測(cè)溫報(bào)警器設(shè)計(jì)

1、目 錄第1章 緒論121.1 溫度測(cè)量的意義121.2溫度傳感器的原理及發(fā)展現(xiàn)狀121.2.1溫度傳感器的發(fā)展過(guò)程121.2.2溫度傳感器的分類(lèi)121.2.3溫度傳感器的原理及發(fā)展131.3本課題主要研究?jī)?nèi)容17第二章 硬件的設(shè)計(jì)182.1器件的選擇182.2芯片的結(jié)構(gòu)和工作原理182.2.1單片機(jī)at89c52182.2.2溫度傳感器ds18b20242.3硬件電路設(shè)計(jì)312.3.1單片機(jī)基本配置電路312.3.2單片機(jī)與傳感器的接口電路322.3.3顯示電路342.3.4報(bào)警電路382.3.5整體電路圖39第三章 軟件設(shè)計(jì)403.1軟件開(kāi)發(fā)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境403.2數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)413.3

2、顯示模塊程序設(shè)計(jì)413.4報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)44結(jié) 論46致 謝47測(cè)溫報(bào)警器設(shè)計(jì)【摘 要】本次論文設(shè)計(jì)的內(nèi)容是基于智能化溫度傳感器的測(cè)溫報(bào)警器的設(shè)計(jì)。首先對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行整體思路分析?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有多種優(yōu)良的溫度傳感器，經(jīng)過(guò)各方面的考慮和分析，選擇dallas公司的智能化一線傳感器ds18b20作為核心溫度傳感器。因?yàn)樗鼉r(jià)格低廉、使用方便、接口簡(jiǎn)單、易于推廣?？刂破鬟x用基于51內(nèi)核的at89系列單片機(jī)，其價(jià)格便宜、功能齊全、易于擴(kuò)展。在顯示方面，采用普通的led即可滿(mǎn)足該設(shè)計(jì)的要求，顯示方式為動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。報(bào)警裝置采用三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，此電路連接方便，簡(jiǎn)單耐用。本文主題設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，

3、第一部分為硬件設(shè)計(jì)部分，主要講述了硬件各部分的接口和驅(qū)動(dòng)電路，電路主要分為四個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、輔助電路、報(bào)警電路。第二部分為軟件設(shè)計(jì)部分，這部分重點(diǎn)講解各模塊的功能的軟件實(shí)現(xiàn)，用程序流程圖簡(jiǎn)潔的表達(dá)了程序的思路和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。同時(shí)介紹了所使用的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)uvision2.0。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)完全可以勝任55到125攝示度的溫度測(cè)量，測(cè)量誤差小，反應(yīng)靈敏，顯示方便，適合糧倉(cāng)、家具城、酒店、智能化大廈等溫度測(cè)量需求較大的場(chǎng)合。【關(guān)鍵字】：ds18b20； 單片機(jī)； 測(cè)溫報(bào)警； 一線；temperature alarm design【abstract】:this paper is a

4、 temperature alarm design based on intelligent temperature sensor. first on the design analysis of the overall idea. there are now a wide range of temperature sensors, after all considerations and analysis, choice the intelligent sensor of dallas co as a core temperature sensor. because it is cheap,

5、 easy to use, simple interface, easy to promote. controllers based on the selection of the 51 kernel at89 microcontroller, its cheap, multifunctional and easy to expand. on display, ordinary led can be designed to meet the requirements of display mode for dynamic scanning formats. alarm device drive

6、r used triode audible alarm buzzer, the circuit connecting convenient and simple durability. in this paper the design theme is divided into two parts, the first part is the hardware design, describing the hardware components of the interface and driver circuit, circuit consists of four parts : data

7、acquisition module, display module, auxiliary circuit, alarm circuit. the second part will be part of software design, which focuses on the function of each module of the software, simple flow chart with the expression of ideas and procedures to achieve process. also introduces the use of the softwa

8、re development platform - uvision2 .0. after tests revealed that the design fully competent to -55 to 125 degrees perturbation the temperature measurement have little measurement error, shows convenient and,and its responsive,suitable for silos furniture city, hotels, intelligent buildings, and so o

9、n greater demand for temperature measurement occasions.【keywords】:ds18b20； mcu； temperature alarm； single wire;第一章 緒論本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于智能化溫度傳感器的測(cè)溫報(bào)警器，它具有不同于傳統(tǒng)的測(cè)溫器，具有快速、靈敏、誤差小、智能化等優(yōu)點(diǎn)。文章將通過(guò)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩方面來(lái)介紹這個(gè)設(shè)計(jì)。1.1 溫度測(cè)量的意義溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷提升，自然會(huì)更加關(guān)注跟人身體健康緊密聯(lián)系的溫度；同時(shí)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常需

