八路溫度采集顯示系統(tǒng)設(shè)計說明

1、八路溫度采集顯示系統(tǒng)設(shè)計說明摘要溫度是我們實際生產(chǎn)、生活等諸多領(lǐng)域中必不可少的環(huán)境因素。及時準(zhǔn)確地控制和檢測溫度尤為重要。在失控的基礎(chǔ)上設(shè)計了高精度的溫度檢測系統(tǒng)，可以同時檢測8路溫度，并通過液晶顯示每路溫度。該系統(tǒng)采用AT89C51is作為控制核心。其溫度傳感器為單總線數(shù)字DS18B20，將溫度送到LM041L液晶顯示器上顯示。正常工作時，溫度范圍為-55 -+ 125 ,在電子工業(yè)飛速發(fā)展的今天，該系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:AT89C51路線多；溫度檢測；顯示目錄TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536111 摘要I HYPE

2、RLINK l _RefHeading_Toc263536112 AbstractII HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536113 目錄I HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536114 1緒論1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536115 1.1課題的來源1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536116 1.2課題的目的1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536117 1.3課題的意義1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc26353

3、6118 2八路溫度采集顯示系統(tǒng)總體方案設(shè)計3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536119 2.1確定設(shè)計流程圖3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536120 2.2八路溫度采集顯示系統(tǒng)方案論證3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536121 2.3確定總體設(shè)計方案7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536122 3八路溫度采集顯示系統(tǒng)硬件設(shè)計8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536123 3.1AT89C51單片機的特點與引腳說明8 HYPERLI

4、NK l _RefHeading_Toc263536124 3.2溫度采集模塊硬件設(shè)計11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536125 3.3顯示模塊硬件設(shè)計15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536126 3.4報警模塊硬件設(shè)計17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536127 3.5串行口上位機通信模塊設(shè)計18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536128 3.6片外程序存儲器的擴展21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536129 4八路溫度采集

5、顯示系統(tǒng)軟件設(shè)計26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536130 4.1溫度采集模塊軟件設(shè)計27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536131 4.2單片機處理模塊軟件設(shè)計32 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536132 4.3顯示模塊軟件設(shè)計34 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536133 4.4報警模塊軟件設(shè)計36 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536134 4.5串行口上位機通信模塊軟件設(shè)計38 HYPERLINK l _RefHeading

6、_Toc263536135 5八路溫度采集顯示系統(tǒng)仿真調(diào)試與結(jié)果39 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536136 5.1Proteus與Keil Vision聯(lián)合仿真39 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536137 5.2Proteus與Keil聯(lián)合仿真結(jié)果41 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536138 結(jié)論44 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536139 參考文獻45 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536140 附錄1系統(tǒng)仿真所用元器件清單4

7、8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536141 附錄2系統(tǒng)仿真C語言程序清單49 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536142 附錄3系統(tǒng)仿真電路原理圖58 HYPERLINK l _RefHeading_Toc263536143 致591導(dǎo)言1.1課題的來源在實際生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域中，溫度是環(huán)境因素中不可缺少的一部分，因此對溫度的精確控制和檢測尤為重要。例如，消防電氣設(shè)備的無損溫度檢測、電力和電信設(shè)備過熱故障的預(yù)測檢測、空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測、用于醫(yī)院監(jiān)控的溫度測量、化學(xué)和機械設(shè)備的過熱檢測等。各級土壤的溫度會影響植物的生長，熱處理時工件各

8、部分的溫度對工件成型后的性能至關(guān)重要，等等。總之，現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展要求溫度檢測的智能精度越來越高。1.2課題的目的通過本次設(shè)計，我們將對大學(xué)四年所學(xué)的課程進行總結(jié)，對每門課程有更深入的理解，更熟練地掌握設(shè)計方案的提出，通過連接各設(shè)備的硬件和軟件的編程來規(guī)劃設(shè)計過程，能夠更熟練地操作Proteus仿真軟件，真正培養(yǎng)科學(xué)的思維方式和靈活解決問題的能力，為以后的實際工作打下良好的基礎(chǔ)。在本設(shè)計的最后，我們將得到一個可以同時檢測和顯示八個通道溫度的多點智能測溫系統(tǒng)。當(dāng)一個通道或幾個通道的溫度值超過設(shè)定的上限或下限時，報警電路中的蜂鳴器會鳴響，提示會閃爍，以便操作人員發(fā)現(xiàn)問題，控制溫度回到額定溫度

9、范圍。該系統(tǒng)穩(wěn)定、操作簡單、應(yīng)用靈活，可以很好地應(yīng)用于當(dāng)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療和日常生活中。1.3選題的意義雖然溫度控制系統(tǒng)在我國各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，但生產(chǎn)的溫度控制器整體發(fā)展水平還不高，與日本、美國、德國等先進國家相比還有較大差距。目前我國在這方面的整體技術(shù)水平處于80年代中后期，成熟的產(chǎn)品主要是“點對點”控制和常規(guī)PID控制器。它只能適應(yīng)一般的溫度系統(tǒng)控制，但很難控制滯后、復(fù)雜和時變的溫度系統(tǒng)控制。而適用于更高控制場合的智能自適應(yīng)控制儀表在國內(nèi)還不是很成熟，已經(jīng)商品化。在儀表控制參數(shù)自整定方面，國外有很多成熟的產(chǎn)品。但由于國外技術(shù)和國內(nèi)開發(fā)工作的滯后，還沒有開發(fā)出性能可靠的自調(diào)優(yōu)軟件?？?/p>

10、制參數(shù)大多由人工經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試確定。國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展很快，在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定方面取得了成就。日本、美國、德國、瑞典等先進技術(shù)生產(chǎn)了一批性能優(yōu)良的商品化溫度控制器和儀表，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。它們主要有以下特點:一是適用于大慣性、大時滯的復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制；二是能適應(yīng)被控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制；三是能適應(yīng)過程復(fù)雜、被控系統(tǒng)參數(shù)時變的溫控系統(tǒng)的控制；第四，溫度控制系統(tǒng)一般采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論和計算機技術(shù)。，并將高級算法應(yīng)用于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域；第五，溫控器一般具有參數(shù)自整定功能。借助于計算機軟件技術(shù)，溫度控制器具有自動設(shè)定被控對象的控制參

