基于單片機的溫度傳感器

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上目 錄專心-專注-專業(yè)基于單片機的溫度采集系統(tǒng)設計（DS18B20）邢帥 沈陽航空航天大學自動化學院摘要：隨著社會的進步和工業(yè)技術的發(fā)展，人們越來越重視溫度因素，許多產品對溫度范圍要求嚴格，而目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都是單點測量，同時有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定。在這樣的形式下，開發(fā)一種能夠同時測量多點，并且實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫度信息的測量系統(tǒng)就很有必要。計算機特別是單片機的發(fā)展，單片機的應用領域越來越廣泛，單片機在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集以及儀器儀表自動化等許多領域都起著十分重要的作用。但在實際應

2、用中，在要求響應速度快、實時性強、控制量多的應用場合，單個單片機往往難以勝任。本課題以AT89C51單片機系統(tǒng)為核心，能對多點的溫度進行實時巡檢。DS18B20是一種可組網的高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨特優(yōu)點，可以使用戶輕松地組建起傳感器網絡，并可使多點溫度測量電路變得簡單、可靠。本文結合實際使用經驗，介紹了DS18B20數(shù)字溫度傳感器在單片機下的硬件連接及軟件編程，并給出了軟件流程圖。關鍵詞：溫度測量；DS18B20溫度傳感器；單片機0. 前言在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度打著交道。自18世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)

3、發(fā)展對是否能掌握溫度有著絕對的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說幾乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。進入21世紀后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。目前市場主要存在單點和多點兩種溫度測量儀表。對于單點溫測儀表，主要采用傳統(tǒng)的模擬集成溫度傳感器，其中又以熱電阻、熱電偶等傳感器的測量精度高，測量范圍大，而得到了普遍的應用。此種產品測溫范圍大都在-200-800之間，分辨率12位，最小分辨溫度在0.001-0.01之間。自帶LED顯示模塊，顯示4位到16位不等。有的儀表

4、還具有存儲功能，可存儲幾百到幾千組數(shù)據(jù)。該類儀表可很好的滿足單個用戶單點測量的需要。多點溫度測量儀表，相對與單點的測量精度有一定的差距，雖然實現(xiàn)了多路溫度的測控，但價格昂貴。 針對目前市場的現(xiàn)狀，本課題提出了一種可滿足要求、可擴展的并且性價比高的單片機多路測溫系統(tǒng)。隨著科學技術的不斷進步與發(fā)展，溫度控制在工業(yè)控制、電子測溫計、醫(yī)療儀器、家用電器等各種溫度控制系統(tǒng)中廣泛應用，且由過去的單點測量向多測量發(fā)展。目前溫度傳感器有模擬和數(shù)字兩類傳感器，為了克服模擬傳感器與微處理器接口時需要信號調理電路和AD轉換器的弊端，大多數(shù)多點測溫控制系統(tǒng)采用數(shù)字傳感器，并大大方便了系統(tǒng)的設計。比較有代表性的數(shù)字溫度

5、傳感器有DS18B20、MAX6575、DS1722、MAX6635、SMT160-30等。在傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)設計中，往往采用模擬技術進行設計，這樣就不可避免地遇到諸如引線誤差補償、多點測量中的切換誤差和信號調理電路的誤差等問題；而其中某一環(huán)節(jié)處理不當，就可能造成整個系統(tǒng)性能的下降。隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路設計技術的發(fā)展，微型化、集成化、數(shù)字化正成為傳感器發(fā)展的一個重要方向。美國Dallas半導體公司推出的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，具有獨特的單總線接口，僅需要占用一個通用I/0端口即可完成與微處理器的通信；在-10+85 溫度范圍內具有05 精度；用戶可編程設定9

