畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的數(shù)字溫度計

1、 開封大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 指導(dǎo)老師09電氣一班目 錄1 設(shè)計內(nèi)容及性能指標32系統(tǒng)框架43系統(tǒng)器件選擇53.1 單片機的選擇53.2 89s51引腳介紹53.3溫度傳感器的選擇64 硬件設(shè)計電路134.1顯示電路144.2 溫度檢測電路144.3 溫度報警電路165軟件設(shè)計175.1 概述 175.2主程序模塊 175.3各模塊流程設(shè)計 186.源程序22附錄1：參考文獻34附錄2：元件清單 35附錄3： 電氣原理圖36 摘要隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科

2、研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),單片機已經(jīng)在測控領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，該設(shè)計控制器使用單片機at89s51，測溫傳感器使用ds18b20，用lcd數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度顯示,能準確達到以上要求。關(guān)鍵詞 at89s51 單片機 傳感器 ds18b201 設(shè)計內(nèi)容及性能指標本設(shè)計主要是介紹了單片機控制下的溫度檢測系統(tǒng)，詳細

3、介紹了其硬件和軟件設(shè)計，并對其各功能模塊做了詳細介紹，其主要功能和指標如下：利用溫度傳感器（ds18b20）測量某一點環(huán)境溫度測量范圍為-50150，精度為0.5用液晶進行實際溫度值顯示能夠根據(jù)需要方便設(shè)定上下限報警溫度2系統(tǒng)框架采用數(shù)字溫度芯片ds18b20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。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(xué)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ds18b20和微控制器at89s51構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度

4、的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單,體積也不大。采用51 單片機控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨對多ds18b20控制工作，還可以與pc 機通信上傳數(shù)據(jù)，另外at89s51 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at89s51芯片控制溫度傳感器ds18b20進行實時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報警溫度。該系統(tǒng)擴展性非常強，它可以在設(shè)計中加入時鐘芯片ds1302以獲取時間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時顯示時間，并可

5、以利用at24c16芯片作為存儲器件，以此來對某些時間點的溫度數(shù)據(jù)進行存儲，利用鍵盤來進行調(diào)時和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過max232芯片與計算機的rs232接口進行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數(shù)據(jù)。圖 3.3 系統(tǒng)框圖 3系統(tǒng)器件選擇3.1 單片機的選擇at89s51 是cmos8 位單片機，它集 flash 程序存儲器既可在線編程（isp），也可用傳統(tǒng)方法進行編程，所以低價位 at89s51單片機可為提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，對于簡單的測溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。單片機at89s51 具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很

6、適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(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)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部ram32可編程i/o線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 圖 4.1 at89s51單片機引腳圖可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 3.2 89s51 引腳功能介紹 at89s51 單片機為40 引腳雙列直插式封裝。 其引腳排列和邏輯符號如圖4.1 所示。各引腳功能簡單介紹如下：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，每個管

7、腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳寫“1”時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在flash編程時，p0口作為原碼輸入口，當flash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部電位必須被拉高。p1口：p1口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個內(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ttl門電流

8、，當p2口被寫“1”時，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，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口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)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(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)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。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)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(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。rst：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個

9、機器周期的高電平時間。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(jié)。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。psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期psen兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的psen信號將不出現(xiàn)。ea/vpp：當ea保持低電平時，訪問外部rom；注意加密方式1時，ea將內(nèi)部鎖定為reset；當ea端保持高電平時，訪問內(nèi)部rom。在flash編程期間，此引腳也用于

10、施加12v編程電源(vpp)。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：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)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對較高。這里采用dallas公司的數(shù)字溫度傳感器ds18b20作為測溫元件。3.3.1 ds18b20的介紹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、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟。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

11、感器。溫度測量范圍為-50+150 攝氏度，可編程為9位12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在eeprom 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個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測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。ds18b20 的性能特點如下： 獨特的單線接口方式，ds18b20

