【正文】 而體積變小、可靠性增高，使單片機(jī)成為真正意義上的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)是隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)極其發(fā)展，將計(jì)算機(jī)的CPU，RAM，ROM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，因此單片機(jī)早期的含義稱為單片微型計(jì)算機(jī)(single chipmicroputer).它擁有優(yōu)異的性價(jià)比、集成度高、體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)、低電壓、工業(yè)檢測控制、機(jī)電一體化等方面,:（1）最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡單配置的系統(tǒng)。片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，其最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶振，復(fù)位電路，其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了外部配置晶振，復(fù)位電路，電源外，還應(yīng)外接EPROM或EEPROM作為程序存儲(chǔ)器用.（2）最小功耗應(yīng)用系統(tǒng)是指為了保證正常運(yùn)行，系統(tǒng)的功耗最小.（3）典型應(yīng)用系統(tǒng)是指單片機(jī)要完成工業(yè)測控功能所必須的硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。目前，8位單片機(jī)在國內(nèi)外仍占有重要地位。MCS－51的硬件結(jié)構(gòu)決定了其指令系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生變化，設(shè)計(jì)人員可以很容易的對(duì)不同公司的單片機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行選型，他們只需將重點(diǎn)放在芯片內(nèi)部資源的比較上。Atmel公司目前已經(jīng)停止了AT89C51生產(chǎn)，51單片機(jī)必須加上ISP功能才能更好延續(xù)MCS51 的傳奇，AT89S51就是在這樣的背景下誕生的，目前AT89S51已經(jīng)成為了實(shí)際應(yīng)用市場上的新寵兒。AT89S51新增了許多功能，性能也有了較大的提升，但是價(jià)格仍舊與AT89C51的價(jià)格一致。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，一般是以基本最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。小系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基石。AT89S51單片機(jī)：AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。同時(shí)，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式，空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。P0是一個(gè)8 位雙向I/O 端口，端口置1時(shí)作高阻抗輸入端，作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL電平。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址(低8 位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL電平。對(duì)內(nèi)部Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8 位地址信息。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL電平。對(duì)內(nèi)部Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8 位地址和控制信息。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL電平。對(duì)內(nèi)部Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接控制信息。P3口引腳的第二功能，如表42所示：表42 P3口引腳第二功能P3口引腳 第二功能串行通信輸入（RXD）串行通信輸出（TXD）外部中斷0（ INT0）外部中斷1（INT1）定時(shí)器0 輸入(T0)定時(shí)器1 輸入(T1)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通復(fù)位電路：計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行的時(shí)候都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并且從這個(gè)初始狀態(tài)開始工作。MCS51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。圖32中的RC 復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)，單片機(jī)時(shí)鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。瓷片電容的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路的起振速度都有一定的影響。晶振的頻率可以在1MHz33MHz內(nèi)選擇。XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2 懸空。傳感器的選擇受到很多因素的影響，首先是各種溫度傳感器自身的優(yōu)缺點(diǎn)，其次是各種不同的環(huán)境因素，還有就是系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的精度等，所以在不同的設(shè)計(jì)當(dāng)中溫度傳感器的選擇也將不同。數(shù)字溫度傳感器，更因適合與各種微處理器的I/O接口相連接，組成自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)克服了模擬傳感器與微處理器接口時(shí)需要信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器的弊端，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測溫、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中，數(shù)字溫度傳感器中比較有代表性的DS18B20等。 ℃177?！婀╇婋妷?4V~+30V+13V~+36V+~+輸出信號(hào)類型模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)PT100與AD590都不能與單片機(jī)的I/O口直接相連，需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路。所以使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20不但可以節(jié)約單片機(jī)I/O口，還能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本降低。Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。DS18B DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55176。C，10__+85176。176。DS1822的精度較差為177。C。