紅外線測(cè)溫儀（重用）√

紅外線測(cè)溫儀（重用）√,紅外線,測(cè)溫,重用 第 1 頁 共 46 頁引言隨著“信息時(shí)代”的到來，作為獲取信息的手段——傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對(duì)其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了紅外抄表系統(tǒng)。文中把傳感器理論與單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了利用溫度傳感器 DS18B20 測(cè)量環(huán)境溫度，以及實(shí)現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng)，只要對(duì)電路部分稍加改裝，就可以實(shí)現(xiàn)抄讀其它的數(shù)字儀表設(shè)備：如數(shù)字電度表，數(shù)字水表等等。設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。其主要功能和指標(biāo)如下：1、利用溫度傳感器（DS18B20）測(cè)量某一點(diǎn)環(huán)境溫度；2、測(cè)量范圍為－55℃～＋99℃，精度為±0.5℃； 3、用 4 位數(shù)碼管進(jìn)行顯示實(shí)際溫度值顯示；4、手持端通過紅外發(fā)射管發(fā)射測(cè)溫信號(hào)；5、測(cè)溫端通過紅外發(fā)射管發(fā)送到手持端； 6、手持端可以隨時(shí)查看指定待測(cè)物體的溫度值。設(shè)計(jì)的核心是環(huán)境溫度的測(cè)量以及紅外數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收，和溫度的顯示。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過程作了詳細(xì)地介紹。 第 2 頁 共 46 頁1 方案選擇該系統(tǒng)主要由溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)采集和發(fā)送三部分組成。下面列舉兩種實(shí)現(xiàn)方案：方案一：溫度檢測(cè)可以使用低溫?zé)崤蓟蜚K電阻，數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有 A/D 通道的單片機(jī)。考慮到一般的 A/D 輸入通道都只能接收大信號(hào)，所以還要設(shè)計(jì)相應(yīng)的放大電路。而模擬信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸過程中，抗電磁干擾是令人傷腦筋的問題。此方案的軟件簡(jiǎn)單，但硬件復(fù)雜，且檢測(cè)點(diǎn)數(shù)追加時(shí)，各敏感元件參數(shù)的不一致性，都將會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，難以完全清除，而且成本會(huì)有較大增長(zhǎng)幅度。方案二：使用單片機(jī)和數(shù)字式單總線溫度傳感器構(gòu)成。其具有下列特點(diǎn)：①具有高的測(cè)量精度和分辨率，測(cè)量范圍大；②抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好；③信號(hào)易于處理、傳送和自動(dòng)控制；④便于動(dòng)態(tài)及多路測(cè)量，讀數(shù)直觀；⑤安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。單總線溫度傳感器可以采用 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 系列，這類溫度傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，且多路溫度傳感器可以掛在 1 條總線上，共同占用單片機(jī)的1 個(gè) I/O 口即可實(shí)現(xiàn)。在提升單片機(jī) I/O 口驅(qū)動(dòng)能力的前提下，理論上可以任意擴(kuò)充檢測(cè)的溫度點(diǎn)數(shù)。比較兩個(gè)方案后可以發(fā)現(xiàn)，方案二更適合于用作本系統(tǒng)的實(shí)施方案。盡管方案二不需要 A/D，但考慮到系統(tǒng)擴(kuò)充等因素，單片機(jī)可以選用 AT98C2051。 第 3 頁 共 46 頁2 硬件部分采用方案二的硬件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)構(gòu)成如圖 1 所示。 圖 1溫度測(cè)試系統(tǒng)和手持接收系統(tǒng)組成框圖2.1 DS18B20介紹DALLAS 公司的 DS18B20 單總線數(shù)字傳感器工作溫度范圍是-55℃～125℃，在-30℃～85℃范圍內(nèi)溫度測(cè)量精度為±0.5℃；具有溫度報(bào)警功能，用戶可設(shè)置最高和最低報(bào)警溫度，且設(shè)置值掉電不丟失；采用 DALLAS 公司特有的單總線通信協(xié)議，只用一條數(shù)據(jù)線就可實(shí)現(xiàn)與 MCU 的通信；此外，DS18B20 能夠直接從數(shù)據(jù)線獲得電源，無需外部電池供電。DS18B20 通過使用在板（on_board）溫度測(cè)量專利技術(shù)來測(cè)量溫度。其溫度測(cè)量電路是通過計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來實(shí)現(xiàn)的，DS18B20 有兩個(gè)溫度系數(shù)振蕩器，溫度測(cè)量時(shí)對(duì)高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門開同期內(nèi)，低溫度系數(shù)振蕩器經(jīng)歷的時(shí)鐘周期的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)而得到的。DS18B20 數(shù)字溫度傳感器提供 9 位（二進(jìn)制）溫度讀數(shù)，指示器件溫度，所以無需A/D 轉(zhuǎn)換。信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從主機(jī) CPU 到DS18B20 僅需一條線連接，而且 DS18B20 的電源可由數(shù)據(jù)線本身提供（相對(duì)于外部電源，轉(zhuǎn)換時(shí)間要延長(zhǎng)）。因此每一個(gè) DS18B20 在出廠時(shí)已經(jīng)給定了唯一的序號(hào)因此從理論DS18B20數(shù)碼管 紅外發(fā)射紅外接收AT89C51紅外接收紅外發(fā)射按鍵數(shù)碼管AT89C51 第 4 頁 共 46 頁AT89C51DS18B20上說任意多個(gè) DS18B20 可以連接在一條單線總線上。DS18B20 的測(cè)量范圍從-55℃到+125℃，增量為 0.5℃（最高精度可達(dá) 0.1℃），轉(zhuǎn)換速度小于 1s（典型值）。而在本遙測(cè)系統(tǒng)中采用外部電源供電溫度測(cè)量工作方式，其中電阻 R 是上拉電阻，使得單線總線的空閑狀態(tài)是高電平。它與 CPU（AT89C51）的接法如圖 2。 5 VR地圖 2 DS18B20 與單片機(jī)的連接由于 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 AT89C51 有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來模擬實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過單線接口訪問DC18B20 必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM 操作命令、存儲(chǔ)器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均從序列開始。主機(jī)發(fā)送（Tx）--復(fù)位脈沖（最短為 480μs 的低電平信號(hào)）。接著主機(jī)便釋放此線并進(jìn)入接收方式（Rx）。總線經(jīng)過 4.7K 的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。