基于單片機的溫度控制系統(tǒng)

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安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 基于單片機的溫度控制系統(tǒng) THE TEMPRETURE CONTROL SYSTEM BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER 學院（部）： 電氣與信息工程學院 專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化 學生姓名： 指導教師： 2013 年 05 月 25 日 基于單片機的溫度控制系統(tǒng) 摘要 本設(shè)計以AT89C51單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。溫度信號由溫度芯片DS18B20采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測電路、溫度控制電路、PC機與單片機串口通訊電路和一些接口電路 。單片機通過對信號進行相應處理，從而實現(xiàn)溫度控制的目的。文中還著重介紹了軟件設(shè)計部分，在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號處理程序、繼電器控制程序、超溫報警程。該控制系統(tǒng)可以實時存儲相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)并記錄當前的時間。系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，計算溫度子程序、按鍵處理程序、LCD顯示程序以及數(shù)據(jù)存儲程序等。 關(guān)鍵詞：AT89C51，單片機 ，DS18B20溫度芯片，溫度控制 46 THE TEMPRETURE CONTROL SYSTEM BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER ABSTRACT The at89c51 monolithic integrated circuit is take as core temperature control systems principle of work and design method. The temperature signal by the temperature chip DS18B20 gathering, and transmits by digital signals way for the monolithic integrated circuit. The control systems hardware part is introduced.Including:Temperature,examination,electric,circuit,temperature-control circuit, PC machine and monolithic integrated circuit serial port communication channel and some interface circuit. The monolithic integrated circuit through carries on corresponding processing to the signal, thus realizes the temperature control goal. In the article also emphatically introduced the software design part, uses the modular structure in here, the main module includes: Nixietube display sequence, keyboard scanning and pressed key disposal procedure, temperature signal processing procedure, black-white control procedure, excess temperature warning procedure. KEYWORDS：AT89C51 monolithic integrated circuit，DS1820 temperature chip，temperature control，serial port communication I i 目錄 摘要（中文） I 摘要（英文） II 1緒論 1 1.1 中外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況 1 1.1.1 國外溫度測控系統(tǒng)研究 1 1.1.2 國內(nèi)溫度測控系統(tǒng)研究 1 1.2 溫度控制系統(tǒng)研究意義 1 1.3 溫度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法 4 2方案設(shè)計 6 2.1 系統(tǒng)工作原理 6 2.2 各模塊設(shè)計 6 2.2.1 溫度傳感器電路 6 2.2.2 通用鍵盤顯示電路設(shè)計 8 2.2.3 溫度控制及超溫報警電路 9 2.2.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 11 2.2.5 數(shù)據(jù)存儲器擴展模塊 12 3硬件介紹 14 3.1 AT89C51單片機簡介 14 3.1.1 主要特性 14 3.1.2 管腳說明 15 3.1.3 振蕩器特性 16 3.1.4 芯片擦除 16 3.2 8279芯片簡介 17 3.2.1 引腳介紹 17 3.2.2 8279的編程方法 19 3.2.3 8279的操作 21 3.2.4 8279 編程舉例 23 3.3 62256芯片簡介 25 3.3.1 62256 引腳功能 25 3.3.2 62256引腳圖 26 3.4 74LS373簡介 27 3.5 DS1820簡介 27 I i 3.5.1 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 28 3.5.2 DS18B20溫度傳感器的存儲器 28 3.5.3 DS1820使用中注意事項 29 4軟件設(shè)計 31 4.1 程序結(jié)構(gòu)分析 31 4.2 子程序設(shè)計 34 4.2.1 讀出溫度子程序 34 4.2.2　LED數(shù)碼顯示管程序 35 4.2.3 鍵盤掃描及按鍵處理子程序 36 5結(jié)束語 37 參考文獻 39 致謝 40 ii 1緒論 1.1 中外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況 1.1.1 國外溫度測控系統(tǒng)研究 國外對溫度控制技術(shù)研究較早，始于20世紀70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。