【正文】 STC89C52 與 AT89C52 都屬于 51 系列的單片機(jī)，他們是兼容的，所以 Protues 中沒(méi)有 STC89C52 芯片，就由 AT89C52 替芯片 代替 。仿真圖如圖 48 示。 圖 47 按鍵掃描子程序流程圖 K1 鍵按下 調(diào)用顯示子程序 報(bào)警溫度減 1 報(bào)警溫度加 1 K2 鍵是否按下？ K3 鍵是否按下？ 顯示切換標(biāo)志位是否 0 N N N Y Y Y 讀取測(cè)量溫度值 溫度值大于 120 或小于 20？ BEEP=1，報(bào)警 BEEP=0 N Y 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 Protues 測(cè)溫仿真 通過(guò)仿真軟件驗(yàn)證該原理圖的可行性。 圖 45 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖 報(bào)警子程序 設(shè)置報(bào)警標(biāo)志位位 beep,當(dāng)溫度大于設(shè)置的高限報(bào)警值或低于設(shè)置的低限報(bào)警值是，beep=1 報(bào)警；當(dāng)溫度值在正常范圍內(nèi)時(shí)， beep= 46 所示： 溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器 分離顯示溫度 標(biāo)志位為 1？ 最高位顯示“ _” 結(jié)束 最高溫顯示分離出的數(shù)據(jù) N Y 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 24 圖 46 報(bào)警流程圖 按鍵掃描處理子程序 按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位為 1 時(shí)，顯示設(shè)置溫度，否則顯示當(dāng)前溫度。 圖 44 計(jì)算溫度子程序流程圖 開(kāi)始 溫度零下？ 溫度值去補(bǔ)碼置“ 1”標(biāo)志 置“ 0”標(biāo)志位 計(jì)算小數(shù)位溫度 BCD值 計(jì)算整數(shù)位溫度 BCD值 結(jié)束 N Y 發(fā) DS18B20 復(fù)位命令 結(jié)束 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位位為 1時(shí)將符號(hào)顯示位移入第一位。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖 43 所示 。 圖 41 主程序流程圖 讀出溫度子程序 讀 出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行 CRC 校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。 主程序流程圖 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示 、讀出并處理 DS18B20 的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每 1s 進(jìn)行一次。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的?！?。另一種是寄生電源供電方式，如圖 37 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 管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。（也可采用發(fā)光二級(jí)管報(bào)警電路，如過(guò)需要報(bào)警，則只需將相應(yīng)位置 1，當(dāng)參數(shù)判斷完畢后，再看報(bào)警模型單元ALARM 的內(nèi)容是否與預(yù)設(shè)一樣，如不一樣，則發(fā)光報(bào)警）報(bào)警電路硬件連接見(jiàn)圖 36。 溫度報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)采軟件處理報(bào)警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，采用直流供電。發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令，再總線復(fù)位。 (2)接著主機(jī)發(fā)送 ROM 命令，程序開(kāi)始讀取單個(gè)在線的芯片 ROM 編碼并保存在單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 中，把用到的 DS18B20 的 ROM 編碼離線讀出，最后用一個(gè)二維數(shù)組保存ROM 編碼，數(shù)據(jù)保存在 X25043 中。這些命令允許主機(jī)寫入或讀出 DS18B20 便箋式RAM、啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換。這些命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一 64 位 ROM 代碼相關(guān)。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總 線上有從機(jī)，且準(zhǔn)備就緒。當(dāng)然，搜索 ROM 命令和報(bào)警搜索命令，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，要返回初始化。 所有的串行通訊 ，讀寫每一個(gè) bit 位數(shù)據(jù)都必須嚴(yán)格遵守器件的時(shí)序邏輯來(lái)編程，同時(shí)還必須遵守總線命令序列，對(duì)單總線的 DS18B20 芯片來(lái)說(shuō)，訪問(wèn)每個(gè)器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化；其次執(zhí)行 ROM 命令；最后就是執(zhí)行功能命令 (ROM 命令和功能命令后面以表格形式給出 )。 一旦主機(jī)檢測(cè)到 DS18B20 的存在，它便可以發(fā)送一個(gè)器件 ROM 操作命令。為了讀出從讀時(shí)間片開(kāi)始算起 15 微秒的狀態(tài)，主機(jī)必須停止把引腳驅(qū)動(dòng)拉至低電平。當(dāng)主機(jī) 把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)產(chǎn)生讀時(shí)間片。有兩種類型的寫時(shí)間片：寫 1 時(shí)間片和寫 0 時(shí)間片。 DS18B20 通過(guò)使用時(shí)間片來(lái)讀出和寫入數(shù)據(jù)，時(shí)間片用于處理數(shù)據(jù)位和進(jìn)行何種指定操作的命令。在檢測(cè)到 I/O 引腳上的上升沿之后， DS18B20 等待 15～ 60μs,并且接著發(fā)送脈沖（ 60～ 240μs 的低電平信號(hào)）。接著主機(jī)便釋放此線并趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 18 進(jìn)入接收方式（ Rx）。要使傳感器工作，一切處理均嚴(yán)格按照時(shí)序。 由于 DS18B20 只有 一根數(shù)據(jù)線，因此它和主機(jī)（單片機(jī)）通信是需要串行通信，而AT89S51 有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。站長(zhǎng)推薦大家在開(kāi)發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源方式只多接一根 VCC 引線。在這里采用前者方式供電。因此 , 在條件允許的場(chǎng)合 , 盡量采用外供電方式。工作于寄生電源方式時(shí) , VDD 和 GND 均接地 , 他在需要遠(yuǎn)程溫度探測(cè)和空間受限的場(chǎng)合特別有用 , 原理是當(dāng) 1 W ire 總線的信號(hào)線 DQ 為高電平時(shí) , 竊取信號(hào)能量給 DS18B20 供電 , 同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電 , 當(dāng) DQ 為低電平時(shí)釋放能量為 DS18B20 供電。 溫度檢測(cè)和報(bào)警電路 DS18B20 最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來(lái)完成。主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：初始化、 ROM 操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。 3. 在 DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè) DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS18B20 時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 一定的重視。 2. 較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由 于 DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。 7. 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到 1 個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 5. 將數(shù)據(jù)線拉高 “1”。 3. 