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)）。然后以存在復(fù)位脈沖表示 DS18B20 已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收，然后給出正確的 ROM 命令和存儲(chǔ)操作命令的數(shù)據(jù)。DS18B20 通過使用時(shí)間片來讀出和寫入數(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。它有寫時(shí)間片和讀時(shí)間片兩種。寫時(shí)間片：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)生寫時(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。所有時(shí)間片必須有 60 微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為 1 微秒的恢復(fù)時(shí)間。讀時(shí)間片：從 DS18B20 讀數(shù)據(jù)時(shí)，使用讀時(shí)間片。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。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少 1 微秒；來自DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)在時(shí)間下降沿之后的 15 微秒內(nèi)有效。為了讀出從讀時(shí)間片開始算起 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。在時(shí)間片結(jié)束時(shí)，I/O 引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回高電平，所有讀時(shí)間片的最短持續(xù)期為 60 微秒，包括兩個(gè)讀周期間至少 1μs 的恢復(fù)時(shí)間。 第 5 頁 共 46 頁一旦主機(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。所有 ROM操作命令均為 8 位長(zhǎng)。DS18B20 的引腳定義和封裝形式如圖 3 所示。DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND 為電源地；VDD 為外接電源。DS18B20 的光刻 ROM 中存有 64 位序列號(hào)，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該DS18B20 自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 擁有惟一的地址序列碼，以確保在一根總線上掛接多個(gè) DS18B20。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 芯片來說，訪問每個(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)。 如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。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。 基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)，且準(zhǔn)備就緒。在主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出 ROM 命令。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)。在主機(jī)發(fā)出 ROM 命令，以訪問某個(gè)指定的 DS18B20，接著就可以發(fā)出 DS18B20 支持的某個(gè)功能命令。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。軟件實(shí)現(xiàn) DS18B20 的工作嚴(yán)格遵守單總線協(xié)議：(1)主機(jī)首先發(fā)出一個(gè)復(fù)位脈沖，信號(hào)線上的 DS18B20 器件被復(fù)位。(2)接著主機(jī)發(fā)送 ROM 命令，程序開始讀取單個(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。(3)系統(tǒng)工作時(shí)，把讀取了編碼的 DS18B20 掛在總線上。發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令，再總線復(fù)位。(4)然后就可以從剛才的二維數(shù)組匹配在線的溫度傳感器，隨后發(fā)溫度讀取命令就可以獲得對(duì)應(yīng)的溫度值了。在主機(jī)初始化過程，主機(jī)通過拉低單總線至少 480us，來產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著，主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入接收模式。當(dāng)總線被釋放后，上拉電阻將單總線拉高。在單總線器件檢測(cè)到上升沿后，延時(shí) 15～60us，接著通過拉低總線 60-240us，以產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。寫時(shí)序均起始于主機(jī)拉低總線，產(chǎn)生寫 1 時(shí)序的方式：主機(jī)在拉低總線后，接著 第 6 頁 共 46 頁必須在 15us 之內(nèi)釋放總線。產(chǎn)生寫 0 時(shí)序的方式：在主機(jī)拉低總線后，只需在整個(gè)時(shí)序期間保持低電平即可(至少 60us)。在寫字節(jié)程序中的寫一個(gè) bit 位的時(shí)候，沒有按照通常的分別寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序，而是把兩者結(jié)合起來，當(dāng)主機(jī)拉低總線后在 15us 之內(nèi)將要寫的位 c 給 DO：如果 c是高電平滿足 15us 內(nèi)釋放總線的要求，如果 c 是低電平，則 DO＝c 這條語句仍然是把總線拉在低電平，最后都通過延時(shí) 58us 完成一個(gè)寫時(shí)序(寫時(shí)序0 或?qū)憰r(shí)序 1)過程。每個(gè)讀時(shí)隙都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線 1us，在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)序之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送 0 或 1。所有讀時(shí)序至少需要 60us。單片機(jī)通過命令實(shí)現(xiàn)對(duì) DS18B20 的控制，其支持的主要命令如表 1 所示。表 1 DS18B20 主要命令及其功能說明命令碼 功能說明 命令碼 功能說明33H 讀 ROM 中的 64 位地址序列碼 BEH 讀 9 字節(jié)暫存寄存器55H只有地址碼匹配的 DS18B2 才能接收后續(xù)的命令4EH寫入溫度上/下限，緊隨其后是 2 字節(jié)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)上限和下限值F0H鎖定總線上 DS18B20 的個(gè)數(shù)和識(shí)別其 ROM 中的 64 位地址序列碼48H將 9 字節(jié)暫存寄存器的第 3和 4 字節(jié)復(fù)制到 EEPROM 中ECH只有溫度超過上限或下限的DS18B20 才做出響應(yīng)B8H將 EEPROM 的內(nèi)容恢復(fù)到暫存寄存器的第 3 和 4 字節(jié)44H啟動(dòng) DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存入 9 字節(jié)的暫存寄存器B4H讀供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20 發(fā)送 0，外接電源時(shí)DS18B20 發(fā)送 1CCH忽略地址序列碼，適合單片DS18B202.2 單片機(jī)的選擇(1)AT89C51 的特性及引腳說明①主要特性·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán) 第 7 頁 共 46 頁·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)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 AT89C51的引腳功能，圖4所示:圖 4 AT89C51的引腳功能圖②管腳說明—VCC：供電電壓?！