現(xiàn)在世界各國的溫度測控技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。 1.1.2 國內(nèi)溫度測控系統(tǒng)研究 我國對于溫度測控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達國家溫度測控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。我國溫度測控設(shè)施計算機應用，在總體上正從消化吸收、簡單應用階段向?qū)嵱没?、綜合性應用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達國家相比，存在較大差距。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠遠沒有達到工廠化的程度，生產(chǎn)實際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點。 國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展及加入WTO，我國政府及企業(yè)對此都非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。 1.2 溫度控制系統(tǒng)研究意義 二十一世紀是科技高速發(fā)展的信息時代，電子技術(shù)、微型單片機技術(shù)的應用更是空前廣泛，伴隨著科學技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，需要對各種參數(shù)進行溫度測量。因此溫度一詞在生產(chǎn)生活之中出現(xiàn)的頻率日益增多，與之相對應的，溫度控制和測量也成為了生活生產(chǎn)中頻繁使用的詞語，同時它們在各行各業(yè)中也發(fā)揮著重要的作用。如在日趨發(fā)達的工業(yè)之中，利用測量與控制溫度來保證生產(chǎn)的正常運行。在農(nóng)業(yè)中，用于保證蔬菜大棚的恒溫保產(chǎn)等。 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要 2 i 而普遍的參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進國民經(jīng)濟的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來滿足生產(chǎn)生活中的需要。 在單片機溫度測量系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一。因此，單片機溫度測量則是對溫度進行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔負著重要的測量任務。在日常生活中，也可廣泛實用于地熱、空調(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設(shè)備溫度測量場合。但溫度是一個模擬量，如果采用適當?shù)募夹g(shù)和元件，將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量雖不困難，但電路較復雜，成本較高。 現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計，工程建設(shè)及日常生活中溫度控制都起著重要的作用，早期的溫度控制主要用于工廠時間生產(chǎn)中，能起到實時采集溫度數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量之用。隨著人們生活質(zhì)量的提高，現(xiàn)代社會中的溫度控制不僅應用在工廠生產(chǎn)方面也應用于酒店，廠房以及家庭生活中，在有些應用中，如高精度的生產(chǎn)廠房，對溫度的要求極其嚴格，溫度的變化極有可能對生產(chǎn)的產(chǎn)品造成極大的影響。因此，這就需要一種能夠及時檢測溫度變化以及溫度變化的設(shè)備，提供溫度數(shù)據(jù)值，使人們對溫度的變化做及時的調(diào)整，多點溫度控制可根據(jù)人們不同的應用環(huán)境自行設(shè)置該環(huán)境的溫度值，及時反映生產(chǎn)，生活中溫度變化使人們能及時看到溫度變化的第一手資料，提示人們溫度變化情況，協(xié)助人們能及時的調(diào)整，起到溫度報警作用，使溫度控制更好的服務于社會生產(chǎn)，生活。 電子技術(shù)的飛速發(fā)展，給人類的生活帶來了根本的的變革，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)了微型計算機，更是將人類社會帶入了一個新的時代。利用微機的強大功能。人們可以完成各種各樣的控制。 然而，微機造價高，對于大多數(shù)的工業(yè)控制來說，也并不需要微機那樣強大的功能，于是單片機就運用而生了。單片機其實就是一個簡化的微機，將微機的CPU，存儲器，I/O接口。定時器/計數(shù)器等集成在一片芯片上就是單片機了，它主要用來完成各種控制功能。相對微機來說，單片機價格低，非常適合于應用在簡單 的控制場合以降低成本。另外，單片機是按照工業(yè)控制要求設(shè)計的，其可靠性很高，可在工業(yè)現(xiàn)場復雜的環(huán)境下運行。單片機依靠其高的可靠性和極高的性價比，在工業(yè)控制，數(shù)據(jù)采集，智能化儀表，家用電器等方面得到極為廣泛的應用。 