【正文】 F to 257176。 F 到 257176。畢業(yè)設(shè)計（論文） 89C51 單片機和 DS18B20 數(shù)字溫度計(外文原文 +翻譯 ) AT89S51 概述 1 一般概述 該 AT89S51 是一個低功耗高性能 CMOS 8 位微控制器可在 4K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)編程的閃存存儲器該設(shè)備是采用 Atmel 的高密度非易失性存儲器技術(shù)和符合工業(yè)標準的 80C51指令集和引腳芯片上的 Flash程序存儲器在系統(tǒng)中可重新編程或常規(guī)非易失性內(nèi)存編程 通過結(jié)合通用 8 位中央處理器的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存的單芯片 AT89S51 是一個功能強大的微控制器提供了 高度靈活的和具有成本效益的解決辦法可在許多嵌入式控制中應用 在 AT89S51 提供以下標準功能 4K 字節(jié)的 Flash 閃存 128 字節(jié)的 RAM 32個 I O 線看門狗定時器兩個數(shù)據(jù)指針兩個 16 位定時器計數(shù)器 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)全雙工串行端口片上振蕩器和時鐘電路此外 AT89S51 設(shè)計了可降至零頻率的靜態(tài)邏輯操作和支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式 在空閑模式下停止 CPU 的工作但允許 RAM 定時器計數(shù)器串行接口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)運行掉電模式保存 RAM 中的內(nèi)容停止振蕩器工作并禁止其它所有部件工作直到下一個外部中斷或 硬件復位 2 端口 P0端口是一個 8位漏極開路雙向 I O端口作為一個輸出端口每個引腳可驅(qū)動 8個 TTL輸入對端口寫 1可作為高阻抗輸入端用在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時 P0 端口也可以配置為復低階地址數(shù)據(jù)總線在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻在Flash 編程時 PO 端口接收指令字節(jié)而在程序校驗時輸出指令字節(jié)同時要求外接上拉電阻 P1 端口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I O 端口 P1 端口的輸出緩沖級可以驅(qū)動四個 TTL輸入對端口寫 1通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平此時可作為輸入口作為輸入口時因為內(nèi)部存在上拉電阻某個引腳被外 部信號拉低時會輸出一個電流 IILFlash 編程和程序校驗期間 P1 接收低 8 位地址 端口引腳 第二功能 P15 MOSI 用于 ISP 編程 P16 MISO 用于 ISP 編程 P17 SCK 用于 ISP 編程 P2 端口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 IO端口 P2端口的輸出緩沖級可驅(qū)動吸收或輸出電流4個 TTL輸入對端口寫 1通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平此時可作輸入口當作輸入口使用時因為內(nèi)部存在上拉電阻某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 IIL在訪問外部程序存儲器或 16位地址的外部 數(shù)據(jù)存儲器例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令 時 P2 端口送出高 8 位地址數(shù)據(jù) 在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器例如執(zhí)行 MOVXRi 指令時 P2 端口上的內(nèi)容即特殊功能寄存器 SFR 區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容在整個訪問期間不變 Flash 編程或校驗時 P2 也可接收高位地址和其它控制信號 P3 端口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO 端口 P3 端口輸出緩沖級可驅(qū)動吸收或輸出電流 4 個 TTL 邏輯門電路對 P3 端口寫入 1 時他們被內(nèi)部上拉電阻拉高并作為輸入端口當作輸入端時被外部拉低的 P2 端口將用上拉電阻輸出電流 IIL．