哈尔滨理工大学学士学位论文 第3章 硬件电路的设计
3.1 微处理器
单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机。目前，可用于51系列单片机开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以极方便地利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。单片机最小系统是在以AT89S52单片机为基础上扩展，使其能更方便地运用于测试系统中，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测试的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。
3.1.1 STC89C52的引脚具体介绍
STC89C52系列单片机是新一代高速∕低功耗∕超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。STC89C52单片机的外形结构为40引脚双列直插式封装，其外部管脚如图3-1所示，STC89C52外部管脚如图3-1所示。
图3-1 STC89C51外部引脚图
STC89C52的引脚含义具体介绍如下：
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哈尔滨理工大学学士学位论文 1. 主电源引脚（2根）
VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源 GND(Pin20)：接地线 2. 外接晶振引脚（2根）
XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 3. 控制引脚（4根）
RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号
EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
4. 可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。
PO口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7 P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7 P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7 P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7
3.1.2 晶振电路
MCS-51单片机片内有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器， 引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。把放大器与作为反馈元件的晶体振荡器或陶瓷谐振器连接，就构成了内部自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
3.1.3 复位电路
单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。MCS-51系列单片机的复位引脚RST上只要出现10ms以上的高电平，单片机就实现复位。硬件电路如图3-2所示。
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哈尔滨理工大学学士学位论文 图3-2 单片机最小系统
3.2 温度采集电路设计
DS18B20的测温原理如图3-4所示。低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度[12]。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，提高测量准确制度。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。DS18B20的内部结构如图3-3所示：
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哈尔滨理工大学学士学位论文 预置 斜率累加器 计数比较器 低温度系数振荡器 减法计数器 预置 减至0 温度寄存器 高温度系数振荡器 减法计数器 图3-3 DS18B20内部结构图
减至0
图3-4温度测量原理电路
DS18B20主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20有4个主要的数据部件：
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）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。表3-1为不同温度对应的二进制和十六进制数。
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哈尔滨理工大学学士学位论文 温度 +125℃ +85℃ +25.0625℃ +10.125 +0.5℃ 0℃ -0.5℃ -10.125℃ -25.0625℃ -55℃ 表3-1 DS18B20温度数据表 DIGITAL OUTPUT (Binary) 0000 0111 1101 0000 0000 0101 0101 0000 0000 0001 1001 0001 0000 0000 1010 0010 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1000 1111 1111 0101 1110 1111 1110 0110 1111 1111 1100 1001 0000 DIGITAL OUTPUT (Hex) 07D0h 0550h 0191h 00A2h 0008h 0000h FFF8h FF5Eh FF6Eh FC90h DS18B20温度传感器的存储器：DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。
配置寄存器：该字节各位的意义如表3-2所示。
TM R1 R0 表3-2 配置寄存器结构 1 1 1 1 1 低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式
还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如表3-3所示（DS18B20出厂时被设置为12位）：
R1 0 0 1 1 R0 0 1 0 1 表3-3 分辨率设置 分辨率 9位 10位 11位 12位 温度最大转换时间 93.75ms 187.5ms 375ms 750ms DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线。采用寄生电源供电方式是VDD和GND端接地。
DS18B20与单片机接口电路如图3-6所示，图中，DS18B20的I/O端口DQ通过一个4.7k的外部上拉电阻与单片机连接。本设计中DS18B20采用外部电源方式供电，故GND接地。
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