11、數(shù)和特性的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能，可以根據(jù)歷史經(jīng)驗和被控對象的變化自動調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，保證控制效果的最優(yōu)化；第六，具有控制精度高、抗干擾性強、魯棒性好的特點。目前，國外溫度控制系統(tǒng)和儀器正朝著高精度、智能化和小型化方向快速發(fā)展。本課題設(shè)計的系統(tǒng)符合當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的趨勢，能夠滿足現(xiàn)代生產(chǎn)生活的需要，測溫效率高，穩(wěn)定性和靈活性強。方便地實現(xiàn)了多路溫度采集和顯示。系統(tǒng)采用液晶顯示，節(jié)省空間，顯示效果好。報警電路同時含有蜂鳴器和提示燈，可以更好的引起操作者的警惕。在實際生產(chǎn)中，可以減少因溫度超過額定范圍而造成的事故。在國外具有很好的實用性和應(yīng)用前景。八通道溫度采集顯示系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1確定設(shè)計

12、流程圖在熟悉課題和明確任務(wù)的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)資料，理清設(shè)計思路，綜合考慮總的設(shè)計時間和各部分設(shè)計所需時間，最終決定將本次設(shè)計分為五個步驟。(1)熟悉課題，明確任務(wù)，查閱相關(guān)資料，確定總體設(shè)計方案；(2)根據(jù)各部分的功能劃分功能模塊，確定各模塊的硬件組成，合理選擇具有相應(yīng)功能的器件；(3)設(shè)計硬件，將每個設(shè)備做成相應(yīng)的功能模塊，并將每個功能模塊電連接起來，形成一個總的功能系統(tǒng)；(4)設(shè)計軟件，編寫程序，實現(xiàn)各個模塊的功能，使整個系統(tǒng)運行良好；(5)進行模擬調(diào)試，檢查各模塊功能是否能完全實現(xiàn)，綜合考慮系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性、誤差大小和測溫效率來調(diào)整各器件的參數(shù)。使系統(tǒng)處于最佳性能狀態(tài)。經(jīng)過分析總結(jié)，

13、確定了總體設(shè)計流程，如圖2.1所示。圖2.1設(shè)計流程圖2.2八路溫度采集顯示系統(tǒng)方案演示2.2.1單片機的選擇如果采用8031芯片，其部分沒有程序存儲器，需要外部擴展，增加了電路的復(fù)雜度和占用空間。但如果以AT89C51單片機為控制核心，優(yōu)勢就凸顯出來了?；诤喕那度胧娇刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)，51系列微處理器廣泛應(yīng)用于從軍用到自動控制到PC上的鍵盤的各種應(yīng)用系統(tǒng)，在8位微控制器市場上的銷量僅次于摩托羅拉68HC11。很多廠家都能提供51系列單片機。這些廠商如Intel Philips Siemens在51系列單片機上增加了大量的性能和外部功能，如I2C總線接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換、看門狗、PWM輸出等。許多芯片

14、的工作頻率為40M，工作電壓為1.5V。這些基于一個核心的功能使得51系列單片機非常適合作為制造商產(chǎn)品的基本框架。它可以運行各種程序，開發(fā)者只需要學(xué)習(xí)這個平臺1。對比兩種方案，并考慮到單片機的所有資源，本設(shè)計選擇了第二種方案，采用AT89C51單片機作為核心處理器。溫度傳感器的選擇傳感器是信號輸入通道的第一個環(huán)節(jié)，也是決定整個測試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。隨著傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，各種傳感器應(yīng)運而生，因此選擇合適的傳感器顯得尤為重要。許多傳感器對計算機測控系統(tǒng)有很大的影響。如今廣泛使用的傳感器大致可以分為以下幾類2:(1)大信號輸出傳感器。為了滿足A/D輸入的要求，傳感器廠家設(shè)計制造了一些專門與A

15、/D匹配的大輸出傳感器，通常將放大電路與傳感器集成在一起，使傳感器可以直接輸出所需的0 5 V、0 10 V或0 2.5 V的信號電壓，將傳感器與相應(yīng)的變送器電路集成在一起，形成一個可以輸出4 20 mA DC標(biāo)準(zhǔn)信號的變送器。對于大電流輸出，可以通過簡單的I/V轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成信號電壓輸出。對于大信號電壓，可以用A/D或V/F轉(zhuǎn)換，但后者響應(yīng)速度較慢。(2)集成傳感器。傳感器集成是傳感器和信號調(diào)理電路的集成。例如應(yīng)變儀、應(yīng)變電橋、線性化、電橋放大等。被集成以形成集成的壓力傳感器。集成傳感器可以減少輸入通道的信號調(diào)理任務(wù)，簡化通道結(jié)構(gòu)。(3)光纖傳感器。這種傳感器的信號拾取、轉(zhuǎn)換和傳輸均由光纖實現(xiàn)，

16、避免了電路系統(tǒng)的電磁干擾。在信號輸入通道中使用光纖傳感器可以從根本上解決現(xiàn)場傳感器引入的干擾。(4)數(shù)字傳感器。數(shù)字傳感器一般由頻率敏感效應(yīng)器件組成，或由RLC敏感參數(shù)組成的振蕩器，或模擬電壓輸入經(jīng)V/F轉(zhuǎn)換等。所以數(shù)字傳感器一般都是輸出頻率參數(shù)，具有測量精度高、抗干擾能力強、便于遠距離傳輸?shù)葍?yōu)點。另外，使用數(shù)字傳感器時，如果傳感器輸出符合TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，可以直接連接到計算機的I/O口或中斷入口。如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象和測量環(huán)境合理選擇傳感器，是測量某一量時首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定后，就可以確定匹配的測量方法和設(shè)備。測量結(jié)果的成敗很大程度上取決于傳感器選擇是否合理。因此，在設(shè)計

17、過程中選擇溫度傳感器時應(yīng)注意幾點:(1)根據(jù)測量對象和測量環(huán)境確定傳感器的類型。要進行具體的測量，首先要考慮采用什么樣的傳感器，這需要在分析各種因素后確定。因為，即使在測量同一個物理量時，也有多種不同原理的傳感器可供選擇，究竟哪一種更合適，我們需要根據(jù)被測特性和傳感器的使用條件來考慮以下具體問題:測量范圍的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方法是接觸式還是非接觸式；信號導(dǎo)出法，有線或非接觸測量；傳感器來源，國產(chǎn)或進口，價格實惠，或自行開發(fā)。(2)靈敏度的選擇一般在傳感器的線性范圍內(nèi)，傳感器的靈敏度越高越好。因為只有在靈敏度高的情況下，對應(yīng)于被測變化的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但

