【正文】 超過其溫度值就報(bào)警。顯示電路采用LCD1602 模塊，使用 8550 三極管為中心組成的報(bào)警電路。如圖 12 所示 圖 12 方案二溫度測量系統(tǒng)方案框 溫度傳感器 溫度傳感器 溫度傳感器 溫度傳感器 單片機(jī) 4 4 鍵盤 LCD 液晶 顯示電路 報(bào)警電路 單片機(jī)LCD顯示模塊集成功放 報(bào)警器鍵盤模塊AD 轉(zhuǎn)換運(yùn)算放大器 模擬溫度傳感器 7 方案論證 方案一采用模擬溫度傳感器，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要 經(jīng)過運(yùn)算放大器和 AD 轉(zhuǎn)換器傳送給處理器。它控制雖然簡單，但電路復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)溫度進(jìn)行測量和監(jiān)控。由于采用了多個(gè)分立元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，容易出現(xiàn)誤差，測量結(jié)果不是很準(zhǔn)確，因此本方案并不可取。 方案二采用智能溫度傳感器 DS18B20，它直接輸出數(shù)字量，精度高，電路簡單，只需要模擬 DS18B20 的讀寫時(shí)序，根據(jù) DS18B20 的協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換的溫度。 此方案硬件電路非常簡單，但程序設(shè)計(jì)復(fù)雜一些，但是在課外對(duì) DS18B字符型液晶顯示、 4 4 鍵盤的程序有所了解，而且曾經(jīng)在網(wǎng)上看到過此類程序程序設(shè)計(jì)，并且我們已 經(jīng)使用開發(fā)工具 KEIL 用 C 語言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)，用仿真軟件 PROTEUS 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。由此可見，該方案完成具有可行性，體現(xiàn)了技術(shù)的先進(jìn)性，經(jīng)濟(jì)上也沒有任何問題。 綜上所述，本課題應(yīng)當(dāng)采用方案二對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 8 第 3 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工作原理 基于單片機(jī)的單總線多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)以 AT89C51 為中心器件，以 KEIL為系統(tǒng)程序開發(fā)平臺(tái)，用 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，以 PROTEUS 作為仿真軟件設(shè)計(jì)而成的。系統(tǒng)主要由溫度傳感器電路、液晶顯示 電路、鍵盤電路、報(bào)警電路組成， 電路原理圖 如附錄一 所示。 DS18B20 是智能溫度傳感器，它的輸入 /輸出采用數(shù)字量，通過單總線，接收主機(jī)發(fā)送的命令，根據(jù) DS18B20 內(nèi)部的協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)值以串口形式發(fā)送給主機(jī)。主機(jī)按照通信協(xié)議用一個(gè) IO 口模擬 DS18B20 的時(shí)序，發(fā)送命令（初始化命令、 ROM 命令、功能命令）給 DS18B20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值處理，用字符型液晶模塊顯示各點(diǎn)的溫度。在系統(tǒng)啟動(dòng)之時(shí)，可以通過 4 4 鍵盤設(shè)置各點(diǎn)溫度的上限值和下限值，當(dāng)某點(diǎn)溫度超過設(shè)置值時(shí)，報(bào)警器開 始報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)各點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 每個(gè) DS18B20 有自己的序列號(hào)，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上掛接了 4 個(gè)DS18B20，通過 CRC 校驗(yàn)，對(duì)各個(gè) DS18B20 的 ROM 進(jìn)行尋址，地址符合的DS18B20 才作出響應(yīng)，接收主機(jī)的命令，向主機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。采用這種DS18B20 尋址技術(shù)，使系統(tǒng)硬件電路更加簡單。 DS18B20 雖然有測溫簡單的特點(diǎn) ,但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意一下幾點(diǎn) : (1)較小的硬件開銷需要相對(duì)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(duì) DS1820 進(jìn)行讀寫編程 時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫 . (2)在DS1820 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛 DS1820超過 8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(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。 (4)在 DS18 20 測溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS1820 的返回信號(hào)，一旦某個(gè) DS1820 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS1820 時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820硬件連接 和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一 的重視 . 9 單元電路設(shè)計(jì) DS18B20 與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) (1) DS18B20 與單片機(jī)的接口技術(shù) 如圖 31 所示： DS18B20 與單片機(jī)的接口電路非常簡單。 DS18B20 只有三個(gè)引腳，一個(gè)接地，一個(gè)接電源，一個(gè)數(shù)字輸入輸出引腳接單片機(jī)的 I/O 口，電源與數(shù)字輸入輸出腳間需要接一個(gè) 的電阻。 圖 31 DS18B20 與單片機(jī)接口電路 (2) 中央處理器 AT89C51 簡介 ① AT89C51 的特點(diǎn) AT89C51 具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： ? AT89C51 與 MCS51 系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； ? 片內(nèi)有 4k 字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器； ? 全靜態(tài)工作 ,工作范圍： 0Hz～ 24MHz； ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密； ? 128 8 位內(nèi)部 RAM； ? 32 位雙向輸入輸出線； ? 兩個(gè)十六位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 五個(gè)中斷源 ,兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)； ? 一個(gè)全雙工的異步串行口； ? 間歇和掉電兩種工作方式。 ② AT89C51 的功能描述 AT89C51 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位微處理器，片內(nèi)有 4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫入程序的存儲(chǔ) 器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次， 10 數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。它與 MCS51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產(chǎn)品沒有的功能。 AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于 4K，四個(gè) I/O 口全部提供給用戶。