基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)1

基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)摘要隨著時(shí)代的進(jìn)步和開展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比擬成熟的技術(shù),本文主要介紹了一個(gè)基于AT89S52單片機(jī)的測(cè)溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測(cè)溫系統(tǒng)的過程，重點(diǎn)對(duì)傳感器在單片機(jī)下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析，對(duì)各局部的電路也一一進(jìn)行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報(bào)警溫度，它使用起來相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測(cè)量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。DS18B20與AT89S52結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞DS18B20/AT89S52/溫度測(cè)量TheDesignOfDigitalTemperatureMeasurementBasedOnTheSinglechipABSTRACTAbstract：Alongwiththeprogressanddevelopmentoftheages,singleslicethemachinetechniquehasalreadymakewidelyavailablethelifeistous,work,research,eachrealm,havealreadybecomethetechniqueofakindofcomparisonmaturity.ThispapermainlydescribesatemperaturemeasurementsystembasedonAT89S52singlechip,detailedlydescribingthedevelopmentprocessusedigitaltemperaturesensor,thepaperintroducesthehardwareconnectivityandsoftwareprogrammingoftheDS18B20basedonthesingle-chip,andgivethesoftwareflowchartofeachmodule,aswellasintroducedeachcircuitofthesystem.Systemcaneasilytocollectanddisplaythetemperature,itcanalsoarbitrarysetalarmtemperatureaccordingtotheactualneed,Itisusedconvenience,ithashighprecision,widerange,highsensitivity,smallsize,andlowpowerdissipation,Thedeviceisespeciallyappliedtomeasuretemperatureinpeople'sdailylivesindustrialandagriculturalproduction,andalsoeasilyasatemperatureprocessingmoduleembedintheothersystem,turnintoasacomplementaryexpansion.KEYWORD：at89s52，ds18b20，temperaturemeasurement。目錄中文摘要 I英文摘要 II1引言 12方案設(shè)計(jì) 22.1設(shè)計(jì)內(nèi)容及性能指標(biāo) 22.2系統(tǒng)方案確定 23系統(tǒng)器件選擇 33.1單片機(jī)的選擇 33.289S52引腳功能介紹 43.3溫度傳感器的選擇 53.4DS18B20簡(jiǎn)單介紹 63.4.1DS18B20的性能特點(diǎn)如下： 63.4.2DS18B20使用中的考前須知： 73.5DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 83.6DS18B20測(cè)溫原理 113.7DS1820高精度測(cè)溫的理論依據(jù) 133.8測(cè)量數(shù)據(jù)比擬 144 硬件電路設(shè)計(jì) 164.1主控制器 184.2顯示電路設(shè)計(jì) 184.3復(fù)位電路設(shè)計(jì) 194.4時(shí)鐘電路 194.5溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 205.軟件設(shè)計(jì) 235.1概述 235.2主程序模塊 235.3各模塊流程設(shè)計(jì) 24各模塊流程設(shè)計(jì)下面對(duì)主要子程序的流程圖做介紹 245.4中斷設(shè)定流程 26自我評(píng)價(jià) 28致謝 29參考文獻(xiàn) 30〔附錄〕 311引言隨著科技的不斷開展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求都有了幾何級(jí)的增長，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息根底的開展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的開展經(jīng)歷了三個(gè)開展階段：1.傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器。2.模擬集成溫度傳感器。3.智能集成溫度傳感器。目前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。社會(huì)的開展使人們對(duì)傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的根底上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速開展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及平安性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速開展，本文將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的結(jié)構(gòu)特征及控制方法,并對(duì)以此傳感器，89S51單片機(jī)為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度測(cè)量裝置的工作原理及程序設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，其具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫要求比擬準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。該設(shè)計(jì)控制器使用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)，測(cè)溫傳感器使用DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20，用八段數(shù)碼來實(shí)現(xiàn)溫度顯示。