狦ND：接地?！狿0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每個(gè)管腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳寫“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(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn) 第 8 頁 共 46 頁時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部電位必須被拉高?！狿1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，電位被內(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)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)，P2口的管腳電位被外部拉低，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(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(hào)和控制信號(hào)。—P3口：P3口管腳是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。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 (外部中斷0)0INTP3.3 (外部中斷1)1P3.4 T0(記時(shí)器0外部輸入)P3.5 T1(記時(shí)器1外部輸入)P3.6 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)WRP3.7 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)DP3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。—RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間?！?：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的PROGALE/地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效?！?：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器PSEN 第 9 頁 共 46 頁周期 兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 信號(hào)將不出現(xiàn)。PSEN PSEN— ：當(dāng) 保持低電平時(shí)，訪問外部ROM；注意加密方式1時(shí)， 將內(nèi)部VA/ A鎖定為RESET；當(dāng) 端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。—XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。—XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。③內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。圖5 AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(2)AT89C51 的基本操作如圖 6 所示，在 X1 和 X2 之間接一只石英振蕩晶體構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，它還有另一種接法，是把外部振蕩器的信號(hào)直接連接到 XTAL1 端，XTAL2 端懸空不用。AT89C51 復(fù)位引腳 RST/VP 通過片內(nèi)一個(gè)施密特觸發(fā)器(抑制噪聲作用)與片內(nèi)復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出在每一個(gè)機(jī)器周期由復(fù)位電路采樣一次。當(dāng)振蕩電路工作，并且在 RST 引腳上加一個(gè)至少保持 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就能使 AT89C51完成一次復(fù)位。復(fù)位不影響 RAM 的內(nèi)容。復(fù)位后，PC 指向 0000H 單元，使單片機(jī)從起始地址 0000H 單元開始重新執(zhí)行程序。所以，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。MCS-51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種復(fù)位方式。上電復(fù)位利用電容器充電來實(shí)現(xiàn)。按鈕復(fù)位又分為按鈕電平復(fù)位和按鈕脈沖復(fù)位。前者將復(fù)位端通過電阻與Vcc相接；后者利用RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位目的。復(fù)位電路參數(shù)的選擇應(yīng)能保證復(fù)位高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。本系統(tǒng)采用的是按鍵脈沖復(fù)位，具體電路和原理將在下面的章節(jié)介紹。圖 6 AT89C51基本操作電路振蕩器特性：XTAL1、XTAL2為片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端?？刹捎檬⒕w或陶瓷振蕩器組成時(shí)鐘振蕩器，如需從外部輸入時(shí)鐘AT89C51，時(shí)鐘信號(hào)從XTAL1輸入，XTAL2應(yīng)懸空。由于輸入到內(nèi)部電路是經(jīng)過一個(gè)2分頻觸發(fā)器，所以輸入的外部時(shí)鐘信號(hào)無需特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時(shí)序規(guī)范。2.3 其它元器件的選擇 第 10 頁 共 46 頁除了測(cè)溫芯片DS18B20以及單片機(jī)AT89C51以外，在電源輸入部分還選用了L7805CV穩(wěn)壓芯片和濾波電容，以及用于紅外部分的4011四與非門邏輯芯片，當(dāng)然還有紅外發(fā)射和接收管，這里接收管采用TO-92三腳封裝的一體化接收頭，顯示不分采用了12PIN的數(shù)碼管LDS-5461AH,總共可以顯示四位數(shù)據(jù)和小數(shù)點(diǎn)，其位選部分使用了NPN三極管來進(jìn)行位掃描。具體功能及細(xì)節(jié)詳見電路原理部分。2.4 電路設(shè)計(jì)由于是基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，硬件電路就相對(duì)簡(jiǎn)單很多，只需要設(shè)計(jì)一下電源穩(wěn)壓電路、鍵盤電路、顯示電路、測(cè)溫電路、紅外發(fā)射和接收電路以及它們與單片機(jī)的連接即可。(1)單片機(jī)工作部分由圖 6 已知 AT89C51 的基本操作電路。但其中的一些參數(shù)還得依據(jù)具體要求來設(shè)計(jì)。具體接幾兆晶體是基于機(jī)器周期考慮。一個(gè)機(jī)器周期由 6 個(gè)狀態(tài)(S1－S6) 組成，每個(gè)狀態(tài)又持續(xù)兩個(gè)振蕩周期(分為 P1 和 P2)。這樣，一個(gè)機(jī)器周期由 12 個(gè)振蕩周期組成，由 S1P1(狀態(tài) 1 節(jié)拍 1)到 S6P2(狀態(tài) 6 節(jié)拍 2)。若是采用 12MHz 的晶體振蕩器，則每個(gè)周期恰好為 1us，如此對(duì)于編程而言相對(duì)容易些。