Ｐ３端口還接收一些用于 Flash 閃存編程和程序校驗的控制信號 P3 端口可以采用 AT89S51 的 各種特殊功能如下表所示 端口引腳 第二功能 P30 RXD 串行輸入端口 P31 TXD 串行輸出端口 P32 INT0 外部中斷 0 P33 INT1 外部中斷 1 P34 T0 定時計數(shù)器 0 外部輸入 P35 T1定時計數(shù)器 1外部輸入 P36 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 P37 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 3 存儲器結(jié)構(gòu) MCS51 單片機內(nèi)核采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間分開的結(jié)構(gòu)均具有64KB 外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間 31 程序存儲器 如果的 EA引腳接地 GND全部程序都可以執(zhí)行外部存儲器在 AT89S51 如果 EA連接到電源 VCC 程序首先執(zhí)行地址從 0000H 到 FFFH 內(nèi)部存儲器在執(zhí)行地址從1000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器 32 數(shù)據(jù)存儲器 AT89S51 具有 128 字節(jié)的內(nèi)部 RAM 這 128 字節(jié)都可以通過直接和間接尋址方式訪問堆棧操作可利用間接尋址方式進行因此 128 字節(jié)都可以可作為堆?？臻g 4 看門狗定時器 WDT 看門狗定時器 WDT是為了解決 CPU程序運行時可能進入混亂或死循環(huán)而設(shè) 置它由一個 14bit計數(shù)器和看門狗定時器復位 SFRWDTRST構(gòu)成外部復位時看門狗定時器 WDT默認為關(guān)閉狀態(tài)要打開 WDT用戶必須按順序?qū)?01EH和 0E1H寫到 WDTRST寄存器 SFR 地址為 0A6H 當啟動了 WDT 它會隨警惕振蕩器在每個機器周期計數(shù)除了硬件復位或 WDT溢出復位外沒有其它方法關(guān)閉 WDT當 WDT溢出將使 RST引腳輸出高電平的復位脈沖 41 使用看門狗定時器 WDT 用戶在打開 WDT 時需要按次序?qū)?01EH和 0E1H 寫到 WDTRST 寄存器 SFR 的地址為 0A6H 當 WDT 打開后需要在一定的時候?qū)?01EH 和 0E1H 寫道 WDTRST 寄存器以避免 WDT 計數(shù)溢出 14 位 WDT 計數(shù)器達到 163833FFFHWDT 將溢出并使用器件復位 WDT 打開時它會隨著晶體振蕩器在每個機器周期計數(shù)這意味著用戶必須在小于每個 16383 機器周期內(nèi)復位 WDT 也即寫 01EH 和 0E1H到 WDTRST 寄存器 WDTRST為只寫寄存器 WDT計數(shù)器既不可讀也不可寫當 WDT溢出時通常將使 RST引腳輸出高電平的復位脈沖復位脈沖持續(xù)時間為 98xTosc 而 Tosc 1Fosc 晶體振蕩頻率 為使 WDT工作最優(yōu)化必須在合適的程序代碼時間段周期地復位 WDT防止 WDT溢 出 42 掉電和空閑模式下的 WDT 掉電時期晶體振蕩停止看門狗定時器也停止掉電模式下用戶不嗯那個在復位看門狗定時器有兩種方法可以推出掉電模式硬件復位或通過激活外部中斷當硬件復位退出掉電模式時處理看門狗定時器可像通常的上電復位一樣當由中斷退出掉電模式時則有所不同中斷低電平狀態(tài)持續(xù)到晶體振蕩穩(wěn)定當中斷電平變?yōu)楦唠娖绞录纯上鄳袛喾?wù)以防止中斷誤復位當器件復位中斷引腳持續(xù)為低時看門狗定時器并未開始計數(shù)知道中斷引腳被拉高時為止這為在掉電模式下的中斷執(zhí)行中斷服務(wù)程序而設(shè)置為保證看門狗定時器在退出掉電模式時極端情況下不溢 出最好在進入掉電模式前復位看門狗定時器在進入空閑模式前看門狗定時器打開時 WDT 是否繼續(xù)計數(shù)由 SFR 中的 AUXR 的 WDIDLE 位決定在 IDLE 期間位WDIDLE 0 默認狀態(tài)是繼續(xù)計數(shù)為防止 AT89S51 從空閑模式中復位用戶應該周期性地設(shè)置定時器重新進入空閑模式 當 WDIDLE 位被置位在空閑模式中看門狗定時器將停止計數(shù)直到從空閑 IDLE 模式中退出重新開始計數(shù) 5 中斷 AT89S51共有五個中斷向量兩個外部中斷 INT0和 INT1 兩個定時器中斷 Timer0 和 Timer1 和一個串行中斷這些中斷 源各自的禁止和使能位參見特殊功能寄存器的 IEIE 也包含總中斷控制位 EAEA 清 0 將關(guān)閉所有中斷 6 振蕩器特性 AT89S51 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端如圖所示外接石英晶體或陶瓷諧振器都可以使用于反饋元件用戶也可以采用外部時鐘在這種情況下外部時鐘接到XTAL1端即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端 XTAL2則懸空如圖 72所示由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求但是最小高電平持續(xù)時間和最 大的低電平時序時間應符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求 7 空閑模式 在空閑工作模式狀態(tài) CPU 保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍然保持激活狀態(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)特那個保持不變空閑模式可由任何語序中斷的請求或硬件復位終止 需要注意的是當由硬件復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下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的要完成內(nèi)部復位操作硬件復位脈沖要保持兩個機器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在復位結(jié)束時可能對端口產(chǎn)生意外寫入激活空 