【正文】 才能對 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，當(dāng) DS18B20 收到信號后等待 16～ 60 微秒左右，后發(fā)出60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復(fù)位成功 。 ROM、RAM 指令如下圖所示： XV 圖 ROM、 RAM指令表 DS18B20 的應(yīng)用電路 DS18B20 測溫系統(tǒng)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。下面就是 DS18B20 幾個不同應(yīng)用方式下的測溫電路圖： （ 1） DS18B20 寄生電源供電方式電路圖 如下面圖 9 所示，在寄生電源供電方式下， DS18B20 從單線信號線上汲取能量：在信號線 DQ 處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。 XVI獨特的寄生電源方式有三個好處： 1）進(jìn) 行遠(yuǎn)距離測溫時，無需本地電源 。 2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取 ROM。 3）電路更加簡潔，僅用一根 I/O 口實現(xiàn)測溫 。 要想使 DS18B20 進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換， I/O 線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個 DS18B20 在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到 1mA，當(dāng)幾個溫度傳感器掛在同一根 I/O 線上進(jìn)行多點測溫時，只靠 上拉電阻就無法提供足夠的能量，會造成無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。 因此，圖 9 電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源 VCC 必須保 證在 5V，當(dāng)電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。 在制作中 曾經(jīng)就此電路做過實驗，在實驗中，降低電源電壓 VCC，當(dāng)?shù)陀? 時，測出的溫度值比實際的溫度高，誤差較大。當(dāng)電源電壓降為 4V 時，溫度誤差有 3℃ 之多，這就應(yīng)該是因為寄生電源汲取能量不夠造成的吧，因此，在開發(fā) 實際 測溫系統(tǒng)時不使用此電路。 圖 DS18B20 寄生電源供電方式電路圖 XVII （ 2） DS18B20 寄生電源強上拉供電方式電路圖 改進(jìn)的寄生電源供電方式如下面圖 10 所示，為了使 DS18B20 在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的 電流供應(yīng)，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 E2 存儲器操作時，用 MOSFET 把 I/O 線直接拉到 VCC 就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到 E2 存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多 10μ S 內(nèi)把 I/O 線轉(zhuǎn)換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不走的問題，因此也適合于多點測溫應(yīng)用，缺點就是要多占用一根 I/O 口線進(jìn)行強上拉切換。 圖 DS18B20 寄生電源強上拉供電方式電路圖 注意：在圖 和圖 寄生電源供電方式中， DS18B20 的 VDD引腳必須接地 （ 3） DS18B20 的外部電源 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 I/O 線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個 DS18B20 傳感器，組成多點測溫系統(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℃ 。 XVIII 圖 外部電源供電方式 圖 外部供電方式的多點測溫電路圖 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)。 因此，在實際的設(shè)計 開發(fā)中 ,我們 使用外部電源供電方式。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，即使電源電壓 VCC 降到 3V 時，依然能夠保證溫度量精度。 單片機(jī) 89C52 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛 (Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機(jī)廣泛使用的程序 XIX存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL 的 MCS51 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16 位的 MCS96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 為了設(shè)計此系統(tǒng)，采用了 MCS51 兼容單片機(jī) STC89C52 單片機(jī)作為控制芯片 的片內(nèi)結(jié)構(gòu) 下圖是 STC89C52 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 STC89C52 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 STC89C52 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時 /計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明： （ 1） 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度 的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個 XX 單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 （ 2） 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) STC89C52 內(nèi)部有 256 個 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128 個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM只有 256 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 （ 3） 程序存儲器 (ROM)： STC89C52 共有 8192 個 8 位 Flash ROM，用于存放用戶程 序，原始數(shù)據(jù)或表格。 （ 4） 定時 /計數(shù)器： STC89C52 有兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù) ，其中 中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 （ 5） 并行輸入輸出 (I/O)口： STC89C52 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 （ 6） 全雙工串行口： STC89C52 內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 （ 7） 中斷系統(tǒng)： STC89C52 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和 一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 （ 8） 時鐘電路： XXISTC89C52 內(nèi)置最高頻率達(dá) 90MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機(jī)運行的脈沖時序，但 STC89C52 單片機(jī)需外置振蕩電容。 