電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用 LED 數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。 LED 顯示 器又稱數(shù)碼管 ,八段 LED 顯示器由 8個發(fā)光二極管組成。其中 7個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“ 8”的各個筆畫段 ,另一個小數(shù)點(diǎn)為 dp 發(fā)光二極管。 LED 顯示器有兩種不同的形式：一種是發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED 顯示器；另一種是發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為 共陰極 LED 顯示器。如圖 1113 所示。 共陰和共陽結(jié)構(gòu)的 LED 顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示各種字符。 8個筆劃段 hgfedcba 對應(yīng)于一個字節(jié)（ 8 位）的 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用 8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字型代碼。例如，對于共陰 LED 顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽極hgfedcba 各段為 0111011 時，顯示器顯示 P字符，即對于共陰極 LED 顯示器， “P” 字符的字形碼是 73H。如果是共陽 LED 顯示器，公共陽極接高電平，顯示 “P” 字符的字形代碼應(yīng)為 10001100（ 8CH）。 智能電子技術(shù)實踐課程設(shè)計報告 11 圖 1113 LED 數(shù)碼管共陽極和共陰極示圖 LED 顯示方式有動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方式。本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描顯示接口電路，動態(tài)顯示接口電路是把所有顯示器的 8個筆劃段 ah同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極 COM 各自獨(dú)立地受 I/O 線控制。 CPU 向 字段輸出口送出字型碼時，所有顯示器接收到相同的字型碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于 COM 端。也就是說我們可以采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的 COM 端，使各個顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約 1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位顯示器并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。 2． 4. 2 音頻放大電路 音頻放大電路由放大三接管、蜂鳴器 SPEAKER、限流電阻組成，音頻信號的輸出連接到 單片機(jī) 如圖 1115 所示當(dāng) 為 低 時， SPEAKER 發(fā)聲，聲音脈寬不同發(fā)出的聲音不同。圖 1115 音頻放大電路。 圖 1115 音頻放大電路 智能電子技術(shù)實踐課程設(shè)計報告 12 第 3 章．關(guān)于 DS18B20 的介紹 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS1820 之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 ms 和 750 ms 內(nèi)完成9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息 或?qū)懭?DS18B20 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DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 簡介 （ 1）獨(dú)特的單線接口方式： DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 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，電壓范圍： +~ + V。 （ 4）測溫范圍： 55 ~+125 ℃。固有測溫分辨率為 ℃。 （ 5）通過編程可實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （ 6）用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。 （ 7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點(diǎn)測溫。 （ 8）負(fù)壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 單總線數(shù)字溫度計硬件設(shè)計原理部分 GND1VCC3DQ2D S 18 B 20R 1 114 K 7P 1. 4V C C智能電子技術(shù)實踐課程設(shè)計報告 13 DS18B20 的 封裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 引腳功能： GND 為電源地 DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端 VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地） 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、配置寄存器。 DS18B20 的測溫原理 DS18B20 的測溫原理如圖 2 所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小〔 1〕，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1，高溫度 系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(jìn)行計數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55 ℃所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55 ℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝 入，減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖 2 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非智能電子技術(shù)實踐課程設(shè)計報告 14 線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值，這就是 DS18B20 的測溫原理。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM 功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 的工作時序 DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM 操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，如圖 3（ a）（ b）（ c）所示。 與單片機(jī)的典型接口設(shè)計 以 MCS51 單片機(jī)為例，圖 3 中采用寄生電源供電方式， P1 1 口接單線總線為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管和 89C51 的 P1 0來完成對總線的上拉〔 2〕。 當(dāng) DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 變換操作時，總智能電子技術(shù)實踐課程設(shè)計報告 15 線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時間最大為 10 μ s。采用寄生電源供電方式是 VDD 和GND 端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。主機(jī)控制DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過 3 個步驟：初始化、 ROM 操作指令、存儲器操作指令。假設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)所用的晶振頻率為 12 MHz，根據(jù) DS18B20 的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫 3 個子程序： INIT 為初始化子程序， WRITE 為寫（命令或數(shù)據(jù)）子程序， READ 為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最 低位開始，實際在實驗中不用這種方式，只要在數(shù)據(jù)線上加一個上拉電阻 kΩ ,另外 2 個腳分別接電源和地。 DS18B20 的精確延時問題 雖然 DS18B20 有諸多優(yōu)點(diǎn)，但使用起來并非易事，由于采用單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線完成。因此，對讀寫的操作時序要求嚴(yán)格。為保證DS18B20 的嚴(yán)格 I/O 時序，需要做較精確的延時。在 DS18B20 操作中，用到的延時有15 μ s， 90 μ s， 270 μ s， 540 μ s 等。 只要用該函數(shù)進(jìn)行大約 15 μ s N 的延時即可。有了比較精確的延時保證，就可以對 DS18B20 進(jìn)行讀寫操作、溫度轉(zhuǎn)換及顯示等操作。 DS18B20 工作原理及應(yīng)用 DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解 18B20 的內(nèi)部存儲器資源。 18B20 共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ DS18B20的編碼是 19H），后面 48 位是芯片唯一