基于單片機(jī)的多點溫測量系統(tǒng)設(shè)計

1、課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 基于單片機(jī)的多點溫度測量系統(tǒng)設(shè)計 課 程 名 稱 單片機(jī)原理及應(yīng)用 學(xué) 生 姓 名 劉道文 學(xué) 號 1241403034 系 、專 業(yè) 魏源國際學(xué)院，12電氣班 指 導(dǎo) 教 師 尹進(jìn)田 2014年7月4日摘 要通過運(yùn)用DS18B20數(shù)字溫度傳感器的測溫原理和特性，利用它獨特的單線總線接口方式，與AT89C51單片機(jī)相結(jié)合實現(xiàn)多點測溫。并給出了測溫系統(tǒng)中對DS18B20操作的C51編程實例。實現(xiàn)了系統(tǒng)接口簡單、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定等特點。本文介紹基于AT89C51單片機(jī)、C語言和DS18B20傳感器的多點溫度測量系統(tǒng)設(shè)計及其在Proteus平臺下的仿真。

2、利用51單片機(jī)的并行口，同步快速讀取8支DS18B20溫度，實現(xiàn)了在多點溫度測量系統(tǒng)中對多個傳感器的快速精確識別和處理，并給出了具體的編程實例和仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；DS18B20數(shù)字溫度傳感器；Proteus仿真；C51編程目 錄摘 要I第一章 緒論11.1溫度智能測控系統(tǒng)的研究背景與現(xiàn)狀分析11.2溫度智能測控系統(tǒng)的工作原理2第二章單片機(jī)簡介32.1單片機(jī)的定義32.2單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)42.3單片機(jī)執(zhí)行指令的過程52.4單片機(jī)的特點6第三章 數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理73.1概述73.2主要特征73.3引腳功能83.4工作原理及應(yīng)用83.5單片機(jī)對DS18B20的操作流程83.6

3、 DS18B20與單片機(jī)的接口93.7 DS18B20芯片ROM指令表93.8 DS18B20芯片存儲器操作指令表103.9 DS18B20復(fù)位及應(yīng)答關(guān)系及讀寫隙11第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計124.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路124.2系統(tǒng)框圖134.3系統(tǒng)硬件設(shè)計13第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計165.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計思路165.2系統(tǒng)軟件設(shè)計21第六章 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果27第七章 結(jié)束語31參考文獻(xiàn)32任務(wù)書33評閱表36第一章 緒論1.1溫度智能測控系統(tǒng)的研究背景與現(xiàn)狀分析溫度是一個和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測量和控制的重要物理量，是國際單位制七個基本量之一，同時它也是一

4、種最基本的環(huán)境參數(shù)。人民的生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中，在電力、化工、石油、冶金、機(jī)械制造、大型倉儲室、實驗室、農(nóng)場塑料大棚甚至人們的居室里經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進(jìn)行檢測，并根據(jù)實際的要求對環(huán)境溫度進(jìn)行控制。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行。煉油過程中，原油必須在不同的溫度和壓力條件下進(jìn)行分流才能得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品；沒有合適的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備不能正常工作，糧倉的儲糧就會變質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒有保障?？梢姡芯繙囟鹊臏y量具有重要的理論意義和推廣價值。隨著現(xiàn)代計算機(jī)

5、和自動化技術(shù)的發(fā)展，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸相處理的功能器件，溫度傳感器的作用日益突出，成為自動檢測、自動控制系統(tǒng)和計量測試中不可缺少的重要技術(shù)工具，其應(yīng)用已遍及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域。本設(shè)計就是為了滿足人們在生活生產(chǎn)中對溫度測量系統(tǒng)方面的需求。本設(shè)計要求系統(tǒng)測量的溫度的點數(shù)為4個，測量精度為0.5，測溫范圍為-20+80。采用液晶顯示溫度值和路數(shù)，顯示格式為:溫度的符號位,整數(shù)部分,小數(shù)部分,最后一位顯示。顯示數(shù)據(jù)每一秒刷新一次。21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技的進(jìn)步帶動了測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時代，測量

6、技術(shù)也成為當(dāng)今科技的主流之一，被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。對于本次設(shè)計，其目的在于：1. 掌握數(shù)字溫度傳感器DS18B20的原理、性能、使用特點和方法，利用C51對系統(tǒng)進(jìn)行編程。2. 本課題綜合了現(xiàn)代測控、電子信息、計算機(jī)技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域方方面面的知識，具有綜合性、科學(xué)性、代表性，可全面檢驗和促進(jìn)學(xué)生的理論素養(yǎng)和工作能力。 3. 本課題的研究可以使學(xué)生更好地掌握基于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)，提高電子產(chǎn)品研發(fā)素質(zhì)、增強(qiáng)針對實際應(yīng)用進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計制作的能力。至單片機(jī)AT89C51的8個通用I/O端口。單片機(jī)獲得溫度信息后，通過特定的算法，將處理后的