10、要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，尤其是在高危生產(chǎn)行業(yè)，如花炮生產(chǎn)、煤礦行業(yè)等。但依靠人工檢測(cè)既浪費(fèi)時(shí)間、物力、人力，又有一定的危險(xiǎn)性，且測(cè)量的數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)溫度的測(cè)量，各種農(nóng)作物的生長(zhǎng)都跟溫度有直接的關(guān)系，掌握了溫度的變化就可以更好的控制農(nóng)作物的生長(zhǎng)。因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。1.2溫度傳感器的原理及發(fā)展現(xiàn)狀溫度的測(cè)量離不開(kāi)各種傳感工具，下面就談一談溫度傳感器的分類(lèi)及發(fā)展現(xiàn)狀。1.2.1溫度傳感器的發(fā)展過(guò)程(1) 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件);主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。(2) 模擬集成溫度傳感器/控制器;(3) 智能溫度傳感器。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器

11、正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 1.2.2溫度傳感器的分類(lèi)傳感器分類(lèi)方法很多，常用的有2種:一種是按被測(cè)的參數(shù)分，另一種是按變換原理來(lái)分。通常按被測(cè)的參數(shù)來(lái)分類(lèi)，可分為熱工參數(shù):溫度、比熱、壓力、流量、液位等;機(jī)械量參數(shù):位移、力、加速度、重量等;物性參數(shù):比重、濃度、算監(jiān)度等;狀態(tài)量參數(shù):顏色、裂紋、磨損等。溫度傳感器屬于熱工參數(shù)。溫度傳感器按傳感器于被測(cè)介質(zhì)的接觸方式可分為2大類(lèi):一類(lèi)是接觸式溫度傳感器，一類(lèi)是非接觸式溫度傳感器，接觸式溫度傳感器的測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象要有良好的熱接觸，通過(guò)熱傳導(dǎo)及對(duì)流原理達(dá)到熱平衡，這時(shí)的示值即為被測(cè)對(duì)象的溫度。這種測(cè)溫方法精度比較

12、高，并在一定程度上還可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布，但對(duì)于運(yùn)動(dòng)的、熱容量比較小的、或?qū)Ω袦卦懈g作用的對(duì)象，這種方法將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。非接觸測(cè)溫的測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸。目前最常用的是輻射熱交換原理。此種測(cè)溫方法的主要特點(diǎn)是可測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的小目標(biāo)及熱容量小或變化迅速的對(duì)象，也可測(cè)溫度場(chǎng)的溫度分布，但受環(huán)境的影響比較大。1.2.3溫度傳感器的原理及發(fā)展（一） 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器是工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測(cè)對(duì)象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響，具有較高的精確度;測(cè)量范圍廣，可從-50-1600進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，特殊的熱電偶如金鐵-鎳鉻，最低可測(cè)到-269

13、，鎢-錸最高可達(dá)2800。熱電偶傳感器主要按照熱電效應(yīng)來(lái)工作。將兩種不同的導(dǎo)體a和b 連接起來(lái)，組成一個(gè)閉合回路，即構(gòu)成感溫元件。當(dāng)導(dǎo)體a和b的兩個(gè)接點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而在回路中形成一定大小的電流，這種現(xiàn)象即稱(chēng)為熱電效應(yīng)，也叫溫差電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)進(jìn)行工作的。熱電偶的一端是將a、b兩種導(dǎo)體焊接在一起，稱(chēng)為工作端，置于溫度為t的被測(cè)介質(zhì)中。另一端稱(chēng)為參比端或自由端，放于溫度為t0的恒定溫度下。當(dāng)工作端的被測(cè)介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱電勢(shì)隨之發(fā)生變化，將熱電勢(shì)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，即可得到溫度值。熱電偶兩端的熱電勢(shì)差可以用下式表示:et=e(t)-e(t0)式中

14、:et熱電偶的熱電勢(shì)e(t)溫度為t時(shí)的熱電勢(shì)e(t0)溫度為t0時(shí)的熱電勢(shì)當(dāng)參比端的溫度t0恒定時(shí)，熱電勢(shì)只于工作端的溫度有關(guān)，即et=f(t)。當(dāng)組成熱電偶的熱電極的材料均勻時(shí)，其熱電勢(shì)的大小與熱電極本身的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān)，只與熱電極的成分及兩端的溫度有關(guān)。（二） 集成(ic)溫度傳感器1. 模擬集成溫度傳感器 模擬集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱(chēng)硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問(wèn)世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專(zhuān)用ic。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測(cè)量溫度)、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響

15、應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控測(cè)，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。目前在國(guó)內(nèi)外仍是普遍應(yīng)用的一種集成傳感器。2. 智能溫度傳感器智能溫度傳感器(亦稱(chēng)數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)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。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、a/d轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(cpu)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)和只讀存儲(chǔ)器(rom)。智能溫度傳感器的特點(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