2方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容及性能指標(biāo)本設(shè)計(jì)主要是介紹了單片機(jī)控制下的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了其硬件和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)其各功能模塊做了詳細(xì)介紹，其主要功能和指標(biāo)如下：●利用溫度傳感器〔DS18B20〕測(cè)量某一點(diǎn)環(huán)境溫度；●測(cè)量范圍為-55℃～＋99℃，精度為±0.5℃；●用液晶進(jìn)行實(shí)際溫度值顯示；●能夠根據(jù)需要方便設(shè)定上下限報(bào)警溫度。2.2系統(tǒng)方案確定該系統(tǒng)主要由溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)采集兩局部電路組成，實(shí)現(xiàn)的方法有很多種，下面將列出一種在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的實(shí)現(xiàn)方案。方案采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。在0—100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和微控制器AT89S52構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比擬簡(jiǎn)單,體積也不大。采用51單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多DS18B20控制工作，還可以與PC機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外AT89S52在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。該系統(tǒng)利用AT89S52芯片控制溫度傳感器DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng)，它可以在設(shè)計(jì)中參加時(shí)鐘芯片DS1302以獲取時(shí)間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時(shí)顯示時(shí)間，并可以利用AT24C16芯片作為存儲(chǔ)器件，以此來對(duì)某些時(shí)間點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，利用鍵盤來進(jìn)行調(diào)時(shí)和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過MAX232芯片與計(jì)算機(jī)的RS232接口進(jìn)行串口通信，方便的采集和整理時(shí)間溫度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)框圖如圖2-2所示單單片機(jī)按鍵電路輸入時(shí)鐘復(fù)位電路電源電路驅(qū)動(dòng)電路顯示電路測(cè)溫電路圖2-2DS18B20溫度測(cè)溫系統(tǒng)框圖3系統(tǒng)器件選擇3.1單片機(jī)的選擇對(duì)于單片機(jī)的選擇，可以考慮使用8031與8051系列，由于8031沒有內(nèi)部RAM，系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因而不適用。AT89S52是美國高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，可編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器,兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程〔ISP〕，也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程，所以低價(jià)位AT89S52單片機(jī)可為提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，對(duì)于簡(jiǎn)單的測(cè)溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。單片機(jī)AT89S52具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。主要特性如下●與MCS-51兼容●4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器;●壽命：1000寫/擦循環(huán)7;●數(shù)據(jù)保存時(shí)間：10年;●全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz;●三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定;●128*8位內(nèi)部RAM;●32可編程I/O線;●兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;●5個(gè)中斷源;3-1AT89S52單片機(jī)引腳圖●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(shí)鐘電路圖.3.289S52引腳功能介紹AT89S52單片機(jī)為40引腳雙列直插式封裝,其引腳排列和邏輯符號(hào)如圖3-1所示。各引腳功能簡(jiǎn)單介紹如下：●VCC：供電電壓●GND：接地●P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每個(gè)管腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳寫“1〞時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部電位必須被拉高?！馪1口：P1口是一個(gè)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，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口8作為第八位地址接收。●P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1〞時(shí)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1〞時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)?！馪3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1〞后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口：P3.0RXD(串行輸入口)；P3.1TXD(串行輸出口)；P3.2INT0(外部中斷0)；P3.3INT1(外部中斷1)；P3.4T0(記時(shí)器0外部輸入)；P3.5T1(記時(shí)器1外部輸入)；P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)；P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)。同時(shí)P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)?！馬ST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。●ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)?！馝A/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，訪問外部ROM；注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)?！馲TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入?！馲TAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.3溫度傳感器的選擇由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比擬多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作本錢相對(duì)較高。這里采用DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測(cè)溫元件。3.4DS18B20簡(jiǎn)單介紹DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件〞，其體積更小、更適用于多種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線〞接口的溫度傳感器。溫度測(cè)量范圍為-55～+125攝氏度，可編程為9位～12位轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。3.4.1DS18B20的性能特點(diǎn)如下：●獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊;●DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫;●DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi);●適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電;●溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃;●零待機(jī)功耗;●可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫;●在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快;●用戶可定義報(bào)警設(shè)置;●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度〔溫度報(bào)警條件〕的器件;●測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力;●負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作11以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測(cè)系統(tǒng)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四局部組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置存放器。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖3-2所示，DQ為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號(hào)；VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。圖3-2外部封裝形式圖圖3-3所示圖為引腳圖3.4.2DS18B20使用中的考前須知：DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：●DS18B20從測(cè)溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，這是必須保證的，不然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示85。●在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使電源電壓保持在5V左右，假設(shè)電源電壓過低，會(huì)使所測(cè)得的溫度精度降低。●較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否那么將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS1820操作局部最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)?！裨贒S18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此，就需要解決微處理器的總線驅(qū)當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過8個(gè)時(shí)，動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。●在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。3.5DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器〔內(nèi)含便箋式RAM〕，用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼〔CRC〕發(fā)生器等七局部。DS18B20采用３腳PR－35封裝或８腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-5所示6464位ROM單片機(jī)存儲(chǔ)器和控制邏輯高速緩存溫度傳感器高溫觸發(fā)TH低溫觸發(fā)TL配置存放器8位CRC發(fā)生器圖3-5DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖8bit檢驗(yàn)CRC48bit序列號(hào)8bit檢驗(yàn)CRC48bit序列號(hào)8bit工廠代碼〔10H〕MSBLSBMSBLSBMSBLSB開始８位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后８位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。主機(jī)操作ROM的命令有五種，如表3-5所列：指令說明讀ROM(33H)讀DS18B20的序列號(hào)匹配ROM〔55H〕繼續(xù)讀完64位序列號(hào)的一個(gè)命令用于跳過ROM〔CCH〕此命令執(zhí)行后的存儲(chǔ)器操作將針對(duì)搜ROM〔F0H〕識(shí)別總線各器件的編碼，為操作各報(bào)警搜索〔ECH〕僅溫度越限的器件對(duì)此命令作出響應(yīng)表3-5主機(jī)操作圖DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存ＲＡＭ和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為８字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖3-5-1所示。