18、需要注意的是，傳感器的靈敏度高，與測量無關(guān)的外界噪聲容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)該具有高信噪比，以最小化從外部引入的串?dāng)_信號。(3)頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了要測量的頻率范圍，因此需要將不失真的測量條件保持在允許的頻率范圍內(nèi)。其實傳感器的響應(yīng)總是有一定的延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測信號頻率寬。但由于結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，低頻的傳感器可測信號頻率較低。(4)線性周長傳感器的線性周長是指輸出與輸入成正比的周長。理論上，這里的靈敏度保持不變。傳感器的線性范圍越寬，測量范圍就越大，并能保證一定的測量精度。在選擇傳感

19、器時，當(dāng)傳感器的類型確定后，首先要看的是它的量程是否符合要求。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，它的線性是相對的。當(dāng)要求的測量精度較低時，在一定范圍內(nèi)，非線性誤差較小的傳感器可以近似視為線性，這將給測量帶來很大的方便。(5)穩(wěn)定性傳感器在使用一段時間后保持其性能不變的能力稱為穩(wěn)定性。除了傳感器本身的結(jié)構(gòu)之外，影響傳感器長期穩(wěn)定性的主要因素是傳感器的使用環(huán)境。因此，為了使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須具有很強的環(huán)境適應(yīng)性。在選擇傳感器之前，應(yīng)調(diào)查使用環(huán)境，根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或者采取適當(dāng)?shù)拇胧p少對環(huán)境的影響。(6)準(zhǔn)確性它是精密傳感器的重要性能指標(biāo)，是關(guān)系到整個測量

20、系統(tǒng)測量精度的重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，價格就越貴。因此，傳感器的精度只需滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求即可，不必選得太高。這樣，可以從滿足相同測量目的的許多傳感器中選擇更便宜和更簡單的傳感器。如果測量的目的是定性分析，可以選擇重復(fù)精度高的傳感器，但不應(yīng)選擇絕對值精度高的傳感器。如果需要獲得準(zhǔn)確的測量值進行定量分析，就要選擇精度水平能夠滿足要求的傳感器。對于一些特殊的場合，如果無法選擇合適的傳感器，就需要自己設(shè)計制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足應(yīng)用要求。顯然，數(shù)字溫度傳感器在本設(shè)計中具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢?；谝陨峡紤]，本設(shè)計采用DS18B20單總線數(shù)字溫度傳感器采集溫度信號。2.2.3選擇監(jiān)視器

21、顯示系統(tǒng)是單片機控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于顯示各種參數(shù)的數(shù)值，以便現(xiàn)場工作人員隨時掌握生產(chǎn)過程。陰極射線管、發(fā)光二極管、液晶顯示器等。通常用于工業(yè)控制系統(tǒng)。CRT不僅可以顯示字符，還可以顯示圖片。它可以與計算機配合使用，方便地管理和監(jiān)控生產(chǎn)過程。但CRT體積大，價格高，只適用于大型微機控制系統(tǒng)。在中小型控制過程中，為了使工作人員能夠直接看到現(xiàn)場的生產(chǎn)情況和報警信號，往往選用LED和LCD作為顯示器件。而LED液晶顯示器具有體積小、功耗低、響應(yīng)快、匹配容易、可靠性高、壽命長等優(yōu)點。LCD是一種功耗極低的顯示元件，廣泛應(yīng)用于儀器儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中，而LED雖然成本低，但也用于單片機控制系

22、統(tǒng)中。但是實際的位數(shù)和精度受到led數(shù)量的限制，所以這個設(shè)計要同時顯示8個通道的溫度。如果用太多的led來顯示所需的件數(shù)，不僅總成本不會降低，體積還會增大，不方便觀察。因此，本系統(tǒng)采用LCD液晶顯示器3。2.3確定總體設(shè)計方案。通過對設(shè)計任務(wù)和相關(guān)芯片的深入了解，最終決定采用AT89C51單片機作為控制器，單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集溫度，164字液晶顯示器組成8路溫度采集顯示系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠檢測-55 +125左右的溫度，分辨率為12位。用液晶顯示器循環(huán)顯示八個通道的溫度?？紤]到溫度測量精度，將顯示值設(shè)置為0.1，并設(shè)置溫度上限和下限。當(dāng)一個通道或幾個通道的溫度值超過溫度上下限時，

23、報警電路中的蜂鳴器會鳴響，提示燈會亮起。根據(jù)各模塊要實現(xiàn)的功能和各模塊的結(jié)構(gòu)特點，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2.2所示。圖2.2八路溫度采集顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖八通道溫度采集顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 at89c 51單片機的特點及引腳說明3 . 1 . 1 at89c 51單片機的特點AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機。它包含4k字節(jié)的可重寫只讀程序存儲器(EPROM)和128字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(ram)。該器件采用ATMEL的高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)兼容。該芯片配有一個通用的8位中央處理器(CPU)和一個閃存單元。功能強大的AT8

24、9C51單片機可以提供很多高性價比的應(yīng)用，可以靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。芯片的外部結(jié)構(gòu)和引腳如圖3.1 4所示。圖3.1 AT89C51外形結(jié)構(gòu)和引腳AT89C51單片機的主要性能參數(shù)有:(1)完全兼容MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)；(2)4K字節(jié)可重寫閃存；(3)1000次擦除循環(huán)；(4)全靜態(tài)運行:0hz-24hz；(5)三級加密程序存儲器；(6)1288字節(jié)內(nèi)存；(7)32個可編程I/O端口；(8)兩個16位定時器/計數(shù)器；(9)6個中斷源；(10)可編程串行UART通道；(11)低功耗空閑和省電模式8。AT89C51提供4K字節(jié)閃存、128字節(jié)RAM、32個I/O端口、兩個16位定時器/計數(shù)器

25、、一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、一個全雙工串行通信端口、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯運行，支持兩種軟件可選的省電工作模式。空閑模式停止CPU的工作，但允許RAM、定時器/計數(shù)器、串行通信端口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電模式保存RAM的內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止所有其它元件工作，直到下一次硬件復(fù)位。3 . 1 . 2 at89c 51單片機引腳功能描述(1)Vcc:電源電壓；(2)GND:地面；(3)P0端口:P0端口是一組8位開漏雙向I/O端口，也是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用端口。當(dāng)用作輸出端口時，每個位可以吸收電流來驅(qū)動8個TTL邏輯門，向端口寫入“1”可以用作高阻輸入。