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進國民經(jīng)濟的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來滿足生產(chǎn)生活中的需要。 在 4 i 單片機溫度測量系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一。因此，單片機溫度測量則是對溫度進行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔負著重要的測量任務。在日常生活中，也可廣泛實用于地熱、空調(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設(shè)備溫度測量場合。但溫度是一個模擬量，如果采用適當?shù)募夹g(shù)和元件，將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量雖不困難，但電路較復雜，成本較高。 溫度、濕度和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，同時也是工業(yè)生產(chǎn)中最常見最基本的工藝參數(shù)，例如機械、電子、石油、化工等各類工業(yè)中廣泛需要對溫度濕度的檢測與控制。并且隨著人們生活水平的提高，人們對自己的生存環(huán)境越來越關(guān)注。而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對溫度濕度的檢測及控制就非常有必要了。 隨著科技的飛速發(fā)展和普及，高性能設(shè)備越來越多，各行各業(yè)對溫濕度的要求也越來越高。傳統(tǒng)的溫濕度檢測模式是以人為基礎(chǔ)，依靠人工輪流值班，人工巡回查看等方式來測量和記錄環(huán)境狀況信息。在這種模式下，不僅效率低不利于人才資源的充分利用，而且缺乏科學性，許多重大事故都是由人為因素造成的，人工維護缺乏完整的管理系統(tǒng)。而問世監(jiān)控系統(tǒng)就可以解決這樣人才資源浪費，管理不及時的問題，這是由于它的智能化設(shè)計所決定的。故本次設(shè)計對于類似項目還具有普遍意義。 8051單片機是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度控制系統(tǒng)的實力也很多。使用8051單片機能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度全程的自動控制，而且8051單片機易于學習掌握，性價比高。 使用8051型單片機設(shè)計溫濕度控制系統(tǒng)，可以即時精確的反應溫室內(nèi)的溫度以及適度的變化。完成諸如升溫到特定的溫度、降溫到特定的溫度。在溫度上下限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。將此系統(tǒng)應用到溫室當中無疑為植被生長提供了更加適宜的環(huán)境。對于大棚種植和花圃、花卉栽培，必須在某些特定環(huán)境安裝溫濕度裝置對其進行監(jiān)控。本系統(tǒng)可以及時、精確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化，能夠滿足溫濕度的控制要求。 溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于社會生活的各個領(lǐng)域 ,如家電、汽車、材料、電力電子等 ,常用的控制電路根據(jù)應用場合和所要求的性能指標有所不同 , 在工業(yè)企業(yè)中,如何提高溫度控制對象的運行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術(shù)人員努力解決的問題。這類控制對象慣性大,滯后現(xiàn)象嚴重,存在很多不確定的因素,難以建立精確的數(shù)學模型,從而導致控制系統(tǒng)性能不佳,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用 ,但由于繼電器動作頻繁 ,可能會因觸點不良而影響正常工作?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的PID控制方式,但PID控制對象的模型難以建立,并且當擾動因素不明確時,參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。而采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡單，而且減少了溫度測量轉(zhuǎn)換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個引腳即可與單片機進行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具有擴展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實用性。更能串接多個數(shù)字溫度傳感器DS18B20進行范圍的溫度檢測。 1.3 溫度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法 溫度控制電路廣泛應用于社會生活的各個領(lǐng)域,如家電、汽車、材料、電力電子等,常用的控制電路根據(jù)應用場合和所要求的性能指標有所不同,傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用,但由于繼電器動作頻繁,可能會因觸點不良而影響正常工作。采用主回路無觸點控制,克服繼電器接觸不良的缺點,且維修方便,缺點是溫度控制范圍小,精度不高。本文就最近幾年快速發(fā)展的PID溫控,模糊控制,神經(jīng)網(wǎng)絡控制在溫度控制中的應用做一綜述。 模糊控制是基于模糊邏輯的描述一個過程的控制算法,主要嵌入操作人員的經(jīng)驗和直覺知識。它適用于控制不易取得精確數(shù)學模型和數(shù)學模型不確定或經(jīng)常變化的對象。電力系統(tǒng)的模型通常是不完善的,即使模型已知,也存在參數(shù)變化的問題。