6、12位的分辨率。以上特性使得DS18B20非常適用于構建高精度、多點溫度測量系統(tǒng)。1. 總體方案設計溫度檢測系統(tǒng)有則共同的特點：測量點多、環(huán)境復雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設計信號調理電路、A/D 轉換及相應的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉換成數(shù)字信號送到計算機去處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復雜、測量點多、信號傳輸距離遠及各種干擾的影響，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。而為了獲得較高的測溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點測量切換及放大電路零點漂移等造成的誤差補償問題。采用數(shù)字溫度芯片DS18B2

7、0測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。DS18B20是一種可組網的高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨特優(yōu)點，可以使用戶輕松地組建起傳感器網絡，并可使多點溫度測量電路變得簡單、可靠。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS1820和微控制器AT89C51構成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結構就比較簡單,體積也不大,且由于AT89C51可以帶多個DSB18

8、20,因此可以非常容易實現(xiàn)多點測量.輕松的組建傳感器網絡。采用溫度芯片DS18B20測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應用這一溫度芯片，也是順應這一趨勢。其原理框圖為圖 1被 測數(shù) 值DS18B20傳感器51單片機LED顯示器圖1溫度采集的結構框圖2. 硬件電路的設計本課題研究的多點測溫系統(tǒng)是以單片機和單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20為核心，充分利用單片機優(yōu)越的內部和外部資源及數(shù)字溫度傳感器DS18B20的優(yōu)越性

9、能構成一個完備的測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度的多點測量。整個系統(tǒng)由單片機控制，能夠接收傳感器的溫度數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇對應的溫度傳感器，并由驅動電路驅動溫度顯示。本課題設計了一種合理、可行的單片機監(jiān)控軟件，完成測量和顯示的任務。由于單片機具有強大的運算和控制功能，使得整個系統(tǒng)具有模塊化、硬件電路簡單以及操作方便等優(yōu)點。本課題的整個系統(tǒng)是由單片機、顯示電路、鍵盤電路、驅動電路，串口通信等構成。2.1  溫度傳感器2.1.1溫度傳感器選用細則現(xiàn)代傳感器在原理與結構上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先

10、要解決的題。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設備也就可以確定了。測量結果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。(1) 根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型要進行個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產還是進口，價格能否承受，還是自行研制。(2）靈敏度的選擇通

11、常，在傳感器的線性范圍內，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的串擾信號(3）線性范圍傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精

12、度比較低時，在一定的范圍內，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。(4） 穩(wěn)定性傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應能力。在選擇傳感器之前，應對其使用環(huán)境進行調查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。2.1.2  溫度傳感器DS18B20DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。與

13、傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。其可以分別9375ms和750ms內完成9位和12位的數(shù)字量，最大分辨率為00625 ， 而且從DS18B20讀出或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫。(1)DS18B20的性能特點單線數(shù)字化智能集成溫度的傳感器，其特點是： DSI8B20可將被測溫度直接轉換成計算機能識別的數(shù)字信號輸出，溫度值不需要經電橋電路先獲取電壓模擬量，再經信號放大和AD轉換成數(shù)字信號，解決了傳統(tǒng)溫度傳感器存在的因參數(shù)不一致性，在更換傳感器時會因放大器零漂而必須對電路進行重新調試的問題，使用方便

14、。 DS18B20能提供9到12位溫度讀數(shù)，精度高，且其信息傳輸只需1根信號線，與計算機接口十分簡便，讀寫及溫度變換的功率來自于數(shù)據(jù)線而不需額外的電源。 每一個DS18B20都有一個惟一的序列號，這就允許多個DS18B20連接到同一總線上。尤其適合于多點溫度檢測系統(tǒng)。 負壓特性：當電源極性接反時，DS18B20雖然不能正常工作，但不會因發(fā)熱而燒毀 正是由于具有以上特點，DS18B20在解決各種誤差、可靠性和實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化等方面與傳統(tǒng)各種溫度傳感器相比，有無可比擬的優(yōu)越性，因而廣泛應用于過程控制、環(huán)境控制、建筑物、機器設備中的溫度檢測。其外形和管腳如下圖：圖2 DS18B20外部形狀及管腳圖(2)

