【文章內(nèi)容簡介】 性、高密度存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準的 MCS51 指令系統(tǒng)兼容，同時片內(nèi)置有通用 8位中央處理器和 8k 字節(jié)的可 反復擦寫的只讀程序存儲器 ROM 以及 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器 RAM，在許多許多較復雜的控制系統(tǒng)中 AT89C52 單片機得到了廣泛的應用 [4]。 AT89C52 有 40個引腳，各引腳介紹如下： VCC： +5V 電源線； GND：接地線。 P0 口： ～ ，這組引腳共 8 條，其中 為最高位， 為最低位。這 8 條引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況。第一種情況是單片機不帶片外存儲器， P0 口可以作為通用 I/O 口使用，～ 用于傳送 CPU 的輸入 /輸出數(shù)據(jù)，此時它需外接一上拉電阻才能山東科技大學學士學位論文 各個單元模塊的硬件設計 11 正常工 作。第二種情況是單片機帶片外存儲器，其各引腳在 CPU 訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù) 。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部含上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。它也可作為通用的 I/O 口使用，與 P0 口一樣用于傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)，所不同的是它片內(nèi)含上拉電阻而 P0 口沒有，故 P0 口在做該用途時需外接上拉電阻而P1 口則無需。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口用于輸入片內(nèi) EPROM 的低8 位地址。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，它可以作為通用I/O 口使用，傳 送用戶的輸入 /輸出數(shù)據(jù)，同時可與 P0 口的第二功能配合，用于輸出片外存儲器的高 8 位地址，共同選中片外存儲單元，但此時不能傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。在一些型號的單片機中， P2 口還可以配合 P1 口傳送片內(nèi) EPROM 的 12 位地址中的高 4 位地址 [5]。 P3 口： P3 口引腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，當 P3 口寫入 1后，它們被 內(nèi)部上拉為高電平。 它也可作為通用的 I/O 口使用，傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)， P3 口也作為一些特殊功能 端 口 使用 ，如 圖 所示： 山東科技大學學士學位論文 各個單元模塊的硬件設計 12 圖 AT89C52 單片機 ： RXD（ 串行 數(shù)據(jù)接收 口） ： TXD（串行 數(shù)據(jù)發(fā)送 口） ： 0INT （外部中斷 0 輸入 ） ： 1INT （外部中斷 1 輸入 ） ： T0（記 數(shù) 器 0 計數(shù) 輸入） ： T1（記時器 1 外部輸入） ： WR （外部 RAM 寫選通 信號 ） ： RD （外部 RAM 讀選通 信號 ） RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個 機器周期的高電平 狀態(tài) 。 ALE/ PROG ： 地址鎖存允許 /編程線， 當訪問 片 外存儲器時， 在~ 引腳線上輸出片外存儲器低 8 位地址的同時還在 ALE/ PROG 線上輸出一個高電位脈沖，其下降沿用于把這個片外存儲器低 8 位地址鎖存山東科技大學學士學位論文 各個單元模塊的硬件設計 13 到外部專用地址鎖存器，以便空出 ~ 引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。不訪問片外存儲器時，單片機自動在 ALE/ PROG 線上輸出頻率為 1/6 晶振頻率的脈 沖序列。 PSEN ：外部程序存儲器 ROM 的選通信號。在由外部程序存儲器 存 取期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA /VPP： 允許訪問片外存儲器 /編程電源線， 當 EA 保持低電平時，則在此期間 允許使用片 外程序存儲 器 ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。當 EA 端保持高電平時， 則允許使用片 內(nèi)程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接單片機片內(nèi) OSC 的定時反饋回路。 