【正文】 低位在前，高位在后數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式如下表 （ 以 12 位轉(zhuǎn)化為例 )： 圖 溫度信號(hào)寄存器格式 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0 ，這 5 位為 0 ，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0 ，這 5 位為 1 ，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度。單總線僅在主機(jī)發(fā)出讀寫時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機(jī)向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù) 。 95 年出現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)。 P3 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 F0：用戶標(biāo)志位：用戶可用軟件對(duì) F0 置位 “1” 或清 “0” ，以決定程序的流向。 3． 4 AT89C2051 程序保密 性能 89C2051 設(shè)計(jì)有 2 個(gè)程序保密位，可以不對(duì)它們編程（ U），也可以對(duì)它們編程（ P）來(lái)獲得如表 所列的附加特性 表 鎖存位保護(hù)模式 加 密模式 LB1 LB2 加密類型 1 U U 無(wú)程序加密特性 2 P U 禁止再對(duì)閃存編程 3 P P 同模式 2，同時(shí)禁止檢驗(yàn)閃存 保密位 1被編程之后，程序存儲(chǔ)器不能再被編程除非做一次擦除，保密位 2 被編程之后，程序不能被讀出 。 （ 5） 20 條 I/O 量 已經(jīng)滿足 本次 設(shè)計(jì)要求。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎局孕牡母兄x和 至高的敬意 ！ 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 39 結(jié)束語(yǔ) 轉(zhuǎn)眼大學(xué)生活就進(jìn)入到了尾聲，而在這個(gè)時(shí)我也完成自己的畢業(yè) 設(shè)計(jì)。這些收獲給我?guī)?lái)的幫助遠(yuǎn)不止作好畢業(yè)設(shè)計(jì)那么簡(jiǎn)單，我相信在踏上工作崗位之后它們也將成為我向上的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 致 謝 本次設(shè) 計(jì) 是在 賴申江老師 的悉心指導(dǎo)下完成的。 其原因有下列 5點(diǎn)： （ 1） 2051 采用的是 MCS51 的核心 ，兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 。 SP賦值方法： MOV SP,50H（其中 50H 為寄存器 50H，不可直接寫為 50H，否則 SP 指向寄存器 00H） 3． 3． 4 存儲(chǔ)器 89C2051 片內(nèi)含有 2k 字節(jié)的 Flash 程序存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)的片內(nèi) RAM,與 80C31 內(nèi)部完全類似。 （ 4） 程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器 PSW：用來(lái)存放當(dāng)前指 令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征，以便為下一條指令的執(zhí)行提供依據(jù)。 ? P3 口： ～ 、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的 7 個(gè)雙向 I/O 端口。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。 2． 5 DS18B20 使用注意事項(xiàng) DS1820 在實(shí)際應(yīng)用中 應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： （ 1） 每一次讀寫之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 光刻 ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼 。主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來(lái)計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。圖中 GND為地， I/O 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出端（即單線總線），該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。C 。 （ 3）總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化 目前，智能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 (1Wire)總線、 I2C 總線、 SMBus 總線和 spI 總線。 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 1． 5 智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢(shì) 進(jìn)入 21 世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著總線標(biāo)準(zhǔn)化、多功能、高精度、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 智能傳感器具有 ：通過(guò)軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動(dòng)化能力；功能多樣化 等特點(diǎn) 。隨著 半導(dǎo)體 技術(shù)的 高 速 發(fā)展 ,特別是大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展 , 數(shù)字化 、 微型化 、 集成化 成為 了 傳感器發(fā)展的 主 要方向 。 1． 3 智能傳感器概述 智能傳感器最初是由美國(guó)宇航局 1978 年在開發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品。在這種操作中，只有寫操作是單向的，初始化操作和讀操作都是雙向的。 DS1624 還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部 256 字節(jié)的 E2PROM 存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短信息。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 （ 7） 負(fù)壓特性 。 圖 外接電源工作方式 2． 2 DS18B20 存儲(chǔ)器 及 設(shè)置寄存器 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 E2RAM, 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。 低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1。通常為了給 1WIRE 設(shè)備提供足夠的電源，需要一個(gè) MOSFET 管將 1WIRE 總線上拉至 +5V 電源。 （ 5） 在 DS1820 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820 ，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。省電模式中，片內(nèi) RAM 將被凍結(jié)，時(shí)鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運(yùn)行。 89C2051 工作于 12Hz 時(shí)，動(dòng)態(tài)電流為 ，空閑態(tài)為 1mA,掉電態(tài)僅為 20nA。 （ 2） 程序計(jì)數(shù)器：存放 CPU 執(zhí)行下一條指令的地址。 （ 2）將普通 8031/80C31 仿真器的仿真插頭中 ～ 和 ～ 引出來(lái)仿真205T,這種方法可以運(yùn)用單步、斷點(diǎn)的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實(shí)，比如， 2051 的內(nèi)部模擬比較器功能， P1口、 P3口的增強(qiáng)下拉能力等等。系統(tǒng)程序分 為傳感器控制程序和顯示器程序兩部分 。 考慮到 AT89C2051， 80C31 和 PIC單片機(jī) 的特點(diǎn)， 最后決定選用 AT89C2051。 至此，所有關(guān)于畢業(yè)設(shè) 計(jì)的內(nèi)容就介紹完了。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對(duì)傳感器的讀寫 操作 和對(duì)溫度的顯示。 