單片機(jī)課程設(shè)計(jì)溫度采集與顯示

1、1、課程設(shè)計(jì)目的(1)利用單片機(jī)及相應(yīng)溫度傳感器設(shè)計(jì)單檢測節(jié)點(diǎn)或多檢測節(jié)點(diǎn)數(shù)字溫度計(jì)(2)精度誤差：0.5攝氏度以內(nèi)；測溫范圍：10-50攝氏度(3)led數(shù)碼管或lcd直接顯示(4)完成對設(shè)計(jì)系統(tǒng)測試2、數(shù)字溫度計(jì)正文 摘要:隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)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)成為一種比較成熟的技術(shù)，本文主要介紹了一個(gè)基于89c52單片機(jī)的測溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器ds18b20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點(diǎn)對傳感器在單片機(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，對各部分的電路也一一進(jìn)行介紹，該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意

2、設(shè)定上下限報(bào)警溫度，使用起來相當(dāng)方便，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈颓度肫渌到y(tǒng)中，作為其at89c52結(jié)合最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。本文將介紹一種基于單片機(jī)往制的數(shù)字溫度計(jì)，本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。關(guān)鍵詞:單片機(jī)，數(shù)字控制，溫度計(jì)，dsibb20, at89c522.1引言隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對各種信息參數(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)代信息基礎(chǔ)的發(fā)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)技構(gòu)中

3、，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)域己經(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)測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器模擬集成溫度傳感器智能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)的發(fā)展使人們對傳

4、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)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)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，并對以此傳感器，at89c52單片機(jī)為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度測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，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫要求比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。該設(shè)計(jì)控制器使用atmbl公司的at89c52單片機(jī)，測溫傳感器

5、使用dallas公司ds18b20，用液晶來實(shí)現(xiàn)溫度顯示。2.2系統(tǒng)方案論證該系統(tǒng)主要由溫度測量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，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：2.2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案數(shù)字溫度芯片ds18b20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化.便于單片控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。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at89c52構(gòu)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(jì)算機(jī)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(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過控制工作，還可以與

6、pc機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外at89c52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at89c52芯片控制溫度傳感器ds18b20進(jìn)行實(shí)時(shí)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(bào)警溫度該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng)，它可以在設(shè)計(jì)中加入時(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)。2.2.1.1 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證由

7、于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用溫度傳感器利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，在其內(nèi)部進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)不需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較容易，所以采用了溫度傳感器ds18b20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。2.2.2 方案的總體設(shè)計(jì)框圖溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)at89c52,溫度傳感器采用ds18b20，用3位led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 單片機(jī) 溫度傳感器led顯示溫度時(shí)鐘震蕩溫度報(bào)警單片機(jī)復(fù)位 圖l 總體設(shè)計(jì)方框

8、圖2.3系統(tǒng)器件的選擇和性能介紹2.3.1單片機(jī)的性能介紹at89c52單片機(jī)為40引腳雙列直插式封裝。引腳排列和邏輯符號如圖2所示：各引腳功能簡單介紹vcc:供電電壓gnd:接地p0口:p0口為一個(gè)8位漏級開路雙向1/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)，被定義為高阻態(tài)輸入。po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)，po口作為原碼輸入口，當(dāng)flash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，po輸出原碼，此時(shí)po外部電位必須被拉高p1口:p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向1/0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

9、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口作為第八位地址接收。圖2 at89c52單片機(jī)引腳圖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。當(dāng)p2口用于外部程序存儲(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，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的

10、內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。p3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at89c52的一些特殊功能口：p3.0 rdx(串行輸入口)p3.1 rdx(串行輸出口)p3.2 into(外部中斷0)p3.3 into(外部中斷1)p3.4 t0(記時(shí)器0外部輸入)p3.5 tl(記時(shí)器1外部輸入)p3.6 wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)p3.7 rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選

11、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。rst: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)，al王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偷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sfrbeh地址上置0。此時(shí)，ale只有在執(zhí)行movx或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

12、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。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信號將不出現(xiàn).ea/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)。 xtal1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入xtal2:來自反向振蕩器的輸出。 2.3.2溫度傳感器的選擇和性能介紹這里采用dallas公司的數(shù)字溫度傳感器ds18b20作為測溫元件 2.3.2.1

13、ds18b20性能介紹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(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。溫度測量范圍為-55+125攝氏度，可編程為9位12位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(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。被測溫度用符號擴(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