16、);并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化和諧也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。（三） 智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢(shì) 21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)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發(fā)展。 1. 提高測(cè)溫精度和分辨力 21世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位a/d轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1。目前，國(guó)外已相繼推出多種高速度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是912位a/d轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.50.0625。由美國(guó)dallas半導(dǎo)體公司新研制的ds1624型高分辨力智能溫度傳感器

17、，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125，測(cè)溫精度為0.2。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器。以ad7817型5通道智能溫度傳感器為例，它對(duì)本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為27s、9s。2. 增加測(cè)試功能 溫度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，ds1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘(rtc)，使其功能更加完善。ds1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的e2prom存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶(hù)的短信息。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開(kāi)發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。 傳感器

18、都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡(jiǎn)便。對(duì)某些智能溫度傳感器而言，主機(jī)(外部微處理器或單片機(jī))還可通過(guò)相應(yīng)的寄存器來(lái)設(shè)定其a/d轉(zhuǎn)換速率(典型產(chǎn)品為max6654)，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時(shí)間(典型產(chǎn)品為ds1624)。 3. 總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化 智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用總線主要有單線(1-wire)總線、i2c總線、smbus總線和spi總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)專(zhuān)用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。4. 可靠性及安全性設(shè)計(jì) d轉(zhuǎn)換器大多采用積分式或逐次比較式轉(zhuǎn)換技術(shù)，其噪聲容限低，抑制混疊

19、噪聲及量化噪聲的能力比較差。新型智能溫度傳感器(例如tmp03/204、lm74、lm83)普遍采用了高性能的-式a/d轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對(duì)外圍元件的精度要求低;由于采用數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點(diǎn)漂移都不會(huì)影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。這種智能溫度傳感器兼有抑制串模干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 為了避免在溫控系統(tǒng)受到噪聲干擾時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作，在ad7416/7417/7817、lm75/76、max6625/6626等智能溫度傳感器的內(nèi)部，都設(shè)置了一個(gè)可編程的“故障排隊(duì)(fault queue)”計(jì)數(shù)器，專(zhuān)用于設(shè)定允許被測(cè)溫度值超過(guò)上、下限的次數(shù)。僅當(dāng)被測(cè)溫度連續(xù)

20、超過(guò)上限或低于下限的次數(shù)達(dá)到或超過(guò)所設(shè)定的次數(shù)n(n=14)時(shí)，才能觸發(fā)中斷端。若故障次數(shù)不滿(mǎn)足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計(jì)數(shù)器就復(fù)位而不會(huì)觸發(fā)中斷端。這意味著假定n=3時(shí)，那么偶然受到一次或兩次噪聲干擾，都不會(huì)影響溫控系統(tǒng)的正常工作。 76型智能溫度傳感器增加了溫度窗口比較器，非常適合設(shè)計(jì)一個(gè)符合acpi(advanced configuration and power interface，即“先進(jìn)配置與電源接口”)規(guī)范的溫控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有完善的過(guò)熱保護(hù)功能，可用來(lái)監(jiān)控筆記本電腦和服務(wù)器中cpu及主電路的溫度。微處理器最高可承受的工作溫度規(guī)定為th，臺(tái)式計(jì)算機(jī)一般為75，高檔筆記

21、本電腦的專(zhuān)用cpu可達(dá)100。一旦cpu或主電路的溫度超出所設(shè)定的上、下限時(shí)，int端立即使主機(jī)產(chǎn)生中斷，再通過(guò)電源控制器發(fā)出信號(hào)，迅速將主電源關(guān)斷起到保護(hù)作用。此外，當(dāng)溫度超過(guò)cpu的極限溫度時(shí)，嚴(yán)重超溫報(bào)警輸出端(t_crit_a)也能直接關(guān)斷主電源，并且該端還可通過(guò)獨(dú)立的硬件判斷電路來(lái)切斷主電源，以防主電源控制失靈。上述三重安全性保護(hù)措施已成為國(guó)際上設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)的新觀念。 為防止因人體靜電放電(esd)而損壞芯片。一些智能溫度傳感器還增加了esd保護(hù)電路，一般可承受10004000v的靜電放電電壓。通常是將體等效于由100pf電容1.2k電阻串聯(lián)而成的電路模型，當(dāng)人體放電時(shí)，tcn75型

22、智能溫度傳感器的串行接口端、中斷/比較器信號(hào)輸出端和地址輸入端均可承受1000v的靜電放電電壓。lm83型智能溫度傳感器則可隨4000v的靜電放電電壓。最新開(kāi)發(fā)的智能溫度傳感器(例如max6654、lm83)還增加了傳感器故障檢測(cè)功能，能自動(dòng)檢測(cè)外部晶體管溫度傳感器(亦稱(chēng)遠(yuǎn)程傳感器)的開(kāi)路或短路故障。max6654還具有選擇“寄存阻抗抵消”(parasitic resistance cancellation，英文縮寫(xiě)為prc)模式，能抵消遠(yuǎn)程傳感器引線阻抗所引起的測(cè)溫誤差，即使引線阻抗達(dá)到100，也不會(huì)影響測(cè)量精度。遠(yuǎn)程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。 5. 虛擬溫度傳感器和網(wǎng)