12、在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊 ds18b20支持多點組網(wǎng)功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 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：3.05.5v，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 溫范圍-50150 零待機功耗 可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫 在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快

13、用戶可定義報警設(shè)置 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給cpu，同時可傳送crc校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作3.3.2 ds18b20 使用中的注意事項ds18b20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：ds18b20 從測溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時間，這是必須保證的，不然會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示85。在實際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使電源電壓保持在5v 左右，

14、若電源電壓過低，會使所測得的溫度精度降低。在對ds1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用pl/m、c等高級語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對ds1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。在ds18b20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛ds18b20 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個ds18b20，在實際應(yīng)用中并非如此，當單總線上所掛ds18b20 超過8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。在ds18b20測溫程序設(shè)計中，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，一旦某個ds18b

15、20 接觸不好或斷線，當程序讀該ds18b20 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)，這一點在進行ds18b20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。3.3.3 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為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），用于存儲用戶設(shè)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。ds18b20采用腳pr35 封裝或腳soic封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 4.4所示圖 4.4 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖64 b閃速rom的結(jié)構(gòu)如下：開始位是產(chǎn)品類型的編號，

16、接著是每個器件的惟一的序號，共有48 位，最后位是前面56 位的crc 檢驗碼，這也是多個ds18b20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器和，可通過軟件寫入戶報警上下限。主機操作rom的命令有五種，如表所列指 令說 明讀rom（33h）讀ds1820的序列號匹配rom（55h）繼讀完64位序列號的一個命令，用于多個ds1820時定位跳過rom（cch）此命令執(zhí)行后的存儲器操作將針對在線的所有ds1820搜rom（f0h）識別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準備報警搜索（ech）僅溫度越限的器件對此命令作出響應(yīng)ds18b20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存和一個非易失性的

17、可電擦除的eeram。高速暫存ram 的結(jié)構(gòu)為字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 4.5所示。 圖 4.5 高速暫存ram結(jié)構(gòu)圖前個字節(jié)包含測得的溫度信息，第和第字節(jié)和的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ds18b20工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。溫度低位溫度高位thtl配置保留保留保留8位crclsb msb當ds18b20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1，2字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.

18、062 5 /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)，存儲在18b20的兩個8比特的ram中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。圖中，s表示位。對應(yīng)的溫度計算：當符號位s=0時，表示測得的溫度植為正值，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當s=1時，表示測得的溫度植為負值，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。例如+125的數(shù)字輸出為07d0h，+25.0625的數(shù)字輸出為0191h，-25.0625的數(shù)字輸出為ff

19、6fh，-55的數(shù)字輸出為fc90h。ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與ram中的th、tl字節(jié)內(nèi)容作比較，若tth或ttl,則將該器件內(nèi)的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只ds18b20同時測量溫度并進行告警搜索。在64位rom的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（crc）。主機根據(jù)rom的前 56位來計算crc值，并和存入ds18b20中的crc值做比較，以判斷主機收到的rom數(shù) 據(jù)是否正確。3.3.4 ds18b20測溫原理ds18b20的測溫原理如圖2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送給減法計數(shù)器1

20、，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)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，ds18b20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量.計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將50 所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在50 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù),如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計

21、數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是ds18b20的測溫原理。另外，由于ds18b20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時 序很重要。系統(tǒng)對ds18b20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化ds18b20 （發(fā)復(fù)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)。圖（2） ds18b20測溫原理圖3.3.5 提高ds1820測溫精度的途徑 1 .ds1820高精度測溫的理論依據(jù) ds

22、1820正常使用時的測溫分辨率為0.5，這對于水輪發(fā)電機組軸瓦溫度監(jiān)測來講略顯不足，在對ds1820測溫原理詳細分析的基礎(chǔ)上，我們采取直接讀取ds1820內(nèi)部暫存寄存器的方法，將ds1820的測溫分辨率提高到0.10.01ds1820內(nèi)部暫存寄存器的分布如表1所示，其中第7字節(jié)存放的是當溫度寄存器停止增值時計數(shù)器1的計數(shù)剩余值，第8字節(jié)存放的是每度所對應(yīng)的計數(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量結(jié)果。首先用ds1820提供的讀暫存寄存器指令(beh)讀出以0.5為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位(lsb)，得到所測實際溫度整數(shù)部分t整數(shù)，然后再用beh指