14、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(jì)，十分方便。 ds18b20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)線供電測溫范圍-55+125，在-10

15、+85時(shí)精度為+/-0.5零待機(jī)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(shí)現(xiàn)高精度測溫在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)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度(溫度報(bào)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(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，但不能正常工作以上特點(diǎn)使dsisb20非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測系統(tǒng)。dsisb20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由

16、四部分組成: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、配置寄存器。ds18b20的管腳排列、各種封裝形式如圖4.2所示，dq為數(shù)據(jù)輸?shù)遁敵鲆_.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;gdn為地信號；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。其電路圖3所示： 圖 3外部封裝形式和傳感器電路圖2.3.2.2 ds18b20使用中的注意事項(xiàng)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(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

17、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，若電源電壓過低，會(huì)使所測得的溫度精度降低。較小的硬件開銷需要相對復(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ds1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)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(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對ds1820操作部分最好采用匯編語言實(shí)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(rèn)為可以掛任意多個(gè)ds18b20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此，當(dāng)單總線上所掛ds18b20超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處

18、理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。在ds18b20測溫程序設(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，一旦某個(gè)ds18b20接觸不好或斷線，程序讀該ds18b20時(shí)，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)，這一點(diǎn)接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 2.3.2.3 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4為ds18b20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)生器等七部分。ds18b2

19、0采用3腳pr-35封裝或8腳soil封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示： 圖4 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位rom的結(jié)構(gòu)開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個(gè)器件的惟一的序號，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)ds18320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，可通過軟件寫入報(bào)警上下限。 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所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，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)，為配置寄存器，它

20、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)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖5所示。低5位一直為1，tm是工作模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式，ds18b20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，r1和ro決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。 圖5 ds18b20字節(jié)定義 表1 ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)問表 由表1可見，ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存ram的第6、7, 8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8

21、字節(jié)的crc碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性當(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、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625/ lsb形式表示。表2 lsb和msb的位定義當(dāng)符號位s=0時(shí)，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制;當(dāng)符號位s=1時(shí)，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表3是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與ran中的th, t l字節(jié)內(nèi)

22、容作比較。若t th或ttl，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只ds18b20同時(shí)測量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。 在64位rom的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼(crc)。主機(jī)rom的前56位來計(jì)算crc值，井和存入ds18b20的crc值作比較，以判斷主機(jī)收到的rom數(shù)據(jù)是否正確。ds18020的測溫原理是這樣的器件中低溫度系數(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(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率隨溫度變化明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，ds18b20就對低溫度系

23、數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度側(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，每次測量前，首先將-55c所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1i溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55c所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振所產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的數(shù)值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加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重新開始對低溫度系數(shù)晶振所產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。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)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度

24、寄存器值大致被測溫度值。 表3 一部分溫度對應(yīng)值表ds18b20有六條控制命令，如表所示:指令約定代碼操作說明溫度轉(zhuǎn)換44h啟動(dòng)ds18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器beh讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容寫暫存器4eh將數(shù)據(jù)寫入暫存器的th, tl字節(jié)復(fù)制暫存器48h把暫存器的th, tl字節(jié)寫到e2rah1中重新調(diào)e2ramb8h把e2rah1中的th, tl字節(jié)寫到暫存器th, tl字節(jié)讀電源供電方式b4h啟動(dòng)ds18b20發(fā)送電源供電方式的信號給主cpu 2.3.2.4 ds18b20的通信協(xié)議 ds18b20器件要求采用嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號類型:復(fù)位脈沖，應(yīng)答脈沖時(shí)

25、隙；寫0，寫1時(shí)隙；讀0，讀1時(shí)隙。a)復(fù)位和應(yīng)答脈沖時(shí)隙每個(gè)通信周期起始于微控制器發(fā)出的復(fù)位脈沖，其后緊跟ds18b20發(fā)出的應(yīng)答脈沖，在寫時(shí)隙期間，主機(jī)向ds18b20器件寫入數(shù)據(jù)，而在讀時(shí)隙期間，主機(jī)讀入來自ds18b20的數(shù)據(jù)。在每一個(gè)時(shí)隙，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。b)寫時(shí)隙當(dāng)主機(jī)將單總線dq從邏輯高拉到邏輯低時(shí)，即啟動(dòng)一個(gè)寫時(shí)隙，所有的寫時(shí)隙必須在60120us完成，且在每個(gè)循環(huán)之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。時(shí)隙期間，微控制器在整個(gè)時(shí)隙中將總線拉低;而寫1時(shí)隙期間，微控制器將總線拉低，然后在時(shí)隙起始后15us之釋放總線。c)0讀時(shí)隙ds18b20器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙時(shí)，才向主機(jī)傳輸數(shù)