23、絡(luò)溫度傳感器 虛擬傳感器是基于傳感器硬件和計(jì)算機(jī)平臺(tái)、并通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)而成的。利用軟件可完成傳感器的標(biāo)定及校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)最佳性能指標(biāo)。最近，病因b&k公司已開(kāi)發(fā)出一種基于軟件設(shè)置的teds型虛擬傳感器，其主要特點(diǎn)是每只傳感器都有唯一的產(chǎn)品序列號(hào)并且附帶一張軟盤(pán)，軟盤(pán)上存儲(chǔ)著對(duì)該傳感器進(jìn)行標(biāo)定的有關(guān)數(shù)據(jù)。使用時(shí)，傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集器接至計(jì)算機(jī)，首先從計(jì)算機(jī)輸入該傳感器的產(chǎn)品序列號(hào)，再?gòu)能洷P(pán)上讀出有關(guān)數(shù)據(jù)，然后自動(dòng)完成對(duì)傳感器的檢查、傳感器參數(shù)的讀取、傳感器設(shè)置和記錄工作。1.3本課題主要研究?jī)?nèi)容 雖然現(xiàn)在溫度的測(cè)量已經(jīng)走向成熟化和智能化，但是傳統(tǒng)的溫度測(cè)量裝置要不存在著讀取麻煩，反應(yīng)時(shí)間慢，要不存在

24、著測(cè)量誤差大，設(shè)備復(fù)雜等等弊端，針對(duì)以上弊端本文設(shè)計(jì)了基于ds18b20測(cè)溫報(bào)警器，主要功能：1. 利用溫度傳感器測(cè)取溫度信息。2. 使用單片機(jī)與傳感器進(jìn)行通信，讀取溫度信息并且寫(xiě)入控制信息（如溫度上下限，溫度分辨率等）。3. 溫度顯示功能，將單片機(jī)采集的溫度信息送往顯示模塊電路進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。4. 溫度報(bào)警功能，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定上下限溫度時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警第二章 硬件的設(shè)計(jì)2.1器件的選擇本章主要研究硬件器件的選擇及各種器件之間的接口電路設(shè)計(jì)。由于是利用單片機(jī)控制智能溫度傳感器進(jìn)行溫度的測(cè)量，綜合考慮設(shè)計(jì)成本，電路結(jié)構(gòu)及其功能?？刂菩酒捎昧?1單片機(jī)。對(duì)于傳感器的選擇，選用美國(guó)dallas公司的

25、單線數(shù)字溫度傳感器芯片，ds18b20作為溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同，ds18b20可直接將被測(cè)物的溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號(hào)，以供單片機(jī)處理，它還具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。顯示裝置采用常用的數(shù)字顯示工具：八段數(shù)碼管。led驅(qū)動(dòng)選用motorola公司的led硬件譯碼驅(qū)動(dòng)器mc14499。溫度報(bào)警裝置采用普通的有源蜂鳴器，利用三級(jí)管驅(qū)動(dòng)。下圖為本設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)圖。 溫度采集模塊控制模塊報(bào)警電路顯示模塊輔助電路 圖1 整體結(jié)構(gòu)圖2.2芯片的結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.1單片機(jī)at89c52（1） 引腳說(shuō)明51單片機(jī)的引腳分布如下圖2所示 1. 電源引腳vcc和gndvcc（

26、40腳）：電源端，為+5vgnd（20腳）：接地端。2. 時(shí)鐘電路引腳xtalo和xtal1xtal0（18腳）：接外部晶體的一端。在51單片機(jī)內(nèi)，它是振蕩電路反向發(fā)大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。若需要采用外部時(shí)鐘電路，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖，要檢查振蕩電路是否正確工作，可用示波器查看x2端是否有脈沖信號(hào)輸出。xtal1（19腳）：接外部晶體的另一端。在51單片機(jī)內(nèi)，它是振蕩電路反向放大器的輸入端。采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。3.控制信號(hào)引腳rst、ale、psen和earst（9腳）：rst是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高

27、電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。rst引腳的第二功能是備用電源輸入端，當(dāng)主電源vcc發(fā)生故障時(shí)，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)將+5v電源接入rst端，為隨機(jī)存儲(chǔ)器ram提供備用電源，以保證存儲(chǔ)在ram中的信息不會(huì)丟失，使其復(fù)電后能繼續(xù)正常工作。 圖2 單片機(jī)引腳圖ale/prog（30腳）：地址鎖存允許信號(hào)。51單片機(jī)上電正常工作后，ale引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。cpu訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ale輸出信號(hào)做為鎖存低8位地址的控制信號(hào)。cpu訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，會(huì)丟失一個(gè)脈沖。平時(shí)不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ale端也以1/6的振蕩頻率固定輸出正脈沖，因此ale信號(hào)可以用作

