【正文】 ，但是這種方法不方便，并且精度不高，操作性差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。近年來(lái)，各種新型溫度傳感器和測(cè)量方法大量出現(xiàn)并成功應(yīng)用。基于AT89C52單片機(jī)、C語(yǔ)言和DS18B20傳感器的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。論文通過溫度傳感器DS18B20提取12Bit溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算處理，使溫度數(shù)據(jù)可精確到小數(shù)點(diǎn)后4位，這在科學(xué)研究及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都具有重要價(jià)值。，利于有干擾現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。2）設(shè)計(jì)了實(shí)用的雙層總線結(jié)構(gòu)，分別是室內(nèi)測(cè)溫層和溫度數(shù)據(jù)傳輸層。根據(jù)實(shí)際需要，所檢測(cè)的溫度點(diǎn)數(shù)是可以擴(kuò)展的。因此，能否選擇一種適合于多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)就成為本系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。由于智能溫度傳感器采用數(shù)字化技術(shù)，能以數(shù)據(jù)形式輸出被測(cè)溫度值，具有測(cè)溫誤差小、分辨力高、抗干擾能力強(qiáng)、用戶可設(shè)定溫度上下限、具有超限自動(dòng)報(bào)警功能，并且?guī)Т锌偩€接口，適配各種微控制器，因此我們采用智能溫度傳感器。它集溫度測(cè)量、報(bào)警監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)通信多種功能于一體，并且兼容于DALLAS公司提出的單總線，可以很方便的組成底層總線。單片機(jī)在獲取溫度數(shù)據(jù)后需要進(jìn)一步和PC機(jī)通信。AT89C52單片機(jī)P1口的8條口線作為8條單總線，每條單總線上掛接DS18B20，因此完全可以滿足此系統(tǒng)溫度場(chǎng)測(cè)量的需要。由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨率數(shù)字溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，℃，測(cè)溫精度為177。新型數(shù)字溫度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。數(shù)字溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)大模式，操作非常簡(jiǎn)便。目前，數(shù)字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，所采用的總線主要有單線(lwire)總線、I^2C總線、SM BUS總線和SPI總線。集成溫度傳感器(如AD590、DS18B20等)使用方便，信號(hào)易于調(diào)理，它們的測(cè)溫范圍普遍窄，一般在200℃以下，基本可以滿足要求。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高,性能穩(wěn)定,使用方便，測(cè)量范圍為200℃~600℃，完全滿足要求，考慮到鉑電阻的測(cè)量精確度是最高的，但在價(jià)格方面偏貴，所以本課題最終選擇DS18B20作為實(shí)際應(yīng)用的溫度傳感器。它通過編程可實(shí)現(xiàn)9Bit至12Bit的數(shù)字值讀數(shù)方式，能將溫度值轉(zhuǎn)化為9Bit和12Bit的數(shù)字量。 DS18B20性能參數(shù)介紹DS18B20溫度傳感器特點(diǎn)如下：(1)獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊。(5)可通過數(shù)據(jù)線供電。T092封裝的DS18B20溫度傳感器的引腳排列見圖22所示。對(duì)于單線操作：漏極開路。圖23 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20的測(cè)溫原理DS18B20的測(cè)溫原理如圖24所示，它運(yùn)用了一種將溫度直接轉(zhuǎn)換為頻率的時(shí)鐘計(jì)數(shù)法。圖24 DS18B20測(cè)溫原理框圖 DS18B20自動(dòng)搜索算法由于系統(tǒng)使用了多片DSl8B20構(gòu)成溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)，因此，如何準(zhǔn)確、有效地對(duì)每一溫度傳感器進(jìn)行尋址成為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)核心問題。然后，將確定好編號(hào)的溫度傳感器接入單線網(wǎng)絡(luò)，利用DS18B20特有的單線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)搜索功能，即可搜尋到每片DSl8B20的注冊(cè)碼，再利用該注冊(cè)碼和相應(yīng)的ROM操作指令，即可從每片DSl8B20的TH寄存器中讀出相應(yīng)的設(shè)定編號(hào)，實(shí)現(xiàn)每片DSl8B20的尋址功能。只有與64位注冊(cè)碼嚴(yán)格相符的DS18B20，才能對(duì)后續(xù)的操作作出反應(yīng)。搜索命令發(fā)出之后，開始實(shí)際的搜索過程。從兩次讀到的數(shù)據(jù)位可以對(duì)注冊(cè)碼的第1位作出幾種判斷，如表24所列。按照這種搜索算法進(jìn)行下去,最終除了唯一一個(gè)DS18B20外，所有DS18B20將進(jìn)入等待狀態(tài)，經(jīng)過最后一輪檢測(cè)就可得到最后保留未進(jìn)入等待狀態(tài)的DS18B20的注冊(cè)碼。DS18B20的高速暫存寄存器的存儲(chǔ)分配圖：圖25 DS18B20高速暫存寄存器的存儲(chǔ)分配圖高速便箋式存儲(chǔ)器中的第4個(gè)字節(jié)為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度轉(zhuǎn)換的分辨率。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間之間權(quán)衡考慮。