26、當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組端口線以分時方式交換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線被多路復(fù)用，在訪問期間，有源部分上拉電阻。在Flash編程中，端口P0接收指令字節(jié)，而在程序驗證中，它輸出指令字節(jié)。驗證時，需要連接外部上拉電阻。(4)P1端口:P1端口是一個8位雙向I/O端口，帶有部分上拉電阻，P1的輸出緩沖級可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個TTL邏輯門。將“1”寫入端口，并通過器件的上拉電阻將端口拉低至高電平。此時，它可以用作輸入端口。使用輸入端口時，因為器件中有一個上拉電阻，所以當(dāng)引腳被外部信號拉低時，會輸出一個電流(IIL)。在閃存編程和程序驗證期間，P1接收低8位地址。(5)P2端口:

27、P2是一個帶有上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖級可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個TTL邏輯門。將“1”寫入端口，端口將通過器件的上拉電阻被下拉至高電平。此時，它可以用作輸入端口。當(dāng)它作為輸入端口時，由于器件中的上拉電阻，當(dāng)一個管腳被外部信號下拉時(當(dāng)訪問外部程序存儲器或具有16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時(例如，執(zhí)行MOVXDPTR指令)，P2端口發(fā)送高8位地址數(shù)據(jù))，就會有電流輸入。當(dāng)訪問地址為8的外部數(shù)據(jù)存儲器時(如執(zhí)行MOVXR1指令)，P2端口線的容量(即特殊功能寄存器SFR區(qū)R2寄存器的容量)在整個訪問周期內(nèi)不變。在閃存編程或驗證期間，P2也接受高位地址和其他控制信號。(6)P

28、3端口:P3端口是一個帶上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3端口的輸出緩沖級可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個TTL邏輯門。當(dāng)“1”被寫入端口時，它們被上拉電阻上拉，可以用作輸入端。作為輸入端，被外界拉低的P3端口會使用上拉電阻輸出電流(IIL)。P3不僅用作通用I/O端口線，還是它的第二個功能，如表3.1所示。表3.1港的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入端口)P3.1TXD(串行輸出端口)P3.2 QUOTE(外部中斷0)P3.3 QUOTE(外部中斷1)P3.4T0(計時/計數(shù)器0)P3.5T1(定時器/計數(shù)器1)P3.6 QUOTE(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通脈沖)P3.7 QUOT

29、E(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通脈沖)P3端口還接收一些用于閃存編程和程序驗證的控制信號。(7)RST:重置輸入。當(dāng)振蕩器工作時，超過兩個機器周期的高電平RST引腳將復(fù)位微控制器。(8)ALE/ QUOTE:當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE(數(shù)據(jù)鎖存允許)輸出脈沖可用于鎖存地址的低位八位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍然以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可以向外部輸出時鐘或用于計時目的。請注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，都會跳過一個ALE脈沖。在對閃存編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖( QUOTE)。如有必要，可通過設(shè)置SFR區(qū)8EH單元的D0位來禁止ALE操作。當(dāng)該位

30、置位時，只有一個MOVX和MOVC指令A(yù)LE將被激活。此外，此引腳會被弱拉高，因此MCU執(zhí)行外部程序時ALE應(yīng)設(shè)為無效8。(9) QUOTE:程序存儲允許( QUOTE)輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。當(dāng)AT89C51從外部程序存儲器中取指令(或數(shù)據(jù))時，每個機器周期取兩次。 QUOTE有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩個有效 QUOTE信號沒有出現(xiàn)。(10)東亞/VPP:允許外部訪問。要使CPU僅訪問外部數(shù)據(jù)存儲器(地址0000HFFFFH)，EA端子必須保持低電平(接地)。注意，如果加密位LB1被編程，EA狀態(tài)將在復(fù)位時間被鎖存。如果EA端處于高電平(連接到Vc

31、c端)，CPU將執(zhí)行本部門程序存儲器中的指令。閃存編程時，此引腳加+12V編程許可電源Vpp，當(dāng)然必須是器件使用12V編程電壓Vpp。(10)XTAL1:振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入。(11)XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出。3.2溫度采集模塊的硬件設(shè)計3 . 2 . 1 ds18b 20傳感器的結(jié)構(gòu)DS18B20溫度傳感器是美國達拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的總線型智能數(shù)字溫度傳感器。DS18B20可根據(jù)實際要求，通過簡單編程實現(xiàn)9 12位分辨率的數(shù)字值讀取。其工作電源可以在遠端引入，也可以通過寄生電源方式產(chǎn)生。多個DS18B20可以并聯(lián)成三條或兩條線路，CPU只用一條端口線就可以和多個DS1

32、8B20通信，占用微處理器的端口少，可以節(jié)省大量的引線和邏輯電路?，F(xiàn)場溫度采用單線數(shù)字方式直接傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性能，適用于惡劣環(huán)境下的現(xiàn)場溫度測量。DS18B20的引腳排列和定義如圖3.2 3所示。圖3.2至-92 ds18b 20的封裝DS18B20的三個引腳布局合理，結(jié)構(gòu)簡單，功能明確。DQ:數(shù)據(jù)輸入和輸出；VCC:可選電源電壓引腳；GND:禁足。DS18B20主要由四個數(shù)據(jù)部分組成:64位ROM、高溫傳感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL、緩存。64位ROM用于存儲序列號。前8位數(shù)字是產(chǎn)品型號。接下來，每個設(shè)備的唯一序列號(6字節(jié)48位)在出廠前已被寫入ROM。后8位是前5

33、6位的CRC校驗碼。非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL可由用戶通過軟件寫入報警上限和下限。緩存由9個字節(jié)組成。DS18B20的功能框圖如圖3.3 1所示。圖3.3 ds18b 20的結(jié)構(gòu)框圖主機進入操作程序前，必須逐個讀取DS18B20，用read ROM命令讀取DS18B20的序列號并登錄主機。當(dāng)需要操作多個在線DS18B20中的一個時，首先要發(fā)出匹配的ROM命令，然后主機提供64位序列(包括DS18B20的48位序列號)。DS18B20的存儲器結(jié)構(gòu)如表3.2所示。存儲器由一個臨時RAM和一個非易失性電可擦EERAM組成，用于存儲高和低報警觸發(fā)值TH和TL。在單條總線上通信時，臨時存儲器有助于