28、對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。ale端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為8個(gè)ls型ttl。使用第二功能prog時(shí)，此引腳用于向片內(nèi)帶有eprom的51單片機(jī)提供編程脈沖輸入。psen（29腳）：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出脈沖作為讀片外程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引腳接eprom的oe端，psen端有效，即允許讀出eprom/rom中的指令碼。cpu從外部eprom/rom取指令期間，psen信號(hào)在每個(gè)機(jī)器周期（12個(gè)時(shí)鐘周期間）中兩次有效。不過(guò)，在訪問(wèn)片外ram時(shí)，要少產(chǎn)生2次psen負(fù)脈沖信號(hào)。psen端同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)ls型ttl。要檢查一個(gè)小型8051系統(tǒng)上電后cpu能否正確到epro

29、m/rom中讀取指令碼，可用示波器觀測(cè)psen端有無(wú)脈沖輸出，如有，說(shuō)明基本上工作正常。ea/vpp（31腳）：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端固化編程電壓輸入端。當(dāng)ea腳接高電平時(shí)，cpu只訪問(wèn)片內(nèi)eprom/rom，并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但在pc（程序計(jì)數(shù)器）的值超過(guò)0fffh時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)ea腳為低電平（接地）時(shí)，cpu只訪問(wèn)外部eprom/rom，并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)于無(wú)片內(nèi)rom的8031或8032，需要外擴(kuò)eprom，此時(shí)必須將ea接地。此引腳的第二功能vpp是在對(duì)8751片內(nèi)eprom固化編程時(shí)，作為施加較

30、高編程電壓（一般為21伏）的輸入端。4. i/o（輸入/輸出）端口p0、p1、p2和p3p0口（p0.0p0.7,3932腳）：p0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的8位準(zhǔn)雙向i/o端口。作為漏極開(kāi)路的輸出端口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ls行ttl負(fù)載。當(dāng)po口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向鎖存器（地址80h）寫(xiě)入全1，此時(shí)p0口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時(shí)要先寫(xiě)1，這是準(zhǔn)雙向的含義。在cpu訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，p0口是分時(shí)提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在此期間，p0口內(nèi)部上拉電阻有效。對(duì)于8751單片機(jī)，因不需要外擴(kuò)eprom，所以p0口可作為一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出口，此時(shí)若p0口用做輸入，則需外接上拉

31、電阻。p1口（p1.0p1.7，18腳）：p1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o端。p1口的每一位能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ls行ttl負(fù)載。在p1口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向p1口鎖存器（地址90h）寫(xiě)入全1，此時(shí)p1口引腳由內(nèi)部上拉電阻接成高電平。p2口（p2.0p2.7，2128腳）：p2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o端口。p2口的每一位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls型ttl負(fù)載。p3口（p3.0p3.7，1017腳）：p3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o端口。p3口的每一位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls型ttl負(fù)載。p3口與其他i/o端口有很大區(qū)別，除作為一般準(zhǔn)雙向i/o口外，每個(gè)引腳還具有專(zhuān)

32、門(mén)的功能。如下表所示： 表1 p3口特殊功能p3口第二功能注釋 p3.0rxd串行輸入口p3.1txd串行輸出口p3.2int0外部中斷0輸入（低電平有效）p3.3int1外部中斷1輸入（低電平有效）p3.4t0計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入p3.5t1計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入p3.6wr外部數(shù)據(jù)ram寫(xiě)選通（低電平有效）p3.7rd外部數(shù)據(jù)ram讀選通（低電平有效）（2） 中央處理器cpu51單片機(jī)最為核心的部分是中央處理器cpu，它有運(yùn)算器和控制邏輯構(gòu)成，其中包括若干特殊功能寄存器（sfr）。運(yùn)算器以算術(shù)邏輯單元alu為中心，還包括累加器acc、暫存寄存器、b寄存器和程序狀態(tài)存儲(chǔ)器psw。alu是單片機(jī)中必不可

33、少的數(shù)據(jù)處理單元之一，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算和“與”、“或”“異或”等邏輯運(yùn)算，以及位操作運(yùn)算。累加器a: 這是一個(gè)使用相對(duì)頻繁的特殊的通用寄存器, 有重復(fù)累加數(shù)據(jù)的功能。 暫存存儲(chǔ)器：為alu提供運(yùn)算數(shù)據(jù), 或保留運(yùn)算中間或最終的結(jié)果。 程序狀態(tài)字psw是一個(gè)逐字定義的8位寄存器，其內(nèi)容的主要部分是alu單元的輸出，用來(lái)寄存本次運(yùn)算的的特征信息。psw是一個(gè)程序可訪問(wèn)的寄存器，而且可以按位訪問(wèn)。格式如下： 表2 psw寄存器格式信息cyacfors1rs0ov p其中，p為奇偶標(biāo)志位，每個(gè)指令周期都由硬件置位或清除，表示累加器中值為1的個(gè)數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。若累加器值為1的個(gè)數(shù)

