【正文】 圖 報警和調整按鍵電路 欽州學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 21 圖 總體硬件電路 4 軟件設計 系統(tǒng)軟件程序設計 圖 系統(tǒng)主程序執(zhí)行流程圖 開始 液晶初始化 溫度傳感器初始化 時鐘芯片初始化 是否調整時間、日期？ 調整時間或日期 Y N 是否調整溫度上、下限？ 調整上、下限 Y 溫度是否超限？ N 報警 顯示 Y N 按鍵掃描 黃日剛 基于單片機的數(shù)字溫度計的設計 22 主程序執(zhí)行流程如圖 所示， 主程序先對液晶、溫度傳感器和時鐘芯片進行初始化，然后不停判斷是否進行時間、日期或者溫度上、下限的調整。 本設計按鍵分為兩部分而且都是獨立按鍵，一部分是時間調整按鍵，另一部分是溫度上、下限調整按鍵。 采用雙電源給 DS1302 供電，主電源 采用5V 供電，當失去主電源 時自動切換到 3V 備用電池 ，以保證時鐘芯片的正常計時 。 黃日剛 基于單片機的數(shù)字溫度計的設計 16 圖 讀 /寫時序圖 3 硬件電路 本設計的硬件電路有單片機主控制模塊、溫度和時鐘顯示模 塊、時鐘電路模塊、溫度測量模塊、報警模塊以及按鍵模塊。因此，總線控制器在發(fā)出讀暫存器指令 [BEH]或 者 讀電源模式指令 [B4H]后 ， 一定馬上 開始進行 讀時序， 這樣 DS18B20才 能夠響應 請求信息。當總線控制器把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到低電平的時候，寫時序開始 ， 見圖 。 一個存在脈沖出現(xiàn)在 一個復位 脈沖 之后，表示DS18B20 已經(jīng) 完成做好 準備 ，可以接收和 發(fā)送數(shù)據(jù)。 DS18B20 工作時序 為了確保數(shù)據(jù)的完整性 DS18B20 必須依靠嚴格的單總線協(xié)議。 (5)召回 EEPROM 指令 [B8H]。向 DS18B20 的暫存器寫入數(shù)據(jù) 就需要用到這條命令 ，從開始到最后，寫入的地方也會有所變化的， 可以分為三個階段， 每個階段寫人一個字節(jié)。 要完成對 DS18B20 的操作不得不使用 兩種指令，一種是 ROM 指令，另一種是功能指令。 值得 注意 的是 當總線上 僅有一個器件時 ， 不管怎樣 ， 當要把 一條讀取暫存器指令 [BEH]發(fā)出之前必須先發(fā)送忽略 ROM指令 。 在 這樣的指 令 下 總線控制器 可以直接 讀取從機 中 的 64 位黃日剛 基于單片機的數(shù)字溫度計的設計 12 片序列碼 ，不 在 需要用到 搜索 ROM 指令 ?？偩€控制器 只有 在發(fā)出一條 ROM指令之后 才能 發(fā) 送 一條 DS18B20功能指令。 在 單總線 中，初始化序列是任何 執(zhí)行操作處理 的 開始。 DS18B20 成功 啟動 之后 處于 低功耗等待狀態(tài)， 如果要進行 溫度測量 以及 AD 轉換時， 主 控制器 向傳感器 發(fā)送 [44H]命令。當 在 所有 器件 都 經(jīng)由 漏極開路端口或者 一個 3態(tài)端口與總線連接 到一塊 的情況下 ，控制線需要連接一個弱上拉電阻。 有這種 配置寄存器 ， 用戶 可以設定 溫度的精度 為 1 1 10 還有 9 位 這四種中的其中一種 。 溫度傳感器 DS18B20 DS18B20 是 新 研發(fā)生產(chǎn) 的 傳感器， 具備單總線方式和 數(shù)字化 的特點 ， 這種傳感器 適配微處理器 屬于 一種 改進型 器件，具備了 智能 化的特點 ，可直接讀出被測溫度 [14]。 第 7位 表示 操作對象是 RAM還是寄存器，該位為 1，對 RAM操作；不為 1，對時鐘寄存器操作。 （ 1） 1腳 VCC1為后備電源引腳； （ 2） 2和 3腳 X X2是晶振引腳； （ 3） 4腳 GND作 為接地 引 腳； （ 4） 5腳 RST作 為復位 引 腳； （ 5） 6腳 I/O作 為數(shù)據(jù)輸入、輸出引腳； （ 6） 7腳 SCLK作 為串行時鐘引腳； （ 7） 8腳 VCC2作 為主電源引腳； 欽州學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 7 圖 DS1302管腳及內部結構圖 DS1302的寄存器 DS1302內部含有時鐘相關的寄存器，通過向 相關 寄存器寫入 一些 命令字實現(xiàn) 對時鐘 DS1302的操作，例如 在需改變 某時刻 分 的初 始值， 首 先 要 把命令字 82H寫入 寄存器 ,然后 就可以把初始值寫入分 寄存器； 當某時刻分的值需 要讀出 時 ，需要先寫入命令字 82H,然后才 可以 從 分 寄存器讀取數(shù)據(jù)。 