畢業(yè)設(shè)計(jì)---mcs-51單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，同時(shí) LED 數(shù)碼管將被測(cè)溫度值顯示，這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警上下限，從而測(cè)出被測(cè)的溫度值。按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動(dòng)復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動(dòng)復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示 最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用口資源比較少，只用 p3 口的 RXD,和 TXD,串口的發(fā)送和接收，四只數(shù)碼管采用 74LS164 右移寄存器驅(qū)動(dòng)，顯示比較清晰。 圖 主板 電路 中央處理器 MCS51 系列單片機(jī)是 8 位增強(qiáng)型，其主要的技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完善的外部并行總線(xiàn)和具有多級(jí)識(shí)別功能的串行通訊接口（ UART），規(guī)范了功能單元的 SFR 控制模式及適應(yīng)控制器特點(diǎn)的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)。 屬于這類(lèi)單片機(jī)的芯片有許多廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 種，如 805 803 80C51 等等。 由于單片機(jī)具有較高的性能比，國(guó)內(nèi) MCS51 系列單片 機(jī)應(yīng)用最廣，易于開(kāi)發(fā)、使用靈活、而且體積小、易于開(kāi)發(fā)、抗干擾能力強(qiáng)，可以工作于各種惡劣的條件下，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。 本 設(shè)計(jì)本著實(shí)用性 和適用性的要求 ，選擇AT89C51 單片機(jī)作為中央處理器。 AT89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的 具有 低電壓，高性能CMOS 的 8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是 一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 如圖 為 AT89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。 圖 AT89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51 單片機(jī) 與 MCS51 系列單片機(jī) 兼容 , AT89C51 內(nèi)部有 4K字節(jié)可編程 閃爍存儲(chǔ)器 , 128*8 位內(nèi)部 RAM,兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 , 5 個(gè)中斷源 , 32 可編程 I/O 線(xiàn) 及 串行通道 。閃爍 存 儲(chǔ) 器是一種可編程又可擦除只讀存 儲(chǔ) 器（ EEPROM），給用戶(hù)設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)帶來(lái)很大的方便，深受廣大用戶(hù)的歡迎。 AT89C51 有 片內(nèi)振蕩器和時(shí) 鐘電路 ,具有 低功耗的閑置和掉電模式 ,在空閑方式下， CPU 停止工作，但允許內(nèi)部RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式下，能保存 RAM 的內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止所有其他部件工作。還具有 三級(jí)程序存儲(chǔ) 器 鎖定 , 全靜態(tài)工作 頻率 0Hz24Hz, 數(shù)據(jù)保留時(shí)間 可長(zhǎng)達(dá) 10 年 。 管腳說(shuō)明 MCS51 單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 如圖 AT89C51 引腳圖 ,各 引腳功能說(shuō)明如下 : 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 1 M a y 20 0 7 S he e t o f F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計(jì) \完整的畢業(yè)設(shè)計(jì) \ M y D e s i g n . d db D ra w n B y:E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U?8 05 1 圖 AT89C51引腳圖 (1) VCC: 電源 。 (2) GND: 地 。 (3) P0 口： P0 口是一個(gè) 8位漏極開(kāi)路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫(xiě) “1” 時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 (4) P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P1 端口寫(xiě) “1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ） 。 (5) P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫(xiě) “1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由 于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時(shí) ， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào) 。 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 (6) P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，對(duì) P3 端口寫(xiě) “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使 用時(shí)，被外部拉低的引腳 。 內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3口亦作為 AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表 31 所示。 表 31 AT89C51 引腳號(hào)第二功能 RXD（ 串行輸入 ） TXD（ 串行輸出 ） INT0（ 外部中斷 0） INT0（ 外部中斷 0） T0（ 定時(shí)器 0 外部輸入 ） T1（ 定時(shí)器 1 外部輸入 ） WR（ 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ） RD（ 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 讀 選通 ） (7) RST: 復(fù)位輸入 ， 晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門(mén)狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無(wú)效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 (8) ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ ALE）是訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “1” ， ALE操作將無(wú)效。這一位置 “1” ， ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。 