圖3-5-1高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖前２個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第５個(gè)字節(jié)，為配置存放器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)存放器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1，152字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625℃/LSB形式表示。溫度值格式如下：這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。S表示位。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，表示測(cè)得的溫度植為正值，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度植為負(fù)值，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。例如+125℃的數(shù)字輸出07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H。DS18B20溫度傳感器主要用于對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)可用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，并以0.0625℃／LSB形式表示。表3-5-2是局部溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度表示數(shù)據(jù)。表3-5-2局部溫度值DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比擬，假設(shè)T>TH或T<TL,那么將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì)主機(jī)16發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼〔CRC〕。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比擬，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。3.6DS18B20測(cè)溫原理DS18B20的測(cè)溫原理如圖3-6所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門翻開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將-55℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在-55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度存放器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度存放器值的累加，此時(shí)溫度存放器中的數(shù)值即為所測(cè)溫中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度存放器值到達(dá)被測(cè)溫度值，這就是DS18B20的測(cè)溫原理另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)〔發(fā)復(fù)位脈沖〕→發(fā)ROM功能命令行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。斜率累加器斜率累加器預(yù)置低溫系數(shù)振蕩器高溫系數(shù)振蕩器Tn計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)器2比擬預(yù)置溫度存放器=0=0圖3-6DS18B20測(cè)溫原理圖在正常測(cè)溫情況下，DS1820的測(cè)溫分辨力為0.5℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令〔BEH〕讀出以0.5℃為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位〔LSB〕，得到所測(cè)實(shí)際溫度的整數(shù)局部Tz，然后再用BEH指令取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值Cs和每度計(jì)數(shù)值CD?？紤]到DS1820測(cè)量溫度的整數(shù)局部以0.25℃、0.75℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度Ts可用下式計(jì)算：Ts=〔Tz-0.25℃〕+(CD-Cs)/CD3.7DS1820高精度測(cè)溫的理論依據(jù)DS1820正常使用時(shí)的測(cè)溫分辨率為0.5℃，這對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度監(jiān)測(cè)來講略顯缺乏，在對(duì)DS1820測(cè)溫原理詳細(xì)分析的根底上，我們采取直接讀取DS1820內(nèi)部暫存存放器的方法，將DS1820的測(cè)溫分辨率提高到0.1℃～0.01℃.DS1820內(nèi)部暫存存放器的分布如表3-7所示，其中第7字節(jié)存放的是當(dāng)溫度存放器停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值，第8字節(jié)存放的是每度所對(duì)18應(yīng)的計(jì)數(shù)值。這樣，我們就可以通過下面的方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果。首先DS1820提供的讀暫存存放器指令(BEH)讀出以0.5℃為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位(LSB)，得到所測(cè)實(shí)際溫度整數(shù)局部T整數(shù)，然后再用BEH指令讀取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值M剩余和每度計(jì)數(shù)值M每度，考慮到DS1820測(cè)量溫度的整數(shù)局部以0.25℃、0.75℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度T實(shí)際可用下式計(jì)算得到：T實(shí)際=(T整數(shù)－0.25℃)+(M每度－M剩余)/M每度。表3-7DS18B20暫存存放器分布存放器內(nèi)容字節(jié)地址溫度最低數(shù)字0溫度最高數(shù)字1高溫限值2低溫限值3保存4保存5計(jì)數(shù)剩余值6每度計(jì)數(shù)值7CRC校驗(yàn)8該字節(jié)各位的定義如下：低5位一直都是1，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是來設(shè)置分辨率，如表3-7-1所示〔DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位〕。R1R0分辨率溫度轉(zhuǎn)換時(shí)/mm009位93.750110位187.751011位275.001112位750.00表3-7-1由表3-7-1可見，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存存儲(chǔ)器除了配置存放器外，還有其他8個(gè)字節(jié)組成，其分配如下所示。