26、據(jù)。在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生時(shí)隙，以便ds18b20能夠傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)讀時(shí)隙都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)隙之后，ds18b20器件才開始在總線上發(fā)送0或1，若ds18b20發(fā)送1，則保持總線為高電平。若發(fā)送為0，則拉低總線當(dāng)發(fā)送0時(shí)，ds18b20在該時(shí)隙結(jié)束后，釋放總線，由上拉電阻將總線拉回至高電平狀態(tài)ds18b20發(fā)出的數(shù)據(jù)，在起始時(shí)隙之后保持有效時(shí)間為15us。另外，由于ds18b20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要，系統(tǒng)對ds18b20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為:初使化ds18b20(發(fā)復(fù)位脈沖) 發(fā)rom勸能命令

27、發(fā)存儲(chǔ)器操作命令 處理數(shù)據(jù)。2.3.3 ds18b20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路ds18b20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)ds18b20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖5所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的ds18b20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)mosfet管來完成對總線的上拉。 當(dāng)s18b20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度a/d轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)問最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)vdd端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的.圖5 ds18b20與單片機(jī)連接2.4 系統(tǒng)整體硬件電路

28、2.4.1 主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等，見附錄。其中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音，同時(shí)led數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示。2.4.2 顯示電路顯示電路是使用74hc373鎖存器和74ls138譯碼器分別控制段選和位選，利用動(dòng)態(tài)顯示。好處是led數(shù)碼管數(shù)量大時(shí)，電路簡單。2.4.3 溫度報(bào)警電路本設(shè)計(jì)的發(fā)揮部分，是加入了報(bào)警，如果我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是監(jiān)控某一設(shè)備，當(dāng)設(shè)備的溫度超過我們所設(shè)定的溫度值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警.報(bào)警時(shí)由單片機(jī)產(chǎn)生一定頻率的脈沖，由p2.7引腳輸出，p2.7外接一只pnp的三極管

29、來驅(qū)動(dòng)楊聲器發(fā)出聲音，以便操作員來維護(hù)，從而達(dá)到報(bào)警的目的。如下圖. 圖6 溫度報(bào)警電路2.5 系統(tǒng)軟件2.5.1 程序分析主機(jī)發(fā)送(tx)一復(fù)位脈沖（最短為480 us）的低電平信號。接著主機(jī)使釋放此線并進(jìn)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/引腳上的上升沿之后,ds18b20等待1560us并且接著發(fā)送脈沖(60240us的低電平信號)。然后以存在復(fù)位脈沖表示dsi8b20已經(jīng)推備好發(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)。ds1sb20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

30、：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l微秒的恢復(fù)時(shí)間。讀時(shí)間片:從dsi8b20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)間下降沿之后的15微秒內(nèi)有效。為了讀出從讀時(shí)間片開始算起15ms的狀態(tài)，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)，i/o引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回高電平.所有讀時(shí)向片的最短持續(xù)期為60微秒,包括兩個(gè)讀周期間至少lus的恢復(fù)時(shí)

31、間。一旦主機(jī)檢測到dsi8b20的存在，它便可以發(fā)送一個(gè)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,對單總線的ds18b20芯片來說，訪問每個(gè)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)序序混亂，則單總線器件不會(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后，要返回初始化。2.5.2 各程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.5.2.1 主程序主程序需要調(diào)用5個(gè)子程序，各模塊程序功能如下:ds18b20復(fù)位程序

32、：每次重新從ds18b20讀數(shù)據(jù)時(shí)需要系統(tǒng)復(fù)位ds18b20寫命令程序：ds18b20有六條控制命令，通過此程序來進(jìn)行控制ds18b20ds18b20讀1字節(jié)程序：從引腳接收數(shù)據(jù)并保存數(shù)據(jù)讀出溫度程序:對ds18b20進(jìn)行讀數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理溫度數(shù)據(jù)處理程序:向5個(gè)led送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分其中因?yàn)閐s18b20有兩個(gè)，所以前4個(gè)子程序分別有兩個(gè)，對應(yīng)相應(yīng)的ds18b20。主流程圖見圖7。其中主程序的源程序?yàn)椋簐oid main()dp=1;while(1)for(w1=0;w15;w1+)for(w2=0;w250;w2+)init1();p2=3;p0=0x06;temp=read_te