34、是奇數(shù)，p置位（奇校驗(yàn)），否則p清除。psw.1是保留位，不作使用。psw.2（ov）溢出標(biāo)志位，運(yùn)行運(yùn)算指令時(shí)由硬件置位或清除，指示運(yùn)算是否產(chǎn)生溢出。ov置位表示運(yùn)算結(jié)果超出了目的寄存器a所能表示的帶符號(hào)數(shù)的范圍。rs0和rs1是工作寄存器選擇控制位，該兩位的四種組合狀態(tài)用來(lái)選擇03寄存器。ac為輔助進(jìn)位標(biāo)志位，也稱(chēng)半進(jìn)位標(biāo)志位，當(dāng)?shù)退奈幌蚋咚奈粩?shù)發(fā)生進(jìn)位或者借位時(shí)，ac被硬件置位，否則被清除。cy為進(jìn)位標(biāo)志位，有進(jìn)位或借位時(shí)，cy被硬件置位，否則被清除?？刂破鳎╟ontroller）是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心, 它負(fù)責(zé)從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出指令并對(duì)指令進(jìn)行分析、判斷, 并根據(jù)指令發(fā)出控制信號(hào), 使

35、計(jì)算機(jī)的有關(guān)部件及設(shè)備有條不紊地協(xié)調(diào)工作, 保證計(jì)算機(jī)能自動(dòng)、連續(xù)地運(yùn)行?？刂破髦饕ǎ褐噶钭g碼器id和地址指針dptr。數(shù)據(jù)指針dptr是一個(gè) 16 位的專(zhuān)用寄存器, 其高位字節(jié)寄存器用dph表示,低位字節(jié)寄存器用dpl表示。既可作為一個(gè) 16 位寄存器dptr來(lái)處理, 也可作為兩個(gè)獨(dú)立的 8 位寄存器dph和dpl來(lái)處理。dptr 主要用來(lái)存放 16 位地址, 當(dāng)對(duì) 64 kb外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間尋址時(shí), 作為間址寄存器用。在訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器時(shí), 用作基址寄存器。 程序計(jì)數(shù)器pc: 存放將要執(zhí)行的指令地址。它是一個(gè) 16 位的專(zhuān)用寄存器, 可尋址范圍是0000h0ffffh共 64 kb。

36、程序中的每條指令存放在rom區(qū)的某一單元, 并都有自己的存放地址。 cpu 要執(zhí)行哪條指令時(shí), 就把該條指令所在的單元的地址送上地址總線。 在順序執(zhí)行程序中, 當(dāng)pc的內(nèi)容被送到地址總線后, 會(huì)自動(dòng)加 1, 即(pc) (pc)+1, 又指向cpu 下一條要執(zhí)行的指令地址。 指令存儲(chǔ)器ir: 存放根據(jù)pc 的內(nèi)容從存儲(chǔ)器中取出的指令。 （3） 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)51單片機(jī)系列的存儲(chǔ)器采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器完全分開(kāi)，二者各有自己的尋址方式，尋址空間和控制系統(tǒng)。51單片機(jī)的存儲(chǔ)器包括： 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）：128b。 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（rom）：8051為4kb，8052為8kb

37、。 外部擴(kuò)充數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）：最大可擴(kuò)充至64kb（不含內(nèi)部ram）。 外部擴(kuò)充程序存儲(chǔ)器（rom）：最大可擴(kuò)充至64kb（含內(nèi)部rom）。51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 圖3 51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（4） 串行口51單片機(jī)具有一個(gè)全雙工的串行通信接口，能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。它可以作為uart（通用異步接收和發(fā)送器）使用，也可以作為同步移位寄存器使用。2.2.2溫度傳感器ds18b20ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，他具有獨(dú)特的單線總線接口方式。（1） ds18b20簡(jiǎn)介 1. 獨(dú)特的單線接口方式：ds18b20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ds

38、18b20的雙向通訊。 2. 在使用中不需要任何外圍元件。 3. 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0+5.5 v。 4. 測(cè)溫范圍：-55 +125 。固有測(cè)溫分辨率為0.5 。 5. 通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625。 6. 用戶(hù)可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。 7. 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。8. 負(fù)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。（2） ds18b20的外形： 圖4 ds18b20外形圖引腳定義： (1) dq為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； (2

39、) gnd為電源地； (3) vdd為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。（3） ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：64位rom和單線接口電源檢測(cè)存儲(chǔ)器和控制器高速緩存存儲(chǔ)器溫度靈敏元件低溫觸發(fā)器tl高溫觸發(fā)器th配置寄存器8位crc生成器i/o口接地vdd 圖5 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖64b閃速rom的結(jié)構(gòu)如下：8b檢驗(yàn)crc48b序列號(hào)8b工廠代碼msb lsb msb lsb msb lsb圖6 64位閃存rom結(jié)構(gòu)圖光刻rom中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該ds18b20的地址序列碼。64位光刻rom的排列是：開(kāi)始8位（28h）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該d