PID控制簡單、方便,但難以解決非線性和參數(shù)的變化,模糊控制不需要裝置的精確模型,僅依賴于操作人員的經(jīng)驗和直觀判斷,非常容易應用。模糊溫控的實現(xiàn):(1)將溫控對象的偏差和偏差變化率以及輸出量劃分為不同的模糊值,建立規(guī)則,例如,IF溫度太高OR溫度正在上升,THEN減少控制輸入,或風冷。將這些模糊規(guī)則寫成模糊條件語句,形成模糊模型。(2)根據(jù)控制查詢表,形成模糊算法。(3)對溫度誤差采樣的精確量模糊化,經(jīng)過數(shù)學處理輸入計算機中,計算機根據(jù)模糊規(guī)則推理做出模糊決策,求出相應的控制量,變成精確量去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu),調(diào)整輸入,達到調(diào)節(jié)溫度,使之穩(wěn)定的目的。同傳統(tǒng)的PID控制比較,模糊控制響應快,超調(diào)量小,參數(shù)變化不敏感。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡是當前主要的、也是重要的一種人工智能技術(shù),是一種采用數(shù)理模型的方法模擬生物神經(jīng)細胞結(jié)構(gòu)及對信息的記憶和處理而構(gòu)成的信息處理方法。它用大量簡單的處理單元廣泛連接形成各種復雜網(wǎng)絡,拓撲結(jié)構(gòu)算法各異,其中誤差反向傳播算法(即BP算法)應用最為廣泛。溫度控制系統(tǒng)由于負載的變化以及外界干擾因素復雜,而PID控制只能對電參數(shù)的影響做精確的計算,對于外界環(huán)境的變化只能做近似的估算,影響控制精度。人工神經(jīng)網(wǎng)絡以其高度的非線映射,自組織,自學習和聯(lián)想記憶等功能,可對復雜的非線性系統(tǒng)建模。該方法響應速度快,抗干擾能力強,算法簡單,且易于用硬件和軟件實現(xiàn)。訓練方法實際是網(wǎng)絡的自學習過程,即根據(jù)事先定義好的學習規(guī)則,按照提供的學習實例,調(diào)節(jié)網(wǎng)絡系統(tǒng)各節(jié)點之間相互連接的權(quán)值大小,從而達到記憶,聯(lián)想,歸納等目的。在溫控系統(tǒng)中,將溫度的影響因素如天氣、氣溫、外加電壓、被加熱物體性質(zhì)以及被加熱物體溫度等作為網(wǎng)絡的輸入,將其輸出作為PID控制器的參數(shù),以實驗數(shù)據(jù)作為樣本,在微機上反復迭代,隨實驗與研究的進行與深入,自我完善與修正,直至系統(tǒng)收斂,得到網(wǎng)絡權(quán)值,達到自整定PID控制器參數(shù)的目的。mnn(memory neuron network)在每個網(wǎng)絡節(jié)點增加了記憶神經(jīng)元,在學習動態(tài)非線性系統(tǒng)時,不須知道實際系統(tǒng)過多的結(jié)構(gòu),同時當系統(tǒng)滯后比較大時不會造成網(wǎng)絡龐大難以訓練。 PID控制即比例、積分、微分控制。自19世紀40年代開始以來,廣泛應用在工業(yè)生產(chǎn)中,長期以來,由于其結(jié)構(gòu)簡單、實用、價格低,在廣泛的過程領(lǐng)域內(nèi)可以實現(xiàn)滿意的控制。溫控系統(tǒng)將熱電偶實時采集的溫度值與設(shè)定值比較,差值作為PID功能塊的輸入。PID算法根據(jù)比例、積分、微分系數(shù)計算出合適的輸出控制參數(shù),利用修改控制變量誤差的方法實現(xiàn)閉環(huán)控制,使控制過程連續(xù),是很普通的調(diào)節(jié)方法。其缺點是現(xiàn)場PID參數(shù)整定麻煩,被控對象模型參數(shù)難以確定,外界干擾會使控制漂離最佳狀態(tài)。提出一種PID參數(shù)自整定的溫度控制算法,采用簡化臨界比例度整定法,只需整定一個參數(shù),提高了參數(shù)的整定效率,用編程的方法實現(xiàn)在線參數(shù)自整定。應用這種規(guī)則的系統(tǒng)特點是其瞬態(tài)響應超調(diào)量小,抗干擾能力強,且振蕩有足夠的阻尼,具有良好的選擇性和靈敏度。效果得到了改善。針對大功率二極管應用中的技術(shù)困難,提出開關(guān)型大電流雙向輸出模型和含PID調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)控制。本文即采用PID算法來實現(xiàn)溫控系統(tǒng)的設(shè)計。 7 i 2方案設(shè)計 2.1 系統(tǒng)工作原理 單片機溫度控制系統(tǒng)是以AT89C51單片機為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅(qū)動電路，晶閘管主電路對電爐爐溫進行控制的微機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的原理框圖如圖2-1所示，其基本控制原理為: 用鍵盤將溫度的設(shè)定值送入單片機，并在LED顯示，啟動運行后，通過信號采集電路將溫度信號采集到后，送入單片機系統(tǒng)進行PID 控制運算，將控制量輸出，改變可控硅管的接通時間便可改變加熱絲功率，以達到調(diào)節(jié)溫度的目的控制電阻爐的加熱。 當由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導致在一段時間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時候，單片機通過三極管驅(qū)動揚聲器發(fā)出警笛聲。 數(shù)存擴展 8279 AT89C51 溫控電路 數(shù)模轉(zhuǎn)換 傳感器 鍵盤與顯示 電爐 圖2-1 系統(tǒng)原理圖 2.2 各模塊設(shè)計 2.2.1 溫度傳感器電路 采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。傳感器輸出信號進4.7K的上拉電阻直接接到單片機的P1.0引腳上。 DS18B20溫度傳感器是美國達拉斯(DALLAS)半導體公司推出的應用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。