【正文】 寫周期之間必須有最短為 1 微秒的恢復(fù)時間 . 讀時間片：從 DS18B20 讀數(shù)據(jù)時，使用讀時間片。軟件實(shí)現(xiàn) DS18B20 的工作嚴(yán)格遵守單總線協(xié)議： (1)主機(jī)首先發(fā)出一個復(fù)位脈沖，信號線上的 DS18B20 器件被復(fù)位。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖 41 所示。溫度傳感器的仿真效果圖如圖 49 所示，此圖驗(yàn)證了傳感器的溫度與數(shù)碼管顯示的數(shù)字一致。采用寄生電源供電方式時 VDD端接地。 在主機(jī)檢測到應(yīng)答脈沖后 +，就可以發(fā)出 ROM 命令。然后以存在復(fù)位脈沖表示 DS18B20 已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收，然后給出正確的 ROM 命令和存儲操作命令的數(shù)據(jù)。 DS18B20 的電源供電方式有 2 種 : 外部 供電方式和寄生電源方式。 7. 最后將數(shù)據(jù)線拉高。 溫度的讀?。? DS18B20 在出廠時以配置為 12 位，讀取溫度時共讀取 16 位，所以把后 11 位的 2 進(jìn)64位 R O M和單線接口 存儲器與控制邏輯 高 速 緩 存 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器TH 低溫觸發(fā)器TL 配置寄存器 Vdd 8 位 CRC 發(fā)生器 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 16 制轉(zhuǎn)化為 10 進(jìn)制后在乘以 便為所測的溫度，還需要判斷正負(fù)。 7. 報(bào)警搜索命令可識別和尋址哪個器件的溫度超出預(yù)定值。 ： (T0)定時 /計(jì)數(shù)器 0 的外部計(jì)數(shù)輸入。當(dāng) P0 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器 (地址 80H)寫入全 1,此時 P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。 ALE 端的負(fù)載驅(qū)動能力為 8 個 LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)負(fù)載。 SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達(dá) 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。 時鐘電路 CPU ROM/EPROM/FLASH4KB 總線控制 串行口全雙工 1個 定時個 /計(jì)數(shù)器 2 中斷系統(tǒng) 5個中斷源 2個優(yōu)先級 4 個并行口 RAM128BSFR21 個 RST EA ALE PSES P0 P1 P2 P3 VSS 0 XTAL2 XTAL1 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 2. 存儲器系統(tǒng) 4K 字節(jié)的程序存儲器（ ROM/EPROM/Flash，可外擴(kuò)至 64KB）； 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器（ RAM，可再外擴(kuò) 64 3. I/O 口和其他功能單元 4 個并行 I/O 口； KB）； 特殊功能寄存器 SFR。這時工程管理窗口的文件頁 (Files)會出現(xiàn) “Target1”，將其前面 +號展開，接著選擇 Source Group1，右擊鼠標(biāo)彈出快捷菜單，選擇 “Add File to Group ?Source Group1?”，出現(xiàn)一個對話框，要求尋找并加入源文件 (在加入一個源文件后，該對話框不會消失，而是等待繼續(xù)加入其它文件 )。 多種輸出格式的支持 ： 可以輸出多種格式文件，包括 Gerber 文件的導(dǎo)入或?qū)С觯憷c其它 PCB 設(shè)計(jì)工具的互轉(zhuǎn)（如 protel）和 PCB 板的設(shè)計(jì)和加工。 智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。既可以單獨(dú)對多個 DS18B20 控制工作，還可以與 PC 機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外 AT89C51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，這些方法相對比較復(fù)雜，需要比較多的外部硬件支持。DS18B20 。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)內(nèi)容及性能指標(biāo) 在了解和熟悉 51 單片系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，掌握 A/D 轉(zhuǎn)換的基本原理及編程方法；掌握利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的基本原理及方法；設(shè)計(jì)一個數(shù)字溫度計(jì)（利用 MCS51 單片機(jī)、溫度傳感器 AD590， A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 設(shè)計(jì)一個數(shù)字溫度計(jì)，能顯示環(huán)境溫度；設(shè)計(jì)一個溫度控制器（利用 DS18B20 設(shè)計(jì)一個溫度控制器，可以顯示環(huán)境溫度，控制升降溫，超溫報(bào)警）。系統(tǒng)框圖如圖 12 所示：趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 圖 12熱電偶溫差電路測溫系統(tǒng)框圖 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。 2. 顯示電路 顯示電路采用 LED 液晶顯示數(shù)碼管，從 P3 口 RXD,TXD 串口輸出段碼。 3. 提供軟件調(diào)試功能，同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil 等軟件。 3. 獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能（ VSM） 支持主流的 CPU 類型 ： 如 ARM 8051/5 AVR、 PIC10/1 PIC1 PIC1 PIC2dsPIC3 HC1 BasicStamp、 808 MSP430等， CPU 類型隨著版本升級還在繼續(xù)增加，如即將支持 CORTEX、 DSP 處理器。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 AT89C51 單片機(jī)的介紹 AT89C51 單片機(jī)最初是由 Intel 公司開發(fā)設(shè)計(jì)的，但后來 Intel 公司把 51 核的設(shè)計(jì)方案賣給了幾家大的電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)商，譬如 SST、 Philip、 Atmel 等大公司。 5. 兩個定時器／計(jì)數(shù)器，每個定時器／計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 RST 引腳的第二功能是 VPD,即接入RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲在 RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。 EA/Vpp(31 腳 )：外部程序存儲器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。在訪問片外 EPROM/RAM 時，它輸出高 8 位地址。 DS18B20 功能特點(diǎn)： 1. DS18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)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 TH1. 