23、令讀取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值m剩余和每度計數(shù)值m每度，考慮到ds1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進位界限的關(guān)系，實際溫度t實際可用下式計算得到：t實際=(t整數(shù)0.25)+(m每度m剩余)/m每度。表1 ds18b20暫存寄存器分布該字節(jié)各位的定義如下：tm r1 r0 1 1 1 1 1低5位一直都是1，tm是測試模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式。在ds18b20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動，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1所示（ds18b20出廠時被設(shè)置為12位）。 表2 r1和r2模式表r1r0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時/m

24、m009位93.750110位187.751011位275.001112位750.00由表1可見，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存存儲器除了配置寄存器外，還有其他8個字節(jié)組成，其分配如下所示。其中溫度信息（第1，2字節(jié)）、th和tl值第3，4字節(jié)、第68字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個字節(jié)的crc碼，可用來保證通信正確。 根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，主機控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前 都要對ds18b20進行復(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

25、樣才能對ds18b20進行預(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收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主cpu收到此信號表示復(fù)位成功。2 .測量數(shù)據(jù)比較表2為采用直接讀取測溫結(jié)果方法和采用計算方法得到的測溫數(shù)據(jù)比較，通過比較可以看出，計算方法在ds1820測溫中不僅是可行的，也可以大大的提高ds1820的測溫分率。表3 ds18b20 直度測溫結(jié)果與計算測溫結(jié)果數(shù)據(jù)比較4 硬件設(shè)計電路溫度計電路設(shè)計原理圖如圖5.1所示,控制器使用單片機at89c2051,溫度計傳感器使用ds18b20,用液晶實現(xiàn)溫度顯示。本溫度計大體分三個工作

26、過程。首先，由ds18820溫度傳感器芯片測量當前的溫度，并將結(jié)果送入單片機。然后，通過at89s51單片機芯片對送來的測量溫度讀數(shù)進行計算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，smc1602a芯片將送來的值顯示于顯示屏上。由圖1可看到，本電路主要由dsl8820溫度傳感器芯片、smcl602a液晶顯示模塊芯片和at89s51單片機芯片組成。其中，dsi8b20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機相連，它獨立地完成溫度測量以及將溫度測量結(jié)果送到單片機的工作。4.1 顯示電路顯示電路采用smci602a液晶顯示模塊芯片該芯片可顯示162個字符，比以前的七段數(shù)碼管led顯示器在顯示字符的數(shù)量上

27、要多得多。另外，由于smcl602芯片編程比較簡單，界面直觀，因此更加易于使用者操作和觀測。smcl602a芯片的接口信號說明如表1所列。表1 smcl602a芯片的接口信號說明4.2 溫度檢測電路ds18b20 最大的特點是單總線數(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, vdd 和gnd 均接地, 他在需要遠程溫度探測和空間受限的場合特別有用, 原理是當1 w ire 總線的信號線dq 為高電平時, 竊取信號能量給ds18b20 供電, 同時一部分能量給內(nèi)部電容充電, 當dq為

28、低電平時釋放能量為ds18b20 供電。但寄生電源方式需要強上拉電路, 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)到e2prom 時) , 同時芯片的性能也有所降低。因此, 在條件允許的場合, 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5k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 5.2所示：圖 5.2 ds18b20與單片機的連接外部電源供電方式是ds18b20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。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

29、方式下，可以充分發(fā)揮ds18b20寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓vcc 降到3v 時，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（單片機）通信是需要串行通信，而at89s51 有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實現(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、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均嚴格按照時序。主機發(fā)送（tx）-復(fù)位脈沖（最短為480s 的低電平信號）。接著主機便釋放此線并進入接收方式（rx）。總線經(jīng)過4.7k的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測到i/o 引腳上的上升沿之后，ds18b20 等待1