本設(shè)計中溫度傳感器之所以選擇單線數(shù)字器件DS18B20，是在經(jīng)過多方面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因： （1）系統(tǒng)的特性：測溫范圍為-55℃～+125℃ ，測溫精度為士0.5℃；溫度轉(zhuǎn)換精度9～12位可變，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以16位二進制數(shù)碼的方式串行輸出；12位精度轉(zhuǎn)換的最大時間為750ms；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式。 （2）系統(tǒng)成本：由于計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強大，體積越來越小，而價格也越來越低。一支DS18B20的體積與普通三極管相差無幾，價格只有十元人民幣左右。 （3）系統(tǒng)復雜度：由于DS18B20是單總線器件，微處理器與其接口時僅需占用1個I/O端口且一條總線上可以掛接幾十個DS18B20，測溫時無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復雜度，減少工程的施工量。 （4）系統(tǒng)的調(diào)試和維護：由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡化，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來方便。同時因為DS18B20是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強，因此，減少了系統(tǒng)的日常維護工作。 DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸總線端口DQ ，外供電源線VDD，共用地線GND。DS18B20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時VDD接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，相應的完成溫度轉(zhuǎn)換的時間較長。這種情況下，用單片機的一個I/O口來完成對DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V)，相應的完成溫度測量的時間較短。 在本設(shè)計中采用外部供電方式實現(xiàn)DS18B20傳感器與單片機的連接，其接口電路如圖2-2所示。 VCC P1.0 3 2 1 圖2-2溫度傳感器電路 2.2.2 通用鍵盤顯示電路設(shè)計 如圖2-3所示，ALE信號作為8279的時鐘信號，從而與時鐘同步。8279的中斷信號IRQ接到單片機的P1.1引腳。緩沖器地址A0接到單片機的P2.5引腳，片選信號則接到單片機的P2.6引腳。讀寫信號分別和單片機的讀寫信號相連。8279的數(shù)據(jù)線D0-D7與單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。 8279與AT89C51的許多信號是兼容的，可直接鏈接，十分方便。8279的8位數(shù)據(jù)線直接連接到AT89C51的P0口。讀寫信號分別于89C51的讀寫信號相連接。AT89C51的鎖存信號ALE接8279的CLK，在內(nèi)部分頻后產(chǎn)生共內(nèi)部時鐘信號。8279的終端請求信號經(jīng)一個反相器反向后接AT89C51的P1.1.AT89C51的三個可尋址寄存器只需要兩個地址，即命令/狀態(tài)寄存器地址和數(shù)據(jù)寄存器地址。8279中與地址有關(guān)的信號為A0和片選信號，它們的鏈接情況直接決定著寄存器的地址，一旦硬件電路確定，寄存器的地址也就確定下來了。 LED的發(fā)光效率和顏色取決于制造的材料，一般常用紅色，偶爾也用黃色或綠色。發(fā)光二極管LED是智能化測量控制儀表中簡單而常用的輸出設(shè)備，通常用來指示機器的狀態(tài)或其他信息。它的優(yōu)點是耗電省，配置靈活，接口方便，價格低，壽命長，對電流電壓的要求不高及容易實現(xiàn)多路等。 LCD是一種被動顯示器，它本身并不發(fā)光，只是調(diào)節(jié)光的亮度。目前常用的LCD是根據(jù)液晶的扭曲一向列效應原理制成的，可得到黑底白字或白底黑字的顯示形式。對于采用電池供電的便攜式智能化測量控制儀表，考慮到低功耗的要求，常常需要采用液晶顯示器，它體積小，重量輕，功耗極低，因此在儀器儀表中的應用十分廣泛。但是必須借助外來光顯示。 CRT顯示器可以進行圖形顯示，但接口較復雜，成本也較高。 在多路溫度巡檢儀中只需要顯示4位數(shù)字形式的溫度和路數(shù)，可以不必使用價格較高的CRT； 4位LED的工作電流為240mA左右，由于使用交流電源供電，足以提供LED顯示器所需要的功率，對于LED而言，僅有4位，體積也很小，這樣比較LED和 LCD的諸多特點，本系統(tǒng)選擇 LED顯示器。 鍵盤是一組按鍵的組合，它的作用主要是控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)和命令，有編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩類。 編碼式鍵盤除了按鍵之外，還包括了產(chǎn)生鍵碼的硬件電路、去抖動電路和多鍵、竄鍵保護電路。每按下一個鍵，能自動產(chǎn)生這個鍵的鍵碼，與此同時，產(chǎn)生一個脈沖信號，通知CPU接收。這種鍵盤使用方便，接口程序簡單，但是需要較多的硬件電路，價格較貴，一般的單片機應用系統(tǒng)較少采用。 非編碼式鍵盤僅由排成行、列矩陣形式的按鍵組成，按鍵的作用只是簡單的實現(xiàn)接點的接通或斷開，鍵的去抖動、鍵的編碼的形成和鍵的識別等均由軟件來完成。由于它經(jīng)濟實用，在單片機應用系統(tǒng)中廣泛采用。 經(jīng)過以上對比，可以采用非編碼式鍵盤。 圖2-3 鍵盤與顯示電路 2.2.3 溫度控制及超溫報警電路 AT89C51對溫度的控制是通過可控硅調(diào)控器實現(xiàn)的?？煽毓韫敵雠c通斷時間關(guān)系草圖如圖所示。雙向可控硅管和加熱絲串聯(lián)接在交流220V，50Hz交流試點回路。