15、DS18B20與單片機的典型接口設計DS18B20測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。Dsl8B20與單片機的硬件連接有兩種方法：一是Vcc接外部電源，GND接地，I/0與單片機的I/0線相連；二是用寄生電源供電，此時,UDD和GND接地，I/0接單片機I/0。無論是哪種供電方式，I/0口線都要接47k Q左右的上拉電阻。圖4給出了DSl8B20與微處理器的典型連接。 DS18B20寄生電源供電方式：如下面圖7所示，在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存在內部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工

16、作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。獨特的寄生電源方式有三個好處：1） 進行遠距離測溫時，無需本地電源2） 可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM3） 電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現(xiàn)測溫要想使DS18B20進行精確的溫度轉換，I/O線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉換期間工作電流達到1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時，只靠4.7K上拉電阻就無法提供足夠的能量，會造成無法轉換溫度或溫度誤差極大。因此，該電路只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當電源電壓下降時，寄生電

17、源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。 DS18B20寄生電源強上拉供電方式：  改進的寄生電源供電方式如下面圖7所示，為了使DS18B20在動態(tài)轉換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉換或拷貝到E2存儲器操作時，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉換的指令后，必須在最多10S內把I/O線轉換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根I/O口線進行強上拉切換。（3）DS18B20 的內部結構：主要包括寄生電源、溫度傳感器、64 位激光ROM 單

18、線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器，用于存儲用戶設定的溫度上下限值的TH 和TL 觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8 位循環(huán)冗余校驗碼(CRC)發(fā)生器等七部分。64位光刻ROM 的排列是：開始8位是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼。光刻R0M 的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這可實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前2個字節(jié)是測得的溫度信息，第1個字節(jié)的內容是溫度的低8位，第2個字節(jié)是溫度的高8位。第3個和第4個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第5個字節(jié)是結構寄存器的易失性拷貝，這3個字節(jié)的內容在每

19、一次上電復位時被刷新。第6、7、8個字節(jié)用于內部計算。第9個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)圖7 DS18B20的內部結構（4）DS18B20 的測溫原理：DS1820測溫原理如下圖所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。圖8 DS18B20測溫原理高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行

20、計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，DS1 8B20測量溫度原理停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。 在正常測溫情況下，DS18B20 的測溫分辨力為0.5，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結果：首先用DS18B20 提供的讀暫存器指令(BEH)讀出以0.5為分辨率的溫度測量結果，然后切去測量結果中的最低有效位(LSB)，得到所測實際溫度的整數(shù)部分TZ，然后再用BEH 指令取計數(shù)器1 的計數(shù)剩余值CS 和每度計數(shù)值CD。考慮到DS18B20測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進位界限的關系，實際溫度TS 可用下式計算：TS=(TZ0.25) (CDCS)/CD

21、。2.1 單片機片子在當今新科學技術飛速發(fā)展的年代里，單片機的應用已越來越受到人們的重視，它被廣泛的應用于家電、醫(yī)療、智能儀表、工業(yè)自動化等各個領域。單片機全稱單片微型計算機，是將計算機的基本部分微型化，使之集成在一塊芯片上的微機。目前市場上較為流行的單片機有Intel公司和Philip公司的8051系列單片機Motorola 公司的M 6800系列單片機。Intel公司的MCS96系列單片機以及Microchip 公司的PIC 系列單片機。片內含有CPU、ROM、RAM、并行I/O口、串行I/O口、定時/計數(shù)器、A/D、D/A、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。本課題是利用Intel的89c5