34、確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)先寫入寄存器，這里的數(shù)據(jù)可以回讀。在數(shù)據(jù)被驗證之后，使用復(fù)制寄存器命令將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒且资訣ERAM。此過程確保了內(nèi)存數(shù)據(jù)在更改時的完整性。表3.2存儲器結(jié)構(gòu)溫度的低字節(jié)LSB(50h)保留(FFH)值的高位字節(jié)的MSB(05H)保留第1個用戶字節(jié)保留(10H)第2個用戶字節(jié)循環(huán)冗余檢驗配置寄存器該寄存器的結(jié)構(gòu)是一個8字節(jié)存儲器。前兩個字節(jié)包含測得的溫度信號。第3和第4個字節(jié)中有兩個字節(jié)未使用，但當(dāng)數(shù)據(jù)讀回時，它們都是邏輯1。還有第9個字節(jié)，可以通過讀寄存器命令讀取。該字節(jié)是上述8個字節(jié)的CRC碼。該寄存器的第五個字節(jié)是一個配置寄存器，用于確定將溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的分辨率

35、。配置寄存器字節(jié)中每個位的定義如表3.3所示。表3.3配置寄存器位的定義銩R1R0一個一個一個一個一個TM是測試模式位。R0和R1決定了溫度轉(zhuǎn)換的分辨率，它們的定義見表3.4。表3.4 ds18b 20的分辨率R1R0解決最大溫度轉(zhuǎn)換時間009位93.75毫秒0一個10位187.5毫秒一個01位375毫秒一個一個12位750毫秒DS18B20的特性(1)1-電線系統(tǒng)單線系統(tǒng)也稱為單總線系統(tǒng)。單總線系統(tǒng)包括一個總線控制器和一個或多個從機，DS18B20是一個從機。這種總線分硬件配置、執(zhí)行順序和單線信號(信號類型和時序)三部分討論。(2)硬件配置單條總線只有一條規(guī)定的信號線。重要的是總線上掛的每一

36、個設(shè)備都能在合適的時間驅(qū)動它。因此，每條總線上的器件必須具有開漏或三態(tài)輸出。DS18B20的單總線端口(I/O引腳)為開漏。多點總線由單條總線或與之相連的多個從設(shè)備組成。單條總線需要約5k的上拉電阻10。單總線的空閑狀態(tài)為高。當(dāng)一個執(zhí)行過程由于某種原因需要暫停時，如果總線想要恢復(fù)執(zhí)行，它必須保持空閑。在恢復(fù)過程中，如果單條總線不活動(高電平)，位之間的恢復(fù)時間可以無限長。如果單條總線保持低電平超過480s，總線上的所有器件都會復(fù)位10。(3)執(zhí)行順序通過單線總線端口訪問DS18B20的協(xié)議如下:初始化；ROM操作說明；記憶操作指令；執(zhí)行/數(shù)據(jù)。(4)初始化通過單總線的所有執(zhí)行(處理)從初始化序

37、列開始。初始化序列包括由總線控制器發(fā)送的復(fù)位脈沖和由從機發(fā)送的存在脈沖。有一個脈沖讓總線控制器知道DS18B20在總線上并且就緒12。(5)輸入輸出信號DS18B20需要嚴(yán)格的協(xié)議來確保數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議包括幾種單線信號類型:復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫0、寫1、讀0和讀1。除了脈沖以外，所有這些信號都是由總線控制器發(fā)送的。DS18B20與DS18B20之間的任何通信都需要從初始化序列開始，該序列由復(fù)位脈沖和存在脈沖表示。跟隨有存在脈沖的復(fù)位脈沖表示DS18B20準(zhǔn)備好發(fā)送和接收數(shù)據(jù)(適當(dāng)?shù)腞OM命令和存儲器操作命令)?？偩€控制器發(fā)出(TX)一個復(fù)位脈沖(保持至少480s的低電平信號)，然后釋放總

38、線并進入接收狀態(tài)(RX)。單總線被5k上拉電阻拉低至高電平。DS18B20檢測到I/O引腳上的上升沿后，等待15 60 s，然后發(fā)出存在脈沖(60 240 s的低電平信號)。(6)讀/寫差距DS18B20的數(shù)據(jù)讀寫通過處理時隙中的位和命令字來確認(rèn)信息交換。寫入間隙當(dāng)主機將數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時，寫入間隙開始。有兩種寫間隙；寫1個時間間隙，寫0個時間間隙。所有寫入間隔必須持續(xù)至少60s，包括兩個寫入周期中至少1s的恢復(fù)時間。I/O線電平變低后，DS18B20在15s至60s的窗口內(nèi)對I/O線進行采樣，如果該線為高電平，則表示寫1；如果線是低的，它意味著寫0。為了產(chǎn)生寫間隙，主機必須將

39、數(shù)據(jù)線拉到低電平，然后釋放它。寫間隔開始后15s，數(shù)據(jù)線可以拉低至高電平。要產(chǎn)生寫0時隙，主機必須將數(shù)據(jù)線拉至低電平并保持60s，R/ QUOTE閱讀時間差距從DS18B20讀取數(shù)據(jù)時，主機會產(chǎn)生一個讀取時間間隙。當(dāng)主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉到低電平時，寫間隙開始。數(shù)據(jù)線必須保持至少1s；在讀取間隙下降沿出現(xiàn)15s后，DS18B20的數(shù)據(jù)輸出有效。因此，在讀取間隔開始后，主機必須停止將I/O引腳驅(qū)動至低電平15s，以讀取I/O引腳狀態(tài)。在讀取間隙結(jié)束時，I/O引腳將被外部上拉電阻拉低至高電平。所有讀取間隔必須至少為60s，包括兩個讀取周期中至少1s的恢復(fù)時間。3.2.3 DS18B20與單片機連接

40、。由于DS18B20是基于總線的數(shù)字溫度傳感器，配有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，只需要根據(jù)前面介紹的其三個端口各自的功能掛在單條總線上，即VCC端口接電源，DQ端口接單片機P3.2端口作為數(shù)據(jù)傳輸端口，接一個5k的上拉電阻，GND端口接地。其硬件連接如圖3.4所示。圖DS18B20與單片機的硬件連接圖當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，對DS18B20進行初始化，然后采集溫度。溫度采集完成后，采集到的模擬量通過安裝的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后通過DQ口送到單片機進行處理。經(jīng)過處理后，它被發(fā)送到顯示器。3.3顯示模塊的硬件設(shè)計3 . 3 . 1 lm 041 l液晶顯示器的結(jié)構(gòu)和特點標(biāo)準(zhǔn)LCD字符顯示模塊的接口引