將數(shù)據(jù)線拉低 “0”。 DS18B20 的讀操作： 1. 將數(shù)據(jù)線拉高 “1”。 6. 重復(fù)上（ 1）到（ 6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 4. 延時(shí)時(shí)間為 45 微秒。 2. 延時(shí)確定的時(shí)間為 15 微秒。 “1”后結(jié)束。 6. 延時(shí)等待（如果初始化成功則在 15 到 60 毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由 DS18B20 所返回的低電平 “0”。 4. 延時(shí) 750 微秒（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從 480 到 960 微秒）。 2. 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)）。前 5 個(gè)數(shù)字為符號(hào)位，當(dāng)前 5 位為 1 時(shí)，讀取的溫度為負(fù)數(shù)；當(dāng)前 5 位為 0 時(shí)，讀取的溫度為正數(shù)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。溫度測(cè)量范圍為 55～ +125 攝氏度，可編程為 9 位～ 12 位轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) 攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中，掉電后依然保存。 圖 34 DS18B20 引腳圖 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(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。主要包括：寄生電源，溫度傳感器， 64位 ROM 和單總線接口，存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器 RAM，用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定溫度上下限值的 TH 和TL 觸發(fā)器，存儲(chǔ)與控制邏輯， 8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）發(fā)生器等 7部分。 3. 配置寄存器。光刻 ROM 的作用 是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。 DS18B20 有 3 個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： 1. 光刻 ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 8. DS18B20的分辯率由用戶通過(guò) EEPROM 設(shè)置為 9~12位。 6. 用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度。℃ 。 3. 低壓供電，電源范圍從 3~5V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生電源方式）。 DS18B20 功能特點(diǎn)： 1. DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH1. 采用單總線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根 I/O 線，在一根線上可以掛接多個(gè) DS18B20。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 DS18B20 測(cè)溫原理：低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器 1。 ： (RD)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。 ： (T1)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 的外部計(jì)數(shù)輸入。 ： (INT1)外部中斷 1 輸入。 ： (RXD)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。 P3口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL負(fù)載。在訪問(wèn)片外 EPROM/RAM 時(shí)，它輸出高 8 位地址。 P2 口 (～ ， 21~28 腳 )： P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 P1 口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在此期間， P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。作輸入口使用時(shí)要先寫 1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。作為漏極開(kāi)路的輸出端口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。此引腳的第二功能是 Vpp 是對(duì) 8751 片內(nèi)EPROM 固化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓 (一般 12V～ 21V)的輸入端。 當(dāng) 輸入信號(hào) EA 引腳接低電平 (接地 )時(shí)， CPU 只訪問(wèn)外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 EA/Vpp(31 腳 )：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。要檢查一個(gè) 8051/8031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到EPROM／ ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看 PSEN 端有無(wú)脈沖輸出。 PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM／ ROM 中的指令碼。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 此引腳的第二功能 PROG 在對(duì)片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫入 (固化程序 )時(shí)，作為編程脈沖輸入端。如有脈沖信號(hào)輸出，則 8051/8031 基本上是好的。 平時(shí)不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 端也以振蕩頻率的 1/6 固定輸出正脈沖，因而 ALE 信號(hào)可以用作對(duì)外輸出時(shí)鐘或 定時(shí)信號(hào)。當(dāng) 8051 上電正常工作后， ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 1/6。 RST 引腳的第二功能是 VPD,即接入RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲(chǔ)在 RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。 要檢查 8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號(hào)輸出。 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 AT89C51 單片機(jī)管腳圖 圖 32 AT89C51 單片機(jī)管腳圖 部分引腳說(shuō)明： 1. 時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2： XTAL2(18 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在 8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。最高允許振蕩頻率為 12MHz。 7. 一個(gè)全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行 I／ O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單 機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。 6. 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。 5. 兩個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 SST 公司推出的 89 系列單片機(jī)分別集成了 16K、 32K、 64K Flash 存儲(chǔ)器，可供用戶根據(jù)需要選用。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，如 8031， 8032， 80C31 等。 2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等， SST89 系列單片機(jī)最多提供 1K 的 RAM。 2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)