在給定的周期T內(nèi)，8031只要改變可控硅管的接通時間便可改變加熱絲功率，以達到調(diào)節(jié)溫度的目的。圖示出了可控硅管在給定周期T內(nèi)具有不同接通時間的情況。顯然，可控硅在給定周期T的100%時間內(nèi)接通的功率最大。 可控硅接通時間可以通過可控硅控制板上控制脈沖控制。該觸發(fā)脈沖由單片機用軟件在P1.2引腳上產(chǎn)生，受過零同步脈沖后經(jīng)光偶管和驅(qū)動器輸送到可控硅的控制極上。偏差控制的原理是先求出史冊爐溫對所需爐溫的偏差值，然后對偏差值處理而獲得控制信號去調(diào)節(jié)電阻爐的功率，以實現(xiàn)對電阻爐的爐溫控制。 如圖所示，利用電壓控制信號進行移相控制的觸發(fā)電路。該電路由同步電源，脈沖形成，放大和移相控制等環(huán)節(jié)組成。交流電源經(jīng)同步變壓器T1，D1-D4組成的橋式整流電路，以及由R1，組成的限幅電路，形成梯形電壓，用它作為觸發(fā)電路的同步電源，同時作為電路中放大器的電源。 脈沖形成電路由單結(jié)晶管和半導體三極管T2等組成。Vi增大，T2的基極電位減小使其集電極電流增加，電容C1充電加快，相當于充電電阻減小,于是觸發(fā)脈沖前移?？煽毓鑼ń窃龃?，vi減小，T2的基極電位增加使其集電極電流減小相當于充電電阻增加可控硅導通角減小。由此可見，三極管T2起了可變電阻的作用從而達到改變C1充電時間常數(shù)的目的。 當由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導致在一段時間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時候，單片機通過三極管驅(qū)動揚聲器發(fā)出警笛聲。具體電路連接如圖所示。 電路中有一個三極管的保護電路，即將一個二極管反向接到三機管的兩端。 圖2-4可控硅輸出功與通斷時間關(guān)系 圖2-5 溫度控制電路 蜂鳴器 圖2-6 超溫報警電路 2.2.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 0832由8位數(shù)據(jù)輸入寄存器，8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換器組成。它是電流輸出型的即將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電流量輸出。但在單片機系統(tǒng)中，往往需要電壓信號輸出，為此，將電流輸出再通過運算放大器，即可得到輸出電壓。 +5V 0832 AT89C51 P0.7 - P0.0 P2.6 WR D7 ILE - D0 GND CS XFER WR1 WR2 +12V —— 1K —12V 圖2-7 DAC0832接口電路圖 2.2.5 數(shù)據(jù)存儲器擴展模塊 系統(tǒng)板擴展了一片32K的數(shù)據(jù)存儲器62256，如圖2-8所示。數(shù)據(jù)線D0-D7直接與單片機的數(shù)據(jù)地址復用口P0相連，地址的低8位A0-A7由鎖存器74LS373獲得，地址的高7位則直接與單片機的P2.0-P2.6相連。片選信號則由地址線A15（P2.7引腳）獲得，讀寫信號分別于89C51的讀寫信號相連，低電平有效。 ALE P2.7 RD WR P0.0 P07 P2.0 P2.4 LE OE D0 Q0 - - D7 Q7 CS A0 OE - WE A7 D0 - D7 A8 - A12 圖2-8 數(shù)據(jù)存儲器擴展圖 3硬件介紹 3.1 AT89C51單片機簡介 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，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廉的方案。 3.1.1 主要特性 與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 3.1.2 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(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，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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當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，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是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。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。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)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 3.1.3 振蕩器特性 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 3.1.4 芯片擦除 整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，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，定時器，計數(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，直到下一個硬件復位為止。 很多初學51單片機的網(wǎng)友會有這樣的問題：AT89S51是什么書上和網(wǎng)絡教程上可都是8051，89C51等！沒聽說過有89S51 。 