其中溫度信息〔第1，2字節(jié)〕H和TL值第3，4字節(jié)、第6～8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；T第9字節(jié)讀出的是前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。3.8測(cè)量數(shù)據(jù)比擬表3-8為采用直接讀取測(cè)溫結(jié)果方法和采用計(jì)算方法得到的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)比擬，通過比擬可以看出，計(jì)算方法在DS1820測(cè)溫中不僅是可行的，也可以大大的提高DS1820的測(cè)溫分辨率。表3-8DS18B20直度測(cè)溫結(jié)果與計(jì)算測(cè)溫結(jié)果數(shù)據(jù)比擬次數(shù)T溫度M剩余M每度T實(shí)際１２１.０００７２８２２０.８５０２３４.０００４２８３３４.２３８３４９.０００３０８４４９.３８８４５２.０００６６８５５１.９６４５６４.０００４９８６６４.１７４６７９.０００５６８７７９.１０６７８２.５００１６８８８２.５６８表3-8硬件電路設(shè)計(jì)溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖4-1所示,控制器使用單片機(jī)AT89S52,溫度計(jì)傳感器使用DS18B20,用LED實(shí)現(xiàn)溫度顯示。本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過程。首先，由DS18820溫度傳感器芯片測(cè)量當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過AT89S52單片機(jī)芯片對(duì)送來的測(cè)量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，八段數(shù)碼管將送來的值顯示于顯示屏上。由圖4-1可看到，本電路主要由DSl8820溫度傳感器芯片，AT89S52單片機(jī)芯片組成。其中，DSI8B20溫度傳感器芯片采用“一線制〞與單片機(jī)相連，它獨(dú)立地完成溫度測(cè)量以及將溫度測(cè)量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。圖4-1溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖4.1主控制器主控制器單片機(jī)AT89S52具有低電壓供電和小體積等特點(diǎn)，兩個(gè)端口剛好滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適宜攜手特式產(chǎn)品的使用。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。必須先啟動(dòng)DS18B20開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。4.2顯示電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)和數(shù)字信息，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有按鍵或鍵盤。為了觀察和監(jiān)視鍵盤輸入的信息，為了了解系統(tǒng)的工作情況以及得到系統(tǒng)完成任務(wù)的結(jié)果，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有顯示裝置。單片機(jī)最常用的顯示裝置是LED顯示器〔圖4-2〕。在顯示方面，我們選用了動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示雖然亮度較高，接口編程容易，但是每位的段碼線分別與一個(gè)8位的鎖存器輸出相連。但是占用的I/O口線比擬多，因此在顯示位數(shù)較多的時(shí)候，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。為了簡(jiǎn)化硬件，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，在同一時(shí)刻，只讓一位選通，如此循環(huán)，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。LED數(shù)碼有共陰和共陽兩種，把這些LED發(fā)光二極管的正極接到一塊作為一個(gè)引腳，就叫共陽的，陰極接到一塊就叫共陰的，那么應(yīng)用時(shí)這個(gè)腳就分別的接VCC和GND。再把多個(gè)這樣的8字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。在本設(shè)計(jì)仿真中使用的是6個(gè)一組的共陰極8段數(shù)碼管。找公共共陰和公共共陽的方法：首先我們找個(gè)3到5伏的電源和1個(gè)電阻，VCC串接電阻后和GND接在任意2個(gè)腳上，組合有很多，找到一個(gè)LED會(huì)發(fā)光的，然后用GND不動(dòng)，VCC逐個(gè)碰剩下的腳，如果有多個(gè)LED，那它就是共陰了。共陰極數(shù)碼管，陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，對(duì)應(yīng)的段就顯示圖4-2顯示電路4.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)位工作是單片機(jī)進(jìn)入工作的狀態(tài)的初始化操作，是CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。另外當(dāng)程序運(yùn)行錯(cuò)誤或由于錯(cuò)誤操作而是單片機(jī)進(jìn)入鎖死狀態(tài)的時(shí)侯。也可以通過復(fù)位操作進(jìn)行的從新啟動(dòng)的操作。等到復(fù)位以后，單片機(jī)的計(jì)算機(jī)初始值被初始化。圖4-3復(fù)位電路4.4時(shí)鐘電路對(duì)于每個(gè)系統(tǒng)工程的時(shí)鐘電路，都是用于單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)只有在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，其各部件之間才能協(xié)調(diào)一致工作，時(shí)鐘信號(hào)控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。在單片機(jī)的TXAL1、TXAL12、之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，可以喝單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路。這種方式稱之為內(nèi)部的時(shí)鐘源方式。電容C4和C5的主要作用是幫助振蕩器起振，且振蕩器大小對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，在80C51系列中電容的大小20微法。另外，振蕩器的頻率只要由石英晶振的頻率來決定本次設(shè)計(jì)選用12MHz。圖4-4時(shí)鐘電路4.5溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)DS18B20最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一條線來完成。