【正文】 超過其溫度值就報警。顯示電路采用LCD1602 模塊，使用 8550 三極管為中心組成的報警電路。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 4 4 鍵盤 LCD 液晶 顯示電路 報警電路 單片機LCD顯示模塊集成功放 報警器鍵盤模塊AD 轉換運算放大器 模擬溫度傳感器 7 方案論證 方案一采用模擬溫度傳感器，轉換結果需要 經過運算放大器和 AD 轉換器傳送給處理器。它控制雖然簡單，但電路復雜，不容易實現對多點溫度進行測量和監(jiān)控。由于采用了多個分立元件和模數轉換器，容易出現誤差，測量結果不是很準確，因此本方案并不可取。 方案二采用智能溫度傳感器 DS18B20，它直接輸出數字量，精度高，電路簡單，只需要模擬 DS18B20 的讀寫時序，根據 DS18B20 的協(xié)議讀取轉換的溫度。 此方案硬件電路非常簡單，但程序設計復雜一些，但是在課外對 DS18B字符型液晶顯示、 4 4 鍵盤的程序有所了解，而且曾經在網上看到過此類程序程序設計，并且我們已 經使用開發(fā)工具 KEIL 用 C 語言對系統(tǒng)進行了程序設計，用仿真軟件 PROTEUS 對系統(tǒng)進行了仿真，達到了預期的結果。由此可見，該方案完成具有可行性，體現了技術的先進性，經濟上也沒有任何問題。 綜上所述，本課題應當采用方案二對系統(tǒng)進行設計。 8 第 3 章 系統(tǒng)設計 工作原理 基于單片機的單總線多點溫度測控系統(tǒng)以 AT89C51 為中心器件，以 KEIL為系統(tǒng)程序開發(fā)平臺，用 C 語言進行程序設計，以 PROTEUS 作為仿真軟件設計而成的。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 /輸出采用數字量，通過單總線，接收主機發(fā)送的命令，根據 DS18B20 內部的協(xié)議進行相應的處理，將轉換的溫度數值以串口形式發(fā)送給主機。主機按照通信協(xié)議用一個 IO 口模擬 DS18B20 的時序，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，在內部進行相應的數值處理，用字符型液晶模塊顯示各點的溫度。在系統(tǒng)啟動之時，可以通過 4 4 鍵盤設置各點溫度的上限值和下限值，當某點溫度超過設置值時，報警器開 始報警，從而實現了對各點溫度的實時監(jiān)控。 每個 DS18B20 有自己的序列號，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上掛接了 4 個DS18B20，通過 CRC 校驗，對各個 DS18B20 的 ROM 進行尋址，地址符合的DS18B20 才作出響應，接收主機的命令，向主機發(fā)送轉換的溫度。采用這種DS18B20 尋址技術，使系統(tǒng)硬件電路更加簡單。 DS18B20 雖然有測溫簡單的特點 ,但在實際應用中應注意一下幾點 : (1)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償 , 由于 DS1820 與微處理器間采用串行數據傳送，因此，在對 DS1820 進行讀寫編程 時，必須嚴格的保證讀寫 . (2)在DS1820 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DS1820超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 (4)在 DS18 20 測溫程序設計中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待 DS1820 的返回信號，一旦某個 DS1820 接觸不好或斷線，當程序讀該 DS1820 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行 DS1820硬件連接 和軟件設計時也要給予一 的重視 . 9 單元電路設計 DS18B20 與單片機接口電路設計 (1) DS18B20 與單片機的接口技術 如圖 31 所示： DS18B20 與單片機的接口電路非常簡單。 DS18B20 只有三個引腳，一個接地，一個接電源，一個數字輸入輸出引腳接單片機的 I/O 口，電源與數字輸入輸出腳間需要接一個 的電阻。 圖 31 DS18B20 與單片機接口電路 (2) 中央處理器 AT89C51 簡介 ① AT89C51 的特點 AT89C51 具有以下幾個特點： ? AT89C51 與 MCS51 系列的單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； ? 片內有 4k 字節(jié)在線可重復編程快擦寫程序存儲器； ? 全靜態(tài)工作 ,工作范圍： 0Hz～ 24MHz； ? 三級程序存儲器加密； ? 128 8 位內部 RAM； ? 32 位雙向輸入輸出線； ? 兩個十六位定時器 /計數器 ? 五個中斷源 ,兩級中斷優(yōu)先級； ? 一個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，片內有 4k字節(jié)的在線可重復編程、快速擦除快速寫入程序的存儲 器，能重復寫入 /擦除 1000 次， 10 數據保存時間為十年。它與 MCS51 系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51 系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產品沒有的功能。 AT89C51 可構成真正的單片機最小應用系統(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 I/O 口全部提供給用戶?？捎?5V 電壓編程 ,而且擦寫時間僅需 10 毫秒，僅為 8751/87C51 的 擦 除 時 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，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領域。