因而選擇 12MHz 的晶體振蕩器。此外在兩引腳之間加入一個(gè) 20pF 的小電容是為了使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免雜音干擾而關(guān)機(jī)。(2)電源部分如圖 7 所示，電源接入采用 5V 的直流電對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電，使用了 L7805CV 芯片來對(duì)輸入電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，在芯片旁邊設(shè)計(jì)了三個(gè)電容，它們的目的是慮除外界對(duì)電路的干擾，使電路得到一個(gè)穩(wěn)定線性的直流電壓。為了確認(rèn)電路進(jìn)入工作狀態(tài)，還在設(shè)計(jì)時(shí)加入了一個(gè)發(fā)光二極管，用于顯示電源是否正常工作，如果電路處于接電狀態(tài)，二極管就會(huì)導(dǎo)通而發(fā)光。圖 7 電源接入部分 第 11 頁 共 46 頁(3)顯示部分的設(shè)計(jì)由 LED 組成的 7 段發(fā)光管顯示器是不太復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用外部設(shè)備之一，在這里我們就選用一個(gè) 4 數(shù)碼管一體化來顯示溫度值，當(dāng)測(cè)得的溫度是大于零時(shí)（正溫度）顯示兩位整數(shù)和兩位小數(shù)，當(dāng)溫度是小于零時(shí)（零下）第一位自動(dòng)顯示“-”號(hào)，后三位顯示兩位整數(shù)和一位小數(shù)。①7 段發(fā)光管顯示器由 7 段發(fā)光線段組成，并按“日”字形排列，每一段都是一個(gè)發(fā)光二極管，如圖 8 所示。圖中將 7 個(gè) LED 的陰極連在一起，稱之為共陰極接法。反之為共陽極接法。②如果將公共陰極接地，而在 a～g 各段的陽極加上不同的電壓，就會(huì)使各段的發(fā)光情況不同，形成不同的發(fā)光字符。加在 7 段陽極上的電壓可以用數(shù)字量表示，如果某一段的陽極為數(shù)字量 1，則這個(gè)段就發(fā)光；如為 0，則不發(fā)光。數(shù)字量與段的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 2 所示。表 2 七段 LED 字形碼顯示字符 共陽極字符碼共陰極字符碼0 3FH C0H1 06H F9H2 5BH A4H3 4FH B0H4 66H 99H5 6DH 92H6 7DH 82H7 07H F8H8 7FH 80H9 6FH 90H圖 8 七段結(jié)構(gòu)及外形圖 在這次電子日歷時(shí)鐘的設(shè)計(jì)中使用了四個(gè) 7 段 LED 顯示器，而多位顯示器連用有兩種方法。其一，每一位都用各自的 8 位輸出口控制，在顯示某字符時(shí)，相應(yīng)的段恒定發(fā)光或不發(fā)光。這種顯示方法屬于靜態(tài)顯示。顯然，靜態(tài)顯示需占用較多的 I/O 口線。其二，是動(dòng)態(tài)顯示。即將多個(gè) 7 段 LED 的段選端復(fù)接在一起，只用一個(gè) 8 位輸出口控制段選，段選碼同時(shí)加到各個(gè) 7 段 LED 顯示器上，通過控制各個(gè)顯示器公共陽極輪流接高電平的辦法，逐一輪流地啟動(dòng)各個(gè) LED。在這種方法中，只要恰當(dāng)?shù)剡x擇點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間，就會(huì)給人以這樣一種假相：似乎各位 LED 是“同時(shí)”顯示的。動(dòng)態(tài)顯示法是目前各種單片機(jī)采用的流行方法。其優(yōu)點(diǎn)是硬件簡(jiǎn)單， “動(dòng)態(tài)”由軟件實(shí)現(xiàn)。 第 12 頁 共 46 頁因而我選用動(dòng)態(tài)顯示的方法。(4)LED 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)LED 是電流控制的顯示器件，若想使 LED 發(fā)光則必須保證有足夠大的電流流過 LED的各段。流過 LED 的電流大時(shí)，LED 發(fā)光亮度高；流過 LED 的電流小時(shí)，LED 發(fā)光亮度就低，為了使 LED 能夠長(zhǎng)期可靠地工作應(yīng)使流過 LED 的電流為其額定電流。為 LED 顯示器提供電流的電路稱為 LED 的驅(qū)動(dòng)電路。由于顯示部分選擇了動(dòng)態(tài)顯示，因此驅(qū)動(dòng)電路也選擇動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。動(dòng)態(tài)顯示電路的驅(qū)動(dòng)電路分為段驅(qū)動(dòng)電路和位驅(qū)動(dòng)電路兩種。段驅(qū)動(dòng)電路考慮到所有的段電流均流過位選線，因此位驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)能力應(yīng)為段驅(qū)動(dòng)能力的 8 倍(最嚴(yán)重情況八段全亮)。圖 9 為動(dòng)態(tài)顯示時(shí)的驅(qū)動(dòng)電路原理圖，圖中采用了達(dá)林頓復(fù)合驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路可采用分立元件電路，也可采用集成驅(qū)動(dòng)電路，此外有些硬件譯碼電路本身包括驅(qū)動(dòng)電路。由于這里采用動(dòng)態(tài)輸出，且單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了數(shù)碼管可以直接由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)。因此采用分立元件的顯示驅(qū)動(dòng)電路也很簡(jiǎn)單，如圖10所示。 限流電阻段碼 a~g 段驅(qū)動(dòng)電路位選線位驅(qū)動(dòng)電路圖 9 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路圖 10 位選控制電路具體顯示部分電路如圖 11 所示。它是 4 位 LED 動(dòng)態(tài)顯示接口電路。LED 顯示器為 第 13 頁 共 46 頁共陽極，字段線并聯(lián)，共用 AT89C51 的 P0 口(輸出字段碼)，每位 LED 的公共端由89C51 的 P2 口控制，即由 P2 口輸出位碼，經(jīng)過開關(guān)三極管控制位選。顯然圖中各顯示位不可能同時(shí)顯示不同的數(shù)字或符號(hào)，只有采用動(dòng)態(tài)的方法輪流使每位顯示器顯示，并保留一段時(shí)間，通常保留時(shí)間為 10ms。由于 LED 具有余輝性以及人眼視覺的惰性，雖然每位顯示器的顯示是分時(shí)段性，但只要適當(dāng)選取掃描頻率，人眼的視覺就是連續(xù)的。圖 11 四位動(dòng)態(tài) LED 顯示器接口電路(5)鍵盤電路的設(shè)計(jì)這里設(shè)計(jì)鍵盤的功能是清零，啟動(dòng)和單片機(jī)復(fù)位鍵，所以手持端只需三個(gè)鍵測(cè)溫端只需一個(gè)鍵即可完成。單片機(jī)系統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。①編碼鍵盤本身除了按鍵之外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。只要按下編碼鍵盤的某一個(gè)鍵，它就能產(chǎn)生這個(gè)鍵的代碼，并稱為鍵碼，與此同時(shí)還產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，以通知 CPU 接收鍵碼，編碼鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是使用比較方便，亦不需要編寫太復(fù)雜的程序。其缺點(diǎn)是使用的硬件較復(fù)雜。②非編碼鍵盤的按鍵是排列成行、列矩陣形式的。按鍵的作用只是簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的接通或斷開，因此必須有一套相應(yīng)的程序與之配合，才能產(chǎn)生相應(yīng)的鍵碼，非編碼鍵盤幾乎不需要附加什么硬件電路。因此為了簡(jiǎn)潔電路，我使用非編碼鍵盤。