這里，初學者要澄清單片機實際使用方面的一個產(chǎn)品概念，MCS-51單片機是美國INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有 8031（內(nèi)部沒有程序存儲器，實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）和8751等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS-51內(nèi)核系列兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的89S51、已經(jīng)停產(chǎn)的89C51等），各高校及專業(yè)學校的培訓教材仍與MCS-51單片機作為代表進行理論基礎(chǔ)學習。 有些文獻甚至也將8051泛指MCS-51系列單片機，8051是早期的最典型的代表作，由于MCS-51單片機影響極深遠，許多公司都推出了兼容系列單片機，就是說MCS-51內(nèi)核實際上已經(jīng)成為一個8位單片機的標準。 其他的公司的51單片機產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一段程序，在各個單片機廠家的硬件上運行的結(jié)果都是一樣的，如ATMEL的89C51（已經(jīng)停產(chǎn)）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，我們常說的已經(jīng)停產(chǎn)的89C51指的是ATMEL公司的 AT89C51單片機，同時是在原基礎(chǔ)上增強了許多特性，如時鐘，更優(yōu)秀的是由Flash（程序存儲器的內(nèi)容至少可以改寫1000次）存儲器取帶了原來的ROM（一次性寫入），AT89C51的性能相對于8051已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。 不過在市場化方面，89C51受到了PIC單片機陣營的挑戰(zhàn)，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP（在線更新程序）功能，必須加上ISP功能等新功能才能更好延續(xù)MCS-51的傳奇。89S51就是在這樣的背景下取代89C51的，現(xiàn)在，89S51目前已經(jīng)成為了實際應用市場上新的寵兒，作為市場占有率第一的atmel目前公司已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51，將用AT89S51代替。89S51在工藝上進行了改進，89S51采用0.35新工藝，成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。同時，Atmel不再接受89CXX的定單，大家在市場上見到的89C51實際都是Atmel前期生產(chǎn)的巨量庫存而以。 3.2 8279芯片簡介 3.2.1 引腳介紹 8279采用單5V電源供電，40腳封裝。 DB0～DB7:雙向數(shù)據(jù)總線，用來傳送8279與CPU之間的數(shù)據(jù)和命令。 CLK:時鐘輸入線，用以產(chǎn)生內(nèi)部定時的時鐘脈沖。 RESET:復位輸入線，8279復位后被置為字符顯示左端輸入，二鍵閉鎖的觸點回彈型式，程序 時鐘前置分頻器被置為31,RESET信號為高電平有效。 CS:片選輸入線，低電平有效，單片機在CS端為低時可以對8279讀/寫操作。 A0:緩沖器低位地址，當A0為高電平時，表示數(shù)據(jù)總線上為命令或狀態(tài)， 當為低電平時，表示數(shù)據(jù)總線上為數(shù)據(jù)。 RD:讀信號輸入線，低電平有效，將緩沖器讀出，數(shù)據(jù)送往外部總線。 WR:寫信號輸入線，低電平有效，將緩立器讀出,將數(shù)據(jù)從外部數(shù)據(jù)總線寫入8279的緩沖器。 RL2-- 1 40 --VCC RL3-- 2 39 --RL 1 CLK-- 3 38 --RL 0 IRQ-- 4 37 --CNTL/STB RL4-- 5 36 --SHIFT RL5-- 6 35 --SL 3 RL6-- 7 34 --SL 2 RL7-- 8 33 --SL 1 RESRT-- 9 32 --SL 0 RD-- 10 31 --OUT B0 WR-- 11 30 --OUT B1 DB0-- 12 29 --OUT B2 DB1-- 13 28 --OUT B3 DB2-- 14 27 --OUT A0 DB3-- 15 26 --OUT A1 DB4-- 16 25 --OUT A2 DB5-- 17 24 --OUT A3 DB6-- 18 23 --BD DB7-- 19 22 --CS VSS-- 20 21 --A0 IRQ:中斷請求輸出線，高電平有效，在鍵盤工作方式下，當FIFO/傳感器RAM中有數(shù)據(jù)時，此中斷線變?yōu)楦唠娖?，在FIFO/傳感器RAM每次讀出時，中斷線就下降為低電平，若在RAM中還有信息，則此線重又變?yōu)楦唠娖?。在傳感器工作方式中?每當探測到傳感器信號變化時，中斷線就變?yōu)楦唠娖健? SL0～SL3:掃描線，用來掃描按鍵開關(guān)，傳感器陣列和顯示數(shù)字， 這些可被編程或被譯碼。 RL0～RL7:回送線，經(jīng)過按鍵或傳感器開關(guān)與掃描線聯(lián)接， 這些回送線內(nèi)部設(shè)置有上拉電路，使之保持為高電平，只有當一個按閉合時，對應的返回線變?yōu)榈碗娖?；無按鍵閉合時，均保持高電平。 SHIFT:換位功能，當有開關(guān)閉合時被拉為低電平，沒有按下SHIFT開關(guān)時，SHIFT輸入端保持高電平，在鍵盤掃描方式中，按鍵一閉合，按鍵位置和換位輸入狀態(tài)一起被存貯起來。 CNTL/STB:當CNTL/STB開關(guān)閉合時將其拉到低電平，否則始終保持高電平， 對于鍵盤輸入方式，此線用作控制輸入端，當鍵被按下時，按鍵位置就和控制輸入狀態(tài)一起被存貯起來，在選通輸入方式中，作選通用，把數(shù)據(jù)存入FIFO RAM中。 OUTA3～OUTA0及OUTB3～OUTB0:顯示輸出A口及B口，這兩個口是164切換的數(shù)字顯示。這兩個端口可被獨立控制，也可看成一個8位端口。 BD:空格顯示,此輸出端信號用于在數(shù)字轉(zhuǎn)換時將顯示空格或者用顯示空格命令控制其顯示空格字符。 VCC:+5V電源輸入線。 VSS:地線輸入線。 3.2.2 8279的編程方法 1.8279可按其功能分為:鍵盤功能塊;顯示功能塊;控制功能塊;與CPU接口功能塊控制功能塊包括控制和定時寄存器,定時和控制,掃描計數(shù)器三部分,它主要用來控制鍵盤和顯示功能塊工作。 