DS18B20的電源供電方式有2種:外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時(shí),VDD和GND均接地,他在需要遠(yuǎn)程溫度探測(cè)和空間受限的場(chǎng)合特別有用,原理是當(dāng)1Wire總線的信號(hào)線DQ為高電平時(shí),竊取信號(hào)能量給DS18B20供電,同時(shí)一局部能量給內(nèi)部電容充22電,當(dāng)DQ為低電平時(shí)釋放能量為DS18B20供電。但寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路,軟件控制變得復(fù)雜(特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)〔E2PROM時(shí)),同時(shí)芯片的性能也有所降低。因此,在條件允許的場(chǎng)合,盡量采用外供電方式。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。DS18B20與芯片連接電路如圖4-5-1所示：?jiǎn)螁纹瑱C(jī)AT89S52DS18B20R圖4-5-1DS18B20與單片機(jī)的連接外部電源供電方式是DS18B20最正確的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比擬簡(jiǎn)單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。站長推薦大家在開發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源方式只多接一根VCC引線。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓VCC降到3V時(shí)，依然能夠保證溫度量精度。由于DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線，因此它和主機(jī)〔單片機(jī)〕通信是需要串行通信，而AT89S52有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來模擬實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過單線接口訪問DC18B20必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM操作命令、存儲(chǔ)器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均嚴(yán)格按照時(shí)序。主機(jī)發(fā)送〔Tx〕--復(fù)位脈沖〔最短為480μs的低電平信號(hào)〕。接著主機(jī)便釋放此線并進(jìn)入接收方式〔Rx〕?？偩€經(jīng)過4.7K的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測(cè)到I/O引腳上的上升沿之后，DS18B20等待15～60μs,并且接23著發(fā)送脈沖〔60～240μs的低電平信號(hào)〕然后以存在復(fù)位脈沖表示DS18B20。已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收，然后給出正確的ROM命令和存儲(chǔ)操作命令的數(shù)據(jù)。DS18B20通過使用時(shí)間片來讀出和寫入數(shù)據(jù)，時(shí)間片用于處理數(shù)據(jù)位和進(jìn)行何種指定操作的命令。它有寫時(shí)間片和讀時(shí)間片兩種：●寫時(shí)間片：當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)，產(chǎn)生寫時(shí)間片。有兩種類型的寫時(shí)間片：寫1時(shí)間片和寫0時(shí)間片。所示有時(shí)間片必須有60微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1微秒的恢復(fù)時(shí)間。●讀時(shí)間片：從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，使用讀時(shí)間片。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)產(chǎn)生讀時(shí)間片。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少1微秒；來自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在時(shí)間下降沿之后15微秒內(nèi)有效。為了讀出從讀時(shí)間片開始算起15微秒的狀態(tài)，I/O引腳經(jīng)主機(jī)必須停止把引腳驅(qū)動(dòng)拉至低電平。在時(shí)間片結(jié)束時(shí)，過外部的上_鱯__9L_€%拉電阻拉回高電平，所有讀時(shí)間片的最短持續(xù)期為60微秒，包括兩個(gè)讀周期間至少1μs的恢復(fù)時(shí)間。一旦主機(jī)檢測(cè)到DS18B20的存在，它便可以發(fā)送一個(gè)器件ROM操作命令。所有ROM操作命令均為8位長。所有的串行通訊，讀寫每一個(gè)bit位數(shù)據(jù)都必須嚴(yán)格遵守器件的時(shí)序邏輯來編程，同時(shí)還必須遵守總線命令序列，對(duì)單總線的DS18B20芯片來說，訪問每個(gè)器件都要遵守以下命令序列：首先是初始化；其次執(zhí)行ROM命令；最后就是執(zhí)行功能命令(ROM命令和功能命令后面以表格形式給出)。如果出現(xiàn)序列混亂，那么單總線器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。當(dāng)然，搜索ROM命令和報(bào)警搜索命令，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，要返回初始化?；趩慰偩€上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)，且準(zhǔn)備就緒。在主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出ROM命令。這些命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一64位ROM代碼相關(guān)。在主機(jī)發(fā)出ROM命令，以訪問某個(gè)指定的DS18B20，接著就可以發(fā)出DS18B20支持的某個(gè)功能命令。這些命令允許主機(jī)寫入或讀出DS18B20便箋式RAM、啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換。軟件實(shí)現(xiàn)DS18B20的工作嚴(yán)格遵守單總線協(xié)議：(1)主機(jī)首先發(fā)出一個(gè)復(fù)位脈沖，信號(hào)線上的DS18B20器件被復(fù)位。(2)接著主機(jī)發(fā)送ROM命令，程序開始讀取單個(gè)在線的芯片ROM編碼并保存在單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，把用到的DS18B20的ROM編碼離線讀出，最后用一個(gè)二維數(shù)組保存ROM編碼，數(shù)據(jù)保存在X25043中。(3)系統(tǒng)工作時(shí)，把讀取了編碼的DS18B20掛在總線上。發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令，再總線復(fù)位。(4)然后就可以從剛剛的二維數(shù)組匹配在線的溫度傳感器，隨后發(fā)溫度讀取命令就可以獲得對(duì)應(yīng)的度值了。