DS18B20工作在12位模式下，溫度字節(jié)的位定義如下：SSSSS2^62^52^4MSB 高字節(jié) LSB 2^32^22^12^02^12^22^32^4MSB 低字節(jié) LSB其中S為符號(hào)位，S為0時(shí)代表溫度值為正，S為1時(shí)代表溫度值為負(fù)。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)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，乘以相應(yīng)的溫度分辨率即可，當(dāng)S=1時(shí)，先把16位二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)碼后轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)，然后乘以相應(yīng)的溫度分辨率并在前面加上負(fù)號(hào)即可。若TTH或TTL，則將該器件的報(bào)警標(biāo)志置位，并對(duì)總線命令者發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。除了應(yīng)答脈沖，其余信號(hào)均由主CPU控制。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。DS18B20為用戶提供了5個(gè)ROM命令和6存儲(chǔ)器命令，而具體命令信息的傳送，則主要通過初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序三個(gè)基本時(shí)序單元的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。單線總線上的所有處理過程均從初始化開始。初始化過程的時(shí)序波形如圖26所示。寫時(shí)序包括兩種類型:寫1時(shí)序，寫0時(shí)序。主CPU在開始寫1周期時(shí)，必須將I/O線拉至低電平，然后再釋放，15us內(nèi)將I/O線拉成高電平。在此期間，主CPU應(yīng)釋放I/O線，使之處于輸入狀態(tài)以便讀取數(shù)據(jù)。圖28 讀寫時(shí)序圖寫DS18B20流程圖：圖29 寫時(shí)序流程圖寫DS18B20子程序?？梢娂纳娫捶绞娇梢允〉粢桓娫淳€，大大較低了布線的成本，但是當(dāng)總線上節(jié)點(diǎn)較多且同時(shí)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí),容易造成供電不足且所需的轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。AT89S52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CM0ssbit單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用AMTEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳，它集Flash程序存儲(chǔ)器即可在線編程(ISP)編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，且芯片價(jià)格便宜，因此，近年來(lái)得到了極其廣泛的應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)與通用微機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)不同，一般微機(jī)只有一個(gè)存儲(chǔ)器邏輯空間，可隨意安排ROM或RAM，訪存時(shí)用同一種指令，這種結(jié)構(gòu)稱為普林斯頓型。也就是最多可以在外部擴(kuò)展2*64KB存儲(chǔ)器。該模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等。圖216 1602外形尺寸接下來(lái)介紹DM1602液晶顯示器的程序設(shè)計(jì)。圖219 液晶顯示流程圖：。AT89S52的10腳(RXD)和11腳(TXD)提供了一個(gè)串行接口,采用TTL電平標(biāo)準(zhǔn)。表211 RS232引腳定義引腳號(hào)符號(hào)方向功能1DCD輸入數(shù)據(jù)載體檢測(cè)2TXD輸出發(fā)送數(shù)據(jù)3RXD輸入接收數(shù)據(jù)4DTR輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好5GND信號(hào)地6DSR輸入數(shù)據(jù)通訊設(shè)備好7RTS輸出請(qǐng)求發(fā)送8CTS輸入清除發(fā)送9RI輸出振鈴指示第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及程序編程第3章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及程序編程本章重點(diǎn)介紹將DS18B20應(yīng)用在單總線上組成測(cè)溫層，并設(shè)計(jì)了穩(wěn)壓電源電路、DS18B20與單片機(jī)的連接電路、PC與單片機(jī)的連接電路、外圍電路等以及軟件編程。由于此脈動(dòng)的直流電壓還包含較大的紋波,必須通過濾波電路加以濾除,從而得到平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí),維持輸出直流電壓穩(wěn)定。穩(wěn)壓電路的原理圖如圖32所示。圖33 穩(wěn)壓電源實(shí)物圖 溫度數(shù)據(jù)處理算法分析及程序設(shè)計(jì) 溫度數(shù)據(jù)處理算法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E^2RAM,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。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。=1時(shí)，溫度值取TL值。R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率，如上表31所示：(DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位)。為了把采樣得到的2進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可讀的溫度值,論文采用以下算法：因28H中高4位為符號(hào)位，低4位為溫度數(shù)據(jù)整數(shù)高4位，29H中高4位為溫度數(shù)據(jù)整數(shù)低4位，29H中低4位為溫度數(shù)據(jù)的4位小數(shù)。