控制和定時寄存器:用于存貯來自CPU的編程命令,CPU對8279編程以確定鍵盤與顯示器工作方式和其它工作條件時,先把命令控制數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上,然后使A0=1,WR=0CS=0,并在WR上升沿把命令鍵存在控制和定時寄存器中,并經(jīng)譯碼,建立適當?shù)墓δ堋? 定時和控制:它含基本的定時計數(shù)器,第一個計數(shù)器是一個分頻系數(shù)為2-31的前置定時器,分頻系數(shù)可由程序預置,使內(nèi)部頻率為100KHz,從而能給出5.1ms鍵盤掃描時間和10.3ms反跳時間,其它計數(shù)器將此基本頻率分頻后,提供適當?shù)陌存I掃描.行掃描.鍵盤陣列掃描.以及顯示器掃描次數(shù)。 掃描計數(shù)器:掃描計數(shù)器有兩種工作方式,在編碼工作方式時,計數(shù)器提供一種二進制計數(shù),通過管腳SL0-SL3輸出后經(jīng)外部譯碼才能提供給鍵盤和顯示器的掃描作用,在譯碼工作方式時,掃描計數(shù)器對最低二位進行譯碼,SL0-SL3輸出4選1的譯碼信號,作為顯示器和鍵盤的譯碼掃描。 鍵盤功能塊包括:返回緩沖器,鍵盤反跳及控制,8x8 FIFO傳感器RAM,FIFO/傳感器RAM狀態(tài)。 2.返回緩沖器與鍵盤反跳及控制 8條返回線被返回緩沖器緩沖,在鍵盤工作方式中,這幾條線被逐個檢測,以找出該行鍵中閉合的鍵,如果反跳電路測知某鍵閉合,則它等待10.3ms,然后重核此鍵是否仍然閉合,如果仍閉合,那么該鍵在矩陣中的行列地址以及SHIFT和CNTL的狀態(tài)一起被送到FIFORAM中,其在FIFO RAM中的數(shù)據(jù)格式如下: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CNTL SHIFT SCAN RET URN 數(shù)據(jù)格式中,最高位CNTL,次高位為SHIFT狀態(tài),D5-D3來自掃描計數(shù)器,D2-D0來自返回計數(shù)器,掃描線計數(shù)器和回掃線計數(shù)器的值分別反映出被按下鍵的行.列的值,如果在傳感器陣列中,返回線上的數(shù)據(jù)直接進入傳感器RAM中相應于陣列中正被掃中的那行,這樣每個開關(guān)位置就直接反映為一個傳感器RAM的位置。 FIFO/傳感器RAM 一個8x8 RAM,在鍵盤方式和選通方式中它是一個先入先出(FIFO)存貯器,每一條新的信息順次寫入,然后又按寫入順序讀出,在傳感器陣列掃描方式時,存貯器作為傳感器RAM,這時RAM中的各行存著傳感器陣列中相應行的狀態(tài)。 FIF0/傳感器RAM狀態(tài) 在鍵盤或選通方式中,FIFO狀態(tài)跟蹤FIFO中字符數(shù)量注意它是"滿"還是"空",寫入或讀出過多均被認作出錯,當FIFO非空時,狀態(tài)邏輯提供一個中斷申請IRQ信號,在傳感器陣列掃描方式中,若測知某一傳感器變化時,IRQ則為有效高電平.FIFO狀態(tài)字的低3位表示FIFO中的字符數(shù),F表示FIFORAM已滿;O(over mn)表示越限錯誤,即試圖向已滿的FIFO送另一字符;U(Under done)表示取空錯誤,即試圖讀取已空的FIFO.S/F有兩種含義:在傳感器掃描方式時,S/F表示在傳感器RAM中至少包含了一個傳感器閉合指示,在特殊錯誤方式時S/F位是出錯標志,用來指示是否發(fā)生了多路同時閉合錯誤,Du位表示由于 CLEAR DISPLAY或CLEAR ALL命令尚末完成其消除操作而使顯示RAM尚不可用。 3.顯示功能塊包括:顯示寄存器,16X8顯示RAM,顯示地址寄存器 顯示RAM和顯示寄存器 8279內(nèi)部有16X8的顯示RAM,通過顯示寄存器和兩個四位端口0UT A0-3,0UT BO-3來刷新顯示,顯示器可以是白熾燈,也可以是8段數(shù)碼管,顯示RAM可以是16X8的形式,也可以構(gòu)成兩個16x4的RAM形式,顯示RAM可由CPU進行讀寫,被讀寫的RAM字節(jié)地址由顯示地址寄存器指示.顯示地址寄存器保存當前CPU讀或?qū)懙哪莻€RAM地址,以及正顯示著的那兩個4位半字節(jié)的地址,讀寫地址由CPU命令編程,也可置為每次讀寫后地址自動加1的工作方式,在設(shè)置了正確的工作方式后,顯示RAM可直接由CPU讀出,半字節(jié)A和半字節(jié)B地址自動由8279更新,以適應由CPU送入的數(shù)據(jù),A和B半字節(jié)可獨立送入,也可作為一個字送入,隨CPU所設(shè)置的工作方式而定。 3.I/O 接口功能塊 8279通過數(shù)據(jù)緩沖器與I/O控制,使8279與CPU系統(tǒng)總線接口,I/O控制部分用CS.A0.RD和WR四條線控制CPU與8279之間的數(shù)據(jù)交換,數(shù)據(jù)緩沖器是數(shù)據(jù)交換的雙向通道,控制信號與數(shù)據(jù)交換間的邏輯關(guān)系見下表: CS A0 WR RD 1 0 CPU從8279讀狀態(tài) 0 1 0 1 CPU向8279寫狀態(tài) 1 0 CPU從8279讀數(shù)據(jù) 0 0 1 CPU向8279寫數(shù)據(jù) 1 X X X 數(shù)據(jù)緩沖器輸出呈三態(tài) x為任意數(shù)(0或1) 3.2.3 8279的操作 由前所述,8279可適應各種鍵盤和顯示器的不同工作方式,這是由于8279內(nèi)的各功能塊的工作是可程控的,用戶可根據(jù)自己的要求,利用向8279寫命令字的方法對8279的工作方式等進行編程,從上表可見,只要同時使CS=0 WR=0A0=1,則可向8279寫命令字,并在wR的上升沿把命令打入8279。 對CPU而言,8279只有兩個口地址,一個用于讀寫命令和狀態(tài)(CS=0,A0=1),一個用于讀寫數(shù)據(jù)(CS=0,A0=0)但用于編程命令字卻有多種,在8279中用于區(qū)別各種不同命令字的方法是命令字代碼的高3位(D7,D6,D5,)編碼而低5位是命令字的真正內(nèi)容 1.8279的編程命令 a.鍵盤/顯示器方式設(shè)置 最高位 最低位 命令代碼 0 0 0 D D K K K 其中DD為顯示方式,KKK為鍵盤方式 DD 00 8個8位字符顯示--左端傳入 01 16個8位字符顯示--左