【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 字節(jié)的最高有效位（即第 7 位和第 3 位）是留給未來(lái)的功能，必須設(shè)置為邏輯 振蕩器在節(jié)能時(shí)被禁止。模擬輸出被切換到高阻態(tài)。 DA 轉(zhuǎn)換 發(fā)送給 PCF8591 的第三個(gè)字節(jié)被存儲(chǔ)到 DAC 數(shù)據(jù)寄存器，并使用片上 DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的模擬電壓。這個(gè) DA轉(zhuǎn)換器由連接至外部的參考電壓的具有 256 個(gè)接頭的電阻分壓電路和選擇開(kāi)關(guān)組成。接頭譯碼器切換一個(gè)接頭至 DAC 輸出線 模擬輸出電壓由自動(dòng)清零單位增益放大器緩沖。這個(gè)緩沖放大器可通過(guò)設(shè)置控制寄存器的模擬輸出容許標(biāo)志來(lái)開(kāi)戶(hù)或關(guān)閉。在激活狀態(tài)，輸出電壓將保持到新的數(shù)據(jù)字節(jié)被發(fā)送。 第 頁(yè) 14 DAC 電阻電路 片上 DA轉(zhuǎn)換器也可用于逐次逼近 AD 轉(zhuǎn)換 .為釋 放用于 AD轉(zhuǎn)換周期的 DAC，單位增益放大器還配備了一個(gè)跟蹤和保持電路。在執(zhí)行 AD轉(zhuǎn)換時(shí)該電路保持輸出電壓。 ７．４ AD 轉(zhuǎn)換 ＡＤ轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近轉(zhuǎn)換技術(shù)，在ＡＤ轉(zhuǎn)換周期將臨時(shí)使用片上ＤＡ轉(zhuǎn)換器和高增益比較器。一個(gè)ＡＤ轉(zhuǎn)換周期總是開(kāi)始于發(fā)送一個(gè)有效模式地址給ＰＣＦ８５９１之后，ＡＤ轉(zhuǎn)換周期在應(yīng)搭時(shí)鐘脈沖的后沿觸發(fā)，所選通道的輸入電壓采樣保存到芯片并被轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的８位二進(jìn)制碼。 取自差分輸入的采樣將被轉(zhuǎn)換 為對(duì)應(yīng)的８位二進(jìn)制碼。轉(zhuǎn)換結(jié)果被保存在ＡＤＣ數(shù)據(jù)寄存器等待傳輸。如果自動(dòng)增量標(biāo)志被置１ .將選擇下一個(gè)通道。 在讀周期傳輸?shù)牡谝粋€(gè)字節(jié)包含前一個(gè)讀周期的轉(zhuǎn)換結(jié)果代碼。以上電復(fù)位之后讀取的第一個(gè)字節(jié)是０Ｘ８０，Ｉ２Ｃ總線協(xié)議的讀周期如圖所示。 最高 AD 轉(zhuǎn)換速率取決于實(shí)際的 I2C 總線速度。 第 頁(yè) 15 參考電壓 對(duì) DA 和 AD轉(zhuǎn)換，穩(wěn)定的參考電壓和電源電壓必須提供給電阻分壓電路（引腳 ＶＲＥＦ 和 ＡＧＮＤ ）。 AGND 引腳必須連接到系統(tǒng)模擬地，并應(yīng)該有一個(gè)參考 VSS 的直流偏置。 低頻可應(yīng)用于 VREF 和 AGND 引腳，這容許 DA 轉(zhuǎn)換器作為一象限乘法器使用； AD 轉(zhuǎn)換器也可以用作一個(gè)或兩個(gè)象限的模擬除法。模擬輸入電壓除以參考電壓。其結(jié)果是被轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼。在這種應(yīng)用中，用戶(hù)必須保持在轉(zhuǎn)換周期的參考電壓穩(wěn)定。 振蕩器 片上振蕩器產(chǎn)生 AD 轉(zhuǎn)換周期和刷新自動(dòng)清零緩沖放大器需要的時(shí)鐘信號(hào)。在使用這個(gè)振蕩器時(shí) EXT 引腳必須連接到 VSS，在 OSC 引腳振蕩頻率是可用的。 如果 EXT 引腳被送到 VDD，振蕩輸出 OSC 將切換到高阻態(tài)以容許用戶(hù)連接外部時(shí)鐘信號(hào)至 ＯＳＣ 總線的特性 Ｉ２Ｃ 總線是不同的ＩＣ或模塊之間的雙向兩線通信。這兩條線是 穿行數(shù)據(jù)線（ＳＤＡ）和串行時(shí)鐘線（ＳＣＬ）。這兩條線必須通過(guò)上拉電路連接至上電源。數(shù)據(jù)傳輸只能在總線不忙時(shí)啟動(dòng)。 位傳輸 第 頁(yè) 16 一個(gè)數(shù)據(jù)位在每一個(gè)時(shí)鐘脈沖期間傳輸。 SDA 線上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘脈沖的高電壓期間保持穩(wěn)定，這個(gè)數(shù)據(jù)線上的改變將被當(dāng)作控制信號(hào)。 位傳輸 8 .2 開(kāi)始或停止條件 數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線在總線不忙時(shí)保持高電平。在時(shí)鐘為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線上的一個(gè)由高到低的變化被定義為開(kāi)始條件。時(shí)鐘為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線上的一個(gè)由低到高的變化被定義為停止條件。 開(kāi)始和停止條件定義 8 .3 系統(tǒng)配置 產(chǎn)生信息 的器件稱(chēng)作“發(fā)送機(jī)”，接收信息的器件稱(chēng)作“接收機(jī)”。控制信息的器件稱(chēng)作“主機(jī) ” ,被控制的器件稱(chēng)作“從機(jī)”。 第 頁(yè) 17 系統(tǒng)配置 8 .4 應(yīng)答 在開(kāi)始和停止條件之間從發(fā)送機(jī)傳送到接收機(jī)的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)是沒(méi)有限制的，每個(gè) 8 位數(shù)據(jù)字節(jié)之后緊跟著一個(gè)應(yīng)答位。應(yīng)答位是由發(fā)送機(jī)放在總線的一個(gè)高電平，而主機(jī)他產(chǎn)生一個(gè)額外的與應(yīng)答有關(guān)的時(shí)鐘脈沖。