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。176?？蛇x更小的方式，更寬的電壓適用范圍。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！DS182DS18B20軟件兼容好。2176。繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS1820開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。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。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。表44 DS18B20內(nèi)部溫度表示形式bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1Bit0LS Byte2322212021222324bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1Bit0LS ByteSSSSS262524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1。見表45表45 DS18B20轉(zhuǎn)化溫度形式實(shí)際溫度值數(shù)字輸出（二進(jìn)制）數(shù)字輸出（十六進(jìn)制）+125℃0000 0111 1101 000007D0H+85℃0000 0101 0101 00000550H+℃0000 0001 1001 00010191H+℃0000 0000 1010 001000A2H+℃0000 0000 0000 10000008H0℃0000 0000 0000 00000000H℃1111 1111 1111 1000FFF8H℃1111 1111 0101 1110FF5EH℃1111 1110 0110 1111FE6EH55℃1111 1100 1001 0000FC90H 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E2PPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、T和結(jié)構(gòu)寄存器。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)，見表46。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。在使用PL/M、C等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序計(jì)時(shí)，對(duì)DS1820操作部分最好采用匯編語實(shí)現(xiàn)。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長度超過50m時(shí)，讀取的測溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹?4)在DS1820測溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。C64 位ROM和單線接口高速緩存存儲(chǔ)器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置寄存器8位CRC發(fā)生器Vdd 圖43DS18B20內(nèi)部內(nèi)部邏輯圖 DS18B20讀寫時(shí)序主機(jī)使用時(shí)間隙(time slots)來讀寫 DSl820 的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位。 //DQ復(fù)位 _nop_()。 //稍做延時(shí)2ms DQ = 0。 //精確延時(shí)566us DQ = 1。 //延時(shí)46us presence = DQ。 DQ = 1。 //返回信號(hào)，0=presence,1= no presence}當(dāng)主機(jī)總線 to 時(shí)刻從高拉至低電平時(shí) 就產(chǎn)生寫時(shí)間隙從 to 時(shí)刻開始 15us 之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線DSl820 在 t1為1560us 間對(duì)總線采樣 若低電平寫入的位是 0見若高電平 寫入的位是連續(xù)寫 2 位間的間隙應(yīng)大于 1us ，見圖45。for (i=8。 i){ DQ = 0。0x01。 DQ = 1。}}見圖 46 主機(jī)總線 to 時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)總線只須保持低電平 l7ts之后15捍 s也就是說t 2 時(shí)刻前主機(jī)必須完成讀位并在to 后的 60μs一120μs 內(nèi)釋放總線讀位子程序(讀得的位到C中) 圖46讀時(shí)間隙時(shí)序圖程序：ReadOneChar(void){unsigned char i=0。for (i=8。i){ DQ = 0。 DQ = 1。 delay(4)。}，見表48表48存儲(chǔ)器操作命令指令約定代碼功能讀ROM33H讀取DS18B20ROM中的編碼（64位地址）符合ROM55H發(fā)出命令后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相同的DS18B20，使之做出反應(yīng)，為下一步讀寫作準(zhǔn)備。跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令，適用于單片工作。讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RA九字節(jié)內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第4字節(jié)寫上下限溫度命令，緊隨該命令之后是傳送兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。重調(diào)EEPRAM0B8H將EEPRAM中的第4字節(jié)內(nèi)容寫到RAM中。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 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管來完成對(duì)總線的上拉。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。對(duì)于DS18B20的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。對(duì)于DS18B20寫0時(shí)序和寫1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。異步串行通信以字符為單位，即一個(gè)字符接一個(gè)字符的傳送。在RS232C標(biāo)準(zhǔn)中，收發(fā)信號(hào)中的“0”為＋3V～＋15V，“1”為－3V～－15V，但單片機(jī)采用的是正邏輯的TTL電平，所以需要通過專用芯片MAX232C實(shí)現(xiàn)EIA電平與TTL電平轉(zhuǎn)換。芯片內(nèi)部有一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V電壓轉(zhuǎn)換為RS232C接口所需的177。12V的單電源系統(tǒng)。串口通信電路如圖47所示：圖47 串口通信硬件連接圖人機(jī)交互的主要功能是輔助控制、方便調(diào)試。一般而言，人機(jī)交互是由系統(tǒng)配置的外部設(shè)備來完成，其實(shí)現(xiàn)方式有兩種：一種是由MCU 的I/O口驅(qū)動(dòng)專用芯片實(shí)現(xiàn)，如鍵盤顯示控制芯片，串行數(shù)據(jù)傳輸數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)芯片等，來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。按鍵部分實(shí)現(xiàn)的主要原理是單片機(jī)讀取與按鍵相連接的I/O口狀態(tài)，來判定按鍵是否按