南华大学电气工程学院毕业设计（论文）
输入/输出（I/O）口引脚包括4个并口，即P0口、P1口、P2口和P3口。 P0口是一个8位双向I/O端口，端口置1时作高阻抗输入端，作为输出口时能驱动8个TTL电平。对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节；校验程序时输出指令字节，需要接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，P 0口是分时转换的地址（低8位)/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。
P1口是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/0端口。输出时可驱动4个 TT L电平。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收低 8 位地址信息。
P2口是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL电平。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收高8 位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。
P3口是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL电平。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接控制信息。除此之外P3端口还有第二功能。P3 口引脚的第二功能如表3.1所示：
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表3.1 P3口引脚第二功能
P3口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 第二功能 串行通信输入（RXD） 串行通信输出（TXD） 外部中断0（INT0） 外部中断1（INT1） 定时器0输入（T0） 定时器1输入（T1） 外部数据存储器写选通 外部数据存储器读选通 3.2 时钟及复位电路 3.2.1 时钟电路
时钟电路：时钟电路提供单片机的时钟控制信号，单片机时钟产生方式有内部时钟方式和外部时钟方式。最常用的是内部时钟方式是采用外接晶振（感性元件）和电容组成的并联谐振回路。瓷片电容的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路的起振速度都有一定的影响。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在 1MHz~33 MHz 内选择。电容取30pF左右。XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端。使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2 悬空。AT89S51的时钟电路如图3.2所示：
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图3.2 AT89S51时钟电路
3.2.2 复位电路
在单片机的实际应用系统中，除单片机本身需要复位外，外部扩展的I/O接口电路也要复位，因此需要一个系统的同步复位信号，即单片机复位后，CPU开始工作时，外部的电路一定也要复位好，以保证CPU有效的对外部电路进行初始化编程。
复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键脉冲复位是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的；按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的。本系统使用按键电平复位，其电路图如图3.3所示：
图3.3 AT89S51 复位电路
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3.3 温度信号采集单元
本部分主要介绍了数字温度传感器DS18B20的内部结构、工作原理以及其外部驱动电路的设计。DS18B20是 DALLAS公司的最新单总线数字温度传感器，支持单总线接口，测量温度范围为-55℃~+125 ℃，在 -10℃~+85 ℃范围内，精度为±0.5 ℃。现场温度直接以单总线数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20 适合用于恶劣环境的现场温度测量，与前一代产品不同，DS18B20传感器支持3V~5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且DS18B20传感器比前一代产品更便，体积更小。温度传感器模块采用DS18B20，主要功能是实时将水温温度数据返回单片机，将模拟信号转换为数字信号，便于数据处理与决策，由于此模块直接决定整个系统能否正常运行，所以是系统的核心模块。
3.3.1 DS18B20产品的特点
（1）只要求一个端口即可实现通信；
（2）在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号； （3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温； （4）测量温度范围在－55℃到＋125℃之间；
（5）数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择； （6）内部有温度上、下限告警设置。
3.3.2 DS18B20的引脚介绍
TO－92封装的DS18B20的引脚排列如图3.4所示：
图3.4底视图
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DS18B20的引脚功能描述如表3.2所示：
表3.2 DS18B20详细引脚功能描述
序号 1 2 3 名称 GND DQ VDD 引脚功能描述 地信号 数据输入/输出引脚。 可选择的VDD引脚。 3.3.3 DSB18B20的内部结构
DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DQ为数字信号输入/输出端；GND 为电源地；VDD 为外接供电的电源输入端，内部结构图如图3.4所示：
电源检测 64位 ROM 和 单线 接口 8位CRC生成器 图3.4 DSB18B20内部结构图
（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20 的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品
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存储器和控制器 温度灵敏原件 高速 缓存 存储器 低温触发器TL 高温触发器TH 配置寄存器