數字體溫計(三)

1、8051單片機  
     （1）各管腳功能：
          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P0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據
 存儲器，它可以被定義為數據/地址的低八
 位。在FIASH編程時，P0 口作原碼輸入口，
 當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。
P0口是一個三態雙向門，可作為地址/數據分時復用口，也可作為通用的I/O接口。其1位的結構原理如圖所示

 P0口由8個這樣的電路組成：鎖存器起輸出鎖存作用，8個鎖存器構成了特殊功能寄存器P0；場效應管V1、V2組成輸出驅動器，以增大帶負載能力;三態門1是引腳輸入緩沖器；三態門2是用于讀鎖存器端口；與非3、倒相器4及模擬轉換開關構成控制電路。當P0口作為地址/數據分時復用總線時，可分為兩種情況：一種是從P0口輸出地址或數據，另一種是從P0口輸入數據。在訪問片外存儲器需從P0輸出地址或數據信號時，控制信號應為高電平1，使轉換開關MUX把反向器4的輸出端與V1接通，同時把與門3打開。當地址或數據信號為“1”；當地址或數據信號為“0”時，經4反向使V1導通而V2截止，引腳上出現相應的低電平“0”這樣就將地址或數據的信號輸出。當從P0口輸入數據時，執行1條取指操作或輸入數據年的指令，讀引腳脈沖打開三態緩沖器1使引腳上的數據的信號輸出。
 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的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，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址。P1口為雙向口，其1位的內部結構如圖2所示它在結構上與P0口的區別在于輸出驅動部分，其輸出驅動部分由場效應管V1與內部上拉電阻組成。當其某位輸出高電平時，可以提供拉電流負載，不必象P0口那樣需要外接電阻。P1口作為輸入口是V1截止，該口線由內部上拉電阻拉成高電平，作高阻輸入。作端口操作的原理與P0端口操作相同。必須先置1后輸入。P1口是一個標準的準雙向口，組成系統時它往往做通用I/O接口使用，驅動4個LSTTL負載的能力。
 
 
P2口為一個內部上拉電阻的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后，其管腳被內部上拉電阻拉高，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。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P2口也是一準雙向口，它具有通用I/O接口或8位地址總線輸出兩種功能，所以其輸出驅動結構比P1口輸出驅動結構多了一個輸出模擬轉換開關MUX和反相器3。當作為準雙向通用I/O接口使用時，控制信號使轉換開關接向右側，由程序計數器PC來的高八位地址PCH，或數據指針DPTR來的高8位地址DPH經反相器3和V1原樣呈現在P2口的引腳上，輸出高8位地址A8—A15。由于轉換開關又接至左側，使輸出驅動器與鎖存器Q端相連，引腳上將恢復原來的數據。
 
 
    P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向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，
      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。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：每當用作外部數據存儲器時，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行狀態ALE禁止，置位無效。其腳接上D觸發器給ADC0809提供一個工作時鐘脈沖。
       /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。
      XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。
    （2）主要特性：
       ·與MCS-51 兼容 
       ·4K字節可編程閃爍存儲器 
       .壽命：1000寫/擦循環
       .數據保留時間：10年
       ·全靜態工作：0Hz-24Hz
       ·三級程序存儲器鎖定
       ·128*8位內部RAM
       ·32可編程I/O線
       ·兩個16位定時器/計數器
       ·5個中斷源 
       ·可編程串行通道
       ·低功耗的閑置和掉電模
       ·片內振蕩器和時鐘電路 
  （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動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，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。
    
2、晶振電路

3、輸入/輸出口的使用
 本設計使用的查詢傳送方式；
 查詢傳送又稱為條件傳送，即數據的傳送是有條件的。在輸入/輸出之前，先要檢測外設的狀態，以了解外設是否已為數據輸入輸出作好了準備，只有在確定外設已“準備好”的情況下，CPU才能執行數據輸入輸出操作。通常把通過程序對外設狀態的檢測稱“查詢”，所以這種有條件的傳送方式又稱為程序查詢方式。
為了實現查詢方式的數據輸入輸出傳送，需要由接口電路提供外設狀態，并以軟件方法進行狀態測試，因此這是一種軟硬件相結合的數據傳送方式。它的優點是電路簡單，通用性強，查詢軟件也不復雜，因此適用于各種外部設備的數據輸入輸出傳送。缺點是需要一個等待過程，特別是在連續進行數據傳誦是，由于外設工作速度比CPU慢得多，所以CPU在完成一次數據傳送后要等很長的時間，才能進行下一次的數據傳送。所以一般適用在單道作業與規模比較小的計算機系統。
5、晶振電路
 晶振設計是單片機應用設計的重要環節之一. PIC單片機有四種振蕩方式可供選擇，振蕩方式經配置寄存器CONFIG的F0SC1,F0SC0位加以選擇，并在EPROM編程時寫入。
 表1：振蕩器類型選擇
  FOSC1  FOSC2  振蕩方式
 0  0  低功耗振蕩LP（Low Power）
 0  1  標準晶體振蕩XT（Crystal/Resonator）
 1  0  高速晶體振蕩HS (High Speed)
 1  1  阻容振蕩 RC（Resistor/Capacitor）

