【文章內(nèi)容簡介】 儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89C52 具有如下特點(diǎn)： 40個(gè)引腳， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外， AT89C52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷 激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性：兼容 MCS51 指令系統(tǒng)， 32 個(gè)雙向 I/O 口， 3 個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，全雙工 UART 串行中斷口線， 2 個(gè)外部中斷源，中斷喚醒省電模式，靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程， 8K 可反復(fù)擦寫大于 1000 次的 ISP FLASH ROM， 256*8BIT 內(nèi)部 RAM，低功耗空閑和省電模式， 3 級加密位，軟件設(shè)置空閑和省電功能，雙數(shù)據(jù)積存器指針，時(shí)鐘頻率 033MHz,。 程序在執(zhí)行過程中，允 許外部或內(nèi)部時(shí)間通過硬件中斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向處理外部或內(nèi)部事件的中斷服務(wù)程序中去，完成中斷服務(wù)程序后， CPU 繼續(xù)原來被中斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。能產(chǎn)生中斷的外部或內(nèi)部事件稱為中斷源。幾個(gè)中斷源同時(shí)申請中斷時(shí)，或者 CPU 正在處理某中斷事件時(shí)，又有另一個(gè)事件申請中斷， CPU必須區(qū)分哪個(gè)中斷源更為重要，從而優(yōu)先處理，這就是中斷優(yōu)先級問題。優(yōu)先級高的事件可以中斷 CPU 正在處理的低級的中斷服務(wù)程序，待完成了高級中斷服務(wù)程序之后，再繼續(xù)被中斷的低級中斷服務(wù)程序，這就是中斷的嵌套。 ● 中斷源?？梢苑譃橐幌?幾類：外部中斷，定時(shí)器中斷，串行中斷。 ● 中斷請求的撤除 : CPU 響應(yīng)某中斷請求后，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序執(zhí)行，在其執(zhí)行中斷返回指令（ RETI）之前，該中斷請求應(yīng)該撤除，否則將引起另一次中斷。 溫度傳感器 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 介紹及測溫原理 . 空軍航空 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 美國達(dá)拉斯公司的單線數(shù)字溫度傳感器芯片 DS18B20，（ 8引腳封裝），其引腳分布如圖 3所示 圖 3 DS18B20引腳分布圖 其功能和引腳說明如下： NC（ 1， 2， 6， 7， 8腳）：空引腳，懸空不使用。 VDD（ 3 腳）：可選電源腳，電源電壓范圍 3～ 。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 DQ（ 4腳）：數(shù)據(jù)輸入 /輸出腳。漏極開路，常態(tài)下為高電平。 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4所示： 圖 4 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20有 4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： ① 64位激光 ROM。 64位激光 ROM從高位到低位依次為 8位 CRC、 48位序列號和 8位 產(chǎn)品序列編碼 (28H)組成。 ② 溫度靈敏元件。 ③ 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL?？赏ㄟ^軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。 ④ 配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)。 DS18B20在 0工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定義如圖 5所示 . TM R1 R0 1 1 1 1 1 MSB 圖 5 DS18B20配置寄存器結(jié)構(gòu) LSB 空軍航空 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 其中， TM：測試模式標(biāo)志位，出廠時(shí)被寫入 0，不能改變； R0、 R1：溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)四種 分 辨率如 下 表所列，出廠時(shí) R0、 R1 置為缺省值： R0=1， R1=1（即 12位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。 如表 3所示 表 3 溫度分辨率配置表 R0 R1 溫度計(jì)分辨率 /bit 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 /us 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 高速暫存存儲(chǔ)器由 9個(gè)字節(jié) 組成，其分配如 下 圖 6所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第 0和第 1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖所示。對應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號位 S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。 溫度低位 溫度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8 位 CRC LSB 圖 6 高速存儲(chǔ)器 MSB TH/用戶使用字節(jié) 1 TL/用戶使用字節(jié) 2 配置字節(jié) 圖 7 非易失性電可擦 除 RAM 存儲(chǔ)器由一個(gè) 高速暫存存儲(chǔ)器 和一個(gè)非易失性電可擦除 RAM組成 溫度值格式 如 圖 表 4 溫度值高低字節(jié)數(shù)據(jù)配置表 23 22 21 20 21 22 23 24 MSB LSB S S S S S 26 25 24 3．