33、mperature1();display1();for(w3=0;w35;w3+)for(w4=0;w450;w4+)init2();p2=3;p0=0x5b;temp=read_temperature2();display2();2.5.2.2 ds18b20復(fù)位程序每次重新從ds18b20讀數(shù)據(jù)時(shí)都需要系統(tǒng)復(fù)位，這是為了防止原來的操作影響新的數(shù)據(jù)的正確性。且因?yàn)閍t89c52工作在12m晶振下，機(jī)器周期大約為600us。復(fù)位時(shí)序：復(fù)位要求主cpu數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放。ds18b20收到信號后等待1660us左右，后發(fā)出60240us的存在低脈沖，主cpu收到此信號表示復(fù)位成功。復(fù)

34、位流程圖見圖8.源程序:void init1()dq1=1;delay(8);dq1=0;delay(80); dq1=1;delay(15); 圖7 主流程圖 圖8 復(fù)位流程圖2.5.2.3 ds18b20寫命令程序?qū)憰r(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)序期間保特低電平即可（至少60us）。在寫字節(jié)程序中的寫一位的時(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dq。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

35、平，則dq=0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o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)60us，包招兩個(gè)寫周期至少1us的恢復(fù)時(shí)間。i/o線電平變低后，ds18b20在一個(gè)15us到60us的窗口內(nèi)對i/o線采樣。如果線上是高電平，就寫1.如果是低電平，就寫0.主機(jī)要生成一個(gè)寫0時(shí)間隙，必須把數(shù)據(jù)緩拉到低電平然后釋放，在寫時(shí)間隙開始后的15us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60us。每個(gè)

36、讀時(shí)隙部由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us，在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)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(shí)序至少需要60us。寫命令流程圖見圖9。源程序:假設(shè)要寫1b的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)放在dat中/向1-wire 總線上寫1個(gè)字節(jié)void write_byte1(int dat) /寫一個(gè)字節(jié)for(i=0;i=1;delay(4);2.5.2.4 ds18b20讀1字節(jié)程序讀時(shí)間時(shí)序：當(dāng)從ds18b20讀數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)生成讀時(shí)間隙。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)從高電平拉到低電平時(shí)，寫時(shí)間隙開始，數(shù)據(jù)線必領(lǐng)保持至少1us;從ds18b20輸出的數(shù)據(jù)在讀時(shí)間隙的下降沿出現(xiàn)后15us內(nèi)有效.因此，主機(jī)在讀時(shí)間隙開始后必

37、須把i/o腳驅(qū)動(dòng)拉為的電平保持l5us，以讀取i/o腳狀態(tài)。在讀時(shí)間隙的結(jié)尾，i/o引腳將被外部上拉電阻拉到高電平。所有讀時(shí)間隙必須最少60us,包括兩個(gè)讀周期至少1us的恢復(fù)時(shí)間。讀數(shù)據(jù)流程圖見圖10。源程序:從總線上取1個(gè)字節(jié)int read_byte1() /讀一個(gè)字節(jié)for(k=0;k=1;dq1=1; /釋放總線if(dq1)value=value|0x80;delay(4);return value;圖10 讀數(shù)據(jù)流程圖 圖9 寫命令流程圖2.5.2.5讀溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出ram中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行crc校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。把讀到的數(shù)據(jù)

38、分別轉(zhuǎn)化成整數(shù)部分和小數(shù)部分。當(dāng)符號位為1，即溫度為零下時(shí)，進(jìn)行報(bào)警程序。其程序流程圖如圖11所示.源程序：int read_temperature1() /讀溫度函數(shù)init1();write_byte1(0xcc); /跳過rom命令write_byte1(0x44); /寫轉(zhuǎn)換指令delay(300);init1();write_byte1(0xcc);write_byte1(0xbe); /寫讀溫度指令lsb=read_byte1();msb=read_byte1();ss=msb&0x0f8;if(ss=0x00)msb4; /整數(shù)部分elsedp=0;delay(50);dp=1;