41、腳名稱和引腳功能如下11:(1)GND:電源接地。(2)Vcc:電源的正輸入(+5V)。(3)Vo: LCD對比度調(diào)整。接正電源時對比度最弱，接接地電源時對比度最高。使用時，可通過10k電位計調(diào)節(jié)對比度。(4)RS:寄存器選擇輸入。RS=0時，選擇指令寄存器。你可以寫指令，讀忙標(biāo)志或地址計數(shù)器；RS=1時，選擇數(shù)據(jù)寄存器。可以讀寫數(shù)據(jù)。R/ QUOTE:讀和寫信號線。高位讀，低位寫。當(dāng)RS和R/ QUOTE當(dāng)它處于高電平時，可以讀取忙信號；當(dāng)RS處于高電平時，R/ QUOTE當(dāng)為低電平時，可以寫入數(shù)據(jù)。(6)E:命令使能端子。當(dāng)E端從高電平跳到低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。(7) DB0 DB7

42、(或D0 D7): 8位雙向數(shù)據(jù)線。(8) BL1 BL4:背光燈工作電壓的輸入。LM041L字符顯示模塊是一個4行 16字符的LCD顯示器。該裝置由64字符點陣塊組成，能顯示ASCII碼表中所有可顯示的字符。圖3.5顯示了LCD顯示器的形狀、引腳排列和名稱。圖3.5 LCD字符顯示的形狀、引腳排列和名稱3.3.1 LM041L液晶顯示器與單片機連接。從上一節(jié)對LM041L LCD的了解可以知道，LM041L的DB0 DB7口是作為雙向數(shù)據(jù)線使用的，MCU的P0口也可以作為數(shù)據(jù)輸入輸出口，所以LM041L的DB0 DB7口連接到P1.0P1.7，RS，R/ QUOTEe口分別與單片機的P3.5

43、、P3.6、P3.7連接，用于控制數(shù)據(jù)讀寫和液晶顯示器的工作狀態(tài)。而Vcc和Vo連接到電源，GND根據(jù)需要接地。LM041L與MCU之間的硬件連接如圖3.6所示。圖3.6液晶顯示器與單片機的硬件連接圖3.4報警模塊的硬件設(shè)計報警是微機控制系統(tǒng)的一項重要功能，主要用于保證生產(chǎn)過程和操作人員的正常操作。生命的安全。在生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)隨時檢測被控對象的一些重要參數(shù)。當(dāng)超出允許范圍時，控制系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警信號，引起操作人員的注意，以便采取相應(yīng)措施。智能報警系統(tǒng)不僅能發(fā)出聲光報警信號，還能實現(xiàn)簡單故障的自動處理17。該系統(tǒng)在報警電路中安裝了紅色LED和蜂鳴器，溫度上限為+90，溫度下限為-10。系

44、統(tǒng)正常工作時，八個通道的溫度都在限定溫度附近，連接LED和蜂鳴器的兩個端口同時輸出低電平。由于LED和蜂鳴器的另一端接地，LED處于關(guān)閉狀態(tài)，蜂鳴器不響；當(dāng)八個通道中的一個或多個溫度超過上限或下限時，連接LED和蜂鳴器的兩個端口同時從低電平跳到高電平，再從高電平跳到低電平，如此循環(huán)動作發(fā)出高電平循環(huán)跳變的脈沖波，使紅色LED閃爍，蜂鳴器鳴響。當(dāng)八個控制通道的溫度回到限定范圍時，LED將熄滅，蜂鳴器將停止鳴響。硬件連接如圖3.7所示。圖3.7報警電路與單片機硬件連接圖3.5串口主機通信模塊的設(shè)計串行通信意味著發(fā)送方和接收方之間的數(shù)據(jù)信息傳輸是在一條數(shù)據(jù)線上進行的，每次移動一位。它的優(yōu)點是只需要一

45、對傳輸線來傳輸信息，所以成本低，適合遠距離通信。它的缺點是傳輸速度低19。串行通信有兩種基本的通信方式:異步通信和同步通信。同步通信適用于高傳輸速度，而異步通信由于硬件復(fù)雜，是一種常用的傳輸方式。在異步通信中，數(shù)據(jù)是逐幀傳輸?shù)模總€串行幀的數(shù)據(jù)格式由四部分組成:一個起始位、5-8個數(shù)據(jù)位、一個奇偶位(可以省略)和一個停止位。在串行通信之前，發(fā)送方和接收方應(yīng)該就特定的數(shù)據(jù)格式達成一致。PC機采用可編程串行異步通信控制器8250實現(xiàn)異步串行通信。串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷胶退俣瓤梢酝ㄟ^初始化8250來控制。RS-232C串行接口COM1和COM2是PC中的兩種標(biāo)準(zhǔn)。51系列單片機芯片含有全雙工串行接口，通

46、過編程可以實現(xiàn)串行通信21。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)正式發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)總線，是異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的總線。該標(biāo)準(zhǔn)適用于DCE和DTE之間的串行二進制通信，最高數(shù)據(jù)傳輸速率為19。2kbps和最長15米的傳輸電纜。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)定義了25條引線。對于一般的雙向通信，只需要串行輸入RXD、串行輸出TXD和接地GND。在電氣性能方面，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+5V到+15V之間的任何電平為邏輯“0”電平，在-5V到-15V之間的任何電平為邏輯“1”電平。它要求RS-232C接收器必須能夠識別低至+3V為邏輯“0”和-3V為邏輯“0”的信號，RS

47、-232C是位串行方式，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷饺鐖D3.8所示，這是微機系統(tǒng)中最常見的格式。7位ASC= 2 * ROMAN二數(shù)據(jù)的連續(xù)傳輸從最低有效位開始，以奇偶校驗位結(jié)束(RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口不限于ASC= 2 * ROMAN二數(shù)據(jù)，也可以用5到8個數(shù)據(jù)加一個奇偶校驗位)。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口上的信號線基本可以分為四類:數(shù)據(jù)信號(4)，控制信號(12)，定時信號(3)，地(2) 21。(1)數(shù)據(jù)信號?！坝糜诎l(fā)送數(shù)據(jù)的TXD”和“用于接收數(shù)據(jù)的RXD”信號線是一對用于傳輸串行位數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)傳輸線。對于異步通信，傳輸?shù)拇形粩?shù)據(jù)信息的單位是字符。傳輸數(shù)據(jù)信號由數(shù)據(jù)終端DTE產(chǎn)生，并發(fā)送到數(shù)據(jù)通信設(shè)