在主機(jī)初始化過程，主機(jī)通過拉低單總線至少480us，來產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著，主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入接收模式。當(dāng)總線被釋放后，上拉電阻將單總線拉高。在單總線器件檢測(cè)到上升沿后，延時(shí)15～60us，接著通過拉低總線60～240us，以產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。寫時(shí)序均起始于主機(jī)拉低總線，產(chǎn)生寫1時(shí)序的方式：主機(jī)在拉低總線后，接著必須在15us之內(nèi)釋放總線。產(chǎn)生寫0時(shí)序的方式：在主機(jī)拉低總線后，只需在整個(gè)時(shí)序期間保持低電平即可(至少60us)。在寫字節(jié)程序中的寫一個(gè)bit位的時(shí)候，沒有按照通常的分別寫0時(shí)序和寫1時(shí)序，而是把兩者結(jié)合起來，當(dāng)主機(jī)拉低總線后在15us之內(nèi)將要寫的位c給DO：如果c是高電平滿足15us內(nèi)釋放總線的要求，如果c是低電平，那么DO＝c這條語句仍然是把總線拉在低電平，最后都通過延時(shí)58us完成一個(gè)寫時(shí)序(寫時(shí)序0或?qū)憰r(shí)序1)過程。寫時(shí)間時(shí)序：當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時(shí)候，寫時(shí)間隙開始。有兩種寫時(shí)間隙，寫1時(shí)間隙和寫0時(shí)間隙。所有寫時(shí)間隙必須最少持續(xù)60μs，包括兩個(gè)寫周期至少1μs的恢復(fù)時(shí)間。I/O線電平變低后，DS18B20在一個(gè)15μs到60μs的窗口內(nèi)對(duì)I/O線采樣。如果線上事高電平，就是寫1，如果是低電平，就是寫0。主機(jī)要生成一個(gè)寫時(shí)間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平然后釋放，在寫時(shí)間隙開始后的15μs內(nèi)允許數(shù)據(jù)線拉到高電平。主機(jī)要生成一個(gè)寫0時(shí)間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平并保存60μs。5.軟件設(shè)計(jì)5.1概述整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件根本定型后，軟件的功能也就根本定下來了。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(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件〔子程序〕，它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最適宜的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。5.2主程序模塊主程序模塊主程序需要調(diào)用4個(gè)子程序，分別為數(shù)碼管顯示程序，溫度測(cè)試及處理子程序，報(bào)警子程序，中斷設(shè)定子程序。各模塊程序功能如下：●數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示局部?！駵囟葴y(cè)試及處理程序：對(duì)溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。●報(bào)警子程序：進(jìn)行溫度上下限判斷及報(bào)警輸出。●中斷設(shè)定程序：實(shí)現(xiàn)設(shè)定上下限報(bào)警功能。主程序流程見圖5-2：圖5-3-1DS18B20初始化流程圖圖5-2主程序流程圖5.3各模塊流程設(shè)計(jì)5.3.1各模塊流程設(shè)計(jì)1.溫度檢測(cè)流程DS18B20在單片機(jī)控制下分三個(gè)階段:●18B20初始化：初始化流程圖見5-3-1●讀18B20時(shí)序：讀DS18B20流程見圖5-3-2：●寫18B20時(shí)序：寫18B20流程見圖5-3-3；發(fā)出DS18B20復(fù)位命令發(fā)出DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)出度溫度命令讀取操作，CRC命令9字節(jié)完？CRC效驗(yàn)，正確移入溫度暫存器結(jié)束圖5-3-2讀DS18B20流程圖DS18B20寫開始設(shè)置串行位數(shù)為8DS18B20寫開始設(shè)置串行位數(shù)為8DQ清零，將DQ總線電平拉低延時(shí)15us寫入一位數(shù)據(jù)延時(shí)15usDQ置1設(shè)置為恢復(fù)狀態(tài)8為數(shù)據(jù)送完否DS18B20寫入結(jié)束圖5-3-3寫DS18B20流程圖5.4中斷設(shè)定流程中斷模塊采用了外中斷和內(nèi)中斷套用方法。當(dāng)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)上下限報(bào)警時(shí)，利用INT0口進(jìn)行中斷，set鍵進(jìn)行上下限報(bào)警溫度設(shè)定，進(jìn)入溫度設(shè)定狀態(tài)后〔按一下溫度設(shè)定鍵〕，首先會(huì)提示顯示“UP〞字母，表示要用戶設(shè)定高溫報(bào)警溫度，按S3鍵，表示本位數(shù)字+1，按S4表示移向下一位，如果4位高溫設(shè)定完畢，那么顯示“DO〞，表示要用戶設(shè)定低溫報(bào)警溫度。4位低溫設(shè)定完畢，如果用戶設(shè)置的高溫比設(shè)定的低溫高的話那么顯示“ERRO〞表示錯(cuò)誤提示，同時(shí)會(huì)有蜂鳴器及時(shí)報(bào)警提示，然后自動(dòng)顯示“UP〞，讓用戶重新進(jìn)行溫度設(shè)定。中斷設(shè)定子程序流程圖見下圖關(guān)于外部中斷開內(nèi)部中斷關(guān)于外部中斷開內(nèi)部中斷顯示UPSBS1跳到下一位四位設(shè)定完顯示DOS3S4跳到下一位四位設(shè)定完設(shè)置溫度比擬高溫？低溫？開外部中斷關(guān)內(nèi)部中斷顯示LED圖5-4中斷設(shè)定子程序流程圖自我評(píng)價(jià)本設(shè)計(jì)利用AT89S52芯片控制溫度傳感器DS18B20，再輔之以局部外圍電路實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的測(cè)控，性能穩(wěn)定，精度教高，而且擴(kuò)展性能很強(qiáng)大。由于DS18B20支持單總線協(xié)議，我們可以將多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用較少的微處理器的端口就可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)。可以參加1302時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間進(jìn)行顯示，加之AT24C16存儲(chǔ)芯片來實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間和溫度數(shù)據(jù)的記錄，利用MAX232芯片和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通訊，這樣就可以方便的統(tǒng)計(jì)出特定時(shí)間內(nèi)的需要的時(shí)間和溫度數(shù)據(jù)。