但使用非編碼鍵盤需要通過軟件來解決按鍵的識(shí)別、防抖動(dòng)以及如何產(chǎn)生鍵碼的問題。 第 14 頁 共 46 頁基于鍵數(shù)少的原因我采用獨(dú)立式鍵盤接口與單片機(jī)相連接，因?yàn)樗加玫腎/O口不多。圖中每個(gè)按鍵占用一個(gè)口，彼此獨(dú)立，互不影響。上拉電阻保證按鍵沒被按下時(shí)，I/O口輸入高電平。獨(dú)立式鍵盤可工作在查詢方式下，通過I/O口讀入鍵狀態(tài)，當(dāng)有鍵被按下時(shí)I/O口變?yōu)榈碗娖剑幢话聪碌逆I對(duì)應(yīng)為高電平，這樣通過讀電平狀態(tài)可判斷是否有鍵按下和哪個(gè)鍵被按下。(6)紅外發(fā)射與接收利用單片機(jī)異步通訊口，用紅外光發(fā)射管和一體化接收管來實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送點(diǎn)信號(hào)的功能。通訊距離約3-10米，異步通訊波特率1200。圖 12 紅外發(fā)射和接收電路電路原理：紅外發(fā)送電路由4011MOS與非門和38KHz振蕩器組成，串口發(fā)送控制門電路和紅外光發(fā)射管驅(qū)動(dòng)輸出電路組成。單片機(jī)串口發(fā)送TXD端為‘0’時(shí)，紅外光發(fā)射管發(fā)出38KHz調(diào)制紅外光線。TXD端為‘1’時(shí),發(fā)射管就不發(fā)光。見上圖12。紅外接收電路為紅外接收專門集成電路，當(dāng)收到38KHz調(diào)制紅外光線時(shí)，輸出端為‘0’ ，平時(shí)為‘1’ 。正可與單片機(jī)串口發(fā)送接收端RXD配接。（7）實(shí)際電路最終通過Protel 99 SE軟件將以上各個(gè)部分電路及元器件組合在一起，得到一個(gè)完整的電路圖，如圖13和圖14。然后對(duì)各個(gè)元器件進(jìn)行合理的封裝，對(duì)封裝后的PCB進(jìn)行排版以得到最好的布局，為接下來焊接元器件有一定的幫助，而且合理的布局也能使完成后的實(shí)物更美觀。 第 15 頁 共 46 頁由于本設(shè)計(jì)兩部分電路都有紅外發(fā)射和接收部分，而區(qū)別在于遠(yuǎn)端有一個(gè)測(cè)溫電路而手持端沒有，所以在設(shè)計(jì)電路圖時(shí)將兩部分設(shè)計(jì)成一樣的結(jié)構(gòu)，即在手持端也有設(shè)計(jì)了測(cè)溫芯片的接口，只要對(duì)手持端的程序稍加修改也能實(shí)現(xiàn)測(cè)溫的功能。這樣在后期制作時(shí)便于對(duì)電路的安裝與調(diào)試，而且也有利于電路的功能擴(kuò)展。下面給出了兩部分的電路圖。圖 13 測(cè)溫端電路圖圖 14 手持端電路圖 第 16 頁 共 46 頁3 軟件部分軟件用 C 語言進(jìn)行編程，采用模塊化設(shè)計(jì)方法。圖 15 手持端與測(cè)溫端的框圖3.1 軟件模塊的劃分該系統(tǒng)的控制軟件主要可以分為測(cè)溫和紅外兩個(gè)大的部分，其中具體有單片機(jī)初始化程序、定時(shí)中斷服務(wù)程序、DS18B20 接口程序、紅外發(fā)射編碼和紅外接收解碼程序等模塊。3.1.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用(1)定時(shí)/計(jì)數(shù)器功能簡(jiǎn)介AT89C51單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)16位可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，簡(jiǎn)稱定時(shí)器0和定時(shí)器1，分別用T0和T1表示。其功能同一般定時(shí)計(jì)數(shù)器，主要作用是：第一，作為一段特定時(shí)間長(zhǎng)短的定時(shí)；第二，可以計(jì)算由T1或T0引腳輸入的脈沖數(shù)，前者在應(yīng)用上可以產(chǎn)生正確的時(shí)間延遲及定時(shí)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，而后者則是計(jì)數(shù)器或者計(jì)頻器的設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中這兩種作用都用到了。這兩個(gè)定時(shí)器本身有四種工作模式可供使用，如表3所示。表3 四種工作模式接收數(shù)據(jù)發(fā)送信號(hào)開始顯示開始接收信號(hào)顯示發(fā)送數(shù)據(jù)測(cè)溫 第 17 頁 共 46 頁M1 MO 工作方式 功能說明0 0 模式 0 13 位計(jì)數(shù)器 0 1 模式 1 16 位計(jì)數(shù)器1 0 模式 2 8 位自動(dòng)重裝計(jì)數(shù)器1 1 模式 3 定時(shí)器 0：分成兩個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器定時(shí)器 1：停止計(jì)數(shù)(2)定時(shí)器相關(guān)的控制寄存器TMOD為模式控制寄存器，主要用來設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的操作模式；TCON為控制寄存器，主要用來控制定時(shí)器的啟動(dòng)與停止。兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1均可以分成2個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器即TH0、TL0、TH1、TL1，它們用于存定時(shí)或計(jì)數(shù)的初值。①模式控制寄存器--TMOD TMOD是一個(gè)專用寄存器，用于控制T1和T0的操作模式及工作方式，其各位定義如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0GATE C/TM1 M0 GATE C/TM1 M0定時(shí)器1 定時(shí)器0· GATE：門控位。當(dāng) GATE＝0，定時(shí)器只由軟件控制位 TR0 或 TR1 來控制啟停。位為 1，定時(shí)器啟動(dòng)開始工作；為 0 時(shí)，定時(shí)器停止工作。當(dāng) GATE＝1 時(shí)，定時(shí)器iTR的啟動(dòng)要由外部中斷引腳和 位共同控制。只有當(dāng)外部中斷引腳 或 為高時(shí)，iTR0INT置 1 才能啟動(dòng)定時(shí)器工作。i·C/ ：功能選擇位。當(dāng) C/ ＝O 時(shí)設(shè)置為定時(shí)器工作方式；計(jì)數(shù)脈沖由內(nèi)部提供，計(jì)數(shù)周期等于機(jī)器周期。當(dāng) C/ ＝1 時(shí)設(shè)置為計(jì)數(shù)器工作方式，計(jì)數(shù)脈沖為外部引腳 T0 或 T1 的引入的外部脈沖信號(hào)?！1、M0：操作模式控制位，2 位可形成 4 種編碼，對(duì)應(yīng)于 4 種操作模式。TMOD 模式控制寄存器不能進(jìn)行位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置定時(shí)器的工作方式及操作模式，低 4 位用于定義定時(shí)器 0，高 4 位用于定義定時(shí)器 1。系統(tǒng)復(fù)位時(shí) TMOD所有位均為 0。模式控制字的設(shè)置舉例：若設(shè)置定時(shí)器 1 為定時(shí)器工作方式，由軟件啟動(dòng)，選擇操作模式 2；定時(shí)器 0 為計(jì)數(shù)方式，由軟件啟動(dòng)，選擇操作模式 1。則 TMOD 各位設(shè)置為：0 0 l 0 0 1 O l 25H用 MOV TMOD，＃25H 指令寫入 TMOD 中。②控制寄存器--TCON 第 18 頁 共 46 頁TCON 的作用是用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)、停止及定時(shí)器的溢出標(biāo)志和外部中斷觸發(fā)方式等。各位定義如下：8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88HTF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0·TF1和TF0；分別為定時(shí)器1和定時(shí)器0溢出標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)器計(jì)滿產(chǎn)生溢出時(shí)，由硬件自動(dòng)置“1” ，并可申請(qǐng)中斷。