【文章內(nèi)容簡介】 片機內(nèi)部有一個功能強大的全雙工的一部通信串口。其串行口有四種工作方式：分別為同步通信方式、 8 位異步收發(fā)、 9 位異步收發(fā)（特定波特率）、 9位異步收發(fā)（定時器控制波特率）。它有兩個物理上獨立接收發(fā)送緩沖器 SBUF，可同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。波特率可由軟件設(shè)置片內(nèi)的定時器來控制，而且每當(dāng)串行口接收或發(fā)送 1B 完畢，均可發(fā)出中斷請求。 AT89C51 單片機的 SPI 實現(xiàn) 串行外圍設(shè)備接口 SPI（ serial peripheral interface）總線技術(shù)是 Motorola 公司推出的一 種同步串行接口， Motorola 公司生產(chǎn)的絕大多數(shù) MCU（微控制器）都配有 SPI硬件接口。 SPI 用于 CPU 與各種外圍器件進(jìn)行全雙工、同步串行通訊。 SPI 可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)。它只需四條線就可以完成 MCU 與各種外圍器件的通訊，這四條線是：串行時鐘線（ CSK）、主機輸入 /從機輸出數(shù)據(jù)線（ MISO）、主機輸出 /從機輸入數(shù)據(jù)線（ MOSI）、低電平有效從機選擇線 CS。當(dāng) SPI 工作時，在移位寄存器中的數(shù)據(jù)逐位從輸出引腳（ MOSI）輸出（高位在前），同時從輸入引腳（ MISO）接收的數(shù)據(jù)逐位移到移位寄存器（高位在前 ）。發(fā)送一個字節(jié)后，從另一個外圍器件接收的字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)入移位寄存器中。主 SPI 的時鐘信號（ SCK）使傳輸同步。其時序圖如下： 圖 312 SPI 總線時序圖 對于不帶 SPI 串行總線接口的 AT89C51 單片機來說，可以使用軟件來模擬 SPI的操作 [13]，包括串行時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出。對于不同的串行接口外圍芯片，它們的時鐘時序是不同的。對于在 SCK 的上升沿輸入（接收）數(shù)據(jù)和在下降沿輸出（發(fā)送）數(shù)據(jù)的器件，一般應(yīng)將其串行時鐘輸出口 （模擬 MCU 的 SCK 線）的初始狀態(tài)設(shè)置為 1，而在允許接口后再置 為 0。這樣， MCU在輸出 1 位 SCK 時鐘的同時，將使接口芯片串行左移，從而輸出 1 位數(shù)據(jù)至 MCU的 口（模擬 MCU的 MISO 線），此后再置 為 1，使單片機從 （模擬 MCU 的 MOSI 線）輸出1 位數(shù)據(jù)（先為高位）至串行接口芯片。至此，模擬 1 位數(shù)據(jù)輸入輸出便宣告完成。此后再置 為 0，模擬下 1 位數(shù)據(jù)的輸入輸出，依此循環(huán) 8 次，即可完成 1 次通過SPI 總線傳輸 8 位數(shù)據(jù)的操作。對于在 SCK 的下降沿輸入數(shù)據(jù)和上升沿輸出數(shù)據(jù)的器件，則應(yīng)取串行時鐘輸出的初始狀態(tài)為 0，即在接口芯片允許時，先置 為 1，以便外圍接口芯片輸出 1 位數(shù)據(jù)（ MCU接收 1 位數(shù)據(jù)），之后再置時鐘為 0，使外圍接口芯片接收 1 位據(jù) (MCU發(fā)送 1 位數(shù)據(jù) )，從而完 成 1 位數(shù)據(jù)的傳送。 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器 74LS245 74LS245 是我們常用的芯片，用來驅(qū)動 led 或者其他的設(shè)備，它是 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。其引腳圖如下： 圖 313 74LS245 引腳功能圖 74LS245 還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可 以輸入數(shù)據(jù)。 當(dāng) 89C51 單片機的 P0 口總線負(fù)載達(dá)到或超過 P0 最大負(fù)載能力時，必須接入74LS245 等總線驅(qū)動器。當(dāng)片選端 E 低電平有效時， DIR=“ 0”，信號由 B 向 A 傳輸；（接收） DIR=“ 1”，信號由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng) E為高電平時， A、 B 均為高阻態(tài)。由于 P2 口始終輸出地址的高 8 位，接口時 74LS245 的三態(tài)控制端 1G 和2G接地， P2口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。 P0口與 74LS245 輸入端相連 ,E端接地，保 證數(shù)據(jù)線暢通。 89C51 的 /RD 和 /PSEN 相與后接 DIR，使得 RD且 PSEN 有 效時， 74LS245輸入（ ← D1），其它時間處于輸出（ → D1）。 硬件電路詳細(xì)設(shè)計 溫度采集電路 熱電偶作為一種主要的測溫元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用方便、測溫范圍寬、測溫精度高等特點 [14]。但是，熱電偶的應(yīng)用卻存在著非線性、冷端補償、數(shù)字化輸出等幾方面的問題。設(shè)計中采用的 MAX6675 是一個集成了熱電偶放大器、冷端補償、 A/D 轉(zhuǎn)換器及 SPI 串口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其電路如圖 314 所示。 K 型熱電偶的兩端分別跟 MAX6675 芯片的 T跟 T+相連，為了 允許熱電偶斷路檢測， T引腳必須接地。 MAX6675 的測量精度對電源耦合噪聲較敏感。為降低電源噪聲影響，在 MAX6675 的電源引腳附近接入 1 只 F 陶瓷旁路電容。溫度由熱電偶采集，然后將數(shù)據(jù)直接送給冷端補償芯片 MAX6675 芯片進(jìn)行處理，處理后送給單片機控制電路，完成簡單的溫度采集過程。 