22、1控制整個系統(tǒng)。89c51單片機包含下列幾個部件：1個8位CPU、1個片內震蕩器及時鐘電路、4KB ROM程序存儲器、128B RAM數(shù)據(jù)存儲器、可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲器和64KB外部程序存儲器的控制電路、32條可編程的I/O線、2個16位的定時/計數(shù)器、1個可編程全雙工串行接口、5個中斷源、2個優(yōu)先級嵌套中斷結構。本課題運用Intel公司的8051進行系統(tǒng)控制，運用到了復位電路，時鐘電路，串口，I/O口。復位電路：無論哪種單片機，都會涉及到復位電路。如果復位電路不可靠，在工作中就有可能出現(xiàn)“死機”，“程序走飛”等現(xiàn)象。所以，一個單片機復位電路的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。復位操

23、作完成單片機片內電路的初始化，使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行。當89C51單片機的復位引腳RST出現(xiàn)5ms以上的高電平時，單片機就完成了復位操作，如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序，因此要求單片機復位后能脫離復位狀態(tài)。復位操作通常有上電和開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。開關復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，如果發(fā)生死機，用按鈕開關操作使單片機復位。圖10 .復位電路時鐘電路：89c51單片機的時鐘信號通常用內部振蕩和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAX2外接晶體振蕩器，就夠成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器

24、，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ或24MHZ。內部振蕩器方式如下。如圖11，電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為5-30PF。內部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定。外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機內，這種方式適于用于用來使單片機的時鐘與外部信號保持一致。圖11 時鐘電路串口：串行通信是CPU與外界交換的一種基本方式。單片機運用于數(shù)據(jù)采集或工業(yè)控制時，往往作為前端機安裝在工作現(xiàn)場，遠離主機，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采用串行通信方式主機并進行處理，以降低通信成本，提高通信可靠性。51系列單片機自身有全雙工的異步通信接口，通過軟件編

25、程，它可以作為通用異步接受和發(fā)送器使用，也可作為同步移位寄存器。I/O口：計算機對外設進行數(shù)據(jù)操作時，外設的數(shù)據(jù)是不能直接連到CPU的數(shù)據(jù)線上的，必須經過接口。這是由于CPU的數(shù)據(jù)線是外設或存儲器和CPU進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈ㄒ还餐ǖ?，為了使?shù)據(jù)線的使用對象不產生使用總線的沖突，以及協(xié)調快速的CPU和慢速的外設，CPU和外設之間必須有接口電路，接口起著緩沖、鎖存數(shù)據(jù)、地址譯碼、信息格式轉換、傳遞狀態(tài)、發(fā)布命令等功能，I/O接口有并行接口、串行接口、定時/計數(shù)器、A/D、D/A等，根據(jù)外設的不同情況的應用要求，選擇不同的接口。單片機的I0 口一般是雙向的 既可以做輸入。 也可以做輸出。以51系列為例

26、，其P0、P 1、P2、P3均為雙向口，且可位操作。P0口具有雙重功能：可以作為輸入/輸出用，外接輸入/輸出設備；在有外接存儲器和I/O接口時常作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線，即低8位地址與數(shù)據(jù)線分時使用P0口。此時低8位地址由ALE信號的下跳沿使它鎖存到外部地址鎖存器中，爾后，P0口出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息。P1口具有單一接口功能，P1口每一位都能作為可編程的輸入或輸出口線。P2口具有雙重功能：作為輸入口或輸出口使用，外接輸入/輸出設備；在有外接存儲器I/O接口時，作為系統(tǒng)的地址總線。輸出高位地址，與P0口低8位地址一起組成16位地址總線。P3口為雙重功能口：可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設備；作為第二

27、功能使用。圖 12 單片機2.2 顯示電路設計本課題要將傳感器的溫度信號顯示出來，利用單片機89c51傳輸控制信號。本課題要用到MAX7219串行LED驅動顯示器，此顯示器具有接口簡單占用資源少、控制靈活方便、LED級聯(lián)擴展便利的優(yōu)點。MAX7219是串行輸出共陰極顯示驅動芯片，每片可驅動8個LED，具有級聯(lián)功能可控制更多的LED 。MAX7219為24引腳芯片，除與LED顯示相連的線外，與微控制器只需3根連線相接：芯片端管腳分別為CLK.DINLOAD，其中CLK為時鐘輸入端，DIN為數(shù)據(jù)輸入端，LOAD為鎖存信號。MAX7219的工作時序為：時鐘的上升沿MAX7219把DIN引腳數(shù)據(jù)移入內