30、560s,并且接著發(fā)送脈沖（60240s 的低電平信號）。然后以存在復(fù)位脈沖表示ds18b20 已經(jīng)準備好發(fā)送或接收，然后給出正確的rom 命令和存儲操作命令的數(shù)據(jù)。ds18b20 通過使用時間片來讀出和寫入數(shù)據(jù)，時間片用于處理數(shù)據(jù)位和進行何種指定操作的命令。它有寫時間片和讀時間片兩種：l 寫時間片：當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時，產(chǎn)生寫時間片。有兩種類型的寫時間片：寫1 時間片和寫0 時間片。所有時間片必須有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)時間.l 讀時間片：從ds18b20 讀數(shù)據(jù)時，使用讀時間片。當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時產(chǎn)生讀時間片

31、。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)在時間下降沿之后的15 微秒內(nèi)有效。為了讀出從讀時間片開始算起15微秒的狀態(tài)，主機必須停止把引腳驅(qū)動拉至低電平。在時間片結(jié)束時，i/o 引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回高電平，所有讀時間片的最短持續(xù)期為60 微秒，包括兩個讀周期間至少1s 的恢復(fù)時間。一旦主機檢測到ds18b20 的存在，它便可以發(fā)送一個器件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：

32、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，則單總線器件不會響應(yīng)主機。當然，搜索rom命令和報警搜索命令，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，要返回初始化。基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機知道，總線上有從機，且準備就緒。在主機檢測到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出rom 命令。這些命令與各個從機設(shè)備的唯一64 位rom 代碼相關(guān)。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

33、讀出ds18b20便箋式ram、啟動溫度轉(zhuǎn)換。軟件實現(xiàn)ds18b20的工作嚴格遵守單總線協(xié)議：(1)主機首先發(fā)出一個復(fù)位脈沖，信號線上的ds18b20 器件被復(fù)位。(2)接著主機發(fā)送rom命令，程序開始讀取單個在線的芯片rom編碼并保存在單片機數(shù)據(jù)存儲器中，把用到的ds18b20 的rom 編碼離線讀出，最后用一個二維數(shù)組保存rom 編碼，數(shù)據(jù)保存在x25043中。(3)系統(tǒng)工作時，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)然后就可以從剛才的二維數(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應(yīng)的度值了。在主機初始化過程，主機通過拉低單總線至少480u

34、s，來產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著，主機釋放總線，并進入接收模式。當總線被釋放后，上拉電阻將單總線拉高。在單總線器件檢測到上升沿后，延時1560us，接著通過拉低總線60240us，以產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。寫時序均起始于主機拉低總線，產(chǎn)生寫1 時序的方式：主機在拉低總線后，接著必須在15us之內(nèi)釋放總線。產(chǎn)生寫0 時序的方式：在主機拉低總線后，只需在整個時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bit 位的時候，沒有按照通常的分別寫0時序和寫1 時序，而是把兩者結(jié)合起來，當主機拉低總線后在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，則d

35、oc這條語句仍然是把總線拉在低電平，最后都通過延時58us 完成一個寫時序(寫時序0或?qū)憰r序1)過程。寫時間時序：當主機把數(shù)據(jù)從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時候，寫時間隙開始。有兩種寫時間隙，寫1 時間隙和寫0 時間隙。所有寫時間隙必須最少持續(xù)60s，包括兩個寫周期至少1s 的恢復(fù)時間。i/o線電平變低后，ds18b20 在一個15s 到60s 的窗口內(nèi)對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。主機要生成一個寫時間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平然后釋放，在寫時間隙開始后的15s 內(nèi)允許數(shù)據(jù)線拉到高電平。主機要生成一個寫0 時間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平并保存60s。每個讀