6、主要元器件選擇
 （1）電容C1、C2
     因為每一種晶振都有各自的特性，所以最好按制造廠商所提供的數值選擇外部元器件。在許可范圍內，C1,C2值越低越好。C值偏大雖有利于振蕩器的穩定，但將會增加起振時間。應使C2值大于C1值，這樣可使上電時，加快晶振起振。 一般可以在5pf~30pf之間選擇,對于時鐘頻率有微調作用。本電路可以選擇30pf。
 （2）晶體的選擇        對于一個高可靠性的系統設計，晶體的選擇非常重要，尤其設計帶有睡眠喚醒(往往用低電壓以求低功耗)的系統。這是因為低供電電壓使提供給晶體的激勵功率減少，造成晶體起振很慢或根本就不能起振。這一現象在上電復位時并不特別明顯，原因時上電時電路有足夠的擾動，很容易建立振蕩。在睡眠喚醒時，電路的擾動要比上電時小得多，起振變得很不容易。在振蕩回路中，晶體既不能過激勵(容易振到高次諧波上)也不能欠激勵(不容易起振)。晶體的選擇至少必須考慮：諧振頻點，負載電容，激勵功率，溫度特性，長期穩定性。
 
 （3）一般可以在1.2MHz~12MHz之間選擇。本電路可以選擇6MHz。晶體是否被過分驅動的判斷:電阻RS常用來防止晶振被過分驅動。過分驅動晶振會漸漸損耗減少晶振的接觸電鍍，這將引起頻率的上升。可用一臺示波器檢測OSC輸出腳，如果檢測一非常清晰的正弦波，且正弦波的上限值和下限值都符合時鐘輸入需要，則晶振未被過分驅動；相反，如果正弦波形的波峰，波谷兩端被削平，而使波形成為方形，則晶振被過分驅動。這時就需要用電阻RS來防止晶振被過分驅動。判斷電阻RS值大小的最簡單的方法就是串聯一個5k或10k的微調電阻，從0開始慢慢調高，一直到正弦波不再被削平為止。通過此辦法就可以找到最接近的電阻RS值。
2.5顯示電路
 LED數碼顯示器是1種由LED 發光二極管 合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數點，故通常稱之為7段（也有稱作8段發光二極管數碼顯示器。其內部結構如圖所示。
          
1、LED數碼顯示器有兩種連接方法：
 (1) 共陽極接法。把發光二極管的陽極連 一起構成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陰極端輸入低電平時，段發光二極管就導通點亮，而輸入高電平時則不點亮。本設計就是采用的是其接發非常具有商業價值，而且成本低，單片機的P0、P1、P2、的灌電流大，而拉電流小，再就是它不要驅動電路。
 (2) 共陰極接法。把發光二極管的陰極連 一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當陽極端輸入高電平時，段發光二極管就導通點亮，而輸入低電平時則不點亮。
使用LED數碼顯示器時要注意區分這兩種不同的接法， 器件出廠時其內部的公共端已連接好，用戶可根據自己的需要正確選用共陽極接 法或共陰極接法。
 2、LED數碼顯示器的顯示段碼
 為了顯示字符，要為LED顯示器提供顯示段碼（或稱字形代碼），組成一個＇8＇字形字符的7段，再加上1個小數點位，共計8段，因此提供給LED顯示器的顯示段碼為1個字節。各段碼位的對應關系如下:
段碼位  D7  D6  D5  D4   D3  D2  D1  D0
顯示段  dp  g  f  e  d  c  b  a

用LED顯示器的顯示十六進制數和空白字符與P的顯示段碼如表所示。

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