第二章 电路设计

2.1主控制器模块电路

2.1.1 STC89C52主要功能及引脚介绍

单片机STC89C52具有低电压供电高性能COMS8位单片机，片内含有8K bytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器，在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8位微控制器8K字节在系统可编程 Flash。

图2.1 STC89C52引脚图

2.1.2 STC89C52最小系统的基本电路

最小系统是指能进行正常工作的最简单电路。STC89C52最小应用系统它包含五个电路部分：电源电路、时钟电路、复位电路、片内外程序存储器选择电路、输入输出接口电路。其中电源电路、时钟电路、复位电路是保证单片机系统能够正常工作的最基本的三部分电路，缺一不可。

（1）电源电路

芯片引脚VCC一般接上直流稳压电源+5V，引脚GND接电源+5V的负极，电源电压范围在3.3~5V之间，可保证单片机系统能正常工作。

图2.2 电源电路

（2）晶振电路

STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.2～12MHz之间选择，电容值在5～30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。

在本设计中时钟采用内部方式产生，晶振振荡频率使用12MHZ。晶振电路如下图所示：

图2.3 晶振电路

（3）复位及复位电路

a.复位操作

复位是单片机的初始化操作除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。 b.复位信号及其产生

RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。

复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。在本设计中的复位电路如下：

图2.4 复位电路

图中的按键复位是上电和按键均可的复位方式，使用比较方便，程序跑飞时，可以手动复位，这样就不用在重启单片机电源，就可以实现复位。

2.1.3 STC89C52与各部分功能块电路的连接

STC89C52与各部分功能块电路的连接电路如下图所示：

图2.5 STC89C52与各部分功能块电路的连接电路

其中P3.0及P3.1口接串口输入输出端，RST端接复位电路，XTAL2,XTAL1口接晶振电路，P1口接12864的数据线端，以及P3.3—P3.6分别接12864的使能端EN，RW,RS以及PSB端。P0口接上拉电阻外还接了按键，报警电路，以及温度检测电路。

2.2 显示电路模块

2.2.1 12864的功能和引脚介绍

显示电路采用12864液晶显示，P0由上拉电阻提高驱动能力，P1作为段码输出并作为12864的驱动显示。采用并行方式，P3口的高四位作为液晶位选端。采用动态扫描的方式显示。

表2.1 12864引脚功能

管脚号 1 2 3 4 管脚名称 VSS VCC V0 RS(CS） 电平 0V 3.3-5V - H/L 管脚功能描述 电源地 电源正 对比度（亮度）调整 RS=“H”,表示DB7——DB0为显示数据 RS=“L”,表示DB7——DB0为显示指令数据 R/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7——DB0 R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0的数据被写到IR或DR 使能信号 三态数据线 三态数据线 5 6 7 8 R/W(SID) EN(SCLK) DB0 DB1 H/L H/L H/L H/L 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 PSB NC /RESET VOUT A H/L H/L H/L H/L H/L H/L H/L - H/L - VDD 三态数据线 三态数据线 三态数据线 三态数据线 三态数据线 三态数据线 H：8位或4位并口方式，L：串口方式 空脚 复位端，低电平有效 LCD驱动电压输出端 背光源正端（+5V） 20 K VSS 背光源负端 2.2.2 12864与单片机的连接电路 显示电路用到12864液晶显示，三态数据线接到P1口，当PSB=1时，12864是执行并口方式。EN端为使能端，当EN=1时，配合R进行读数据或指令.12864在运行中有三个切换界面。最后写入数据显示当时温度。12864的与单片机的连接电路如下图所示：

图2.6 显示电路

2.3 DS18B20温度传感器

2.3.1 DS18B20的功能和引脚介绍

DS18B20的性能特点如下：

●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；

●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； ●无须外部器件；

●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ； ●温度以9或12位数字读数；

●零待机功耗；

●用户可定义报警设置；

●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； ●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；

表2.2 18B20引脚功能

序名称 引脚功能描述 号 1 GND 地信号 2 DQ 数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。 3 VDD 可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 2.3.2 DS18B20的测温原理 DS18B20的测温原理是这样的,器件中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振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，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℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1，温度寄存器中，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计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。 2.3.3 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路

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，如图所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10μs。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。

温度传感器与单片机的接口电路如下：

图2.7 温度传感器与单片机的连接电路

2.4 HS1100湿度传感器

2.4.1湿度传感器的主要特性

HS1100/HS1101电容传感器具有完全互换性，高可靠性和长期稳定性，响应