51单片机的温度自动记录仪系统设计+电路图+源码(3)
3. 硬件电路设计
系统的硬件电路包括单片机最小系统、温度采集模块、显示电路模块、报警电路模块和存储模块。
3.1 单片机最小系统
单片机的最小系统由晶振电路、复位电路和单片机组成，对它们的介绍分别如下。
3.1.1 晶振电路
AT89C51单片机的时钟信号通常用内部振荡和外部振荡两种方式。引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器连接，就形成了内部振动模式。由于单片机具有高增益反相放大器，当外接晶体振荡器时，构成一个自激振荡器并产生时钟脉冲振荡。通常使用12MHz、6MHz或24MHz的晶体振荡器。以下是内部振荡器模式。晶振电路图如图3所示。
图3 晶振电路
电容C1，C2起稳定振荡频率，快速启动的作用，电容值为5-30PF。内部时钟信号的振荡模式是相对稳定的。外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内，这种方法适合用于使单片机的时钟与外部信号保持一致[4]。
XTAL1和XTAL2是输入和反相放大器的输出，外部接石英晶体和振荡电容，构成片内时钟振荡模式。振荡周期是指单片机外部石英晶体振荡器的周期。当时钟起振时，产生一定频率的时钟信号，单片机可以一步一步在时钟信号的控制下完成自己的工作，与整个系统的周期有关的还有振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期。
3.1.2 复位电路
无论什么样的单片机，都将包括复位电路。如果在工作中的复位电路是不可靠的，有可能出现“死机”现象。所以，复位电路的好坏，直接影响系统工作的可靠性。复位电路可以使单片机内的电路初始化，能让单片机在一定的状态下运行。当AT89C51单片机复位引脚RST出现超过5ms的高电平时，单片机完成复位操作，如果RST文持在高电平状态，单片机就一直是循环复位状态，而无法执行程序，所以单片机复位后要脱离复位状态。
AT89C51复位电路有两种方法，分别是上电复位和按键复位。该设计是按键复位，即用电阻、电容和按键组合起来使复位电路更简洁。
RST是复位输入引脚。按下按钮，系统自动复位，非常方便。添加在复位电路中的按钮主要是为了使复位更方便，电容的作用主要是在复位后进行充电，上拉电阻的作用是限流，保护电路。复位电路如图4所示。
图4 复位电路
3.1.3 单片机
本设计所采用的单片机为ATMEL公司生产的AT89C51，它的外部引脚图如图5所示。
(1) VCC（40脚）：+5V电源[5]。
(2) VSS（20脚）：数字地。
(3) XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路输入端。外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器的信号。
(4) XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用外部时钟源时，本脚悬空。
(5) RST (RESET，9脚) ：复位信号输入，在引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电平，可使单片机复位。
图5 单片机的外部引脚图
(6) EA/VPP（31脚）：引脚第一功能，外部程序存储器访问允许控制端。引脚第二功能，对片内Flash编程，接编程电压。
(7) ALE （30脚）：ALE为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供地址锁存信号，将低8位地址锁存在片外的地址锁存器中。
(8) PSEN（29脚）：片外程序存储器读选通信号，低电平有效。
3.2 温度采集电路
本设计进行温度采集所使用的元器件为DALLAS公司生产的温度传感器DS18B20，此传感器具有智能化特点，能直接将采集到的模拟信号转换成数字信号并传送给单片机。
3.2.1 DS18B20的性能特点