28、部移位寄存器， 在時鐘下降沿MAX7219把數(shù)據(jù)移向DOUT端， 而LOAD的上升沿則鎖存最后移入的16位串行數(shù)據(jù)。對MAX7219的控制操作很方便，其片內具有8個位寄存器和6個控制寄存器。位寄存器對應LED的具體內容，控制寄存器決定LED的工作方式?？刂萍拇嫫鞣謩e為：不工作方式寄存器、譯碼方式寄存器、亮度控制寄存器。掃描個數(shù)寄存器、關閉寄存器。顯示測試寄存器。寄存器的操作格式為2字節(jié)的串行數(shù)據(jù)，第一個字節(jié)為寄存器地址，第二個字節(jié)為控制命令或待顯示數(shù)據(jù)。MAX7219是在脈沖控制下工作的，因此其抗干擾就更為重要。一般在其電源和地之間接一十幾f 的電容。另外，當MAX72l9和其他串行芯片共用I

29、/O引腳時，最好在其外邊加一上拉電阻。P1口內部有上拉電阻，如不在其外部接上拉電阻，有時出現(xiàn)驅動能力不足的現(xiàn)象。要用MAX7219控制多于8個的LED時，可以將多個MAX7219級聯(lián)使用。各芯片的CLK和LOAD端并接在一起。上一級MAX7219的DOUT端接下一級的D 端。級聯(lián)顯示時，如欲控制次級的MAX7219，只需向前幾級的MAX7219的不工作方式寄存器送空操作數(shù)：本級則送欲顯示的數(shù)據(jù)。另外，需注意，LOAD信號只需執(zhí)行一次清O和置位，分別在整個過程的始末。即：級聯(lián)調用WrTwoByte程序時，應將程序里的LOAD清O和置位語句屏蔽掉。只在級聯(lián)顯示的開始和最后分別將LOAD置O和1。本

30、課題用了一個LED數(shù)碼管，具體連接如下圖：圖13 顯示電路圖3 軟件設計整個系統(tǒng)的功能是由軟件電路配合硬件來實現(xiàn)的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調各執(zhí)行模塊和操作者的關系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質性的功能如測量、顯示。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。3.1主程序方案主程序采用模塊化思想，溫度采集程序， LED顯示程序。溫度檢測程序：利用DS18B20智能溫度測試儀進行溫度測量，并傳入PIC16F877A單片機進行相關處理。LED顯示程序：單片機向晶體管輸入數(shù)字

31、，LED輸出相應的數(shù)字。主程序流程圖如圖14所示：開 始初始化溫度數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)顯示結 束圖14 主程序流程圖3.2 各模塊子程序3.2.1 溫度采集程序（1）DSl8B20編程簡介每一片單總線芯片內部都有一個全球惟一的64 位編碼，在多路測溫時就是通過匹配每個芯片的ROM編碼(ID)來搜尋該路的溫度。DS18B20有9個可擦寫的內部寄存器，稱為便箋式RAM。所有的串行通訊，讀寫每一個Bit位數(shù)據(jù)都必須嚴格遵守器件的時序邏輯來編程，同時還必須遵守總線命令序列，對單總線的DS18B20芯片來說，訪問每個器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化，其次執(zhí)行ROM 命令，最后執(zhí)行功能命令。如果出現(xiàn)

32、序列混亂，則單總線器件不會響應主機。每次訪問任何單總線器件，必須嚴格遵守這個命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應主機。但是這個準則對于搜索ROM命令和報警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。在主機發(fā)出ROM命令，以訪問某個指定的DS18B20，接著就可以發(fā)出DS18B20支持的某個功能命令。這些命令允許主機寫入或讀出DS18B20暫存器，啟動溫度轉換以及判斷從機的供電方式。（2）軟件實現(xiàn)前面提及單總線器件的ROM命令，在主機檢測到應答脈沖后，就可以發(fā)出ROM命令。這些命令與各個從機設備的唯一64位ROM代碼相關。允許主機在單總線