7、溫度信息通過LED顯示出來，同時通過串行口送上位機(jī)處理。每個端口只連接一個溫度傳感器件，也即一條一線制總線上僅有一個DS18B20。并在Keil環(huán)境下編輯應(yīng)用軟件程序，通過Proteus和Keil的聯(lián)合實現(xiàn)該多點溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試和仿真。1.2溫度智能測控系統(tǒng)的工作原理課題采用由Dallas公司生產(chǎn)的智能數(shù)字溫度傳感器DS18B20和Atmel公司推出的單片機(jī)AT89C51以及相關(guān)外圍電路實現(xiàn)高精度、多點溫度測量系統(tǒng)。同時本設(shè)計在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計主流EDA軟件Proteus環(huán)境下完成，能夠及時觀察效果和修改軟硬件。本系統(tǒng)采用8片DS18B20構(gòu)成小型溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過并行連接方式連接至單

8、片機(jī)AT89C51的8個通用I/O端口。單片機(jī)獲得溫度信息后，通過特定的算法，將處理后的溫度信息通過LED顯示出來，同時通過串行口送上位機(jī)處理。每個端口只連接一個溫度傳感器件，也即一條一線制總線上僅有一個DS18B20。并在Keil環(huán)境下編輯應(yīng)用軟件程序，通過Proteus和Keil的聯(lián)合實現(xiàn)該多點溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試和仿真。 第二章單片機(jī)簡介單片微型計算機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以對人類社會產(chǎn)生了巨大的影響。尤其是美國Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī)，由于其具有集成度高、處理功能強(qiáng)、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、易于使用等優(yōu)點，在世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到廣泛的普及和應(yīng)用。而且

9、隨著以MCS-51單片機(jī)基本內(nèi)核為核心的各種擴(kuò)展型、增強(qiáng)型的新型單片機(jī)不斷推出，MCS-51系列仍是我國單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的主流機(jī)型。目前在工業(yè)控制、智能儀器儀表、辦公室自動化、家用電器等諸多領(lǐng)域，到處都可看見單片機(jī)的蹤影，單片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用高水平已成為一個國家工業(yè)化水平的標(biāo)志之一。2.1單片機(jī)的定義單片機(jī)1是在一塊半導(dǎo)體上集成了微處理器（CPU），存儲器（RAM、ROM、EPROM）和各種輸入、輸出接口（定時計數(shù)器，并行IO口，串行口，A/D轉(zhuǎn)換器以及脈寬調(diào)制器PWM等），這樣一塊集成電路芯片具有一臺計算機(jī)的屬性，因此被稱為單片微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)。單片機(jī)以其卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，單

10、片機(jī)以小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、可靠性好、應(yīng)用溫度范圍寬等優(yōu)點。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元。功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供高性價比的應(yīng)用場合，可靈活運(yùn)用與各種控制領(lǐng)域。AT89C51方框圖2-1:圖2-1 AT89C51方框圖2.2單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1. 微處理器（CPU）MCS-51單

11、片機(jī)中有1個8位的CPU，包括運(yùn)算器和控制器兩大部分，不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。例如：位處理、查表、狀態(tài)檢測、中斷處理等。2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）單片機(jī)芯片共有256個RAM單元，其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部RAM。地址范圍為00HFFH（256B）。片外最多可外擴(kuò)64KB。RAM是一個多用多功能數(shù)據(jù)存儲器，有數(shù)據(jù)存儲、通用工作寄存器、堆棧、位地址等空間。3. 內(nèi)部程序存儲器（ROM）單片機(jī)內(nèi)部有4KB的ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格。因此

12、稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部RAM。地址范圍為0000HFFFFH（64KB）。片外最多可外擴(kuò)64KB。4. 定時器/計數(shù)器單片機(jī)共有2個16位的定時器/計數(shù)器，具有4種工作方式，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機(jī)進(jìn)行控制。定時時靠內(nèi)部分頻時鐘頻率計數(shù)實現(xiàn)，做計數(shù)器時，對P3.4（T0）或P3.5（T1）端口的低電平脈沖計數(shù)。5. 并行I/O口MCS-51單片機(jī)共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。6. 串行口MCS-51單片機(jī)有一個全雙工的串行口，具有4種工作方式，以實現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信

