【正文】 從 Xilinx公司 1985年推出第一片 FPGA以來 ,FPGA的集成密度和性能提高很快 ,其集成密度最高達(dá) 500萬門 /片以上 ,系統(tǒng)性能可達(dá)200MHz。 但是而基于 SRAM編程的 FPGA,其編程信息需存放在外部存儲器上 ,需外部存儲器芯片 ,且使用方法復(fù)雜 ,保密性差，而其對于一個(gè)簡單的多功能數(shù)字溫度計(jì)而言，實(shí)用 FPGA有點(diǎn)大材小用，成本太高。芯片上的 FPEROM允許在線編程或采用通用的非易失存儲編程器對程序存儲器重復(fù)編程。 ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 AT89S51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合。 經(jīng)過對比以及我們在日常教學(xué)中采用的是采用 AT89S52，同時(shí)為提高我們對外圍電路的焊接等技術(shù)，提高綜合能力，我們選擇使用 AT89S52單片機(jī)。 設(shè)計(jì)結(jié)果要求： 完成電路的設(shè)計(jì)，硬件電路應(yīng)該設(shè)計(jì)出原理圖 并畫出 PCB板圖，完成軟件程序的編寫（包括流程圖和部分源代碼）。 DS18b20 通過一個(gè)單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和 DS18b20 之間僅需一條連接線（加上地線）。 因?yàn)槊總€(gè) DS18b20都有一個(gè)獨(dú)特的片序列號， 所以多只 DS18b20 可以同時(shí)連在一根單線總線上，這 樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。 方案二：采用 DS1620溫度傳感器 DS1620是一種半導(dǎo)體溫度測控芯片， 9位溫度數(shù)據(jù)值，測溫范圍55~+125℃， ℃的溫度測量精度。DS1620的外圍接線簡單，使用靈活。 數(shù)碼管驅(qū)動芯片的比較與選擇 方案一：采用 CS7219數(shù)碼管驅(qū)動芯片 6 CS7219是一種串行接口的 8位數(shù)碼管顯示驅(qū)動器。它內(nèi)部有可存儲顯示信息的 8*8靜態(tài) RAM，動態(tài)掃描電路，以及段位驅(qū)動器。 方案二：采用 MAX7219數(shù)碼 管驅(qū)動芯片 MAX7219是一種串行共陰極數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示驅(qū)動芯片，其峰值段電流可達(dá) 40mA，最高串行掃描頻率為 100MHz，典型掃描頻率為 。每個(gè)芯片可同時(shí)驅(qū)動 8位共陰極LED或 64個(gè)獨(dú)立的 LED，可驅(qū)動 8個(gè)數(shù)碼管。 經(jīng)過兩方案的比較，并且根據(jù)實(shí)際情況，我們采用 MAX7219作為數(shù)碼管的驅(qū)動芯片。 7 硬件詳細(xì)設(shè)計(jì) 利用單片機(jī)芯片 AT89S52來控制 數(shù)碼管 顯示模塊 DS1620，通過軟件編程改變DS1620的工作模式端口及使能端口，從而顯示輸出相應(yīng)的內(nèi)容。當(dāng) K1=0時(shí)，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)間， K3鍵用來移動光標(biāo)選擇調(diào)整位置， K4鍵加法調(diào)節(jié)。當(dāng) AT89S52的 ，啟動壓電式蜂鳴器，整點(diǎn)報(bào)時(shí)或者鬧鐘報(bào)時(shí)。 S鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，晶振頻率選用 12MHZ。 方案 2：采用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的元件組成電子鐘。 8 方案 3：利用單片機(jī)控制液晶顯示模塊來實(shí)現(xiàn)，不僅具有編程靈活，程序較簡潔，便于電子鐘功能的擴(kuò)充，精度較高，而且可將其用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，從而應(yīng)用到實(shí)際工作與生產(chǎn)中去。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖 1所示，本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī) AT89S52控制的計(jì)時(shí)電路、復(fù)位等輔助電路，按鍵控制電路， SMC1602A液晶顯示電路，電源系統(tǒng)等組成。 本次設(shè)計(jì)采用圖 1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖；如下圖所示 AT89S52 單片機(jī)控制模塊 電源系統(tǒng) 按鍵控制電路 SMC 1602A 液晶顯示模塊 復(fù)位等輔助電路 T0定時(shí)器 時(shí)鐘處理模塊 圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 9 本次設(shè)計(jì)采用如圖 21 所示系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 ；如下圖所示 圖 21 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖 10 通過數(shù)字溫度芯片對外界溫度進(jìn)行讀取，并通過單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再由數(shù)碼管進(jìn)行直觀的數(shù)字顯示 .同時(shí)設(shè)定溫度比較程序，由單片機(jī)進(jìn)行測量溫度與設(shè)定溫度的比較，若不在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，則令蜂鳴器報(bào)警 . 單片機(jī)選用 AT89S52作為溫度測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件 .它是具有高性能的 8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的 MCS— 51的 CMOS產(chǎn)品 .不僅結(jié)合了 HMOS的高速和高密度技術(shù)及 CHMOS的低功耗特征，而且繼承和擴(kuò)展了 MCS— 48單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系 統(tǒng) . 數(shù)字溫度芯片采用 DS1620測量溫度，輸出信號全數(shù)字化 .便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路 .且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好 .在 0— 100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1攝氏度 .采用 52單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便 .既可以單獨(dú)對多 DS1620控制工作，還可以與 PC機(jī)通信上傳數(shù)據(jù) . 利用 AT89S52芯片控制溫度傳感器 DS1620進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測并顯示，能夠?qū)?現(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度 .利用按鍵來進(jìn)行調(diào)時(shí)和溫度查詢 . 可以看出此方案測溫裝置電路簡單、精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便、軟件設(shè)計(jì)也比較簡單 . 主控器件 本設(shè)計(jì)中使用 AT89S52為主控芯片，它是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash只 11 讀程序存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及 80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲單元，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。另外， AT89S52可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保 存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。