【正文】 ................................................................ 29 III 摘 要 本文主要介紹了一種基于 AT89S51單片機(jī)和 DS18B20數(shù)字溫度傳感器來進(jìn)行測溫的方法。具體設(shè)計(jì)時(shí)，作者對(duì) AT89S51和 DS18B20進(jìn)行了接口電路設(shè)計(jì)，同時(shí)利用 74LS244進(jìn)行段碼驅(qū)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示輸出；并在此基礎(chǔ)上，通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)據(jù)采集和傳輸。 目前使用最廣的是智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器 ) ，是在 20世紀(jì) 90年代中期問世的。如果轉(zhuǎn)換 后的電流或電壓輸出是模擬信號(hào)，還必須進(jìn)行 A／ D轉(zhuǎn)換，以滿足單片機(jī)接口的需要。設(shè)計(jì)中采用 89S51單片機(jī)。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀 寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。另外，該引腳被略微拉高。 ? XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 ? 測 溫范圍 ： － 55℃ ～＋ 125℃ ， 固有測溫分辨率為 ℃。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。第5 個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 表 27 一部分溫度對(duì)應(yīng)值表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 的工作原理 工作時(shí)，主機(jī)控制 DS18B20 使各種命令對(duì) DS18B20 進(jìn)行操作 :初始化 DS18B20，發(fā)ROM 功能指令、發(fā)存儲(chǔ)器操作指令。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少 480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線 1us。 圖 DS18B20 測溫原理圖 在正測溫情況下， DS1820 的測溫分辨力為 ℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用 DS1820 提供的讀暫存器指令（ BEH）讀出以 ℃為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（ LSB），得到所測實(shí)際溫度的整數(shù)部分 Tz，然后再用 BEH指令取計(jì)數(shù)器 1的計(jì)數(shù)剩余值 Cs和每度計(jì)數(shù)值 CD。 DS18B20 MCS51 +3~+ I/O GND +3~+ 17 圖 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路 主板電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的 接 DS18B20 的 2 號(hào)引腳， P0 口送數(shù) P2 口掃描。 2) 顯示電路 顯示電路采用 3 位共陽 LED 數(shù)碼管，從 P3 口 RXD、 TXD 串口輸出段碼。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖，如圖 所示 . 圖 溫度轉(zhuǎn)換 子程序流程圖 圖 計(jì)算溫度子程序流程圖 計(jì)算溫度子程序 計(jì)算溫度子程序?qū)?RAM中讀取值進(jìn)行 BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖 所示。其程序流程圖如圖 所示。 P3 口中 、 、 接到按鍵電路。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三 狀態(tài) 的。系統(tǒng)對(duì) DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。 13 (3) 讀時(shí)序 主機(jī)采樣主機(jī)采樣454511主機(jī)寫1時(shí) 序主機(jī)寫0時(shí) 序 圖 讀時(shí)序 總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù) 。 (1) 初始化時(shí)序 響應(yīng)脈沖60 ~2 40等待1 5 60主機(jī) 最小4 80主機(jī)復(fù)位脈沖最小4 80 US 圖 初始化時(shí) 總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。 TM R1 R0 1 1 1 1 1 10 表 26 溫度數(shù)據(jù)值格式 LS 字節(jié) MS 字節(jié) 其中“ S”為標(biāo)志位，對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S＝ 0 時(shí)，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S＝ 1 時(shí)，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲(chǔ)器。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 ? DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只 6 三極管的集成電路內(nèi) 。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源 (VPP)。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。 同時(shí) P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。作為輸入時(shí)， P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 ? P0口： P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O口，每個(gè)管腳可吸收 8TTL門電流。它集 Flash ROM程序存儲(chǔ)器，并支持可在線編程（ ISP）功能；另一方面，由于價(jià)格低、因而被廣泛應(yīng)用于許多高性價(jià)比的場合，如工業(yè)控制、消費(fèi)電子等各種控制領(lǐng)域，對(duì)于簡單的測溫系統(tǒng)而言，它已經(jīng)足夠。 設(shè)計(jì)思路 單片機(jī)的接口信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。 本文正是基于溫度傳感器和單片機(jī)而構(gòu)建的電路，進(jìn)而完成溫度的測量和顯示。最大顯示溫度為 100度，最小顯示 10 度。由于 DS18B20數(shù)字溫度傳感器是單總線器件，與 AT89S51單片機(jī)組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，具有線路簡單、體積小等特點(diǎn)，并且由于是在同一根通信線上，因此可以擴(kuò)展、掛接很 多這樣的測溫系統(tǒng)，十分方便。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù) (ATE)的結(jié)晶，特點(diǎn) 是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配于各種微控制器 (MCU)。傳統(tǒng)的溫度檢測大多以熱敏電阻作為 溫度傳感 器。其主要特性如下： ? 與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全 兼容； ? 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器； ? 1000擦寫 周期； ? ~； ? 全靜態(tài)工作： 0Hz33MHz； ? 程序存儲(chǔ)器具有 3級(jí)加密保護(hù)； ? 128*8位內(nèi)部 RAM； ? 32可編程 I/O線； ? 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； ? 6個(gè)中斷源和 2個(gè)優(yōu)先級(jí)； ? 可編程全雙工串行通道； 圖 89S51單片機(jī)引腳圖 ? 低功耗的閑置和掉電模式； ? 看門狗（ W