13、收發(fā)器使用，也可作為移位器使用。RXD（ P3.0）腳為接收端口，TXD（P3.1）腳為發(fā)送端口。7. 中斷控制系統(tǒng)MCS-51單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足不同控制應(yīng)用的需要。共有5個中斷源，即外中斷2個，定時中斷2個，串行中斷1個，全部中斷分為高級和低級共二個優(yōu)先級別。8. 時鐘電路MCS-51單片機(jī)芯片的內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率為12MHZ等。9. 特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器共有21個，用于CPU對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實際上是片內(nèi)各功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM

14、區(qū)。2.3單片機(jī)執(zhí)行指令的過程 單片機(jī)執(zhí)行程序的過程，實際上就是執(zhí)行所編制程序的過程。即逐條指令的過程。計算機(jī)每執(zhí)行一條指令都可分為三個階段進(jìn)行。即取指令-分析指令-執(zhí)行指令。取指令的任務(wù)是：根據(jù)程序計數(shù)器PC中的值從程序存儲器讀出現(xiàn)行指令，送到指令寄存器。分析指令階段的任務(wù)是：將指令寄存器中的指令操作碼取出后進(jìn)行譯碼，分析其指令性質(zhì)。如指令要求操作數(shù)，則尋找操作數(shù)地址。計算機(jī)執(zhí)行程序的過程實際上就是逐條指令地重復(fù)上述操作過程，直至遇到停機(jī)指令可循環(huán)等待指令。2.4單片機(jī)的特點單片機(jī)應(yīng)用在檢測控制領(lǐng)域中，具有如下特點：1.小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。2.可靠性好，適應(yīng)溫度范圍寬。3.易擴(kuò)展，

15、很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)。4.可以很方便的實現(xiàn)多機(jī)和分布式控制系統(tǒng)。5.具有優(yōu)異的性能價格比。6.存儲器ROM和RAM是嚴(yán)格分工的。7.采用面向控制的指令系統(tǒng)。8.輸入/輸出（I/O）端口引腳通常設(shè)計有多種功能。9.品種規(guī)格的系列化。10.功率消耗低。所以從工業(yè)自動化、智能儀器儀表、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信方面、家用電器方面等，直到國防尖端技術(shù)領(lǐng)域，單片機(jī)都發(fā)揮著十分重要的作用。綜觀單片機(jī)幾十年的發(fā)展歷程，單片機(jī)今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價格、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)存儲器容量增加和Flash存儲器化方向發(fā)展?？梢灶A(yù)言，今后的單片機(jī)將是功能更強(qiáng)、集成的和可靠性

16、更高而功耗更低，以及使用更方便。此外，專用化也是單片機(jī)的一個發(fā)展方向，針對單一用途的專用單片機(jī)將會越來越多。第三章 數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理3.1概述溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器2當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得DS18B20更受歡迎。對于我們普通的電子愛好者來說，DS18B20的優(yōu)勢更是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對單片機(jī)開發(fā)的思路。DS18B20器件具體的封裝形式如圖3-1所示：圖3-1 DS18B20器

17、件具體的封裝形式圖3.2主要特征DS18B20的主要特征：l* 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。l* 先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。l* 最高12位分辨率，精度可達(dá)土0.5攝氏度。l* 12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。l* 可選擇寄生工作方式。l* 檢測溫度范圍為55°C +125°C (67°F +257°F)l* 內(nèi)置EEPROM，限溫報警功能。l* 64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機(jī)掛接。* 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)3.3引腳功能GND 電壓地 DQ 單數(shù)據(jù)總線 VDD 電源電壓 NC 空引腳DQ一線制總線（輸入/輸出）3.4工作原理及應(yīng)用D

18、S18B20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的內(nèi)部存儲器資源。18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：ROM 只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第1、2

19、個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像。第6、7、8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。我們在每一次讀溫度之前都必須進(jìn)行復(fù)雜的且精準(zhǔn)時序的處理，因為DS18B20的硬件簡單結(jié)果就會導(dǎo)致軟件的巨大開消，也是盡力減少有形資