可用 5V 電壓編程 ,而且擦寫時(shí)間僅需 10 毫秒，僅為 8751/87C51 的 擦 除 時(shí) 間 的 百 分 之 一 , 與8751/87C51 的 12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要 求，改寫時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬（ ~6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在 0Hz～ 24MHz 之間，比8751/87C51 等 51 系列的 6MHz～ 12MHz 更具有靈活性 ,系統(tǒng)能快能慢。 AT89C51 芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 P0 口是三態(tài)雙向口 ,通稱數(shù)據(jù)總線口 ,因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀 /寫操作。 ③ AT89C51 引腳功能 AT89C51 單片機(jī) 40 引腳分布如右圖所示。 AT89C51 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位微處理器，片內(nèi)有 4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫入程序的存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。它與 MCA51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產(chǎn)品沒有的功能。 AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于 4K，四個(gè) I/O 口全部提供給用戶。可用 5V電壓編程 ,而且擦寫時(shí)間僅需 10 毫秒，僅為 8751/87C51 的擦除時(shí)間的百分之一 ,與 8751/87C51 的 12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬（ ~6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在 0Hz～ 24MHz 之間，比 8751/87C51 等 51 系列的6MHz～ 12MHz 更具有靈活性 ,系統(tǒng)能快能慢。 AT89C51 芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ) 11 器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。P0 口是三態(tài)雙向口 ,通稱數(shù)據(jù)總線口 ,因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀 /寫操作。 (3)DS18B20 的工作原理 ① DS18B20 數(shù)字溫度傳感器概述 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。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 產(chǎn)品的特點(diǎn) ? 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 ? 在 DS18B20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)。 ? 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫。 ? 測量溫度范圍在 － 到 ＋ 之間。 ? 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選 擇。 ? 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 TO－ 92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見右圖，其引腳功能描述見表 序 號(hào) 名 稱 引腳功能描述 1 GND 地信 號(hào) 2 DQ 數(shù) 字 輸入輸出 引腳 ,開漏單總線接口引腳 ,當(dāng)使用寄生電源時(shí) ,可向電源提供電源 3 VDD 可 選擇 的 VDD 引腳 ,當(dāng)工作于寄生電源時(shí) ,該引腳必須接地 表 32 DS18B20 詳細(xì) 引腳功能描述 表 2 P3口的第二功能 12 ② DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi)部框圖下圖所示。 64 位 ROM 存儲(chǔ)器件獨(dú)一無二的序列號(hào)。暫存器包含兩字節(jié)（ 0 和 1 字節(jié)）的溫度寄存器，用于存儲(chǔ)溫度 傳感器的數(shù)字輸出。暫存器還提供一字節(jié)的上線警報(bào)觸發(fā)（ TH）和下線警報(bào)觸發(fā)（ TL）寄存器（ 2 和 3 字節(jié)），和一字節(jié)的配置寄存器（ 4 字節(jié)），使用者可以通過配置寄存器來設(shè)置溫度轉(zhuǎn)換的精度。暫存器的 6 和 7 字節(jié)器件內(nèi)部保留使用。第八字節(jié)含有循環(huán)冗余碼（ CRC ）。使用寄生電源時(shí)， DS18B20 不需額外的供電電源；當(dāng)總線為高電平時(shí)，功率由單總線上的上拉電阻通過 DQ 引腳提供；高電平總線信號(hào)同時(shí)也向內(nèi)部電容 CPP 充電， CPP 在總線低電平時(shí)為器件供電。 (4)DS18B20 的 4 個(gè)主要數(shù)據(jù)部件 ： ①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：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該 DS18B20 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。 ② DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號(hào)位。 這 是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測 13 到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)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 即可得到實(shí)際溫度。 例如 +125℃的數(shù)字輸出為 07D0H， +℃的數(shù)字輸出為 0191H，℃的數(shù)字輸出為 FF6FH， 55℃的數(shù)字輸出為 FC90H。 表 34DS18B20溫度數(shù)據(jù)表 TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT DIGITAL OUTPUT +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H +℃ 0000 0001 1001 0001 0191H +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H +℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8H ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5EH ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90H ③ DS18B20 溫度傳感器的存儲(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 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 ④配置寄存器 表 35 配置寄存器 0 R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 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(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)。 R1 和 R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（ DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位） 表 36R1與 R0確定傳感器分辨率設(shè)置表 R1 R0 傳感器精度 /bit 轉(zhuǎn)換時(shí)間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 14 1 1 12 750 (5)DS18B20 的工作過程 ? 初始化 ? ROM 命令跟隨著需要交換的數(shù)據(jù)；