36、時隙都由主機發(fā)起，至少拉低總線1us，在主機發(fā)起讀時序之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送0 或1。所有讀時序至少需要60us。4.3溫度報警電路本此設(shè)計可以采用發(fā)光二級管報警電路，如過需要報警，則只需將相應(yīng)位置1，當參數(shù)判斷完畢后，再看報警模型單元alarm 的內(nèi)容是否與預(yù)設(shè)一樣，如不一樣，則發(fā)光報警。但本次設(shè)計采軟件處理報警，利用有源蜂鳴器進行報警輸出，采用直流供電。當所測溫度超過獲低于所預(yù)設(shè)的溫度時，數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平，報警輸出。報警電路硬件連接見圖 5.10。圖 5.10蜂鳴器電路連接圖5 軟件設(shè)計5.1 概述整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基

37、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(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質(zhì)性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進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合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實時性的要求，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主程序模塊主程序需要調(diào)用4 個子程序，分別為數(shù)碼管顯示程序，溫度測試及處理子程序，報警子程序，中斷設(shè)定子程序。各

38、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)的顯示部分。溫度測試及處理程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進行處理，進行判斷和顯示。報警子程序：進行溫度上下限判斷及報警輸出。中斷設(shè)定程序：實現(xiàn)設(shè)定上下限報警功能。圖 6.1主程序 圖 6.2 ds18b20初始化流程圖 5.3各模塊流程設(shè)計下面對主要子程序的流程圖做介紹5.3.1 溫度檢測流程ds18b20在單片機控制下分三個階段:18b20 初始化：初始化流程圖見讀18b20時序：讀ds18b20流程見圖 6.3：寫18b20時序：寫18b20 流程見圖6.4圖 6.3讀ds18b20流程圖 圖 6.4寫ds18b20流程圖5.3.2

39、 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。當設(shè)計需要實現(xiàn)上下限報警時，利用int0口進行中斷，set 鍵進行上下限報警溫度設(shè)定，進入溫度設(shè)定狀態(tài)后（按一下溫度設(shè)定鍵），首先會提示顯示“up”字母，表示要用戶設(shè)定高溫報警溫度，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，則顯示“do”，表示要用戶設(shè)定低溫報警溫度。4位低溫設(shè)定完畢，如果用戶設(shè)置的高溫比設(shè)定的低溫高的話則顯示“erro”表示錯誤提示，同時會有蜂鳴器及時報警提示，然后自動顯示“up”，讓用戶重新進行溫度設(shè)定。中斷設(shè)定子程序流程圖見下圖圖6.6 中斷設(shè)定子程序流程圖源程序timel equ

40、0e0htimeh equ 0b1htemphead equ 36h;bitst data 20htime1sok bit bitst.1temponeok bit bitst.2templ data 26htemph data 27htemphc data 28htemplc data 29h;tempdin bit p3.7; org 0000h ljmp start org 00bh ljmp t0it; org 100hstart: mov sp,#60hclsmem: mov r0,#20h mov r1,#60hclsmem1: mov r0,#00h inc r0 djnz r1

41、,clsmem1 mov tmod,#00100001b mov th0,#timel mov tl0,#timeh sjmp initerror: nop ljmp start nopinit: nop setb et0 setb tr0 setb ea mov psw,#00h clr temponeok ljmp main;toit: push psw mov psw,#10h mov th0,#timeh mov tl0,#timel inc r7 cjne r7,#32h,t0it1 mov r7,#00h setb time1sokt0it1: pop psw reti;main:

42、 lcall disp1 jnb time1sok,mian clr time1sok jnb temponeok,main2 lcall readtemp1 lcall convtemp lcall dispbcd lcall disp1mian: lcall readtemp setb temponeok;initds1820: setb tempdin nop nop clr tempdin mov r6,#0a0h djnz r6,$ mov r6,#0a0h djnz r6,$ setb tempdin mov r6,#32h djnz r6,$ mov r6,#3chloop1820: mov c,tempdin jc initds1820out djnz r6,loop1820 mov r6,#064h djnz r6,$ sjmp initds1820 retinitds18