20、產(chǎn)轉(zhuǎn)化為無形資產(chǎn)的投入，是一種較好的節(jié)約之道。3.5單片機(jī)對DS18B20的操作流程31.復(fù)位：首先我們必須對DS18B20芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機(jī)）給DS18B20單總線至少480uS的低電平信號。當(dāng)18B20接到此復(fù)位信號后則會在1560uS后回發(fā)一個芯片的存在脈沖。2.存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在1560uS后接收存在脈沖，存在脈沖為一個60240uS的低電平信號。至此，通信雙方已經(jīng)達(dá)成了基本的協(xié)議，接下來將會是控制器與18B20間的數(shù)據(jù)通信。如果復(fù)位低電平的時間不足或是單總線的電路斷路都不會接到存在脈沖，在設(shè)計時要注意意外情況的處理。

21、3.控制器發(fā)送ROM指令：雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交流了，ROM指令共有條，每一個工作周期只能發(fā)一條，ROM指令分別是讀ROM數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報警芯片搜索。ROM指令為8位長度，功能是對片內(nèi)的64位光刻ROM進(jìn)行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個器件并作處理。誠然，單總線上可以同時掛接多個器件，并通過每個器件上所獨有的ID號來區(qū)別，一般只掛接單個18B20芯片時可以跳過ROM指令（注意：此處指的跳過ROM指令并非不發(fā)送ROM指令，而是用特有的一條“跳過指令”）。4.控制器發(fā)送存儲器操作指令：在ROM指令發(fā)送給18B20之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲

22、器操作指令了。操作指令同樣為8位，共6條，存儲器操作指令分別是寫RAM數(shù)據(jù)、讀RAM數(shù)據(jù)、將RAM數(shù)據(jù)復(fù)制到EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將EEPROM中的報警值復(fù)制到RAM、工作方式切換。存儲器操作指令的功能是命令18B20作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。5.執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：一個存儲器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個操作要視存儲器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待18B20執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時間為500uS。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴(yán)格遵循18B20的讀寫時序來操作。單支DS18B20若要讀出當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個周期為：復(fù)位、跳

23、過ROM指令CCH、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲器操作指令44H、等待500uS溫度轉(zhuǎn)換時間。緊接著執(zhí)行第二個周期為：復(fù)位、跳過ROM指令CCH、執(zhí)行讀RAM的存儲器操作指令BEH、讀數(shù)據(jù)（最多為9個字節(jié)，中途可停止，只讀簡單溫度值則讀前2個字節(jié)即可）。3.6 DS18B20與單片機(jī)的接口DS18B20只需要接到控制器（單片機(jī)）的一個I/O口上，由于單總線為開漏所以需要外接一個4.7K的上拉電阻。如要采用寄生工作方式，只要將VDD電源引腳與單總線并聯(lián)即可。但在程序設(shè)計中，寄生工作方式將會對總線的狀態(tài)有一些特殊的要求。3.7 DS18B20芯片ROM指令表4Read ROM（讀ROM）33H （方括號中的為

24、16進(jìn)制的命令字）這個命令允許總線控制器讀到DS18B20的64位ROM。只有當(dāng)總線上只存在一個DS18B20的時候才可以使用此指令，如果掛接不止一個，當(dāng)通信時將會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。Match ROM（指定匹配芯片）55H這個指令后面緊跟著由控制器發(fā)出了64位序列號，當(dāng)總線上有多只DS18B20時，只有與控制發(fā)出的序列號相同的芯片才可以做出反應(yīng)，其它芯片將等待下一次復(fù)位。這條指令適應(yīng)單芯片和多芯片掛接。Skip ROM（跳躍ROM指令）CCH這條指令使芯片不對ROM編碼做出反應(yīng)，在單芯片的情況之下，為了節(jié)省時間則可以選用此指令。如果在多芯片掛接時使用此指令將會出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，導(dǎo)致錯誤出現(xiàn)。Searc

25、h ROM（搜索芯片）F0H在芯片初始化后，搜索指令允許總線上掛接多芯片時用排除法識別所有器件的64位ROM。Alarm Search（報警芯片搜索）ECH在多芯片掛接的情況下，報警芯片搜索指令只對符合溫度高于TH或小于TL報警條件的芯片做出反應(yīng)。只要芯片不掉電，報警狀態(tài)將被保持，直到再一次測得溫度什達(dá)不到報警條件為止。3.8 DS18B20芯片存儲器操作指令表5Write Scratchpad （向RAM中寫數(shù)據(jù)）4EH這是向RAM中寫入數(shù)據(jù)的指令，隨后寫入的兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)將會被存到地址2（報警RAM之TH）和地址3（報警RAM之TL）。寫入過程中可以用復(fù)位信號中止寫入。Read Scrat