40、s18b20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（crc=x8+x5+x4+1）。光刻rom的作用是使每一個(gè)ds18b20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)ds18b20的目的。失性溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl，可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶(hù)報(bào)警上下限。高速暫存存儲(chǔ)器：ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存ram和一個(gè)非易失性的可電擦除的e2ram。后者用于存儲(chǔ)th，tl值。數(shù)據(jù)先寫(xiě)入ram，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給e2ram。高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如下表所示。表3 ram的存儲(chǔ)配置結(jié)構(gòu)寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位0溫度值高位1高溫限值th2低溫限值tl3配置寄存器4

41、保留5保留6保留7crc檢驗(yàn)8第五字節(jié)為配置寄存器，該字節(jié)的各位的意義如下表： 表4 配置寄存器的結(jié)構(gòu)tmr1r011111低五位一直都是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(hù)不要去改動(dòng)。r1和r0用來(lái)設(shè)置分辨率（ds18b20出廠時(shí)被設(shè)置為12位），如下表所示：表5 分辨率設(shè)置表r1r0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0號(hào)和第1號(hào)個(gè)字節(jié)。數(shù)據(jù)格式如下表所示。 圖7

42、溫度數(shù)據(jù)格式單片機(jī)可通過(guò)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0.062 5 /lsb形式表示(默認(rèn)分辨率)。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位s=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)s=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。下表是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值溫度 二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+12500000111 11010000 07d0h +25.062500000001 10010001 0191h +0.500000000 00001000 0008h 000000000 00000000 0000h -0.5111111111 11111000 fff8h -25.0625111111

43、110 01101111 fe6fh -55111111100 10010000 fc90h表6 部分溫度值的表示（4） ds18b20的測(cè)溫原理ds18b20的測(cè)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)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)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(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)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和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和

44、溫度寄存器被預(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(kāi)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)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)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(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是ds18b20的測(cè)溫原理。斜率累加器計(jì)數(shù)比較器減法計(jì)數(shù)器預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器減到0溫度寄存器預(yù)置減法計(jì)

45、數(shù)器2高溫度系數(shù)振蕩器減到0圖8 傳感器測(cè)溫原理圖（5） ds18b20的通訊協(xié)議 ds18b20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。主機(jī)操作單線期間ds18b20必須遵循下面的順序：1. 初始化單線總線上的所有操作均從初始化開(kāi)始。初始化過(guò)程如下：主機(jī)通過(guò)拉低總線480s以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放總線，進(jìn)入rx接收模式。主機(jī)釋放總線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿。單線器件ds18b20檢測(cè)到該上升沿后，延時(shí)1560s，通過(guò)拉低總線60240s來(lái)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后，說(shuō)明有單線器件在線。2. rom操作命令一旦總線主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起rom操作命令。共有5條

46、rom操作命令，如下表所示： 表7 rom操作命令指 令約定代碼功 能讀rom33h讀ds1820rom中的編碼（即64位地址）符合rom55h發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位rom編碼，訪問(wèn)單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的ds1820使之做出響應(yīng)，為下一步對(duì)該ds1820的讀寫(xiě)做準(zhǔn)備。搜索rom0f0h用于確定掛接在同一總線上ds1820的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位rom地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。跳過(guò)rom0cch忽略64位rom地址，直接向ds1820發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。告警搜索命令0ech執(zhí)行后只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。3. 內(nèi)存操作命令在成功執(zhí)行了rom操作命令之后，才可

47、以使用內(nèi)存操作命令。主機(jī)可以提供6種內(nèi)存操作命令，如下表所示：指 令約定代碼功 能溫度變換44h啟動(dòng)ds1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為500ms（典型為200ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)ram中。讀暫存器0beh讀取內(nèi)部ram中9字節(jié)的內(nèi)容寫(xiě)暫存器4eh此命令寫(xiě)暫存器中地址2到地址4的三個(gè)字節(jié)（th、tl和配置寄存器）在發(fā)起復(fù)位脈沖之前，三個(gè)字節(jié)都要寫(xiě)。復(fù)制暫存器48h將ram中第3、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到eeprom中。重調(diào)eeprom0b8h將eeprom中內(nèi)容恢復(fù)到ram中的第3、4字節(jié)。讀供電方式0b4h讀ds1820的供電模式。寄生供電時(shí)ds1820發(fā)送“0”，外接電源供電ds1820