這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 (9) PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（ PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89C51從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。 (10) EA/VPP:訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ) 器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA應(yīng)該接 VCC。在 flash編程期間， EA也接收 12 伏 VPP 電壓。 (11) XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 (12) XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 MCS51 單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 特殊功能存儲(chǔ)器 在單片機(jī)內(nèi)高 128B RAM 中，由有 21 個(gè)特殊功能寄存器（ AFR），它們離散的分布在 80HFFH 的 RAM 空間中，訪(fǎng)問(wèn)特殊功能寄存器只允許使用直接尋址方式。表 32為 AT89C51 單片 機(jī)特殊功能寄存器及其相應(yīng)地址。 表 32 專(zhuān)用寄存器名稱(chēng)，功能及對(duì)應(yīng)的 RAM地址 名稱(chēng) 簡(jiǎn)單 描述 地址 ACC 累加器（專(zhuān)門(mén)用于存儲(chǔ)算術(shù)和邏輯運(yùn)算的結(jié)果） 0E0H B B 寄存器（專(zhuān)門(mén)用于乘 /除法運(yùn)算） 0F0H PSW 程序狀態(tài)寄存器 0D0H SP 推棧指針寄存器 81H DPTR 16 位數(shù)據(jù)指針寄存器。 CPU 訪(fǎng)問(wèn)外部 RAM 時(shí)地址指針，由兩個(gè) 8 位寄存器 DPH（ 83H）、 DPL（ 82H）組成且可單獨(dú)訪(fǎng)問(wèn)。 P0 端口 0 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH） 80H P1 端口 1 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH） 90H P2 端口 2 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH） 0A0H P3 端口 3 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH） 0B0H IP 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 0B8H IE 中斷允許控制寄存器 0A8H TMOD 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 89H TCON 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 88H TH0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 高字節(jié) 8CH TL0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 低字節(jié) 8AH TH1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 高字節(jié) 8DH TLI 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 低字節(jié) 8BH SCON 串行控制寄存器 98H SBUF 串行數(shù)據(jù)緩沖器 99H PCON 電源控制寄存器 87H 芯片擦除 整個(gè) EPROM 陣列電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦 除 操作中，代碼陣列全被寫(xiě) “1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯 片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位使單片機(jī)處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行。 AT89C51 的 RST 引腳為復(fù)位端，該引腳連續(xù)保持 2 個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)時(shí)鐘振動(dòng)周期）以上高電平，則可使單片機(jī)復(fù)位。內(nèi)部復(fù)位電路在每一個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣斯密特觸發(fā)器的輸出端，該觸發(fā)器可抑制 RST 引腳的噪聲干擾，并在復(fù)位期間不產(chǎn)生 ALE 信號(hào)，內(nèi)部 RAM 處于不斷電狀態(tài)。其中的數(shù)據(jù)信息不會(huì)丟失，也即復(fù)位后， 只影響 SFR 中的內(nèi)容，內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)不受影響。外部復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。由于單片 機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，其本身的干擾或外界干擾會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)，此時(shí)我們可按復(fù)位鍵重新開(kāi)始運(yùn)行。為了便于本設(shè)計(jì) 運(yùn)行調(diào)試，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。按鍵復(fù)位電路如 圖 所示 。 圖 復(fù)位電路 圖 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。 MCS51 單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的，其典型值為 12MHZ。 AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)反相振蕩放大器，XTAL1 和 XTAL2 分別是該 反向振蕩放大器的 輸 入端和 輸出 端 。該反向放大器可配置為片內(nèi)振蕩器 ， 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用 。本設(shè)計(jì)采用的晶振頻率為 12MHZ。其時(shí)鐘電路如圖 所示。 51 系列單片機(jī)還可使用外部時(shí)鐘。在使用外 部時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘必須從 XTAL1 輸入，而 XTAL2 懸空 。 DS18B20 溫度傳感器的應(yīng)用范圍很廣，它不僅用于日常生活中，而且也大量應(yīng)用于自動(dòng)化和過(guò)程檢測(cè)控制系統(tǒng)。溫度傳感器的種類(lèi)很多，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝?lèi)型才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確可靠，并且同時(shí)達(dá)到增加使用壽命和降低成本的目的。 DS18B20MCS51 單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 溫度傳感器的內(nèi) 部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存ＲＡＭ和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 9 字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。第 0~1 個(gè)字節(jié)是溫度的顯示位，第 2 和第 3 字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電