26、chpad （從RAM中讀數(shù)據(jù)）BEH此指令將從RAM中讀數(shù)據(jù)，讀地址從地址0開始，一直可以讀到地址9，完成整個RAM數(shù)據(jù)的讀出。芯片允許在讀過程中用復(fù)位信號中止讀取，即可以不讀后面不需要的字節(jié)以減少讀取時間。Copy Scratchpad （將RAM數(shù)據(jù)復(fù)制到EEPROM中）48H此指令將RAM中的數(shù)據(jù)存入EEPROM中，以使數(shù)據(jù)掉電不丟失。此后由于芯片忙于EEPROM儲存處理，當(dāng)控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當(dāng)儲存工作完成時，總線將輸出“1”。在寄生工作方式時必須在發(fā)出此指令后立刻超用強(qiáng)上拉并至少保持10MS，來維持芯片工作。Convert T（溫度轉(zhuǎn)換）44H收到此指令后芯片

27、將進(jìn)行一次溫度轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的溫度值放入RAM的第1、2地址。此后由于芯片忙于溫度轉(zhuǎn)換處理，當(dāng)控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當(dāng)儲存工作完成時，總線將輸出“1”。在寄生工作方式時必須在發(fā)出此指令后立刻超用強(qiáng)上拉并至少保持500MS，來維持芯片工作。Recall EEPROM（將EEPROM中的報警值復(fù)制到RAM）B8H此指令將EEPROM中的報警值復(fù)制到RAM中的第3、4個字節(jié)里。由于芯片忙于復(fù)制處理，當(dāng)控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當(dāng)儲存工作完成時，總線將輸出“1”。另外，此指令將在芯片上電復(fù)位時將被自動執(zhí)行。這樣RAM中的兩個報警字節(jié)位將始終為EEPROM中數(shù)據(jù)的鏡像。

28、Read Power Supply（工作方式切換）B4H此指令發(fā)出后發(fā)出讀時間隙，芯片會返回它的電源狀態(tài)字，“0”為寄生電源狀態(tài)，“1”為外部電源狀態(tài)。3.9 DS18B20復(fù)位及應(yīng)答關(guān)系及讀寫隙每一次通信之前必須進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位的時間、等待時間、回應(yīng)時間應(yīng)嚴(yán)格按時序編程。DS18B20的數(shù)據(jù)讀寫是通過時間隙處理位和命令字來確認(rèn)信息交換的。寫時間隙：寫時間隙分為寫“0”和寫“1”，時序如圖7。在寫數(shù)據(jù)時間隙的前15uS總線需要是被控制器拉置低電平，而后則將是芯片對總線數(shù)據(jù)的采樣時間，采樣時間在1560uS，采樣時間內(nèi)如果控制器將總線拉高則表示寫“1”，如果控制器將總線拉低則表示寫“0”。每一位的

29、發(fā)送都應(yīng)該有一個至少15uS的低電平起始位，隨后的數(shù)據(jù)“0”或“1”應(yīng)該在45uS內(nèi)完成。整個位的發(fā)送時間應(yīng)該保持在60120uS，否則不能保證通信的正常。讀時間隙：讀時間隙時控制時的采樣時間應(yīng)該更加的精確才行，讀時間隙時也是必須先由主機(jī)產(chǎn)生至少1uS的低電平，表示讀時間的起始。隨后在總線被釋放后的15uS中DS18B20會發(fā)送內(nèi)部數(shù)據(jù)位，這時控制如果發(fā)現(xiàn)總線為高電平表示讀出“1”，如果總線為低電平則表示讀出數(shù)據(jù)“0”。每一位的讀取之前都由控制器加一個起始信號。注意：必須在讀間隙開始的15uS內(nèi)讀取數(shù)據(jù)位才可以保證通信的正確。在通信時是以8位“0”或“1”為一個字節(jié)，字節(jié)的讀或?qū)懯菑母呶婚_始的

30、，即A7到A0.字節(jié)的讀寫順序也是如圖2自上而下的。第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路當(dāng)一線制總線6上僅有一個DS18B20器件時，可以用skip ROM操作（即跳過ROM匹配）命令來代替64位序列號的匹配過程，這點也是使用單個DS18B20器件的系統(tǒng)常用的方法。所以，要想節(jié)省掉64位序列號匹配的時間開銷，就必需設(shè)計成一個一線制總線上僅有一個DS18B20器件的系統(tǒng)。    DS18B20的一線制總線在時序上的嚴(yán)格要求，也從另一方面意味著在一定的彈性范圍內(nèi)，不同DS18B20器件的時序細(xì)節(jié)上的一致性應(yīng)該是非常好，所以可以將系統(tǒng)設(shè)計成利用MCU的并行端口同時