LCD1602 可以 能讓系統(tǒng)的顯示模塊 能夠 可以顯示比較多的信息，該器件采用并行接口，傳送數(shù)據(jù)的效率欽州學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 5 也 比較 好。 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的 選擇腳 ， 當這個管腳 接 到 高電平 時指令 被 從內部程序存儲器讀取 ， 當這個管腳 接 到 低電平 時指令被 從外部程序存儲器讀 取 ?？臻e模式下， CPU 不 工作， 但串口、 RAM、 中斷、 定時器 /計數(shù)器 仍然 工作 [6]。 具體系統(tǒng)設計框圖如圖 所示。本系統(tǒng) 僅使用一只 DS18B20 傳感器 ， DS18B20 不僅可以直接讀取被測溫度值進行顯示，而且溫度傳感器 DS18B20 具有 獨特的 單總線 接口 方式 ， 與 單片機 連接時僅需要一條線既可實現(xiàn)通訊 ，無需 太多 外部元件，簡化了 外圍電路 [5]。 時代在進步 ， 科學技術也快速發(fā)展，新技術推動了溫度測量方式的變化， 無需人員參與就 能夠 自動檢測的測 溫系統(tǒng) 被 廣泛應用 。 本系統(tǒng)顯示部分 采用 LCD 液晶顯示屏顯示，工作方便，外形美觀。 數(shù)字溫度計和數(shù)字鐘 便是其中的代表 之一 ，把單片機結合到溫度計和時鐘的設計中，使他們實現(xiàn)數(shù)字化， 大大 方便了人們對溫度的測量和時間的記錄。測溫 元件 選用的 是 一種封裝類似于三極管的溫度傳感器 ， 此 溫度 傳感器具備把模擬量轉變?yōu)閿?shù)字量的功能 ， 大大簡化了本設計 的 電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也降低了設計成本 。 系統(tǒng)設計框圖 主控 器 模塊、 顯示模塊、測溫模塊 和 時鐘模塊 是本系統(tǒng)的主要部分，另外還加有一些簡單電路，例如復位電路、報警電路和按鍵等 。 它分 有 DIP40， PLCC44， PQFP44 三種封裝 類型，第一種封裝類型是最普遍的，也是最常用的，所以此系統(tǒng)選擇了第一種封裝類型 。其管腳圖如下圖 所示。 LCD1602 顯示屏 LCD1602 液晶屏 ，可以顯示兩行的內容，共有 32 小格 ，每個字符占用一個小格子 的空間 。 使用這類型的液晶前要了解相關指令的作用以及指令的設置方法， 只有在完成相關指令 的 設置 的情況下 ，才能在屏幕上顯示所需 的 效果， 這種液晶 總 共有 11 條指令 ， 如表 所示 。 黃日剛 基于單片機的數(shù)字溫度計的設計 8 （ 2） 10SEC為秒的十位 數(shù)字， SEC為秒的個位數(shù)字； （ 3） 10MIN為分的十位數(shù)字， MIN為分的個位數(shù)字； （ 4） AP為小時的格式設置位， AP=0，上午模式（ AP）； AP=1，下午模式（ PM）； （ 5） 10DATE為日期的十位數(shù)字， DATE為日期的個位數(shù)字； （ 6） 10M為月的十位數(shù)字， MONTH為月的個位數(shù)字； （ 7） DAY為周的個位數(shù)字； （ 8） 10YEAR為年的十位數(shù)字， YEAR為年的個位數(shù)字； DS1302內部的 RAM共有 兩 種 ，一 種 是單個 RAM單元， 總共 31個，一個 8位的字節(jié) 作為每一個單元 [13]。 