測溫原理 : 空軍航空 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 DS18B20的內(nèi)部框圖如圖 8所 示： INC 停止 圖 8 DS18B20 的內(nèi)部框圖 低溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器 ,為計(jì)數(shù)器 1 提供一頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖 .高溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)對溫度變化很敏感的振蕩器 ,為計(jì)數(shù)器 2提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖 .初始時(shí) ,溫度寄存器被預(yù)置成 55℃ ,每當(dāng)計(jì)數(shù)器1從預(yù)置數(shù)開始計(jì)數(shù)到 0時(shí) ,溫度寄存器中寄存的溫度值就增加 1℃ ,這個(gè)過程重復(fù)到計(jì)數(shù)器 2到 0時(shí)便停止 .初始時(shí) ,計(jì)數(shù)器預(yù)置的是與 55℃相對應(yīng)的一個(gè)預(yù)置值 .以后計(jì)數(shù)器1 每一個(gè)循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器來提供 .為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性 性 ,斜率累加器提供的預(yù)置值也隨溫度相應(yīng)變化 .計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器值增加 1℃計(jì)數(shù)器所需的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù) . 圖中比較器的作用是以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位 .在計(jì)數(shù)器 2停止計(jì)數(shù)后 ,比較器將計(jì)數(shù)器 1中的計(jì)數(shù)剩余值轉(zhuǎn)化為溫度值后與 ℃進(jìn)行比較 ,若低與 ℃ ,溫度寄存器最低位 就置 0；若高于 ℃，就置 1，若高于 ℃時(shí)，溫度寄存器的最低位就進(jìn)位然后置 0。這樣，經(jīng)過比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，其最末位代表 ℃，四舍五入最大量化誤差為177。 1/2LSB，即℃。 預(yù)置 累加器 比較器 計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)器 1=0 計(jì)數(shù)器 2 低溫振蕩器 高溫振蕩器 溫度存儲(chǔ)器 計(jì)數(shù)器 2=0 空軍航空 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 DS18B20 測量溫度時(shí)使用特有的溫度測量技術(shù)。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號；同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補(bǔ)償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值為 9位（包含一位符號位），但因符號位擴(kuò)展成高 8位，故以 16位補(bǔ)碼形式讀出，溫度和數(shù)字量的關(guān)系如下表 5所示： 表 5 典型的實(shí)測溫度和數(shù)字輸出對應(yīng)表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 + + + 0 55 00000111 11010000 00000001 10010001 00000000 10100010 00000000 00001000 00000000 00000000 11111111 11111000 11111111 01011110 11111110 01101111 11111100 10010000 07D0H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FE6FH FC90H 3 數(shù)碼管顯示電路 LED發(fā)光器件一般常用的有兩類 :數(shù)碼管和點(diǎn)陣 .7 段數(shù)碼管由 8個(gè)發(fā)光二極管 LED組成 .其中包括 7 個(gè)細(xì)長型的 LED和 1個(gè)小數(shù)點(diǎn)型的 LED,每個(gè) LED稱為一字段 ,分別為a,b,c,d,e,f,g,dp 共 8 段 ,其中 dp 為小數(shù)點(diǎn) ,如圖 8所示 .數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩種 , 設(shè)計(jì)采用共陰極接法 . 圖 8 LED 共陰極接法 空軍航空 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 圖 9 七段數(shù)碼管內(nèi)部字段引腳分布 根據(jù)輸入電平的不同 ,可以實(shí)現(xiàn)對 LED的字位控制和字型控制 .共陰極 7段數(shù)碼管字型 ,字段和編碼關(guān)系如表 6所示 : 表 6 共陰極字型編碼 字型 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 編碼 dp g f e d c b a 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3F 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5B 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4F 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66 5 0 1 1 0 1 1 0 1 6D 6 0 1 1 1 1 1 0 1 7D 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7F 9 0 1 1 0 1 1 1 1 6F 單片機(jī)驅(qū)動(dòng) LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的 CPU時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的電路硬件較多，如果顯示的位數(shù)比較多時(shí)，硬件的開銷，電源的功耗等問題將變得更加突出；動(dòng)態(tài)顯示需 要分時(shí)顯示，需要 CPU時(shí)刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，可以大幅度地降低成本和電源的功耗，還可以節(jié)省線路板空間。