31、對多個DS18B20進(jìn)行統(tǒng)一的操作，不過這時候并行端口上的每一個端口連接著一個DS18B20器件而已。    本文所述的解決方案正是以端口的消耗為代價，換取對多點DS18B20溫度查詢的速度，并在程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計上采用一些巧妙的處理方法，使得系統(tǒng)對DS18B20的操作上花更少的時間。此外，采用本設(shè)計實現(xiàn)的快速多點溫度查詢系統(tǒng)，可以省掉煩瑣的總線上器件序列號的查詢操作，并可節(jié)省大量的存儲空間（原用于存儲總線上器件的序列號所用的空間）。     從理論上分析，本設(shè)計方案的采用，查詢多個DS18B20器件操作所消耗的時間與查詢一個D

32、S18B20器件操作所消耗的時間是等量的。本系統(tǒng)方案8個DS18B20器件連接在MCU的一組端口的8個I/O口上，連線示意圖4-1所示：圖4-1 系統(tǒng)連線示意圖當(dāng)然，上圖中的示意圖并沒有考慮諸如端口驅(qū)動能力、抗干擾處理等，僅表明一個邏輯的連接示意，具體在產(chǎn)品級的設(shè)計時會根據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用做必要的處理，比如增加一些必要的電路等，此處不作為討論的重點。 從上圖可見，每個端口連接有一個DS18B20器件，也即一條一線制總線上僅有一個DS18B20器件，符合了前面所述的解決方法。實際在對DS18B20器件進(jìn)行操作時，只需統(tǒng)一地對這一組并行端口進(jìn)行操作（每個端口在同一時間輸出相同的電平狀態(tài)）即可。 一個端口

33、對應(yīng)一個DS18B20器件，也就表示每組端口的某一個位的讀回數(shù)據(jù)狀態(tài)也就是該端口所對應(yīng)的器件的輸出狀態(tài)，所以，這樣的系統(tǒng)里面是不需要進(jìn)行每個器件的序列號搜索、匹配的操作的?？芍?，在對DS18B20器件進(jìn)行操作時，可以使用skip ROM命令來跳過ROM序列號匹配的操作，也即在所有的DS18B20器件的ROM操作時可以使用相同的端口輸出時序。4.2系統(tǒng)框圖DS18B20數(shù)碼管顯示AT89C51圖4-2 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖15簡介： 系統(tǒng)的核心是AT89C51單片機(jī)，系統(tǒng)通過控制選擇某一個DS18B20，并把其檢測到的溫度數(shù)據(jù)送到單片機(jī)進(jìn)行處理，在把處理后的溫度送到數(shù)碼管顯示，并顯示是那個點的溫度，

34、系統(tǒng)也可以多點溫度循環(huán)掃描顯示。4.3系統(tǒng)硬件設(shè)計模塊介紹圖4-3 為單片機(jī)AT89C51仿真模塊圖 4-3 AT89C51仿真模塊圖 圖4-4 為四位數(shù)碼管的仿真模塊圖 4-4 數(shù)碼管仿真模塊圖圖4-5 為數(shù)字溫度傳感器DS18B20的仿真模塊圖 4-5 DS18B20仿真模塊圖在 Keil12,Proteus13環(huán)境下設(shè)計多點測溫系統(tǒng)硬軟件,進(jìn)行驗證,硬件電路圖4-6如下圖4-6 系統(tǒng)硬件電路圖第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計思路7在接下來的軟件介紹中，會以C語言的例子介紹具體的編程思路，但這些代碼并非就是實際中所使用的代碼，僅作為邏輯性的參考，以便大家理解。 軟件設(shè)計從最底層的與

35、DS18B20時序相關(guān)的驅(qū)動，到與一線制總線器件處理過程控制/協(xié)議的接口函數(shù)，再上升到應(yīng)用API接口函數(shù)的關(guān)系如下圖5-1所示：圖5-1 接口函數(shù)關(guān)系圖在對連在一組8位端口上的8個DS18B20操作時，是同時對該組端口進(jìn)行操作，也即同時對8個DS18B20器件進(jìn)行同步的操作。 下面詳細(xì)介紹一下以MCS51系列單片機(jī)的應(yīng)用為例的范例程序，其中約定與8個DS18B20器件進(jìn)行連接的是P1端口。底層時序驅(qū)動8程序與DS18B20的一線制總線的協(xié)議保持一致，根據(jù)一線制總線時序的特點，設(shè)計了四個基本的函數(shù)：總線寫1時序控制函數(shù)：void DS18B20_Write_1(void) P1 = 0