內(nèi)部時(shí)鐘方式是利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，電路圖如圖 2所示。圖中電容器 C1和 C2的作用是穩(wěn)定頻率和快 速起振 [12]。 [2] 復(fù)位電路 復(fù)位是使單片機(jī)處于某種確定的初始狀態(tài)。復(fù)位操作有兩種基本方式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。開機(jī)與按鍵均有效的復(fù)位，開機(jī)復(fù)位原理與上電復(fù)位相同，另外，在單片機(jī)運(yùn)行期間，還可以利用按鈕完成復(fù)位操作 [12]。若該高電平能保持足夠 2個(gè)機(jī)器周期，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。選用 C3=22uF， R1=10KΩ 。MCS51的單片機(jī)內(nèi)有兩個(gè) 16位可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用AT89S52的定時(shí)器 T0并工作在方式 1。程序開始時(shí)需對 TL0、 TH0、進(jìn)行初始化編程，以定義它們的工作方式和控制 T0和 T1的計(jì)數(shù)。選用 12MHZ的晶體可得到 1us的精度，經(jīng)分析確定使用定時(shí)器 T0的模式 1，這 個(gè)模式下定時(shí)器 T0是 16位定時(shí)器，也就是最大定時(shí)值為 FFFFH， 12MHZ晶體的每個(gè)定時(shí)周期為 1us，最多可以定時(shí) FFFFH*1us=65536us，即使用最大值也無法一次定時(shí)為 1秒，設(shè)計(jì)中使用一次定時(shí) 20ms， 50次定時(shí)中斷得到 1秒。 13 C/ =0 C/ =1 中斷 TH0 TL0 TF0 振蕩器 12 分頻 T0引腳 TR0 GATE ＆ 1 ≥1 鬧鈴電路 整點(diǎn)報(bào)時(shí)或者鬧鐘報(bào)時(shí)出口采用壓電式蜂鳴器，電路如圖 2所示， 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。當(dāng)接通電源后（ ~15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出 ~，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。在陶瓷片的兩面鍍上 14 銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。因此本設(shè)計(jì)顯示部分采用了液晶顯示器件 DS1620，它可以顯示兩行，每行 16個(gè)字符，相當(dāng)于 32個(gè) LED數(shù)碼管，而且比數(shù)碼管顯示的信息還多，采用單 +5V電源供電，外圍電路配置簡單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。DS1620與單片機(jī)的接口電路如圖 2所示 。 它的基本操作時(shí)序如下： [1] 讀狀態(tài)，輸入： RS=L， RW=H， E=H 輸出： D0~D7=狀態(tài)字 [2] 寫指令，輸入： RS=L， RW=L， D0~D7=指令碼， E=高脈沖 輸出：無 [3] 讀數(shù)據(jù)，輸入： RS=H， RW=HE=H 輸出： D0~D7=數(shù)據(jù) [4] 寫數(shù)據(jù)，輸入： RS=H， RW=L， D0~D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無 電源電路的設(shè)計(jì) 電源電路由變壓器、橋式整流器、電容濾波器、 LM780 LED電源指示燈等組成， 15 其電路如圖 4所示。它的輸出端可以不加旁路電容，但如果加旁路電容可以改善瞬態(tài)響應(yīng)，如果穩(wěn)壓器遠(yuǎn)離濾波電容，則必須在輸入端加旁路電容。 電源工作原理：輸入的 220V左右的交流電壓，經(jīng)變壓器、全波整流電橋 DB整流后，得到一幅值為 8V左右的波動直流。 16 第 3 章 系統(tǒng)器件選擇 主控芯片介紹 和有關(guān)器件介紹 主控芯片選擇單片機(jī) AT89S52，該單片機(jī)具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電 .[2] AT89S52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的Flash 只讀程序存儲器和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS52 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S52 提供了高性價(jià)比的解決方案 . AT89S52 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī) ， 40 個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 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， AT89S52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程 .其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本 . AT89S52主要功能特性： ● 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ●壽命： 1000寫 /擦循環(huán) ●數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 ●全靜態(tài)工作： 0Hz12Hz ●三級程序存儲器鎖定 ● 128*8位內(nèi)部 RAM ● 32可編程 I/O線 ●兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ● 5個(gè)中斷源 ●可編程串行通道 ●低功耗的閑置和掉電模式 ●片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 各引腳功能簡單介紹如下： VCC：供電電壓 . 17 GND：接地 . P0口： P0口為一個(gè) 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流 .當(dāng) P0口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入 .P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位 .在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高 . P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流 .P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故 .在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收 . P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入 .并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流 .這是由于內(nèi)部上拉的緣故 .P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸 出地址的高八位 .在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 .P2口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號 . P3口： P3口是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL門電流 .當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入 .作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故 . P3口也可作為 AT89S52的一些特殊功能口，如下所示： P3口管腳 備選功能 RXD（串行輸入 口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1）