因此本設(shè)計(jì)采用后者的顯示方法。具體的電路圖如下圖所示： 空軍航空 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 圖 11 單片機(jī)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路 A 圖 12 單片機(jī)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路 B 空軍航空 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 圖 13 單片機(jī)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路 C 7 圖 13 單片機(jī)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路 D ● 74LS273： 地址鎖存器 使用兩 片 4LS273 分別用于字位鎖存和字型鎖存 上升延鎖存。 空軍航空 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 ● 74LS02：雙二輸入或非門，與 74LS04，單片機(jī)的讀寫信號一起選中鎖存器74LS273，決定數(shù)碼管的字段和字位的顯示內(nèi)容。 ● 74LS04： 6 非門，對單片機(jī)輸出的片選信號取反，并和 74LS02 讀寫信號一起作用，決定鎖存器 74LS273 的片選。 ● 7407：集電極開路 6 正相高壓驅(qū)動(dòng)器，提供數(shù)碼管顯示的驅(qū)動(dòng)電流。 ● 75452：雙與非門外圍驅(qū)動(dòng)器，用于字位驅(qū)動(dòng)，它具有 200mA 的輸出電流能力 .發(fā)光二極管正常工作時(shí) ,其兩端正向壓降約為 ,正 向電流約為 10mA,假如果說個(gè)二極管同時(shí)點(diǎn)亮 ,則共有 80mA 電流從陰極流出 (因?yàn)槭莿?dòng)態(tài)掃描 ,所以 4 位數(shù)碼管中任何時(shí)刻只有 1 位工作 )75452 完全有能力接受 80mA的灌入電流 . 帶有 485 接口的 MCU 和 DS18B20 硬件連接及說明 . 本設(shè)計(jì)最重要的器件是 RS— 485 驅(qū)動(dòng)芯片，它決定了整個(gè) 485 總線網(wǎng)絡(luò)的建立。 Maxim 公司的 MAX481 芯片是一款用于 RS— 485 通信的低率半雙工收發(fā)器件，芯片內(nèi)部集成了一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器，符合 RS— 485 通信標(biāo)準(zhǔn)。 MAX481 的性能和特點(diǎn)滿足本設(shè)計(jì)的需要，而且易于 獲取，價(jià)格便宜，所以選用它作為本例的驅(qū)動(dòng)芯片。 MAX481 具有如下一些特點(diǎn)： ● +5V單電源工作； ● 低功耗，工作電流為 120～ 500uA，靜態(tài)電流為 300Ua。 ● 半雙工； ● 驅(qū)動(dòng)器具有過載保護(hù)功能； ● 通信傳輸線上最多可以同時(shí)掛接 32個(gè)收發(fā)器； ● 輸出速率可達(dá) 。 ● 具有接收 /驅(qū)動(dòng)使能端； ● 具有低電流關(guān)機(jī)模式（驅(qū)動(dòng)器和接收器處于禁止?fàn)顟B(tài)），在此模式下，芯片僅消耗 ； ● 共模輸入電壓范圍為 — 7～ +12V。 MAX481有 DIP， uMAX和 SO三種封裝，選擇后者，它的引腳分布如圖所示，引腳功能說明 如下表 7： 帶有 485 接口的單片機(jī)系統(tǒng) ,用 MAX481 芯片實(shí)現(xiàn) RS485 通信接口電路。單片機(jī) AT89C52 的自帶串口和 MAX481相連，如圖 14 單片機(jī)的串口引腳 RXD空軍航空 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 和 TXD 分別 MAX481 的 RO和 DI 引腳，以進(jìn)行串行口數(shù)據(jù)交換；控制引腳 和引腳 MAX481 的 DE 和 /RE 引腳，以控制驅(qū)動(dòng)器和接收器使能。注意，這 4個(gè)引腳應(yīng)接上拉電阻。 以下是單片機(jī)的 485 接口原理圖 : 表 7 MAX481 引腳分布 引腳 名稱 說明 1 RO 接收器輸出 2 /RE 接收器輸出使能：引腳為 0，允許接 收器輸出；引腳為 1，禁止接收輸出 3 DE 驅(qū)動(dòng)器工作使能：引腳為 1，允許驅(qū)動(dòng)器工作，引腳為 0，禁止驅(qū)動(dòng)器工作 4 DI 驅(qū)動(dòng)器輸入 5 GND 接地端 6 A 接收器非反相輸入端和驅(qū)動(dòng)器非反向輸出端 7 B 接收器反向輸入端和驅(qū)動(dòng)器反向輸出端 8 BCC 電源腳，電壓范圍 ～ 圖 14 MAX481 實(shí)現(xiàn) RS485 通信接口電路 MAX481 的 A 和 B 引腳為 485 總線網(wǎng)絡(luò)的差分信號輸入 /輸出端，二者之間應(yīng)串接一個(gè)別 120 歐姆 的電阻。 單片機(jī)工作在 ，圖 (11)分別為單片機(jī)的地址設(shè)定電路 , DS18B20 和單片機(jī)的連接如下圖 16 所示 : SI 為一個(gè) DIP6 開關(guān)，和單片機(jī) AT89C52 的 ～ ，用于設(shè)置本機(jī)的設(shè)備號。由于 MAX481實(shí)現(xiàn)的總線上最多帶有 32個(gè)負(fù)載，所以 6位引腳足夠使用。注意，在讀取 P1口獲取設(shè)備號之前，需要先將其位寄存器置 1。 空軍航空 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 圖 15 單片機(jī)系統(tǒng) DIP地址設(shè)定電路 圖 16 基于 DS18B20 的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路原理圖 圖中， U1為單片機(jī) AT89C52，它的 P0和 P2口為數(shù)碼管電路連接以控制溫度的顯示， 和 DS18B20 的引腳 DQ連 接，作為單一數(shù)據(jù)線 .U2即為溫度傳感器芯片 DS18B20， R2為上拉電阻 .DS18B2O有兩種供電方式：寄生電源和外部電源。寄生電源簡單說來就是器件從