36、x00;     /8個DQ 線全部設(shè)置為低電平 Delay_1us(10);     /延時10us左右 P1 = 0xff;      /8個DQ線全部輸出高電平 Delay_1us(30);     /延時30us左右總線寫0時序控制函數(shù)：void DS18B20_Write_0(void) P1 = 0x00;  

37、60;   /8個DQ 線全部設(shè)置為低電平 Delay_1us(40);      /延時 P1 = 0xff;       /端口恢復(fù)高電平 Delay_1us(1);總線讀取一個數(shù)據(jù)位時序控制函數(shù):unsigned char DS18B20_ReadDQ(void) unsigned char DQ_S=0; P1 = 0x00;    

38、60; /8個DQ 線全部設(shè)置為低電平 Delay_1us(10); P1 = 0xff;       /端口置1，準(zhǔn)備讀取 Delay_1us(1);      /延時待總線準(zhǔn)備好數(shù)據(jù) DQ_S = P1;      /一次性讀取8條DQ線的數(shù)據(jù)狀態(tài) P1 = 0xff;      &#

39、160;/恢復(fù)端口電平 Delay_1us(30);      /延時 return DQ_S;      /返回讀取的值 在讀取一個總線狀態(tài)數(shù)據(jù)位的函數(shù)中，將會返回一個byte的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的8個位正好與連接在P2端口上的8個I/O口對應(yīng)，如下圖5-2所示： 圖5-2總線復(fù)位時序控制函數(shù)：void DS18B20_Reset(void) unsigned char Error_Counter=0; P1 = 0x00;

40、60;    /8個DQ 線全部設(shè)置為低電平 Delay_1us(500);    /保持總線低電平500us P1 = 0xff;  Delay_1us(100);  if(P1!=0x00) B20_Error = P1;/如檢測到DS18B20總線響應(yīng)了回復(fù)信號，則讀取當(dāng)前8條/總線的狀態(tài) Delay_1us(50); P1 = 0xff;  for(Error_Counter=0;Error_Counter&

41、lt;200;Error_Counter+)   if(P1&(B20_Error)=(B20_Error) break; /如檢測到總線的回復(fù)信號結(jié)束，則退出循環(huán)  Delay_1us(1);  P1 = 0xff;      /恢復(fù)端口電平 Delay_1us(200);    /延時 200us 在復(fù)位時序控制的函數(shù)中，使用了B20_Error全局變量，它將會傳遞給上一層的數(shù)據(jù)處理函數(shù)作為判斷

42、當(dāng)前8個I/O口所接的DS18B20是否正常工作，或者是否在各自的總線上。分析DS18B20的一線制總線控制命令，可以提煉出兩個最基本的操作函數(shù)，一個是寫一個byte數(shù)據(jù)至DS18B20器件，另一為讀取DS18B20器件的數(shù)據(jù)。而在本文的范例程序當(dāng)中，僅僅為了提取DS18B20器件的轉(zhuǎn)換完后的溫度值，所以在讀取DS18B20的數(shù)據(jù)時，僅讀取存放在數(shù)據(jù)地址前兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)，而不讀取其它字節(jié)的數(shù)據(jù)，包括CRC校驗值也沒有進(jìn)行讀取。寫字節(jié)操作函數(shù)9：void DS18B20_WriteByte(unsigned char Com) unsigned char i; for(i

43、=0;i<8;i+)   if(Com&0x01)   DS18B20_Write_1();  else   DS18B20_Write_0();  Com = Com>>1;  調(diào)用DS18B20_WriteByte函數(shù)，連在8個I/O口上的一線制總線上的8個DS18B20器件，將都會接收到同樣的一個字節(jié)的數(shù)據(jù)：Com。讀數(shù)據(jù)操作函數(shù)：unsigned char Read_buf_8ch16;  &

44、#160;/buffer of Read DS18B20void DS18B20_Read2Byte(void) unsigned int i; for(i=0;i<16;i+)   Read_buf_8chi = DS18B20_ReadDQ();  在本范例10中，只讀取位到DS18B20內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)域的前兩節(jié)字的溫度值數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)讀取函數(shù)設(shè)計成讀取兩個字節(jié)的函數(shù)，即需要連續(xù)讀取16個位（對應(yīng)于每一個DS18B20器件來說是連續(xù)的16個位）。而將讀回的數(shù)據(jù)保存于一個Read_buf_8ch（簡寫：Rb）的數(shù)組中，可以根據(jù)系統(tǒng)