由于DS18B20的測(cè)量精度只有±0.5度，往往很多場(chǎng)合需要更加精確的溫度，在所測(cè)溫度精度不變的根底上必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。由于DS18B20是基于帶隙結(jié)構(gòu)的數(shù)字式溫度傳感器，PN結(jié)增量電壓正比于IC絕對(duì)溫度〔PTAT〕，它的測(cè)溫精度較高,但存在著一定的誤差。不過,其誤差在時(shí)間和外部環(huán)境變化的條件下,保持相當(dāng)高的穩(wěn)定性。針對(duì)這一特性,基于線性插補(bǔ)的數(shù)學(xué)思想,利用DSP技術(shù),對(duì)其進(jìn)行誤差校正補(bǔ)償.這種誤差校正的補(bǔ)償方法,不需增加硬件電路,計(jì)算方法簡(jiǎn)單,軟件費(fèi)用也很小,既提高了測(cè)量精度。又不需增加本錢。它充分利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)的處理能力，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上用線性插補(bǔ)的數(shù)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行誤差校正補(bǔ)償，能輕易地將其提高其精度。經(jīng)過將近一周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了我的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，雖然沒有完全到達(dá)設(shè)計(jì)要求，但從心底里說，還是快樂的，從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。致謝在本畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)和制作過程中，感謝老師給了我很大的幫助，同時(shí)也離不開很多的同學(xué)熱心幫助，是他們?cè)谖矣龅诫y題的時(shí)候給了我啟發(fā)。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能和解決問題方法方面得到很大的提高。更深入了解并掌握了傳感器的根本理論知識(shí)，并在單片機(jī)實(shí)際電路開發(fā)和常用編程設(shè)計(jì)思路掌握方面有了一定程度的掌握，盡管本次設(shè)計(jì)還不是很完善，但這為我以后的設(shè)計(jì)之路積累了珍貴的經(jīng)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)[1]孫育才.單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用.東南大學(xué)出版社，2004[2]沈德金.陳粵初.單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗?北京.北京航天航空大學(xué)出版社，1990.[3]潘新民.王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).電子工業(yè)出版社，2003[4]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)〔簡(jiǎn)明修訂版〕杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，1998[5]李廣弟.單片機(jī)根底〔Ｍ〕.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994[6]閻石.數(shù)字電子技術(shù)根底〔第三版〕.北京：高等教育出版社，1989[7]廖常初.現(xiàn)場(chǎng)總線概述〔J〕.電工技術(shù)，1999.[8]王勇.葉敦范.基于AT89S51的便攜式實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)儀，2006附錄附錄一：程序#include"reg51.h"#include"intrins.h"http://_nop_();延時(shí)函數(shù)用#defineDisdataP2//段碼輸出口#definediscanP1//掃描口#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineREADROM_18b20_CM0x33#defineMATCHROM_18b20_CM0x55#defineSKIPROM_18b20_CM0xCC#defineSEARCHROM_18b20_CM0xF0#defineALARMSEARCH_18b20_CM0xEC#defineCONVERTT_CM0x44#defineRSCRATCHPAD_CM0xBE#defineWSCRATCHPAD_CM0x4E#defineCSCRATCHPAD_CM0x48#defineRECALLE2_CM0xB8#defineRPOWERSUNNLY_CM0xB4sbitDQ=P3^2;//溫度輸入口sbitDIN=P2^7;//LED小數(shù)點(diǎn)控制sbitLED1=P1^7;sbitLED2=P1^6;sbitLED3=P1^5;sbitLED4=P1^4;uinth;uinttemp;//////**************溫度小數(shù)局部用查表法***********//ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};//ucharcodedis_7[12]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf};//共陽LED段碼表"0""1""2""3""4""5""6""7""8""9""不亮""-"ucharcodescan_con[4]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef};//列掃描控制字uchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};//讀出溫度暫放uchardatadisplay[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//顯示單元數(shù)據(jù)，共4個(gè)數(shù)據(jù)和一個(gè)運(yùn)算暫用///////*****************11us延時(shí)函數(shù)*************************///voiddelay(uintt){for(;t>0;t--);}///****************顯示函數(shù)******************************/scan(){ chark; LED1=1; LED2=0; LED3=0; LED4=0; Disdata=dis_7[display[3]];//數(shù)據(jù)顯示 delay(300); LED1=0; LED2=1; LED3=0; LED4=0; Disdata=dis_7[display[2]];//數(shù)據(jù)顯示 delay(300); LED1=0; LED2=0; LED3=1; LED4=0; Disdata=dis_7[display[1]]; //數(shù)據(jù)顯示 delay(300); LED1=0; LED2=0; LED3=1; LED4=0; Disdata=0x7f; //數(shù)據(jù)顯示 delay(300); LED1=0; LED2=0; LED3=0; LED4=1; Disdata=dis_7[display[0]];//數(shù)據(jù)顯示 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