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器簡介 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，是采用美國 DALLAS 半導體公司生產(chǎn)的DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、 易配微處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn) 化成串行數(shù)字信號供處理器處理， 適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域 [6]。 DS18B20 的主要特征：測量的結(jié)果直接以數(shù)字信號的形式輸出，以“ 單線總線”方式串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；溫度測量范圍在 55℃ — +125℃ 之間，在 10℃ — +85℃ 時精度為177。 ℃ ；可檢測溫度分辨率為 912 位，對應的可分辨溫度分別為 ℃ ，℃ ， ℃ 和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫；它單線接口的獨特性，使它與微處理器連接時僅需一條端口線即可實現(xiàn)與微處理器的 雙向通信；支持多點組網(wǎng)功能，即多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)山東科技大學學士學位論文 各個單元模塊的硬件設計 14 多點測溫的功能；工作電壓范圍寬，其范圍在 — 。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四部分： 64 位 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。其管腳有三個，其中 DQ 為數(shù)字信號端， GND 為電源地， VDD 為電源輸入端。 溫度傳感器 如圖 所示。 圖 溫度傳感器 DS18B20 直流電動機簡介 根據(jù)勵磁方式不同，直流電動機分為自勵和他勵兩種類型。不同勵磁方式的直流電動機機械特性曲線有所 不同。但是對于直流電動機的轉(zhuǎn)速有以下公式： TCRCUn ?? Crc C內(nèi)?? 其中： U— 電壓； R 內(nèi) — 勵磁繞組本身的電阻； Φ — 磁通 (WB)； Cc— 電勢常數(shù)； Cr— 轉(zhuǎn)矩常量。 由上式可知，直流電機的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場控制法。磁場控制法控制磁通，其控制功率雖然較小，但低速時受到磁極飽和的限制，高速時受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制，而且由于山東科技大學學士學位論文 各個單元模塊的硬件設計 15 勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應較差。所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的方法是電樞控制法。 電機工作原理如圖 所示。 圖 直流電機的工作原理圖 電樞控制是在勵磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號加到電機的電樞上，以控制電機的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的改變電壓方法是在電樞回路中串聯(lián)一個電阻，通過調(diào)節(jié)電阻改變電樞電壓，達到調(diào)速的目的，這種方法效率低、平滑度差，由于串聯(lián)電阻上要消耗電功率，因而經(jīng)濟效益低，而且轉(zhuǎn)速越慢，能耗越大。隨著電力電子的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法。如：由交流電源供電，使用晶閘管整流器進行相控調(diào)壓；脈寬調(diào)制 (PWM，Pulse Width Modulation)調(diào)壓等等。調(diào)壓調(diào)速法具有平滑度高，能 耗少，精度高等優(yōu)點。在工業(yè)生 產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制 (PWM)應用更為廣泛。 脈寬調(diào)制原理 PWM 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)就是通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制來等效地獲得所需要 的 波形（含形狀和幅值）的技術(shù)。下式是占空比計算公式： TtD 1? 式中 t1表示一個周期內(nèi)開關(guān)管導通的時間， T 表示一個周期的時間。 山東科技大學學士學位論文 各個單元模塊的硬件設計 16 占空比 D 表示了在一個周期里，開關(guān)管導通的時間與周期的比值，變化范圍為 0≤ D≤ 100%。由上式可知，當電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值為 Dmax=V*D，因此改 變占空比 D 就可以改變端電壓的平均值，從而達到調(diào)速的目的，這就是 PWM 調(diào)速原理。在 PWM 調(diào)速時，占空比是一個重要參數(shù) [7]。