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 芯片提供三級程序存儲器加密，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 ,通稱數據總線口 ,因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀 /寫操作。 ③ AT89C51 引腳功能 AT89C51 單片機 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，片內有 4k字節(jié)的在線可重復編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復寫入 /擦除 1000 次，數據保存時間為十年。它與 MCA51 系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51 系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產品沒有的功能。 AT89C51 可構成真正的單片機最小應用系統(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 I/O 口全部提供給用戶?？捎?5V電壓編程 ,而且擦寫時間僅需 10 毫秒，僅為 8751/87C51 的擦除時間的百分之一 ,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，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領域。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 芯片提供三級程序存儲 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 ,通稱數據總線口 ,因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀 /寫操作。 (3)DS18B20 的工作原理 ① DS18B20 數字溫度傳感器概述 DS18B20 數字溫度傳感器是 DALLAS 公司生產的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數字溫度計，十分方便。 DS18B20 產品的特點 ? 只要求一個端口即可實現通信。 ? 在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 ? 實際應用中不需要外部任何元器件即可實現測溫。 ? 測量溫度范圍在 － 到 ＋ 之間。 ? 數字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選 擇。 ? 內部有溫度上、下限告警設置。 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 名 稱 引腳功能描述 1 GND 地信 號 2 DQ 數 字 輸入輸出 引腳 ,開漏單總線接口引腳 ,當使用寄生電源時 ,可向電源提供電源 3 VDD 可 選擇 的 VDD 引腳 ,當工作于寄生電源時 ,該引腳必須接地 表 32 DS18B20 詳細 引腳功能描述 表 2 P3口的第二功能 12 ② DS18B20 的內部結構 DS18B20 的內部框圖下圖所示。 64 位 ROM 存儲器件獨一無二的序列號。暫存器包含兩字節(jié)（ 0 和 1 字節(jié)）的溫度寄存器，用于存儲溫度 傳感器的數字輸出。暫存器還提供一字節(jié)的上線警報觸發(fā)（ TH）和下線警報觸發(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置溫度轉換的精度。暫存器的 6 和 7 字節(jié)器件內部保留使用。第八字節(jié)含有循環(huán)冗余碼（ CRC ）。使用寄生電源時， DS18B20 不需額外的供電電源；當總線為高電平時，功率由單總線上的上拉電阻通過 DQ 引腳提供；高電平總線信號同時也向內部電容 CPP 充電， CPP 在總線低電平時為器件供電。 (4)DS18B20 的 4 個主要數據部件 ： ①光刻 ROM 中的 64 位序 列號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）是產品類型標號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20都各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 ② DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉化為例：用 16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達，其中 S 為符號位。 這 是 12 位轉化后得到的 12 位數據，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測 13 到的數值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度。 例如 +125℃的數字輸出為 07D0H， +℃的數字輸出為 0191H，℃的數字輸出為 FF6FH， 55℃的數字輸出為 FC90H。 表 34DS18B20溫度數據表 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 溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存 RAM和一個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和結構寄存器。 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 置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶不要去改動。 R1 和 R0用來設置分辨率，如下表所示：（ DS18B20 出廠時被設置為 12 位） 表 36R1與 R0確定傳感器分辨率設置表 R1 R0 傳感器精度 /bit 轉換時間 /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據；