【文章內(nèi)容簡介】 掉電保護方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 由于此設(shè)計需要編寫程序，需要將程序烤入單片機中，因此單片機必須具有足夠多的存儲空間，其具有 8K 字節(jié)的 Flash 完全滿足要求。 32 位的 I/O 口線能夠使得單片機與溫度顯示 器 、 溫度傳感器 、鍵盤、報警電路、按鍵電路和指示燈連接等等變得可能。 16 位的定時計數(shù)器使得讀取數(shù)據(jù)變得更加簡單，同時其結(jié)構(gòu)有利于晶振電路和復(fù)位電路的連接。最重要的是，能夠在掉電狀態(tài)下保存 RAM 內(nèi)的數(shù)據(jù)。同時，與同類 51單片機相比， AT89S52 具有更強的可操作性。因此，對于本設(shè)計來說，選擇 AT89S52 是最有利的。 AT89S52 的工作模式及注意事項 AT89S52單片機有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器 PCON(即電源控制寄存器 )中的 PD（ PCON1） 和 IDL(PCON0)位來實現(xiàn)的。 PD是掉電模式，當(dāng) PD=1時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。 IDL是空閑等待方式，當(dāng) IDL=1，激活空閑工作模式，點偏激進入睡眠狀態(tài)。如需同時進入兩種工作模式，即 PD和 IDL同時為 1，則先激活掉電模式。 在空閑工作狀態(tài)下， CPU保持睡眠狀態(tài)而所有的片內(nèi)的外設(shè)都保持激活狀 7 態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生，此時，片內(nèi) RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請求或硬件復(fù)位終止。 終止空閑工作模式的方法有兩種，進入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨 RST1（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機進入空閑模式的那條指令后面的一條指令。 其二是通過硬件復(fù)位可以將空閑工作模式終止。需要注意的是，當(dāng)由硬件復(fù)位來終止空閑工作模式時， CPU通常是從激活空閑模式那條指令的嚇一跳指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個機器周期（ 24個時鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 CPU訪問片內(nèi) RAM，而允許訪問其他端口。為了避免可能對端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑狀態(tài)的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條端口或外部存儲器的寫入指令。 在掉電模 式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令。片內(nèi) RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但并沒有因此改變 RAM中的內(nèi)容，在 Vcc恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無效，但必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。 AT89S52單片機具有一些極限參數(shù)： （ 1）工作溫度： 55攝氏度至 +125攝氏度 （ 2）儲藏溫度： 65攝氏度至 +150攝氏度 （ 3）任一引腳對地電壓： + （ 4）最高工作電壓： （ 5）直流輸出電流： 表 31 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 模式 程序存儲器 ALE PSEN P0 P1 P2 P3 空閑模式 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 空閑模式 外部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù) 掉電模式 內(nèi)部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 8 溫度傳感器的選擇 DS18B20 的特點及選擇原因 DS18B20是美國 DALLAS公司繼 DS1820之后推出的增強型單總線數(shù)字式溫度傳感器，它在轉(zhuǎn) 換速度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較之前產(chǎn)品有了很大的改進，給用戶帶來了更方便、更令人滿意的效果。 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。 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，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依 然保存。被測溫度用符號擴展的 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 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，十分方便。 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。 DQ 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線 接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源； GND為地信號； VDD 為可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 在硬件上， DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是 VCC接外部電源，GND接地， I/O與單片機的 I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時 UDD、GND接地， I/O接單片機 I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O口線要接5KΩ 左右的上拉電阻 . DS18B20 的性能特點如下： 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可 9 實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 圖 31 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 其具有 9 條特點： （ 1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 （ 2）溫范圍－ 55℃～＋ 125℃，在 10～ +85℃時精度為177。 ℃。 （ 3）零待機功耗。 （ 4）可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、 ℃、℃和 ℃，可實現(xiàn)高精度測溫。 （ 5）在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 （ 6）用戶可定義報警設(shè)置。 （ 7）報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度的器件。 （ 8）結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時可 64 位 ROM 和 單 線 接 口 存儲器與控制邏輯 高速緩存 溫度傳感器 8 位 CRC 發(fā)生器 配置寄存器 高溫觸發(fā)器 低 溫觸發(fā)器 10 傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。 DS18B20作 為新型的一線器件，能夠方便的和中心處理器進行連接，并具有很大的擴展空間。溫度范圍較廣，使得整體的測溫范圍能大幅度的上升，零待機消耗更是起到了節(jié)能的作用。利用用戶能自定義報警設(shè)置這一特點，能夠在實現(xiàn)報警功能上得到很大的便利，同時極強的抗干擾性能使得溫度的檢測更加準(zhǔn)確，作為溫度計最基本的要求，準(zhǔn)確必須滿足。這些好處使得 DS18B20最終被選擇。 DS18B20 的測溫原理 DS18B20 的測溫原理如圖 32 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)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量 .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。 首先用 DS1820 提供的讀暫存寄存器指令 (BEH)讀出以 ℃ 為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位 (LSB)，得到所測實際溫度整數(shù)部分 T 整數(shù)，然后再用 BEH 指令讀取計數(shù)器 1 的計數(shù)剩余值 M 剩余和每度計數(shù)值 M 每度，考慮到 DS1820 測量溫度的整數(shù)部分以 ℃ 、 ℃ 為進位界限的關(guān)系，實際溫度 T 實際可用下式計算得到： T 實際 =(T 整數(shù)－ ℃ )+(M每度－ M 剩余 )/M 每度 。 11 圖 32 DS18B20 測溫原理圖 顯示器的選擇 由于設(shè)計中要求同時顯示測試溫度、溫度上限、溫度下限和開機時間，因此顯示屏首先要能夠一次性容納這些字符。工作電壓不能太高，與單片機的連接方式需要簡單，顯示準(zhǔn)確。本設(shè)計中采用的是 1602 型 LCD 液晶屏能夠很好的滿足這些要求。 此液晶屬于 工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32 個字符 。 LCD 液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要 2～ 3 伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無法比擬的，同時可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼 LED 顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 1602 擁有很多出色的優(yōu)點： (1) 顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器的每一個點收到信號后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光，因此液晶顯示器的畫質(zhì)高而且不會閃爍。 (2) 數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機的接口簡單操作也很低溫度系數(shù)晶振 高溫度系數(shù)晶振 預(yù)置 斜率累加器 計數(shù)器 1 =0 計數(shù)器 2 =0 比較 預(yù)置 溫度寄存器 12 方便。 (3) 功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內(nèi)部電極和驅(qū)動 IC上，因而耗電量比其他器件要小很多。 13 4 電路原理 整個設(shè)計的電路包括了最小系統(tǒng) 電路、溫度控制電路、溫度顯示電路、按鍵電路和報警電路五部分電路組成。 晶振電路與復(fù)位電路 晶振電路和復(fù)位電路與單片機連接構(gòu)成最小系統(tǒng)電路，如何選取合適的引腳，選取何種連接方式都至關(guān)重要。因此需要了解 AT89S52 的引腳特點。 圖 41 AT89S52單片機引腳圖 在晶振電路中，主要用到了 XTAL1 和 XTAL2 兩個引腳。 （ 1） XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 （ 2） XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 在晶振電路中， AT89S52 具有兩種晶振方 式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，但需要在引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 1030pf。另一 14 種是外部時鐘方式，即將 XTAL1 接外部時鐘， XTAL2 腳懸空。本設(shè)計的晶振電路如圖 42所示。 圖 42 晶振電路 單片機的晶振頻率采用 ，加兩個 30pF 電容