從元器件的成本，電路板的面積和加密性來(lái)看，使用 89C2051 都是合算的。 （ 3） 堆棧指針 SP：用于子程序調(diào)用和中斷處理。 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 3． 3 AT89C2051 內(nèi)部單元 3． 3． 1 結(jié)構(gòu)框圖 圖 AT89C2051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 3． 3． 2 運(yùn)算器 （ 1） 算術(shù)／邏輯部 件 ALU：用以完成 +、 、 *、 / 的算術(shù)運(yùn)算及布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算，并通過(guò)運(yùn)算結(jié)果影響程序狀態(tài)寄存器 PSW 的某些位，從而為判斷、轉(zhuǎn)移、十進(jìn)制修正和出錯(cuò)等提供依據(jù)。 圖 AT89C2051 引腳功能說(shuō)明： ? GND：地 ? VCC：電源 ? P1 口： P1 口是一個(gè) 8 位雙向 I端口 ，一般做 I/O 用 ，其中 ～ 引腳帶有內(nèi)部上拉電阻， 和 要求外部上拉電阻。 （ 6） 連接 DS1820 的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。 圖 1WIRE 協(xié)議的復(fù)位脈 沖時(shí)隙 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 圖 1WIRE 讀寫 “ 0/1” 時(shí)隙 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，如果出現(xiàn)序列混亂，1WIRE 器件將不響應(yīng)主機(jī)，因此讀寫時(shí)序很重要。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。 暫存存儲(chǔ)器包含了 8 個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位 TL ，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位 TH 。 （ 8） 掉電保護(hù)功能 。 與微處理器連接時(shí) ， 僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 智能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、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡(jiǎn)便。 因而，這種單總線技術(shù)具 有節(jié)省 I/O 口線 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，成本低廉，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展， 1983 年美國(guó) Honeywell 公司首次推出用于過(guò)程工業(yè)的智能壓力傳感器。 過(guò)去 溫度 檢測(cè) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 ,大多 采用模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì) ,這樣就不可避免地遇到諸如 傳感器外圍電路復(fù)雜及抗干擾能力差 等問(wèn)題 。 智能傳感器帶有微處理機(jī)，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。主機(jī)或從機(jī)通過(guò)一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連至數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線，而讓其它設(shè)備使用總線。典型產(chǎn)品有 DS16DS162 TCN7 LM7 MAX6625。C 范圍內(nèi)，精度為 177。 2． 1． 2 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 溫度傳感器 ， 64 位光刻 ROM， 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL， 高速暫存器。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)，可用來(lái)保證通信正確。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá) 到被測(cè)溫度值 。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500us ，然后釋放， DS18B20 收到信號(hào)后等待 16us～ 60us 左右，然后發(fā)出 60us～ 240us 的存在低脈沖 ，主 CPU 收到此信號(hào)后表示復(fù)位成功。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹? 對(duì)端口寫 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可作輸入口。乘法時(shí)， B 用來(lái)存放乘數(shù)以及積的高字節(jié)；除法時(shí)， B 用來(lái)存放除數(shù)及余數(shù)。 MCS51 由包括 PC 在內(nèi)的 22 個(gè)特殊功能寄存器，它們除有各自的名稱外，還有唯一的地址，離散的分布在片內(nèi) RAM 中的 80H～ FFH 共 128 個(gè)存儲(chǔ)單元中。與 PIC相比 2051 更適合于較復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，適合一些軟件需要多次修改的應(yīng)用。該系統(tǒng)具有 更高速、更靈敏、更簡(jiǎn)捷地獲取被分析、檢測(cè)、控制對(duì)象的 溫度 信息 的能力，同時(shí) 具有良好的抗干擾及環(huán)境適應(yīng)能力 （ 測(cè)溫范圍 55 ℃ ~+ 125 ℃ ） 。 老師們常說(shuō)畢業(yè)設(shè)計(jì)重在過(guò)程，事實(shí)也確是如此。畢業(yè)設(shè)計(jì)的水平在很大程度上代表了畢業(yè)生的水平，只有合格完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的人才能算做一個(gè)合格的畢業(yè)生。 溫度傳感器 DS18B20 將被測(cè)環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號(hào)的數(shù)字信號(hào)（以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個(gè)字節(jié)），傳感器可置于離裝置 150 米以內(nèi)的任何地方，輸出腳 I/O 直接與 單片 機(jī) 的 相連，傳感器采用 寄生 電源 供電。 （ 1）由于 89C2051 內(nèi)部程序存貯器為 Flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個(gè)可以編程 89C2051 的編程器即可。 ：未定義。但是限定 9 腳 電流之和小于 ，引腳的平均電流只 9mA。 特性 ? 與 MCS－ 51 產(chǎn)品兼容 ? 2K 字節(jié)可重編 程閃存 － 耐久性： 1,000 次讀 /寫周期 ? 工作電壓 至 V ? 全靜態(tài)運(yùn)行： 0Hz 至 24MHz ? 兩級(jí)程序鎖存 ? 1288 位內(nèi)部 RAM ? 15 個(gè)可編程 I/O 口 ? 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 六個(gè)中斷源 ? 可編程串行 UART（ = Universal Asynchronous Receiver Transmitter,通用異步收發(fā)器 )通道 ? 可直接驅(qū)動(dòng) LED 的輸出 ? 芯片級(jí)模擬比較器 ? 低功耗空閑模式和微功耗模式（ Powerdown mode） AT89C2051 是 美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn) 的 一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 2k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀 Flash 程序存儲(chǔ)器和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 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) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C2051 單片機(jī)可為 用戶 提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合。 （ 3） 轉(zhuǎn)化后得 到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0 ，這 5 位為 0 ，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0 ，