圖 STC89C52 的時鐘電路 的引腳 STC89C52 采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線 復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 如圖 圖 STC89C52 的引腳 Pin9:RESET/Vpd 復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng) STC89C52 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器 PC 指向 0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指 針 寫入 07H，其它專用寄存器被清 “ 0” 。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài) 。 XXII STC89C52 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖 。此外， RESET/Vpd 還是一復(fù)用腳， Vcc 掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 圖 復(fù)位 Pin30:ALE/ PROG 當(dāng)訪問外部程序器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問 內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當(dāng)訪問外部程序存儲器， ALE會跳過一個脈沖。 如果單片機(jī)是 EPROM，在編程其間， PROG 將用于輸入編程脈沖。 Pin29:PESN 當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，PC 的 16 位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí) 行。 Pin31:EA/Vpp 程序存儲器的內(nèi)外部選通線， STC89C52 單片機(jī)，內(nèi)置有 8kB 的程序存儲器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址小于 8kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 8kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA 為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。 本設(shè)計采用 RS232C 串行通信方式。 RS232C 是由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）正式公布的，在異步串行 XXIII 通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線?，F(xiàn)在，計算機(jī)上的串行通信端口（ RS232C）是標(biāo)準(zhǔn)配置端口，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，計算機(jī)上一般都有1～ 2 個標(biāo)準(zhǔn) RS232C 串口，即通道 COM1 和 COM2。 RS232C 規(guī)定最大的負(fù)載電容為 2500pF，這個電容限制了傳輸距離和傳輸速率，由于 RS232C 的發(fā)送器和接收器之間具有公共信號地（ GND），屬于非平衡電壓型傳輸電路，不使用差分信號傳輸，因此不具備抗共模干擾的能力，共模噪聲會耦合到信號中。在不使用調(diào)制解調(diào)器（ MODEM）時， RS232C 能夠可靠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笸ㄐ啪嚯x為15 米。因此不適合做遠(yuǎn)距離通信，但是對于條屏，通信 15 米的通信距離已經(jīng)足夠。 RS232C 規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、 單片機(jī)的邏輯電平是不同的，邏輯 1(MARK) ＝ 3V～ 15V，邏輯 0(SPACE) ＝ ＋ 3～＋ 15V。因此，單片機(jī)系統(tǒng)要和電腦的 RS232C 接口進(jìn)行通信，就必須把單片機(jī)的信號電平（ TTL 電平）轉(zhuǎn)換成計算機(jī)的 RS232C 電平，或者把計算機(jī)的 RS232C 電平轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的 TTL 電平，通信時候必須對兩種電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法可以使用分立元件，也可以使用專用RS232C 電平轉(zhuǎn)換芯片。目前較為廣泛地使用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX23 MC148 MC1489 等。 MAX232 電平轉(zhuǎn)換芯片特點 本設(shè)計就是利用 MAXIM公司的單電源芯片 MAX232來完成單片機(jī)TTL 到 RS232C 電平的轉(zhuǎn)換。 MAX232 是單電源雙 RS232C 發(fā)送 /接收芯片。它符合所有的 RS232C 技術(shù)規(guī)范，只要單一 +5V 電源供電；片載電荷泵，具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓 V+、 V ；低功耗，典型供電電流 5mA；內(nèi)部集成 2 個 RS232C 驅(qū) XXIV 動器，內(nèi)部集成 2 個 RS232C 接收器。采用單一 +5V 電源供電，外接只需 4 個電容，便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 RS232C 通信接口，硬件接口簡單 ，所以被廣泛運用。 MAX232 的引腳排列及功能描述見表 （摘錄自 MAX232 官方數(shù)據(jù)手冊） 表 MAX232 的引腳 功能 腳號 引腳名稱 引腳功能描述 腳號 引腳名稱 引腳功能描述 1 C1+ 泵電容 1 正極 9 R2OUT 第二組TTL/CMOS 電平輸出 2 V+ 正電源濾波 10 T2IN 第二組TTL/CMOS 電平輸入 3 C1 泵電容 1 負(fù)極 11 T1IN 第一組TTL/CMOS 電平輸入 4 C2+ 泵電容 2 正極 12 R1OUT 第一組TTL/CMOS 電平輸出 5 C2 泵電 容 2 負(fù)極 13 R1IN 第一組 RS232電平輸入 XXV6 V 負(fù)電源濾波 14 T1OUT 第一組 RS232電平輸出 7 T2OUT 第二組RS232 電平輸出 15 GND 地 8 R2IN 第二組RS232 電平輸入 16 VCC 電源 +5V 圖 MAX232引腳 排列 單片機(jī)與 PC 間通信接口電路設(shè)計 根據(jù) 設(shè)計 的需要，設(shè)計單片機(jī)與 PC 間通信接口電路如圖 17 示。 XXVI 圖 MAX232通信接口電路 過限指示 由于在本設(shè) 計中 , 過限指示不是關(guān)鍵設(shè)計 ,故采用 LED加限流電阻的方式簡單實現(xiàn)。 LED指示燈如下圖所示。 圖 LED 指示燈 XXVII 第 3 章 軟件設(shè)計 整個軟件包括溫度采集和數(shù)據(jù)傳輸兩個主要部分組成。 其中溫度采集又是由單總線協(xié)議和注冊碼組成的，因此，軟件設(shè)計主要任務(wù)是實現(xiàn) 1Wire總線協(xié)議。