采用單總線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根 I/O 線，在一根線上可以掛接多個 DS18B20。主要包括：寄生電源，溫度傳感器， 64位 ROM 和單總線接口，存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器 RAM，用于存儲用戶設(shè)定溫度上下限值的 TH 和TL 觸發(fā)器，存儲與控制邏輯， 8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）發(fā)生器等 7部分。 “1”后結(jié)束。 2. 較小的硬件開銷需要相對復(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 DS1820進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 由于 DS18B20 只有 一根數(shù)據(jù)線，因此它和主機(jī)（單片機(jī)）通信是需要串行通信，而AT89S51 有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實(shí)現(xiàn)。 一旦主機(jī)檢測到 DS18B20 的存在，它便可以發(fā)送一個器件 ROM 操作命令。 溫度報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)采軟件處理報(bào)警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，采用直流供電。 圖 44 計(jì)算溫度子程序流程圖 開始 溫度零下？ 溫度值去補(bǔ)碼置“ 1”標(biāo)志 置“ 0”標(biāo)志位 計(jì)算小數(shù)位溫度 BCD值 計(jì)算整數(shù)位溫度 BCD值 結(jié)束 N Y 發(fā) DS18B20 復(fù)位命令 結(jié)束 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位位為 1時將符號顯示位移入第一位。 圖 45 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖 報(bào)警子程序 設(shè)置報(bào)警標(biāo)志位位 beep,當(dāng)溫度大于設(shè)置的高限報(bào)警值或低于設(shè)置的低限報(bào)警值是，beep=1 報(bào)警；當(dāng)溫度值在正常范圍內(nèi)時， beep= 46 所示： 溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器 分離顯示溫度 標(biāo)志位為 1？ 最高位顯示“ _” 結(jié)束 最高溫顯示分離出的數(shù)據(jù) N Y 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 24 圖 46 報(bào)警流程圖 按鍵掃描處理子程序 按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位為 1 時，顯示設(shè)置溫度，否則顯示當(dāng)前溫度。（也可采用發(fā)光二級管報(bào)警電路，如過需要報(bào)警，則只需將相應(yīng)位置 1，當(dāng)參數(shù)判斷完畢后，再看報(bào)警模型單元ALARM 的內(nèi)容是否與預(yù)設(shè)一樣，如不一樣，則發(fā)光報(bào)警）報(bào)警電路硬件連接見圖 36。 所有的串行通訊 ，讀寫每一個 bit 位數(shù)據(jù)都必須嚴(yán)格遵守器件的時序邏輯來編程，同時還必須遵守總線命令序列，對單總線的 DS18B20 芯片來說，訪問每個器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化；其次執(zhí)行 ROM 命令；最后就是執(zhí)行功能命令 (ROM 命令和功能命令后面以表格形式給出 )。要使傳感器工作，一切處理均嚴(yán)格按照時序。 3. 在 DS18B20測溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時也要給予江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 一定的重視。 2. 延時確定的時間為 15 微秒。 圖 34 DS18B20 引腳圖 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的 “一線器件 ”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。 3. 低壓供電，電源范圍從 3~5V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生電源方式）。 P3口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL負(fù)載。 當(dāng) 輸入信號 EA 引腳接低電平 (接地 )時， CPU 只訪問外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。當(dāng) 8051 上電正常工作后， ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 1/6。 6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機(jī)都兼容 51 指令、并在 51 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是與 51 一致的。 Keil 提供包括C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，由以下幾部分組成： μVision IDE 集成開發(fā)環(huán)境 C51編譯器、 A51匯編器、 LIB51庫管理器、BL51連接 /定位器、 OH51目標(biāo)文件生成器以及 Monitor5 RTX51實(shí)時操作系統(tǒng)。 實(shí)時仿真 ： 支持 UART/USART/EUSARTs 仿真、中斷仿真、 SPI/I2C 仿真、 MSSP仿真、 PSP 仿真、 RTC 仿真、 ADC 仿真 、 CCP/ECCP 仿真。 Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。 3. 溫度傳感器 溫度傳感器采用美國 DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 DS18B20溫度傳感器。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。詳細(xì)介紹了其硬件和軟件設(shè)計(jì)，利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，此傳感器課讀取被測量溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。 c temperature range, maximum resolution up to 186。在生產(chǎn)過程中，為了高效地進(jìn)行生產(chǎn)，必須對它的主要參數(shù)，如溫度、壓力、流量等進(jìn)行有效的控制。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入 WTO，我國政府及企業(yè)對此都非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使 我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍?！?。這樣 ,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單 ,體積也不大。 用 AT89S51芯片控制溫度傳感器 DS18B20進(jìn)行實(shí)時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。同時，當(dāng)硬件調(diào)試成功后，利用 Proteus ARES 軟件，很容易獲得其 PCB 圖，為今后的制造提供了方便。 先進(jìn)