以下是三種可改變占空比的方法： ? 定寬調(diào)頻法 ： 保持 高電平時間 不變，改變 低電平時間 ，從而改變周期（或頻率）。 ? 調(diào)寬調(diào)頻法：保持 低電平時間 不變，改變 高電平時間 ，從而改變周期（或頻率）。 ? 定頻調(diào)寬法：保持周期（或頻率）不變，同時改變 高 、低 電平 持續(xù)時間 。 前 2 種方法由于在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期（或頻率），當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此應用較少。目前，直流電動 機的控制中，主要使用第 3 種方法。 定頻調(diào)寬法是利用一個固定的頻率來控制電源的接通或斷開，并通過改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短，即改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，因此，PWM 又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置” 。 達林頓反向驅(qū)動器 ULN2803 簡介 本系統(tǒng)要用單片機控制風扇直流電機，需要加驅(qū)動電路，為直流電機提供足夠大的驅(qū)動電流。在本系統(tǒng)驅(qū)動電路中，選用達林頓反向驅(qū)動器ULN2803 來驅(qū)動風扇直流電機。 ULN2803 在使用時接口簡單， 操作方便，可為電機提供較大的驅(qū)動電流，它實際上是一個集成芯片，單塊芯片可同時驅(qū)動 8 個電機。每個電 機由單片機的一個 I/O 口控制，單片機 I/O 口輸出的為 5V 的 TTL 信號。 ULN2803 由 8個 NPN 達林頓晶體管組裝而成，共 18個引腳，引腳 1～ 8山東科技大學學士學位論文 各個單元模塊的硬件設計 17 分別是 8路驅(qū)動器的輸入端，輸入信號可直接是 TTL或 CMOS信號；引腳 11～18 分別是 8路驅(qū)動器的輸出端；引腳 9為接地線，引腳 10 為電源輸入。當輸入 TTL 信號為 5V或 CMOS 信號為 6～ 15V 時，輸出的最大電壓為 50V，最大電流為 500mA，工作溫度范圍為 0～ 70℃ 。本系統(tǒng)選 用的電機為 12V 直流無刷電機，可用 ULN2803 來驅(qū)動 ，下圖 為 ULN2803 的結(jié)構(gòu)圖。 圖 ULN2803的結(jié)構(gòu)圖 LED 數(shù)碼管簡介 本系統(tǒng)選用五個 LED 數(shù)碼管來進行溫度顯示。 LED 又稱為數(shù)碼管，它主要是由 8 段發(fā)光二極管組成的不同組合，其中 a～ g 為數(shù)字和字符顯示段， dp 為小數(shù)點的顯示，通過 a～ g 這 7 個發(fā)光二極管點亮的不同組合，可以顯示 0～ 9 和 A～ F 共 16 個數(shù)字和字母 [8]。 LED 數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，如下圖 (a)和圖 (b) 所示。共陰極結(jié)構(gòu)把 8 個 發(fā)光二極管陰極連在一起，共陽極結(jié)構(gòu)把 8 個發(fā)光二極管陽極連在一起。通過單片機引腳輸出高低電平，可使數(shù)碼管顯示相應的數(shù)字或字母，這種使數(shù)碼管顯示字形的數(shù)據(jù)稱字形碼，又稱 為 段選碼。 數(shù)碼管 的顯示圖 如下圖 山東科技大學學士學位論文 各個單元模塊的硬件設計 18 dpgfedcbadpgfedcbaRx 8 Rx 8所示。 圖 7 段 LED 數(shù)碼管 顯示圖 表 7 段 LED 的段選碼表 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 0 3fH C0H 8 7fH 80H 1 06H F9H 9 6fH 90H 2 5bH A4H A 77H 88H 3 4fH B0H B 7fH 83H 4 66H 99H C 39H C6H 5 6dH 92H D 3fH A1H 6 7dH 82H E 79H 86H 7 07H F8H F 71H 8EH 一個共陰極數(shù)碼管接至單片機的電路，要想顯示數(shù)字“ 7”須 a、 b、 c這 3 個顯示段發(fā)光 （即這 3 個字段為高電平）只要在 P0 口輸入 00000111（ 07H）即可。這里 07H 即為數(shù)字 7 的段選碼。字形與段選碼的關(guān)系見表 所示。 74373 芯片 簡介 g f bae d cdpgndgnd數(shù)碼管引腳分配圖 山東科技大學學士學位論文 各個單元模塊的硬件設計 19 74373 是一種三態(tài)輸出的八 D 透明鎖存器， 74373 的輸出端 O0~O7 可直接與總線相連。 當三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時， O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當 OE 為高電平時， O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影