進(jìn)人中斷服務(wù)程序后，由硬件自動(dòng)清0。這兩位也可作為程序查詢的標(biāo)志位，在查詢方式下應(yīng)由軟件來清0?！R1 和 TR0：為定時(shí)器 1 和定時(shí)器 0 的啟動(dòng)控制位。當(dāng)由軟件使 清 0 而停止iTR定時(shí)器的工作。定時(shí)器啟動(dòng)時(shí)該位應(yīng)置“1” 。定時(shí)器的啟動(dòng)與門控位和外部中斷引腳有關(guān)。當(dāng) GATE 設(shè)置為 0，定時(shí)器的啟動(dòng)由＝1 控制；而當(dāng) GATE 設(shè)置為 1 時(shí)，定時(shí)器啟動(dòng)除了 ＝1 外，還要求外部中斷引iTR iTR腳 ＝1 時(shí)定時(shí)器方可啟動(dòng)工作。IN·IE1 和 IE0：為外部中斷 1 和外部 0 的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)外部中斷源INTI有請(qǐng)求時(shí)其對(duì)應(yīng)的中斷標(biāo)志位置“1” 。其復(fù)位由觸發(fā)方式來設(shè)置?！T1 和 IT0：為外部中斷 1 和外部中斷 0 的觸發(fā)方式選擇位。 設(shè)置為“0”時(shí)iIT為電平觸發(fā)方式；設(shè)置為“1”時(shí)為邊沿觸發(fā)方式。TCON 中低 4 位是與外部中斷有關(guān)的位，高 4 位為定時(shí)器控制位。它是一個(gè)可以進(jìn)行位尋址的寄存器。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)所有位均為 0。若要啟動(dòng)定時(shí)器可以使用位操作指令SETB 來啟動(dòng)。iTR(3)定時(shí)計(jì)數(shù)器的操作模式①模式 0模式 0 是一個(gè) 13 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，16 位的寄存器只用了高 8 位( )和低 5 位(iTH的 D4－D0 位)， 的高 3 位未用。iTLiTL計(jì)時(shí)工作脈沖定時(shí)器的工作時(shí)鐘可以由內(nèi)部或是外部來提供，由 C/ 位來決定，當(dāng) C/ ＝1 時(shí)，由外部引腳 T0 來供給，作為計(jì)數(shù)器使用，當(dāng) C/ ＝0 時(shí)，則由內(nèi)部時(shí)鐘來提供，作為T一般的定時(shí)器使用，而定時(shí)器的時(shí)鐘為系統(tǒng)工作時(shí)鐘除以 12，在 AT89C51 中，石英振蕩晶體使用 11.0592MHz，所以定時(shí)器每一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間脈沖寬為：12/11.0592MHz＝1.085us （3.1.1）若石英振蕩晶體改為 12MHz，定時(shí)器每一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間脈沖寬為：12/12MHz＝1.0us （3.1.2） 第 19 頁 共 46 頁激活定時(shí)器定時(shí)器動(dòng)作的必要條件有：·GATE=0 時(shí)，TR0＝1，定時(shí)器 0 就會(huì)工作；·GATE＝1 時(shí)，除了 TR0＝1，INT0 還須是高電平。若使用定時(shí)器內(nèi)部時(shí)鐘工作 C/ ＝0，GATE=0，在模式 0 操作下，用命令：TMOV TMOD,#00H便可設(shè)置定時(shí)器 0 于模式 0 做計(jì)時(shí)工作，將 TR0 設(shè)為 1，定時(shí)器便會(huì)開始工作了。定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短設(shè)置在模式 0 工作下，計(jì)數(shù)器最多可計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為 M= ＝8192，由 0 到 8192 便產(chǎn)生溢32出而引發(fā)中斷信號(hào)，引起定時(shí)器 0 的中斷(TF0＝1)。可能只要計(jì)數(shù) 100 個(gè)脈沖便產(chǎn)生中斷，只要將初值 8092(8192-100)加載計(jì)數(shù)器即可，一旦激活計(jì)數(shù)器后，計(jì)數(shù)變?yōu)?093、8094、……一直到 8192 則產(chǎn)生中斷，這樣就計(jì)數(shù) 100 次了，而時(shí)間長(zhǎng)度為：1.085us*100＝108.5us （3.1.3）也就是經(jīng)過 108.5us 后就產(chǎn)生中斷了。在定時(shí)器 0 中，加載定時(shí)器的初值，匯編語言指令為：TL0=(8192-C).MOD.32 （3.1.4）TH0=(8192-C)/32 （3.1.5）其中 C 為所要計(jì)數(shù)的值， “MOD”為取余數(shù)的運(yùn)算，除以 32 后取余數(shù)部分。 “/”為除法運(yùn)算，在做完除法后取整數(shù)部分。計(jì)時(shí)溢出當(dāng)計(jì)時(shí)終了產(chǎn)生溢出，定時(shí)器應(yīng)用兩種方法可知道系統(tǒng)產(chǎn)生定時(shí)器中斷了：·檢查其中斷控制寄存器 TCON 中的 TF0 及 TF1，若為 1 則表示產(chǎn)生計(jì)時(shí)溢出了。·執(zhí)行對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序。②模式 1在模式 1 工作下，計(jì)數(shù)器最多可計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為 M＝ ＝65536，計(jì)時(shí)時(shí)間最長(zhǎng)為1621.085us*65536＝72ms （3.1.6）而計(jì)數(shù)初值的加載方法為：TL0＝(65536-C).MOD.256 （3.1.7）TH0＝(65536-C)/256 （3.1.8） 第 20 頁 共 46 頁其中 C 為所要計(jì)數(shù)的值，計(jì)數(shù)時(shí)間長(zhǎng)度為：1.085us*C （3.1.9）③模式 2模式 2 有自動(dòng)重新加載初值的功能，使定時(shí)器做更精確的計(jì)時(shí)。在模式 2 工作下，計(jì)數(shù)器最多可計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為 M＝ ＝256，計(jì)時(shí)時(shí)間最長(zhǎng)為：821.085us*256＝0.28ms （3.1.10）而計(jì)數(shù)初值的加載方法為：TH0＝256-C （3.1.11）其中 C 為所要計(jì)數(shù)的值，計(jì)數(shù)時(shí)間長(zhǎng)度為：1.085us*C （3.1.12）④模式 3在模式3中，定時(shí)器1停止計(jì)時(shí)工作，而定時(shí)器0分為兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)器。其計(jì)數(shù)初值加載方法同模式2。3.1.2 中斷控制應(yīng)用(1)中斷源AT89C51 單片機(jī)的中斷源：2 個(gè)外部輸人中斷源 (P3.2)和 (P3.3)；3 個(gè)0INT1IT內(nèi)部中斷源 T0 和 T1 的溢出中斷源及串行口發(fā)送/接收中斷源。在本系統(tǒng)中只使用了 3個(gè)內(nèi)部中斷源：TF0 和 TF1：定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1 的溢出中斷。當(dāng) T0 或 T1 計(jì)數(shù)器加 1，計(jì)數(shù)產(chǎn)生溢出時(shí)，則將 TCON 中的 TF0 或 TF1 置 1，向 CPU 申請(qǐng)中斷。RI 和 TF1：串行口的接收和發(fā)送中斷。當(dāng)串行口接收或發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)時(shí)，將TCON 中的 RI 或 TI 位置 1，向 CPU 申請(qǐng)中斷。