圖34 12bit溫度算法示意圖 溫度數(shù)據(jù)處理子程序溫度處理控制模塊的工作過程為：上電完成初始化后，AT89S52讀取存儲(chǔ)在外存24C04中的上次已設(shè)置好的溫度上下限值和保存的采樣間隔值，然后進(jìn)入主循環(huán)。圖36 DM1602與MCU接口電路圖本節(jié)我們將討論采用最廉價(jià)的通信方式——RS232來(lái)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送信息以及PC機(jī)接收溫度信息并加以處理。RXD為數(shù)據(jù)接收信號(hào)引腳。GND是其他引腳信號(hào)的參考電位信號(hào)。其中。 串口通信方式在串行口異步通信中，數(shù)據(jù)是一幀一幀(包含一個(gè)字符代碼或一字節(jié)數(shù)據(jù))傳送的，每一串行的數(shù)據(jù)格式如圖38所示。首先是一個(gè)起始位“0”,然后是5~8位數(shù)據(jù)(規(guī)定低位在前，高位在后)，接下來(lái)是奇偶校驗(yàn)位(可省略)，最后是停止位“1”。字符的起始位還被用作同步接收端的時(shí)鐘，以保證以后的接收能正確進(jìn)行。表32 SCON格式D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8T1R1串行口控制寄存器(SCON)每一位的功能如下：SM0、SM1：串行口4種工作方式的選擇位，具體定義如表33。TB8：發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，用于方式3，一般作為奇偶校驗(yàn)位使用。R1：接收中斷標(biāo)志位,一幀數(shù)據(jù)接收結(jié)束時(shí)由硬件置1，創(chuàng)的狀態(tài)可以供軟件查詢，也能申請(qǐng)中斷。在串行通信中，收發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)速率要有一定的約定，我們通過軟件對(duì)MCS51串行口編程可約定四種工作方式。此單片機(jī)的全雙工串行口可編程為4種工作方式，現(xiàn)分述如下:一、方式O的波特率方式0為移位寄存器輸入/輸出方式。CPU將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器時(shí)，立即啟動(dòng)發(fā)送，將8位數(shù)據(jù)以fos/12的固定波特率從RXD輸出，低位在前，高位在后。當(dāng)(R1)=O和(REN)=1同時(shí)滿足時(shí)，開始接收。發(fā)送或接收一幀信息，包括1個(gè)起始位0，8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位1。只有當(dāng)(R1)=0且停止位為1或者(SM2)=0時(shí),停止位才進(jìn)入RB8，8位數(shù)據(jù)才能進(jìn)入接收寄存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志RI。它比方式1增加了一位可程控為1或0的第9位數(shù)據(jù)。發(fā)送一幀信息后，置位中斷標(biāo)志TI。再過一位時(shí)間后，不管上述條件是否滿足，接收電路即行復(fù)位，并重新檢測(cè)RXD上從1到0的跳變。計(jì)數(shù)速率與TMOD寄存器中C/T的狀態(tài)有關(guān)。中斷響應(yīng)時(shí)間和執(zhí)行指令時(shí)間會(huì)使波特率產(chǎn)生一定的誤差，可用改變初值的辦法加以調(diào)整。 串口通信硬件連接電路PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信通過串口實(shí)現(xiàn)。所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V電源就可以了。每個(gè)DS18B20共傳送三個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)為傳感器所在的行列號(hào)，第二個(gè)字節(jié)是溫度整數(shù)部分，第三個(gè)字節(jié)是溫度小數(shù)部分。CC2是反饋電容，其值在5pF~3OpF之間選取，典型值為30pF。一般情況下,無(wú)論是機(jī)械振動(dòng)的振幅,還是交變電場(chǎng)的振幅都非常小。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的脈沖波，以便使MCS51片內(nèi)的fosc電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。單片機(jī)在開機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便中央處理器CPU以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。圖311 開機(jī)復(fù)位電路溫度檢測(cè)系統(tǒng)下位機(jī)具有聲光報(bào)警功能，當(dāng)檢測(cè)溫度超過上下限時(shí)，進(jìn)行聲光提示。根據(jù)采樣間隔時(shí)間，MCU讀取數(shù)字溫度傳感器DS1SB20內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，采樣分析并計(jì)算，將溫度數(shù)據(jù)由串口向遠(yuǎn)程終端發(fā)送，同時(shí)點(diǎn)亮LCD顯示當(dāng)前所測(cè)溫度值。DS18B20在通用多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 《農(nóng)機(jī)化研究》.2004(03)[6]丁曉進(jìn),史小軍,朱為,堵國(guó)梁。堆棧指針初始化MOV PSW,00H 。TH1初值MOV TL1,0FFH 。開總中斷MOV IP,00H 。開啟液晶背光LCALL DISPLCDMOV dptr, OudbMOV R0, 57MOV R7, 0EHNEXT:MOV A, 00HMOVC A, A+dptrMOV R0, AINC R0INC dptrDJNZ R7, NEXTMOV SYBLX, 01HMOV COMPC, 00HJB DS18B20, MAIN1MOV DSDK, 0FFHAJMP MAIN2MAIN1：MOV DSDK,33HMAIN2：SETB LED8P ；關(guān)閉數(shù)碼管顯示CLRBLA ；開啟液晶模塊背光LCALL SENDATALCALL SENDATALCALL YS500MAJMP MAINDISPLCD: 。寫指令0FH,顯示ON,光標(biāo)ON,閃爍ONLCALL ENABLEMOV LCD,06H 。第一行顯示第1個(gè)字符的位置ACALL ENABLEMOV R0,DLCD1CALL WRITEIMOV LCD,000h 。寫命令時(shí)序（參照1602LCD說(shuō)明書）CLR RSCLR RWSETB ERETWRITE1：