48、備DCE。在發(fā)送數(shù)據(jù)信息的間隔期間或當(dāng)沒有數(shù)據(jù)信息被發(fā)送時，數(shù)據(jù)終端DTE保持信號“1”。接收到的數(shù)據(jù)信號由數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE發(fā)送，并發(fā)送到數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE。同樣，在接收數(shù)據(jù)信息的間隔期間或沒有信息傳輸時，信號應(yīng)為“1”。圖3.8串行數(shù)據(jù)傳輸格式(2)控制信號:DTE向數(shù)據(jù)通信設(shè)備發(fā)出發(fā)送RTS信號的請求，要求數(shù)據(jù)通信設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。在雙工系統(tǒng)中，該信號的設(shè)置條件使數(shù)據(jù)通信設(shè)備保持在傳輸模式。在半雙工系統(tǒng)中，信號的設(shè)置條件保持?jǐn)?shù)據(jù)通信設(shè)備處于發(fā)送狀態(tài)并禁止接收；在信號復(fù)位后，允許數(shù)據(jù)通信設(shè)備切換到接收模式。在數(shù)據(jù)通信設(shè)備復(fù)位和清除傳輸信號之前，不能重復(fù)請求信號。(3)定時信號，其中數(shù)據(jù)終端設(shè)備

49、通過使用傳輸信號定時信號來指示傳輸數(shù)據(jù)線上每個二進制數(shù)據(jù)的中心位置；且數(shù)據(jù)通信設(shè)備使用接收信號定時信號來指示每個二進制系統(tǒng)在接收的數(shù)據(jù)線上的中心位置。(4)接地信號，被保護地為屏蔽地；地是所有RS-232C信號的公共參考點。接口電路和計算機接口芯片都是TTL或CMOS電平，所以通信時必須轉(zhuǎn)換電平，以匹配RS-232標(biāo)準(zhǔn)的電平。MAX232芯片可以完成電平轉(zhuǎn)換。3.5.2通過MAX232芯片與計算機的串口連接。計算機的串口是RS232電平，單片機的串口是TTL電平。兩者之間一定有電平轉(zhuǎn)換電路。我們使用專用芯片MAX232進行轉(zhuǎn)換。雖然幾個三極管也可以用于模擬轉(zhuǎn)換，但使用一個特殊的芯片更簡單、更可

50、靠35。MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源、雙RS232發(fā)送器/接收器。適用于各種EIA-232E和V.28/ V.24通信接口。MAX232芯片有一個電源電壓轉(zhuǎn)換器，可以將輸入的+5V電源轉(zhuǎn)換成RS-232C輸出電平所需的10V電壓，所以使用該芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需要一個+5V電源。MAX232在外圍需要四個電解電容C1、C2、C3、C4，都是功率轉(zhuǎn)換所需要的，它們的值都是1 f/25 V，應(yīng)該選擇鉭電容，盡量靠近芯片，C5是0.1F電容。T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT接TTL/ CMOS電平管腳，T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN接RS-232C電

51、平管腳，所以TTL/CMOS電平的T1IN、T2IN管腳要接串行傳輸管腳TXD；AT89C51的；R1OUT和R2OUT應(yīng)連接到串行接收引腳RXD；MCS-51的；對應(yīng)RS -232C電平的T1OUT和T2OUT應(yīng)連接到PC的接收端RD；R1IN和R2IN應(yīng)連接到PC的發(fā)送終端TD35。為了提高系統(tǒng)的可操作性、靈活性和控制的實時性，需要與上位機進行通信，即通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機進行顯示，同時PC機還可以將數(shù)據(jù)和指令發(fā)送給單片機，以便單片機對溫度進行處理。單片機與上位機通訊時，根據(jù)上面的介紹，決定使用MAX232進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，其硬件連接如圖3.9所示。圖3.9單片機通過MAX232與PC串口

52、連接圖3.6片外程序存儲器的擴展通常使用AT89C51的最小應(yīng)用系統(tǒng)可以充分發(fā)揮單片機體積小、成本低的優(yōu)勢。但在很多情況下，在構(gòu)建一個工業(yè)測控系統(tǒng)時，考慮到傳感器接口、伺服控制接口、人機對話接口的要求，最小的應(yīng)用系統(tǒng)往往不能滿足要求，所以系統(tǒng)擴展是單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計中最常見的問題24。系統(tǒng)擴展是指當(dāng)單片機的功能部件不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，在芯片外部連接相應(yīng)的外圍芯片來滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求。AT89C51單片機具有很強的外部擴展能力，外圍擴展電路芯片多為一些常規(guī)芯片，擴展電路和方法比較典型。用戶很容易通過標(biāo)準(zhǔn)的擴展電路構(gòu)建大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)37。AT89C51單片機的系統(tǒng)擴展包括程序存儲器(R

53、OM)、數(shù)據(jù)存儲器(ram)、I/O口、中斷系統(tǒng)等特殊功能。該系統(tǒng)采用單總線數(shù)字溫度傳感器采集溫度。為了增加系統(tǒng)的測溫范圍，可以方便地擴展到更多地方采集溫度。該系統(tǒng)需要增加一個8K8位的片外程序存儲器。增加片外程序存儲器后，系統(tǒng)可以擁有更強大的功能，如時間顯示，大大增強了系統(tǒng)的擴展能力。3.6.1片外存儲器(RAM)擴展簡介單片機系統(tǒng)的擴展有兩種方法:并行擴展和串行擴展。并行擴展法是指利用單片機的三組總線(AB、DB、CB)進行系統(tǒng)擴展。串行擴展方法是指使用SPI三線總線和I2C雙總線的串行系統(tǒng)擴展1。由于集成度和結(jié)構(gòu)的發(fā)展，在只能使用并行擴展方法的情況下，可以使用串行擴展方法。串行擴展方法具