地址匹配的從接收機(jī)必須在接收每個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答。然而主機(jī)在接收到每個(gè)已經(jīng)被從發(fā)送機(jī)終止的字節(jié)后必須產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答，在應(yīng)答 時(shí)鐘脈沖期間，應(yīng)答的器件必須將 SDA 線拉低，因此在應(yīng)答相應(yīng)的時(shí)鐘脈沖的高電平期間， SDA線必須保持穩(wěn)定的低電平。在由從機(jī)終止的最后一個(gè)字節(jié)，主接收機(jī)必須通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)低電平應(yīng)答向發(fā)送機(jī)發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)束信號(hào)，這樣發(fā)送機(jī)必須將數(shù)據(jù)線拉高以容許主機(jī)產(chǎn)生停止條件。 主發(fā)送、接收機(jī) 從接收機(jī) 從發(fā)送、接收機(jī) 主發(fā)送機(jī) 主發(fā)送、接收機(jī) 第 頁(yè) 18 I2C 總線應(yīng)答 8 .5 I2C 總線協(xié)議 在開(kāi)始條件后一個(gè)有效的硬件地址必須發(fā)送至 PCF8591。讀寫(xiě)位定義了以后單個(gè)或多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?。開(kāi)始條件、停止條件和應(yīng)答位的格式和定時(shí)參考 I2C 總線特性。在寫(xiě)模式，數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?止條件或開(kāi)始條件來(lái)結(jié)束。 寫(xiě)模式的總線協(xié)議 DA 轉(zhuǎn)換 啟動(dòng) 地址 1 A 控制字 A 數(shù)據(jù)字節(jié) N A P 從機(jī)應(yīng)答 主機(jī)應(yīng)答 無(wú)應(yīng)答 啟動(dòng) 地址 0 A 控制字 A 數(shù)據(jù)字節(jié) A P/S 從機(jī)應(yīng)答 從機(jī)應(yīng)答 從機(jī)應(yīng)答 第 頁(yè) 19 讀模式的總線協(xié)議， AD 轉(zhuǎn)換 各部分電路說(shuō)明 單片機(jī)控制部分 在本設(shè)計(jì)中，采用了 AT89C51 單片機(jī)作為本電路的核心電路的設(shè)計(jì)。 AT89C51是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 （ 1） 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 的 反向放大器的輸入和 輸出。 該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 （ 2）單片機(jī) 芯片 的 擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě) “1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 AT89C51 的 穩(wěn)態(tài)邏輯可以在低到零頻率的條件下靜態(tài) 邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 （ 3）單片機(jī)的時(shí)鐘電路 第 頁(yè) 20 圖 AT89C1 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。 AT89C51 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 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。 （ 4）單片機(jī)的復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)中 AT89C51 是采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路如圖 所 示。上電瞬間， RC 電路充電， RST 引線端出現(xiàn)正脈沖，只要 RST端保持 10ms 以上的高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。其中 R1 和 R2 分別選擇200Ω和 1KΩ的電阻，電容器一般選擇 22μ F。 （ 5） AT89C51 的最小應(yīng)用系統(tǒng) AT89C51 是片內(nèi)有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，要構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)只要將單片機(jī)接上外部的晶體或時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖 所示。這樣構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，其特點(diǎn)是沒(méi)有外部擴(kuò)展，有可供用戶(hù)使用的大量的 I∕ O 線。 圖 AT89C51 的復(fù) 位電路 第 頁(yè) 21 圖 AT89C51單片機(jī)構(gòu)成的最小系 傳感器數(shù)據(jù)采集電路 傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要指 DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路。DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，如圖 所示，此時(shí) DS18B20 的 1 腳接地， 2 腳作為信號(hào)線， 3 腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET 管