33、上連接多個從機設備時，指定操作某個從機設備。這些命令還允許主機能夠檢測到總線上有多少個從機設備，以及其設備類型或者有沒有設備處于報警狀態(tài)。從機設備可能支持5種ROM命令(實際情況與具體型號有關)，每種命令長度為8位。主機在發(fā)出功能命令之前，必須發(fā)送合適的ROM命令。(1)搜索ROMF0h當系統(tǒng)初始上電時，主機必須找出總線上所有從機設備的ROM代碼，這樣主機就能夠判斷出從機的數(shù)目和類型。主機通過重復執(zhí)行搜索ROM循環(huán)(搜索ROM命令跟隨著位數(shù)據(jù)交換)以找出總線上所有的從機設備。如果總線只有一個從機設備，則可以采用讀ROM命令來替代搜索ROM命令。在每次執(zhí)行完搜索ROM循環(huán)后，主機必須返回至命令序

34、列的第一步(初始化)。(2)讀ROM33h(僅適合于單節(jié)點)該命令僅適用于總線上只有一個從機設備。它允許主機直接讀出從機的64位ROM代碼，而無須執(zhí)行搜索ROM過程。如果該命令用于多節(jié)點，系統(tǒng)則必然發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，因為每個從機設備都會響應該命令。(3) 匹配ROM 55h匹配ROM命令跟隨64位ROM代碼，從而允許主機訪問多節(jié)點系統(tǒng)中某個指定的從機設備。僅當從機完全匹配64位ROM代碼時，才會響應主機隨后發(fā)出的功能命令。其它設備將處于等待復位脈沖狀態(tài)。(4)跳越ROMCCh(僅適合于單節(jié)點)主機能夠采用該命令同時訪問總線上的所有從機設備，而無須發(fā)出任何ROM代碼信息。例如，主機通過在發(fā)出跳越RO

35、M命令后跟隨轉換溫度命令44h，就可以同時命令總線上所有的DS18B20開始轉換溫度，這樣大大節(jié)省了主機的時間。值得注意的是，如果跳越ROM命令跟隨的是讀暫存器BEh的命令(包括其它讀操作命令)，則該命令只能應用于單節(jié)點系統(tǒng)，否則將由于多個節(jié)點都響應該命令而引起數(shù)據(jù)沖突。DS18B20在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求，只有嚴格遵守通訊協(xié)議才能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有時序均以主機為Master，單總線器件為Slave，每次數(shù)據(jù)的傳輸均從主機啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，則在寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先

36、。 DS18B20的復位時序圖15 DS18B20復位時序圖 DS18B20的讀時序圖16 DS18B20讀時序圖DS18B20的讀時序分讀0時序和讀1時序兩個過程。讀時序是主機先把單總線拉低，在之后的15s內必須釋放單總線，以便將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20完成一個讀時序至少需要60s。 DS18B20的寫時序圖17 DS18B20寫時序圖DS18B20的寫時序也分為寫0時序和寫1時序兩個過程。寫0時序和寫1時序的要求不同，寫0時，單總線要被拉低至少60s，保證DS18B20能夠在15-45s之間正確采樣I/O總線上的“0”電平。寫1時，單總線被拉低，在之后的15s內必須釋放單總線。D