45、的接線圖對讀回的16個字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如下圖5-4所示：圖5-4讀取DS18B20的數(shù)據(jù)時，先讀高位再讀低位；所以可以從上圖看到，以TM2的DS18B20的數(shù)據(jù)為例，TM2的兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)由Read_buf_8ch數(shù)組的16個字節(jié)數(shù)據(jù)中的每個字節(jié)的bit2位組成?？芍瓿梢淮螖?shù)據(jù)讀取的操作后，可以同時讀回8個DS18B20器件的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理時，只需針對上圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對Read_buf_8ch數(shù)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即可得到每個DS18B20器件的測溫值。     啟動溫度轉(zhuǎn)換控制函數(shù)11：void DS18B20_Conver(void)&

46、#160;DS18B20_Reset(); DS18B20_WriteByte(0xcc);  /Skip ROM DS18B20_WriteByte(0x44);  /啟動測溫讀取溫度值函數(shù)14：void DS18B20_ReadTemp(void) DS18B20_Reset(); DS18B20_WriteByte(0xcc);   /Skip ROM DS18B20_WriteByte(0xbe);   /送入讀取數(shù)據(jù)命令 DS

47、18B20_Read2Byte();調(diào)用讀取溫度值函數(shù)后，8個DS18B20器件的測溫數(shù)據(jù)將保存在數(shù)組Read_buf_8ch的16個字節(jié)單元當(dāng)中，還有待進(jìn)行下一步的處理，方可得到對應(yīng)每個DS18B20器件的測溫值。下面介紹簡單的處理代碼片斷：char i,j;unsigned int uiData8;unsigned char Mask;/OS the resoult of Temperaturefor(i=15;i>=0;i-) Mask = 0x01; for(j=0;j<8;j+)   uiDataj = uiDataj&l

48、t;<1;  if(Read_buf_8chi&Mask) uiDataj+;  Mask = Mask<<1;    經(jīng)過上述簡單的處理，8個DS18B20器件的測溫數(shù)據(jù)將保存在數(shù)組uiData當(dāng)中的8個單元里，就可以根據(jù)自身程序設(shè)計的需求來對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的處理了。5.2系統(tǒng)軟件設(shè)計/-/函數(shù)聲明，變量定義/DS18B20程序 條件：11.0592晶振 DQ上拉4.7K電阻/-#include <reg51.h>#include <intrins.h>#define u

49、char unsigned char#define uint unsigned int#define NOP_1uS _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_()#define DQ P3 /P3口用8個DS18B20/*/-/函數(shù)名稱：Delay10us/入口參數(shù)：n/函數(shù)功能：延時子程序/-void Delay10us(uchar n) while(n-) NOP_1uS;NOP_1uS;NOP_1uS; NOP_1uS;NOP_1uS;NOP_1uS; NOP_1uS; */-/函數(shù)名稱：Delay1ms/入口參數(shù)：count/函數(shù)功能：

50、延時子程序/-void Delay1ms(uint count) uint i; while(count-) for(i=0;i<125;i+) /-/函數(shù)名稱：Init_18B20/入口參數(shù)：無/函數(shù)功能：初始化/-void Init_18B20(void) uint i; DQ=0x00; i=103;while(i>0) i-; /大約900us DQ=0xff; i=4;while(i>0) i-; /while(DQ); while(DQ); i=4;while(i>0) i-;/-/函數(shù)名稱：Write_Byte/入口參數(shù)：dat/函數(shù)功能：寫命令/-voi

51、d Write_Byte(uchar dat) uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j<=8;j+) testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) DQ=0x00; /寫1 i+;i+; DQ=0xff; i=8;while(i>0) i-; else DQ=0x00; /寫0 i=8;while(i>0) i-; DQ=0xff; i+;i+; /-/函數(shù)名稱：Start_convert/入口參數(shù)：無/函數(shù)功能：開始轉(zhuǎn)換/-void Start_convert(void) Init_18B

52、20(); Delay1ms(1); Write_Byte(0xcc); Write_Byte(0x44);/-/函數(shù)名稱：Start_Read_Byte/入口參數(shù)：無/函數(shù)功能：開始讀取/-void Start_Read_Byte(void) Init_18B20(); Delay1ms(1); Write_Byte(0xcc); Write_Byte(0xbe);/-/函數(shù)名稱：display/入口參數(shù)：dir_temp/返回值： 無/函數(shù)功能：送數(shù)碼管顯示子程序/-void display(uchar dir_temp) uchar code led_tab14=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x