閑模式的那條指令的后一條指令不應該是一條對端口或外部存儲器的寫入指令 8 掉電模式 在掉線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)退出掉電模式的方法是硬件復位或由處于使能狀態(tài)的外中斷 INT0和 INT1激活復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變原來 RAM中的內(nèi)容在 VCC恢復到正常工作電平前復位應無效且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作 DS18B20 數(shù)字溫度計 描述 DS18B20 數(shù)字溫度計提供 9 至 12 位溫度讀數(shù)指 示器件的溫度 信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20或送出因此從中央處理器到 DS18B20僅需連接一條和地讀寫和完成溫度變換所需的電源可以有數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源 因為每一個 DS18B20有唯一的系列號因此多個 DS18B20可以存在于同一條單線總線上這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件此特性的應用范圍包括HVAC 環(huán)境控制建筑物設(shè)備或機械內(nèi)的溫度檢測以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測 特性 獨特的單線接口只需一個接口引腳即可通信 多點能力使分布式溫度檢測應用得以簡化 不需要外部元件 可用數(shù)據(jù)線供電提供 30V 到 55V 的電源 不需備份電源 測量范圍從 55176。 F 以 9 到 12 位數(shù)字值方式讀出溫度 在 750 毫秒內(nèi)把 12 位溫度變換為數(shù)字 用戶可定義的非易失性的溫度警告設(shè)置 告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件溫度告警情況 應用范圍包括恒溫控制工業(yè)系統(tǒng)消費類產(chǎn)品溫度計或任何熱敏系統(tǒng) 引腳排列 引腳說明 GND – 地 DQ – 數(shù)字輸入輸出 VDD – 可選的 VDD NC – 不連接 詳細引腳說明 綜述 圖 1 的方框圖表示 DS18B20 的主要部件 DS18B20 有三個主要的數(shù)據(jù)部件 164為激光 ROM2 溫度靈敏元件 3 非易失性溫度告警觸發(fā)器 TH 和 TL 器件從單線的通信線取得其電源在信號線為高電平的時間周期內(nèi)把能量貯存在內(nèi)部的電容器中在單信號線為低電平的時間期內(nèi)斷開此電源直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙蓦娫礊橹棺鳛榱硪环N可供選擇的方法 DS18B20 也用外部 5V 電源供電 與 DS18B20的通信經(jīng)過一個單線接口在單線接口情況下在 ROM操作未定建立之前不能使用存貯器和控制操作主機必須首先提供五種 ROM 操作命令之一 1 讀ROM2 符合 ROM3 搜索 ROM4 跳過 ROM5 告警搜索這些命令對每一個器件的 64 位激光 ROM 部分進行操作如果在單線上有許多器件那么可以挑選出一個特定的器件并給總線上的主機指示存在多少器件及其類型在成功地執(zhí)行了 ROM 操作序列之后可使用貯存 2 器和控制操作然后主機可以提供六種存貯器和操作命令之一 一個操作命令指示 DS18B20完成溫度測量改測量的結(jié)果放入 DS18B20的高速暫存存貯器通過發(fā)出讀暫存存儲器內(nèi)容的存儲器操作命令可以讀出此結(jié)果每一溫度告警觸發(fā)器 TH和 TL構(gòu)成一個字節(jié)的 EPROM如果不對 DS18B20施加告警搜索命令這些寄存器用作通用用戶存儲器使用存 儲器操作命令可以寫 TH和 TL對這些寄存器的讀訪問通過便簮存儲器所以數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫 單線總線系統(tǒng) 單線總線是一種具有一個總線主機和一個或若干個從機的系統(tǒng) DS18B20 起從機的作用這種總線系統(tǒng)的討論分為三個題目硬件接法處理順序以及單線信號信號類型與定時 硬件接法 根據(jù)定義單線總線只有一根線這一點很重要的即線上的第一個器件能在適當?shù)臅r間驅(qū)動該總線為了做到這一點第一個連接到總線上的器件必須具有漏極開路或三態(tài)輸出 DS18B20 的單線接口多站總線由單線總線和多個與之相連的從屬器件組成單線總線要求近似 等于 5 k 單線總線的空閑狀態(tài)是高電平不管任何原因如果執(zhí)行需要被掛起那么若要重新恢復執(zhí)行總線必須保持在空閑狀態(tài)如果不滿足這一點且總線保持在低電平時間大于 480 微秒那么總線上所有的器件均被復位 硬件連接圖 處理順序 經(jīng)過單線總線接口訪問 DS18B20 的協(xié)議如下 初始化 ROM 操作命令 存貯器操作命令 處理數(shù)據(jù) 初始化 單線總線上的所有處理均從初始化序列開始初始化序列包括總線主機發(fā)出一復位脈沖接著由從屬器件送出存在脈沖 ROM 操作命令 一旦總線主機檢測到從屬器件的存在他便可以發(fā)出器件 ROM 操作命令之一所有 ROM 操作命令均由 8 位長這些命令列表如下 讀 ROM [33H] 此命令允許總線