1 RAM/CK A4 A3 A2 A1 A0 R/W 圖 DS1302的命令字結構 圖 DS1302工作時序圖 單片機和 DS1302之間的通信協(xié)議規(guī)定：無數(shù)據(jù)傳遞時， SCLK這個引腳會 保持低電平 的狀態(tài) ，此時如果 CE從低電平變成高電平時即啟動數(shù)據(jù)傳輸， CE為低電平時禁欽州學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 9 止數(shù)據(jù)傳輸。 這樣的一 種 特性在 過程監(jiān)測和控制、 機器 溫度探測 、 儀器 溫度探 測 、 建筑物溫度 探測 等方面 都極其 有用 [1516]。對于單線操作：漏極開路。 DS18B20 有兩種供電模式，一種是外部電源供電模式， 即把外部電源 接到 VDD 引腳 即可完成供電 ， 另一種是 寄生電源 供電 模式，該模式允許 DS18B20工作于無外部電源需求狀態(tài)。 由一個或多個從機和一塊總線控制器組成的系統(tǒng)通常稱為 單總線系統(tǒng) 。 步驟 2： ROM 操作指令。 器件的 ROM 編碼被總線控制器通過搜索 ROM 指令 不停的 搜索， 直到 所有從機器件 被確認為止 。匹配 ROM 指令， 控制器發(fā)送這個指令后，接著發(fā)送器件的 64 位 ROM 編碼序列， 目的是在 總線上 尋找與所發(fā)送的編碼序列匹配的器件。 (5)報警搜索指令 [ECH]。 DS18B20 的功能指令詳見下文，同時被概括于表 。 (3)讀暫存器指令 [BEH]。 DS18B20 接 電時 此類 拷回操 作可以 自動 完成 ， 因此 ， 一旦給 器件 供 電 成功 ，有效的數(shù)據(jù)立馬存在于 暫存器里 中 。 黃日剛 基于單片機的數(shù)字溫度計的設計 14 表 DS18B20 功能指令表 DS18B20 功能指令表 指令 說明 協(xié)議 單總線發(fā)出協(xié)議后 備注 轉換指令 溫度轉換指令 開始溫度轉換 44h 讀溫度忙狀態(tài) 1 存儲器指令 寫暫存器指令 讀取 CRC 字節(jié) 和暫存器 4Eh 一直讀到最高位（ 第 9字節(jié) ） 2 讀暫存器指令 把字節(jié)寫入 配置寄存器、 TH和 TL BEh 寫入 3 個字節(jié)到DS18B20 3 拷貝暫存器指令 拷貝 配置寄存器 、 TH和 TL的數(shù)據(jù) 到 EEPROM 中 48h 無 1 召回 EEPROM 指令 把 EEPROM 中的 數(shù)據(jù) 召回 到 配置寄存器 、 TH和 TL 中 B8H 把 拷貝標識 傳送到 總線控制器 讀電源模式指令 器件 供電模式 的標識 B4h 把 供電狀態(tài) 返回 備注： (1)DS18B20 采用寄生電源模式 的情況下 ， 處在 拷貝數(shù)據(jù)到 EEPROM 和 溫度轉換的 期間 內 ，單總線 必須得到 一個強上拉。當 I/O 引腳上的上升沿 被 DS18B20 探測到 后，等待 1560us,然后發(fā)出一個由 60240us 低電平信號構成的存在脈沖。一個寫 0 時序 的完整產(chǎn)生 ， 數(shù)據(jù)線 必須 由 總線控制器 拉到低電平 而且要 持續(xù)保持至少60us。 如果 總線 從高電平 變?yōu)?低電平時， 表示 讀時序開始， 總 線必須至少保持 1us， 然后總 線被釋放 ,如圖 所示。主要有供電部分、晶振電路部分以及復位電路部分，具體如圖 所示。單總線通常要求外接一個上拉電阻，在此采用的電阻阻值為。按鍵 3 則為退出健，用調整模式的退出。 使用控制指令可以實現(xiàn) 液晶顯示模式的設置 ，全部指令都是由主控制器發(fā)出的 。 //AC 遞增 , 畫面不動 } (2) 讀狀態(tài)程序 unsigned char LCD_Wait(void) { LcdRs=0。 LcdRs=style。 _nop_()。 DS1302_CLK = 1。 DS1302_CLK = 1。 delay_18B20(100)。0x01。i++) { DQ = 0。 ds1820rst()。 b=ds1820rd()。 tvalue=tt*10+。 致謝 在此論文完成之際，謹向我的導師老師表示衷心的感謝！從選題，開題報告以及后來的設計都得到了老師的幫助。 把 之前學過的 知識從腦子里 挖掘出 來 ， 然后應用到這次 設計上，我感覺很開心， 做到 了 理論聯(lián)系實際 ，學以致用 。 if(tvalue0x0fff) tflag=0。 ds1820rst()