37、S18B20復位后，就可以編程控制讀到其內部RAM所采集到的溫度值，并且讀取數(shù)據(jù)時低位在前，高位在后。讀出數(shù)據(jù)后，需判斷對應的溫度是正值還是負值，當溫度值為正值時，直接將二進制數(shù)轉換為十進制溫度值;當溫度值為負值時先將二進制補碼變?yōu)樵a，再轉換為十進制溫度值。DS18B20溫度測量與讀取軟件。3.2.2 顯示程序根據(jù)系統(tǒng)的要求，單片機不僅要能接收到溫度信號，還要將溫度信號顯示出來，使系統(tǒng)一目了然。對于輸入的溫度信號的顯示是利用MAX7219驅動進行顯示的，MAX7219是串行輸出共陰極顯示驅動芯片，此顯示器具有接口簡單。占用資源少、控制靈活方便等，因此利用MAX7219驅動顯示方便，快捷。首先

38、初始化5個控制寄存器，然后送18個顯示數(shù)據(jù) 一旦送完控制字后，下一步按實際需要可以改變18個數(shù)據(jù)顯示寄存器的內容，MX7219則按顯示亮度等初始化規(guī)定與待顯示的數(shù)據(jù)自動掃描顯示。(1)譯碼寄存器：譯碼寄存器()中數(shù)據(jù)可初始化為00H、01H、0FH 以及FFH共四種情況，分別表示：對數(shù)據(jù)顯示寄存器中的內容不譯碼只對 譯碼而對不譯碼；對譯碼而對不譯碼；對均譯碼。在譯碼方式時，只對數(shù)據(jù)顯示寄存器中的位譯碼， 位為任意值，位控制小數(shù)點。當 =l時，小數(shù)點亮；=O時，小數(shù)點熄滅。(2)顯示亮度寄存器：其中，位可任意，可選擇的范圍是0000l111。的值越大，LED顯示器越亮。(3)掃描范圍寄存器：其中

39、，位可任意，而這三位二進制數(shù)排列從000到I11，其中000表示只接有控制的一個LED 顯示器，001表示接有由和控制的兩個LED顯示器，由此類推；111則表示均接有一個LED顯示器。(4)關閉寄存器：其中， 位可以任意； =0，關閉所有顯示器，=0，允許顯示。(5)顯示測試寄存器：其中位可以任意；=0，LED處于正常工作狀態(tài)，=1，LED處于顯示測試狀態(tài)，即LED所有的段全亮。初始化MAX7219的程序流程如圖18。送完所有控制寄存器的地址和相應的控制命令之后，再按同樣的方法送待顯示的數(shù)據(jù)，每次先送某個LED的地址字節(jié)，后送待顯示的數(shù)據(jù)字節(jié)。由于控制寄存器和數(shù)據(jù)顯示寄存器全部單獨編址，所以在

40、送控制字或送顯示數(shù)據(jù)時，均沒有規(guī)定其先后順序。結束圖18 初始化MAX7219的程序流程圈4.聯(lián)合調試系統(tǒng)進行軟件設計時，先要對本課題硬件有一個熟練的掌握，知道系統(tǒng)的組成，數(shù)據(jù)的傳輸，信號是如何被控制的，以及信號的顯示。然后進行軟件設計時，先搞清楚各個部分的子程序及他們的流程圖，然后進行編程，最后將它們系統(tǒng)的編程。本文利用Proteus與KEIL C51對單片機多點溫度測量系統(tǒng)進行了仿真設計。從本文結果可以看出，利用Proteus進行單片機系統(tǒng)的仿真設計可以極大地簡化單片機程序在目標硬件上的調試工作，大幅度節(jié)省制作電路板的時間，對于提高產品的開發(fā)效率、降低開發(fā)成本等有重要作用。硬件電路的簡單是

41、以軟件的復雜為代價的，所以在程序編寫和調試的過程中稍一粗心就會出現(xiàn)錯誤，包括時間延時不夠，設置參數(shù)的類型有誤，本程序經過反復的調試修改，雖然能達到預期的基本目標，但是還有很多地方需要完善，還可以利用剩余的I/O口掛接更多的DS18B20等。在protues上進行仿真實驗，系統(tǒng)軟件設計主要包括系統(tǒng)程序和流程圖，根據(jù)整個系統(tǒng)的要求，完成溫度的測量與控制必須經過以下幾個步驟：單片機接受傳感器的溫度信號，并通過MAX7219驅動顯示出來，接受控制信號，并將溫度顯示出來。5. 課設小結及進一步設想本課題通過分析對比各種不同的溫度傳感器，選定DS18B20，這種單總線數(shù)字溫度傳感器的通信方式比較獨特，軟件