48、發(fā)送“1”。表8 內(nèi)存操作命令(6) 單線(1-wire)技術(shù)目前常用的微機(jī)和外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€有平方c總線、spi總線等,其中平方c總線采用同步串行兩線(一根時(shí)鐘線,一根數(shù)據(jù)線)方式,而spi總線采用同步串行三線(一根時(shí)鐘線、一根輸入線、一根數(shù)據(jù)輸出線)方式.這兩種總線需要至少兩根或兩根以上的信號(hào)線.美國(guó)dalls公司突出了一項(xiàng)特有的總線技術(shù).該技術(shù)與上述不同,它采用單根信號(hào)線,既可傳輸時(shí)鐘,又能傳輸數(shù)據(jù),而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的,因而這種單線技術(shù)具有線路簡(jiǎn)單、硬件開(kāi)銷(xiāo)少、成本低廉、便于擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)單線技術(shù)適用于單主機(jī)系統(tǒng),單主機(jī)能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備.主機(jī)可以是微控制器,從機(jī)可以是單

49、線器件,它們之間的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成.主機(jī)或從機(jī)通過(guò)一個(gè)漏極開(kāi)路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線,以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線,而讓其他設(shè)備使用.單線通常要求外接一個(gè)約5k的上拉電阻,這樣當(dāng)該線閑置時(shí),其狀態(tài)為高電平.主機(jī)和從機(jī)之間的通信主要分為三個(gè)步驟:初始化單線器件、識(shí)別單線器件和單線數(shù)據(jù)傳輸.由于只有一根線通信,所以必須是嚴(yán)格的主從結(jié)構(gòu),只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí),從機(jī)才能應(yīng)答,主機(jī)訪問(wèn)每個(gè)單線器件都必須嚴(yán)格遵循單線命令序列,即遵守上述三個(gè)步驟的順序.如果命令序列混亂,單線器件將不會(huì)響應(yīng)主機(jī).2.3硬件電路設(shè)計(jì)2.3.1單片機(jī)基本配置電路（1） 時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)所需

50、要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)在時(shí)鐘信號(hào)的控制下各部件之間同步工作，時(shí)鐘信號(hào)控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。在mcs51芯片內(nèi)有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，輸入為xtal1，輸出為xtal2。而在芯片的外部，xtal1和xtal2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩電路。如下圖所示。 圖9 振蕩電路 在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。這時(shí)，外部脈沖經(jīng)xtal2引腳注入。由于本設(shè)計(jì)只需一個(gè)控制器，所以選用外接晶振即可。 （2） 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化工作，復(fù)位后中央處理器cpu和單片機(jī)內(nèi)的其它功能部

51、件都處在一定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。一般在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，或是斷電，發(fā)生故障后都要復(fù)位。復(fù)位后不會(huì)改變片內(nèi)ram中低于128b的內(nèi)容，但是特殊功能寄存器sfr的值被初始化。顯然當(dāng)上電時(shí)電容的作用足夠使復(fù)位口保持兩個(gè)周期的高電平。萬(wàn)一沒(méi)有復(fù)位時(shí)，可以用開(kāi)關(guān)手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位電路如下所示： 圖10 開(kāi)關(guān)復(fù)位電路2.3.2單片機(jī)與傳感器的接口電路由于使用的傳感器具有獨(dú)特的單總線結(jié)構(gòu)，所以與單片機(jī)的接口相對(duì)簡(jiǎn)單，只需將傳感器的單總線接到單片機(jī)的一個(gè)i/o口上即可。溫度傳感器的供電方式有兩種，一種為寄生電源供電方式，一種為外部電源供電方式。因此，單片機(jī)與傳感器的接口有兩種情況。（1） 寄生

52、電源連接方式 圖11 ds18b20寄生電源方式下的接口電路如上圖所示，在寄生電源供電方式下，ds18b20從單線信號(hào)線上汲取能量：在信號(hào)線dq處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里，在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來(lái)再給寄生電源（電容）充電。獨(dú)特的寄生電源方式有三個(gè)好處： 進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無(wú)需本地電源可以在沒(méi)有常規(guī)電源的條件下讀取rom電路更加簡(jiǎn)潔，僅用一根i/o口實(shí)現(xiàn)測(cè)溫（2） 外部電源供電連接方式 圖12 ds18b20外部電源供電方式在外部電源供電方式下，ds18b20工作電源由vdd引腳接入，此時(shí)i/o線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問(wèn)題，可以保證轉(zhuǎn)換精度

53、，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)ds18b20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，ds18b20的gnd引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85。經(jīng)過(guò)考慮，外部電源供電方式工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此本課題采用外部電源方式對(duì)傳感器進(jìn)行供電。2.3.3顯示電路（1） led數(shù)碼管工作原理數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管led組成，其中包括七個(gè)細(xì)長(zhǎng)型的led和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)型的led，每個(gè)led稱(chēng)為一個(gè)字段，分別為a、b、c、d、e、f、g、dp共8段。其中dq為小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管有共陰和共陽(yáng)兩種結(jié)構(gòu)形式。如下圖所示。當(dāng)為共陰結(jié)構(gòu)時(shí)，二極管陰極全部連到一起，設(shè)為ue,當(dāng)ue為高電平時(shí)，所有的二極