【文章內(nèi)容簡介】 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)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí) DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)晶振來決定，每次測(cè)量前，首先將 55176。 C 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 溫度寄存器中。 減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)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)減法計(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，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值將重新開始 對(duì)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)，如此循環(huán)，直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存其中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。 增加 停止 圖 DS18B20 測(cè)溫原理圖 AT89C2051 芯片 減到 0 溫度寄存器 減到 0 高溫度系數(shù)振蕩器 減法計(jì)數(shù)器 2 預(yù)置 低溫度系數(shù)振蕩器 減法計(jì)數(shù)器 1 斜率累加器 計(jì)數(shù)比較器 預(yù)置 6 在本設(shè)計(jì)中，采用了單片機(jī) AT89C2051 作為核心電路的設(shè)計(jì)。 AT89C2051 是一個(gè)帶有 2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ EEPROM）的低電壓，高性能 8位 CMOS 微處理器。它采用 ATMEL 的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 CPLI 和閃速存儲(chǔ)器， ATMEL 的 AT89C2051 是一強(qiáng)勁的微型處理器，它對(duì)許多嵌入式控制應(yīng)用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。 AT89C2051 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 2K 字節(jié)閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié) RAM， 15 根 I/O口，兩個(gè) 16 位定時(shí)器，一個(gè)五向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口，一個(gè)精密模擬比較 器以及兩種可選 的軟件節(jié)電工作方式?？臻e方停止 CPU 工作但允許RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行工作口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一個(gè)硬件復(fù)位。 單片機(jī) AT89C2051 具有低電壓供電和小體積等特點(diǎn)，兩個(gè)端口剛好滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用，系統(tǒng)可以用兩節(jié)電池供電。 復(fù)位電路 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸 發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。 本設(shè)計(jì)中 AT89C2051 是采用上電自動(dòng)復(fù)位。如圖 所示。 RC 構(gòu)成微分電路，在上電瞬間，產(chǎn)生一個(gè)微分脈沖，其寬度若大于 2 個(gè)機(jī)器周期，將復(fù)位。為保證微分脈沖寬度足夠大， RC 時(shí)間常數(shù)應(yīng)大于兩個(gè)機(jī)器周期。 圖 復(fù)位電路 圖 晶振電路 晶振電路 7 AT89C2051 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。 AT89C2051 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，如圖 25 電路所示為單片機(jī)最常用的時(shí)鐘振蕩電路的接法，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。 顯示電路 顯示電路采用 4 位共陽極 LED 數(shù)碼管，如圖 所示。 圖 LED 顯示器 LED 顯示器工作在靜態(tài)顯示時(shí)，其公共陽極（或陰極）接 VCC（或 GND），一直處于顯示有效狀態(tài)，所以每一位的顯示內(nèi)容必須由鎖存器加以鎖存，顯示各位相互獨(dú)立。靜態(tài)顯示時(shí)， LED 的亮度高，控制容易，但功耗大，所需口線多。若顯示位數(shù)增多，則靜態(tài)顯示方式很難適應(yīng) 。一般需要采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 系統(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)算溫度子程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序。 1） 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理 DS18B20 的測(cè)量溫度值，溫度測(cè)量每一秒進(jìn)行一次。其程序流程圖如圖 所示 2） 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC 校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。流程圖如圖 所示。 8 3） 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令。當(dāng)采用 12 位分辨率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 750ms。在本程序設(shè)計(jì)中采用 1s 顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換完成。 N Y Y Y Y N Y 圖 主程序流程圖 圖 讀出溫度子程序流程圖 4） 計(jì)算溫度子程序?qū)?RAM 中讀取值進(jìn)行 BCD 碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖 所示 。 5） 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為 0 時(shí)，將符號(hào)顯示位移入下一位。程序流程圖如圖 所示。 初始化 調(diào)用顯示子程序 1s 到？ 初次上電 讀出溫度值 溫度計(jì)算處理 顯示數(shù)據(jù)刷新 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 發(fā) DS18B20 復(fù)位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)讀取溫度命令 讀取操作， CRC 校驗(yàn) 9 字節(jié)完？ CRC 校驗(yàn)正確？ 移入溫度暫存器 結(jié)束 9 N Y 圖 計(jì)算溫度子程序流程圖 N Y N Y 圖 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖 開始 溫度 0? 溫度值取補(bǔ)碼 置“ ”標(biāo)志 計(jì)算小數(shù)位溫度 BCD 值 計(jì)算整數(shù)位溫度 BCD 值 結(jié)束 置“ +”標(biāo)志 溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器 十位數(shù) 0？ 百位數(shù) 0？ 結(jié)束 十位數(shù)顯示符號(hào) 百位數(shù)不顯示 百位數(shù)顯示數(shù)據(jù) （不顯示符號(hào)） 10 源程序 （見附錄 B） 3 系統(tǒng)仿真 仿真軟件簡介 本 設(shè) 計(jì) 采 用 Proteus 軟 件 進(jìn) 行 仿 真 。 proteus 軟 件 是 英 國Labcenterelectronics 公司出版的 EDA 工具軟件，它不僅有其他 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的軟件。 Proteus 從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430等， 20xx 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。 PROTEUS 不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。 它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，由于 PROTEUS 提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表 。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點(diǎn)。可使設(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。相信在單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中 PROTEUS 也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。 在使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