39、p2=7;p0=table0;msb=0x00;return msb; 圖11 讀溫度程序流程圖2.5.2.6 溫度數(shù)據(jù)處理程序溫度數(shù)據(jù)處理部分在硬件上使用74hc373鎖存器和74ls138譯碼器分別控制段選和位選，利用動(dòng)態(tài)顯示。好處是led數(shù)碼管數(shù)量大時(shí)，電路簡單。而軟件部分則通過向74ls138譯碼器發(fā)送信號選中某個(gè)led后再將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)給74hc373鎖存器進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)運(yùn)用了5個(gè)led，其中第1個(gè)為兩個(gè)ds18b20的序號，第2個(gè)顯示“”，后三個(gè)為溫度，其中最后一位為小數(shù)部分。如當(dāng)前1號ds18b20所測得的溫度為30.5，則顯示“130.5”。而且，當(dāng)溫度不在1050之間時(shí)，蜂

40、鳴器響且燈亮。源程序：void display1() /顯示函數(shù)while(msb50)dp=0;delay(50);dp=1;p2=7;p0=table0;read_temperature1();p2=4;p0=0x40;delay_50us(5);p2=5;p0=tabletemp/10+1;delay_50us(5);p2=6; /整數(shù)部分顯示p0=tabletemp%10+1|0x80;delay_50us(5);lsb=lsb&0x0f;p2=7;p0=tablelsb%10+1; /小數(shù)部分顯示delay_50us(5);2.5.3 整體源程序#includesbit dq1=p1

41、3;sbit dq2=p14;/溫度輸入口sbit dp=p12;int table=0xff,0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,i,k,value,msb,lsb,temp,ss,w1,w2,w3,w4;void delay_50us(int m)int j;for(;m0;m-)for(j=5;j0;j-);void delay(int t)while(t-);/*ds18b20復(fù)位函數(shù)*/void init1()dq1=1;delay(8);dq1=0;delay(80); /大約600u秒，在12m晶振下dq1=1;de

42、lay(15);/*ds18b20寫命令函數(shù)*/向1-wire 總線上寫1個(gè)字節(jié)void write_byte1(int dat) /寫一個(gè)字節(jié)for(i=0;i=1;delay(4);/*ds18b20讀1字節(jié)函數(shù)*/從總線上取1個(gè)字節(jié)int read_byte1() /讀一個(gè)字節(jié)for(k=0;k=1;dq1=1; /釋放總線if(dq1)value=value|0x80;delay(4);return value;/*讀出溫度函數(shù)*/int read_temperature1() /讀溫度函數(shù)init1();write_byte1(0xcc); /跳過rom命令write_byte1(0

43、x44); /寫轉(zhuǎn)換指令delay(300);init1();write_byte1(0xcc);write_byte1(0xbe); /寫讀溫度指令lsb=read_byte1();msb=read_byte1();ss=msb&0x0f8;if(ss=0x00)msb4; /整數(shù)部分?elsedp=0;delay(50);dp=1;p2=7;p0=table0;msb=0x00;return msb;/*溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)*/void display1() /顯示函數(shù)while(msb50)dp=0;delay(50);dp=1;p2=7;p0=table0;read_temperature

44、1();p2=4;p0=0x40;delay_50us(5);p2=5;p0=tabletemp/10+1;delay_50us(5);p2=6; /整數(shù)部分顯示p0=tabletemp%10+1|0x80;delay_50us(5);lsb=lsb&0x0f;p2=7;p0=tablelsb%10+1; /小數(shù)部分顯示delay_50us(5);/*ds18b20復(fù)位函數(shù)*/void init2()dq2=1;delay(8);dq2=0;delay(80); /大約600u秒，在12m晶振下dq2=1;delay(15);/*ds18b20寫命令函數(shù)*/向1-wire 總線上寫1個(gè)字節(jié)void write_byte2(int dat) /寫一個(gè)字節(jié)for(i=0;i=1;delay(4);/*ds18b20讀1字節(jié)函數(shù)*/從總線上取1個(gè)字節(jié)int read_byte2() /讀一個(gè)字節(jié)for(k=0;k=1;dq2=1; /釋放總線if(dq2)value=value|0x80;delay(4);return value;/*讀出溫度函數(shù)*/int read_temperature2() /讀溫度函數(shù)init2();write_byte2(0xcc); /跳過rom命令write_byte2(0x44); /寫轉(zhuǎn)換指令delay(300