54、有明顯的優(yōu)勢。一般來說，串行接口器件體積小，所以占用的空間只有并行接口器件的10%，明顯降低了電路板的空間和成本。串口設(shè)備與單片機接口只需要很少的I/O口(只有3 4個)，不僅減少了控制器的資源開銷，而且大大簡化了連接，從而提高了可靠性。但是一般的串行接口設(shè)備速度比較慢。當(dāng)需要高速應(yīng)用時，并行擴展方法占主導(dǎo)地位。本系統(tǒng)綜合考慮了兩種擴展方式的優(yōu)缺點，分析了系統(tǒng)各模塊所需管腳，最終決定采用并行擴展方式1。(1)單片機的片外總線結(jié)構(gòu)單片機通過芯片的引腳擴展系統(tǒng)。為了滿足系統(tǒng)擴展的要求，AT89C51單片機的管腳可以形成如圖3.10所示的三總線結(jié)構(gòu)，即地址總線(AB)、數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(C

55、B)。的所有外部芯片都通過這三組總線進行擴展37。圖3.10 at89c 51單片機的三總線引腳結(jié)構(gòu)地址總線(AB)總線地址由P0端口的低8位A0 A7和P2端口的高8位A8 A15提供。由于端口P0也用作數(shù)據(jù)總線端口，因此在分時時只能用作地址線，因此端口P0輸出的低8位地址數(shù)據(jù)必須由鎖存器鎖存。鎖存器的鎖存控制信號是引腳ALE輸出的控制信號。從端口P0輸出的地址數(shù)據(jù)在ALE的下降沿被鎖存。P2端口具有輸出鎖存功能，因此不需要額外的鎖存器。P0和P2端口在系統(tǒng)擴展中用作地址線后，不能用作通用I/O端口?？偩€的地址寬度為16位，因此可尋址范圍為216=64KB。數(shù)據(jù)總線(DB)總線由端口P0提供

56、，其寬度為8位。P0是一個三態(tài)雙向端口，是應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的通道。MCU與外界交換的所有數(shù)據(jù)、指令和信息，除了少數(shù)可以通過P1端口直接傳輸外，都是通過P0端口傳輸?shù)?。總線要連接多個相連的外圍芯片，同時只能有一個是有效的數(shù)據(jù)傳輸通道。通過控制每個芯片的芯片線選擇的地址線來選擇哪個芯片的數(shù)據(jù)通道是有效的?？刂瓶偩€(CB)控制總線包括片外系統(tǒng)擴展控制線和片外信號到單片機的控制線。系統(tǒng)的擴展控制線包括ALE， QUOTE、 QUOTE、 QUOTE和 QUOTE。(2)單片機的系統(tǒng)并行擴展能力。由于地址總線的寬度為16位，片外可擴展存儲器的最大容量為64KB，地址為0000 h FFFFH。片外數(shù)據(jù)存

57、儲器和程序存儲器的操作使用不同的指令和控制信號，允許兩者的地址重復(fù)，所以片外可擴展數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器分別為64KB。片外數(shù)據(jù)存儲器和片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的操作指令不同(片外RAM只能使用MOVX指令)，兩者的地址允許重復(fù)，即外部擴展數(shù)據(jù)存儲器地址可以從0000H h開始。為了配置外圍設(shè)備而需要擴展的I/O端口可以用片外數(shù)據(jù)存儲統(tǒng)一編譯，不提供額外的地址線。因此，當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)需要配置大量的外圍設(shè)備來擴展更多的I/O端口時，就占用了大量的RAM地址。3.6.2擴展片外程序存儲器的總線功能和操作順序。 QUOTE它是片外和片內(nèi)程序存儲器選擇信號、輸入引腳，低電平有效。當(dāng).的時候 QUOTE= 0，微控制

58、器將手指從片外取出；當(dāng).的時候 QUOTE= 1，手指取自芯片。正常工作期間，此引腳不能懸空。根據(jù) QUOTE根據(jù)連接級別的不同，單片機中有兩種取指過程:(1)何時 QUOTE= 1，AT89C51單片機的所有程序存儲器都有效。當(dāng)程序計數(shù)器PC運行在芯片程序存儲器的尋址范圍內(nèi)(AT89C51為0000H0FFFFH)時，端口P0與端口P2相連。 QUOTE無線路信號輸出；當(dāng)程序計數(shù)器PC的值超過上述范圍時，輸出信號39。(2)什么時候 QUOTE= 0，AT89C51單片機所有程序存儲器無效，只能訪問片外程序存儲器。微控制器復(fù)位后，端口P0、端口P2和 QUOTE所有線路都有信號輸出。當(dāng)AT8

59、9C51單片機訪問片外程序存儲器時，它使用以下信號:P0端口:輸出程序存儲器的低位8位地址和8位數(shù)據(jù)。ALE:輸出線。在ALE的下降沿，P0上出現(xiàn)程序存儲器穩(wěn)定的低8位地址輸出，因此低8位地址可以被ALE信號鎖存。P2:在整個取指周期中，輸出穩(wěn)定程序存儲器的高8位地址。由于P2港已經(jīng)具有閂鎖功能，因此沒有必要添加閂鎖。 QUOTELine:輸出線，低電平有效。在ALE的下降沿之后， QUOTE從高到低，片外程序存儲器的內(nèi)容(指令字)發(fā)送到端口P0(數(shù)據(jù)總線)，然后在 QUOTE的上升沿將指令字發(fā)送到指令寄存器。因此， QUOTE作為片外程序存儲器的讀選通信號。片外程序存儲器的讀取指的是操作順序

60、，如圖3.11所示。圖3.11區(qū)域指的是操作順序(沒有片外存儲器時)3.6.3擴展片外程序存儲器的硬件電路根據(jù)圖3.11所示的取指操作順序，本系統(tǒng)使用的芯片為8K8位的2764芯片，其容量足以滿足未來功能的擴展。作為低位8位數(shù)據(jù)鎖存的地址鎖存，從時序的角度來看，它應(yīng)該在ALE的下降沿或低電平鎖存來自端口P0的地址。該系統(tǒng)使用8D鎖存器74HC373。AT89C51單片機擴展片外程序存儲器的硬件電路如圖3.12所示1。圖3.12擴展片外程序存儲器的硬件八通道溫度采集顯示系統(tǒng)的軟件設(shè)計本系統(tǒng)用Keil中的C語言編程控制單片機處理數(shù)據(jù)，控制液晶顯示器分四行顯示八路溫度，每行顯示兩路，顯示的溫度值精確