42、編寫要求的比較新穎，特點突出。用其構建的系統(tǒng)有很多優(yōu)點：硬件連線簡單，省去了使用模擬傳感器要進行放大、A/D轉換等工作，由于它的級聯(lián)功能，一條總線可掛接多個傳感器測量不同位置的溫度，根據(jù)DS18B20唯一的序號識別不同傳感器在各自位置的溫度。需要注意的是, 在系統(tǒng)安裝及工作之前應將主機逐個與DS1820 掛接,以讀出其序列號。另外，由于DS1820 單線通信功能是分時完成的,遵循嚴格的時隙概念,因此, 系統(tǒng)對DS1820 和各種操作必須按協(xié)議進行,即:初始化DS1820 (發(fā)復位脈沖)發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，每一個自帶地址，大大減少了

43、系統(tǒng)的電纜數(shù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。通過調試成型系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了DS18B20除了上述優(yōu)點外，還有一些缺點，如：簡單的硬件連接的代價是復雜的軟件時序，DS18B20在測量溫度的時候，靈敏度不夠高，溫度快速變化時無法迅速顯示出其變化。通過一系列的實驗發(fā)現(xiàn)：由DS18B20構建的測溫小系統(tǒng)適用于環(huán)境溫度監(jiān)控，對溫度小變化較敏感；不適合應用于要求實時性強、溫度跨度大的測溫方式。參考文獻1 趙茂泰.智能儀器原理及應用.北京: 電子工業(yè)出版社,2004.72 張毅剛,劉杰.MCS51單片機原理及應用.哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社,2004.63 何立民.單片機應用技術選編.北京: 北京航天航空大學出

44、版,2002.54 張軍,梅麗鳳.單片機原理接口技術.北京交通大學出版社,2006.55 張婧武,周靈彬.單片機系統(tǒng)的PROTEUS設計與仿真.北京: 電工出版社,2007.4課設體會本次課程設計是在老師的悉心指導下完成的，不論在選題、資料搜集還是在論文寫作方面，老師都給予了我很大的幫助。老師治學嚴謹、一絲不茍，對學生既嚴格要求，又可耐心指導、循循善誘，在繁忙的工作之余還經常關心我的論文進行情況，并且對我在設計中遇到的問題耐心指導，巧妙地激發(fā)我的求知欲來促使我對問題進行更深入的研究，使我的獨立探索解決問題的能力有了很大的提高，老師用心良苦，讓我深深體會到為人師表的偉大與無私。在本次課程設計中，

45、我還得到了多位同學的幫助，對我成功完成本次設計帶來了很大的幫助。在次論文完成之即，請接受我真誠的感謝！2010年1月13日附錄I 元件清單元件名稱型號數(shù)量單片機AT89C511傳感器DS18B201顯示器LED8導線 若干附錄II 整體電路圖附錄III 源程序清單#include<reg52.h>/=宏定義=#define uchar unsigned char #define uint unsigned int/=位定義=sbit DQ =P20 ;/18B20數(shù)據(jù)線引腳sbit led2=P23;sbit led3=P24;/=全局變量定義=uchar dispbuf4; /顯

46、示緩沖區(qū) uchar temper2;/存放溫度的數(shù)組 / =定義數(shù)組= uchar code table=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,;uchar code table1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef;/=延時函數(shù)=void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);/=小延時,用于對DS18B20的操作=void delay1(uint z) while(z-); /復位操作void reset(void) uchar x=0; DQ = 1; delay1(8); /稍做延時