1 23 45 67 8U0MAX6675GNDTT+VCCSONCCSSCKC112P00K 型熱電偶VCC 圖 314 溫度采集電路原理圖 顯示電路 LED 顯示器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件，是由若干個發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個或一個筆畫發(fā)光，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，這就能顯示 出不同字符。 七段 LED 共有 8 個發(fā)光二極管，其中 7 個發(fā)光二極管七端字形“ 8”，一個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點。發(fā)光二極管陰極連在一起的稱為共陰極顯示器，如圖 315a 所示。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管陰極接地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，即邏輯電平“ 1”時，發(fā)光二極管點亮。發(fā)光二極管陽極接在一起的稱為共陽極顯示器，如圖 315b 所示。共陽極 LED 顯示器的陽極接在 +5V 電壓源上，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極為低電平，即邏輯“ 0”時，發(fā)光二極管點亮。 ａ 共陰極顯示器 b 共陽極顯示器 圖 315 七段 LED 顯示器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方式。所謂靜態(tài)顯示就是顯示器在顯示某個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。這種顯示方式每個顯示器都需要一個 8位輸出口控制，需要硬件多，適用于顯示位數(shù)較少的場合。當(dāng)顯 示位數(shù)較多時采用動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各位顯示器，對于每位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的點亮和點亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，還與點亮?xí)r間和間隔時間有關(guān)，調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。 本設(shè)計使用的是一個四位共陽數(shù)碼管， 當(dāng) 89C51 單片機的 P0 口總線負(fù)載達(dá)到或超過 P0 最大負(fù)載能力時，必須接 74LS245 等總線驅(qū)動器。本文溫度 顯示電路設(shè)計是由一個 4 位共陽數(shù)碼管通過 三態(tài)雙向總線收發(fā)器 芯片 74LS245 跟單片機相連接，其電路如圖 316 所示。其中 74LS245 的片選跟 三態(tài)控制引腳接地，數(shù)據(jù)由單片機向數(shù)碼管傳輸。數(shù)碼管的位的選擇通過 8550 三級管進(jìn)行控制，三級管基極通過限流電阻跟單片機的 I/O 口相連接，當(dāng)端口為高電平時，三極管截止，當(dāng)給端口為低電平時三極管導(dǎo)通，數(shù)碼管相應(yīng)的位被選中。這樣 可方便地對 數(shù)碼管 每 一 位進(jìn)行單獨控制 。 R3R10 為限流電阻。三極管飽和開通時，集電極－發(fā)射極之間電壓 ceV 取 ，數(shù)碼管的壓降 fV 取 2V，數(shù)碼管的工作電流 fI 取 5mA～ 15mA。則限流電阻可這樣計算獲得： fcefccf I VVVR ??? （ 39） 把數(shù)據(jù)帶入式子（ 39）得 fR 可取值 170? ～ 500? 現(xiàn)取 ??240fR 。為保證三極管可靠開通關(guān)斷，且要求數(shù)碼管的亮度適量較高，基極電阻 R11R14 可適量取小值，本設(shè)計取基極電阻為 470? 。 1122R3 2401122R4 2401122R114701122R124701122R134701122R14470G19DIR1A12B118A23B217A34B316A45B415A56B514A67B613A78B712A89B811U2 74LS2451122R5 2401122R6 2401122R7 2401122R8 2401122R9 2401122R10 240abfcgdeDPY117421105abcdefg3dpdpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpC06C28C39C412LED1 DPY 4LEDQ18550Q28550Q38550Q48550VCC VCCVCCVCC 圖 316 數(shù)碼管顯示電路 單片機控制電路 本文控制電路選用 AT89C51 對其外圍電路進(jìn)行控制，其接口電路如圖 318。由于 AT89C51 不具備 SPI 總線接口 ,設(shè)計中采用模擬 SPI 總線的方法實現(xiàn)與 MAX6675的接口。其中 模擬 SPI 的數(shù)據(jù)輸入端與 SO 相連 , 模擬 SPI 的串行時鐘信號與 SCK 相連 , 模擬 SPI 的從機選擇端與 CS 相連 ,電路中主機為 AT89C51,從機為MAX6675。單片機的 用來控制系統(tǒng)的超量程報警。單片機的 、 、 、 和 P0 口分別通過相應(yīng)的電路對數(shù)碼管的位碼和段碼驚醒控制。系統(tǒng)通過AT89C51 的 給 MAX6675 發(fā)送串行時鐘， 用來接收 MAX6675 輸出的串行溫度數(shù)據(jù) , 輸出的低電平將 MAX6675 的置零 ,用于選通 MAX6675 工作。系統(tǒng)配有 4 位數(shù)碼管顯示 ,小數(shù)點設(shè)在十位后邊 ,可測溫度為 0~400℃ ,分辨率達(dá)到 ℃。 3233343536373839VCC402122232425262728ALE/PROG30PSEN29EA/VPP3112345678REST91011121314151617XTAL218XTAL119GND20U1 AT89C51ALEPSENXTAL1XTAL21122CRY112MHz1122C333PF1122C433PFXTAL1XTAL2VCCVCCGND1122R12001122R210KS1C222uFVCCG19DIR1A12B118A23B217A34