當(dāng)某中斷源的中斷請(qǐng)求被 CPU 響應(yīng)之后，CPU 將自動(dòng)把此中斷源的中斷入口地址(又稱中斷矢量地址)裝入 PC，中斷服務(wù)程序即從此地址開始執(zhí)行。因此一般在此地址單元中存放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令，可以跳至用戶安排的中斷服務(wù)程序的入口處。AT89C51單片機(jī)各中斷源的矢量地址是固定的。見表 4。表 4 單片機(jī)中斷源的矢量地址表中斷源 矢量地址 自然優(yōu)先級(jí) 第 21 頁 共 46 頁外部中斷 0 中斷INT0003HT0 定時(shí)器 0 中斷 000BH外部中斷 1 中斷 0013HT1 定時(shí)器 1 中斷 002BHR1 或 T1 串行口中斷 0023H最高最低(2)中斷請(qǐng)求標(biāo)志SCON 的中斷標(biāo)志串行口的中斷請(qǐng)求標(biāo)志由串行口控制寄存器 SCON 的 D0 和 D1 位來設(shè)置。RI(SCON.0)為接收中斷標(biāo)志位；TI(SCON.1)為發(fā)送中斷標(biāo)志位。其中斷申請(qǐng)信號(hào)的產(chǎn)生過程為：發(fā)送過程：當(dāng) CPU 將一個(gè)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器 SBUF 時(shí)，就啟動(dòng)發(fā)送。每發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)。由硬件自動(dòng)將 TI 位置 1。但 CPU 響應(yīng)中斷時(shí)，并不能清除 TI 位，所以必須由軟件清除。接收過程：在串行口允許接收時(shí)．即可串行接收數(shù)據(jù)，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完畢，由硬件自動(dòng)將 RI 位置 1。同樣 CPU 響應(yīng)中斷時(shí)不能清除 RI 位，必須由軟件清除。AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位后，TCON 和 SCON 中各位均清 0，應(yīng)用時(shí)要注意各位的初始狀態(tài)。(3)中斷允許控制①中斷的開放和屏蔽AT89C51 單片機(jī)中的專用寄存器 IE 稱為中斷允許寄存器，其作用是用來對(duì)各中斷源進(jìn)行開放或屏蔽的控制。其各位的定義如下：AFH AEH ADH ACH ABH AAH A9H A8HEA — ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0—IE.7：EA0。CPU 中斷允許位。EA＝1，CPU 開放中斷；EA＝0,CPU 屏蔽所有中斷請(qǐng)求?！狪E.4：ES0。串行中斷允許位。ES＝1,允許串行口中斷；ES＝0，禁止串行口中斷?！狪E.3：ET1。T1 中斷允許位。ET1=1,允許 T1 中斷；ET1=0,禁止 T1 中斷。—IE.2：EX1。外部中斷 1 允許位。EX1＝1,允許外部中斷 1 中斷；EX1＝0,禁止外部中斷 1 中斷?！狪E.1：ET0。T0 中斷允許位。ET0＝1,允許 T0 中斷；ET0＝0,禁止 T0 中斷?！狪E.0：EX0。外部中斷 0 允許位。EX0＝1,允許外部中斷 0 中斷；EX0＝0,禁止外部中斷 0 中斷。 第 22 頁 共 46 頁系統(tǒng)復(fù)位后，IE 中各中斷允許位均被清零，即禁止所有中斷。②中斷源優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)靠設(shè)置 IP 寄存器把各中斷源的優(yōu)先級(jí)分為高低 2 級(jí)，它遵循 2 條基本原則：·低優(yōu)級(jí)中斷可以較高優(yōu)先級(jí)中斷所中斷，反之不能。·一種中斷(不管什么優(yōu)先級(jí))一旦得到響應(yīng)，與它同級(jí)的中斷不能再中斷它。為了實(shí)現(xiàn)這 2 條規(guī)則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部包含 2 個(gè)不可尋址的“優(yōu)先級(jí)激活”觸發(fā)器。其中一個(gè)指示某高優(yōu)級(jí)的中斷正在得到服務(wù)，所有后來的中斷都被阻斷。另一個(gè)觸發(fā)器指示某低優(yōu)先級(jí)的中斷正在得到服務(wù)，所有同級(jí)的中斷都被阻斷，但不阻斷高優(yōu)先級(jí)的中斷。當(dāng) CPU 同時(shí)收到幾個(gè)同一優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)內(nèi)部的硬件查詢順序，CPU 將按自然優(yōu)先級(jí)順序確定該響應(yīng)哪個(gè)中斷請(qǐng)求。其自然優(yōu)先級(jí)由硬件形成，排列如表：表 5 自然優(yōu)先級(jí)中斷源 同級(jí)自然優(yōu)先級(jí)外部中斷 0定時(shí)器 0 中斷外部中斷 1定時(shí)器 1 中斷串行口中斷最高級(jí)最低級(jí)定時(shí)器 2 中斷 最低級(jí)(52 系列單片機(jī)中)在每一個(gè)機(jī)器周期中，CPU 對(duì)所有中斷源都順序地檢查一遍，這樣到任一機(jī)器周期的 S6 狀態(tài)，可找到所有已激活的中斷請(qǐng)求，并排好了優(yōu)先級(jí)。在下一個(gè)機(jī)器周期的 S1狀態(tài)，只要不受阻斷就開始響應(yīng)其中最高優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求。若發(fā)生下列情況，中斷響應(yīng)會(huì)受到阻斷：·同級(jí)或高優(yōu)先級(jí)的中斷正在進(jìn)行中；·現(xiàn)在的機(jī)器周期還不是執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完成前不響應(yīng)任何中斷；·正在執(zhí)行的是中斷返回指令 RETI 或是訪問專用寄存器 IE 或 IP 的指令，換而言之，在 RETI 或者讀寫 IE 或 IP 之后，不會(huì)馬上響應(yīng)中斷請(qǐng)求，至少要在執(zhí)行其它一條指令之后才會(huì)響應(yīng)。若存在上述任一種情況，中斷查詢結(jié)果就被取消。否則，在緊接著的下一個(gè)機(jī)器周期，中斷查詢結(jié)果變?yōu)橛行А?4)中斷處理過程中斷處理過程可分為三個(gè)階段：即中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。由于各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的中斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)不同，中斷響應(yīng)的方式就有所不同。 第 23 頁 共 46 頁①中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)條件CPU 響應(yīng)中斷的條件有：·有中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求；·中斷總允許位 EA＝1，即 CPU 開中斷；·申請(qǐng)中斷的中斷源的中斷允許位為 1，即沒有被屏蔽。以上條件滿足，一般 CPU 會(huì)響應(yīng)中斷，但在上一節(jié)中所述的中斷受阻斷的情況下，本次的中斷請(qǐng)求 CPU 不會(huì)響應(yīng)。如果中斷響應(yīng)條件滿足，而且不存在中斷受阻的情況下，則 CPU 將響應(yīng)中斷。在此情況下，CPU 首先使被響應(yīng)中斷的相應(yīng)“優(yōu)先級(jí)激活”觸發(fā)器置位，以阻斷同級(jí)和低級(jí)的中斷。然后，根據(jù)中斷源的類別，在硬件的控制下內(nèi)部自動(dòng)形成長(zhǎng)調(diào)用指令(LCALL)，此指令的作用將自動(dòng)把斷點(diǎn)壓入堆棧，但不自動(dòng)保存 PSW 的內(nèi)容。然后將對(duì)應(yīng)的中斷源的矢量地址裝入程序計(jì)數(shù)器 PC，使程序轉(zhuǎn)向該中斷的矢量地址，以轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序?qū)?yīng)的入口地址。在使用時(shí)，通常在這些地址單元中存放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令，使程序轉(zhuǎn)移到用戶安排的中斷服務(wù)程序入口處。②中斷處理中斷處理包括兩部分內(nèi)容：一是保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，二是中斷服務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)通常有 PSW、工作寄存器、專用寄存器等。如果在中斷服務(wù)程序中要用這些寄存器，則在進(jìn)入中斷服務(wù)之前應(yīng)將它們的內(nèi)容保護(hù)起來稱為保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；同時(shí)在中斷結(jié)束，執(zhí)行 RETI 指令之前應(yīng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。編寫中斷服務(wù)程序時(shí)需注意到：·各中斷源的入口矢量地址之間，只相隔 8 個(gè)單元，一般中斷服務(wù)程序是容納不下的，最常用的解決方法是在中斷人口矢量地址單元處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，而轉(zhuǎn)至存儲(chǔ)器其它的任何空間去。·若要在執(zhí)行當(dāng)前中斷程序時(shí)禁止更高優(yōu)先級(jí)中斷，應(yīng)用軟件關(guān)閉 CPU 中斷，或屏蔽更高級(jí)中斷源的中斷，在中斷返回前再開放中斷?！ぴ诒Ｗo(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，為了不使現(xiàn)場(chǎng)信息受到破壞或造成混亂，在此情況下，應(yīng)關(guān) CPU 中斷，使 CPU 暫不響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求。這樣就要求在編寫中斷服務(wù)程序時(shí)，注意在保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)之前要關(guān)中斷，在保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)之后若允許高優(yōu)先級(jí)中斷打斷它，則應(yīng)開中斷。同樣在恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)之前應(yīng)關(guān)中斷，恢復(fù)之后再開中斷。③中斷返回中斷處理程序的最后一條指令是中斷返回指令 RET1。它的功能是將斷點(diǎn)彈出送回PC 中，使程序能返回到原來被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。AT89C51 的 RETI 指令除了彈出斷點(diǎn)之外，它還通知中斷系統(tǒng)已完成中斷處理，并 第 24 頁 共 46 頁將“優(yōu)先級(jí)激活”觸發(fā)器清除(該觸發(fā)器在響應(yīng)中斷時(shí)置 1)。3.1.3 測(cè)溫部分單片機(jī)初始化程序由主函數(shù)實(shí)現(xiàn)，主要完成定時(shí)器 T0、T1 的初始化、中斷系統(tǒng)的初始化等功能。定時(shí)器 T0 中斷函數(shù)每隔 5ms 執(zhí)行 1 次；定時(shí)器 T1 中斷函數(shù)每隔 50ms中斷 1 次，每中斷 20 次（1 秒）即讀取 DS18B20 的溫度代碼，轉(zhuǎn)換為溫度值，再拆分成單個(gè)數(shù)碼后送入顯示緩沖區(qū)。DS18B20 接口程序主要由復(fù)位函數(shù)、讀位函數(shù)、讀字節(jié)函數(shù)、寫位函數(shù)、寫字節(jié)函數(shù)、讀溫度函數(shù)等組成。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。DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。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。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)自主啟動(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。DS18B20 的讀時(shí)序：對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)序分為讀 0 時(shí)序和讀 1 時(shí)序兩個(gè)過程，圖 14。對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)序是從主機(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。DS18B20 在完成一個(gè)讀時(shí)序過程，至少需要60us 才能完成。圖 14 主 CPU 讀 0、1 時(shí)序DS18B20 的寫時(shí)序:圖 13 DS18B20 的復(fù)位時(shí)序 第 25 頁 共 46 頁對(duì)于 DS18B20 的寫時(shí)序仍然分為寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序兩個(gè)過程。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。圖 15 主 CPU 寫 0、1 時(shí)序3.1.4 紅外發(fā)送和接收由于通用紅外遙控系統(tǒng)發(fā)射和接收實(shí)際是兩個(gè)相反的過程，所以在這里只給出了發(fā)射部分原理和設(shè)計(jì)，接收部分原理與其相同只要做一個(gè)逆反過程便可得到相應(yīng)的結(jié)果?？紤]到紅外光反射的原因，發(fā)送的信號(hào)也可能會(huì)被本身接收，因此紅外通信需采用異步半雙工方式，即通信的某一方發(fā)送和接收是交替進(jìn)行的。這里設(shè)置單片機(jī)的串行口采用方式 3 通信；通信的數(shù)據(jù)格式為每幀 11 位，包括 1 位起始位、8 位數(shù)據(jù)位、1 位奇偶校驗(yàn)位和 1 位停止位；片內(nèi)定時(shí)器 T1 作為波特率發(fā)生器，選擇傳送的波特率為 1200bps，則定時(shí)器 T1 的初值應(yīng)設(shè)置為 TL1=TH1=E8H，另外應(yīng)禁止定時(shí)器 T1 中斷，以免因定時(shí)器 T1 溢出而產(chǎn)生不必要的中斷。進(jìn)行紅外通信之前，通信雙方首先要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求制訂某種特定的通信協(xié)議，然后才能編寫相應(yīng)的通信程序。紅外抄表系統(tǒng)中，紅外通信的一方是測(cè)溫端，另一方是手持抄表器，雙方遵循表 6 格式的通信協(xié)議。在紅外通信過程中，手持抄表器是通信的發(fā)起者，其發(fā)送和接收都是主動(dòng)的。它的具體工作過程為：CPU 不斷掃描鍵盤，若發(fā)現(xiàn)有命令鍵按下，則調(diào)用發(fā)送子程序發(fā)送相應(yīng)的操作命令；發(fā)送結(jié)束后即啟動(dòng)接收子程序，以接收測(cè)溫端回送的信息，然后對(duì)接收到的信息進(jìn)行后續(xù)處理，在數(shù)碼管上顯示出來。表 6 抄表系統(tǒng)的通信協(xié)議格式操作 操作碼 地址碼 數(shù) 據(jù) 結(jié)束符讀取表數(shù) AAH 3 字節(jié) BCD 碼 3 字節(jié) BCD 碼 EDH設(shè)置表號(hào) BBH - 3 字節(jié) BCD 碼 EDH 第 26 頁 共 46 頁設(shè)置表底數(shù) CCH 3 字節(jié) BCD 碼 3 字節(jié) BCD 碼 EDH開/關(guān)表設(shè)備 DDH 3 字節(jié) BCD 碼 A0H/B0H EDH校驗(yàn)出錯(cuò) EEH 3 字節(jié) BCD 碼 - EDH大概有以下兩種編碼格式（Format） 。第一種格式為 1913、9012、1621 格式；第二種為 3010 格式。其中尤以第一種格式用得最多。第一種格式以 1621 為例，當(dāng)按下遙控器上的某個(gè)按鍵時(shí)，遙控器將發(fā)射出一幀數(shù)據(jù)，幀數(shù)據(jù)的編碼格式由三部分組成：引導(dǎo)碼（Lead cod