【文章內容簡介】 注意以下幾方面的問題： (1)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件迸行補償，由于 DSl8B20 與微處理器間采用串行數據傳送，因此，在對 DSl8B20進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取 測溫結果。在使用 PL/M、 C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對 DSl8B20操作部分最好采用匯編語言實現。 (2)在 DSl8B20 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DSl8B20 數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DSl8B20，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DSl8B20超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 (3)連接 DSl8B20 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電 15 纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數據將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞 線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用 DSl8B20 進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。測溫電纜線建議采用屏蔽 4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VDD和地線，屏蔽層在源端單點接地。 (4)在 DSl8B20 測溫程序設計中，向 DSl8B20 發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待 DSl8B20的返回信號，一旦某個 DSl8B20接觸不好或斷線，當程序 讀該 DSl8B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行 DSl8B20硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 167。 2． 3 單片機的選擇 167。 2． 3． 1單片機概述 單片微型計算機簡稱單片機 [8]，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機。它把中央處理器、存儲器、輸入／輸出接口電路以及定時器，計數器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強且可靠性高等特點，因此，適合應用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器 (MCU)代 替單片微型計算機 (SCM)這一名稱。“微控制器”更能反映單片機的本質，但是由于單片機這個名稱已經為國內大多數人所接受，所以仍沿用“單片機”這一名稱。 單片機的主要特點有： 1)具有優(yōu)異的性能價格比。 2)集成度高、體積小、可靠性高。 3)控制功能強。 4)低電壓，低功耗 [9]。 單片機的主要應用領域： 由于單片機具有上述顯著的特點，因此，其應用領域無所不至，在自動化裝置、智能化儀器儀表和家用電器等領域得到日益廣泛的應用。 其典型的應用領域有： 1)工業(yè)控制 16 2)儀器儀表 3)電信技術 4)辦公自動化 和計算機外部設備 5)汽車和節(jié)能 6)制導和導航 7)商用產品 8)家用電器 [10]。 因此，在本課題設計的溫度測控系統(tǒng)中，采用單片機實現溫度的控制。在單片機選用方面， 由于 AT89 系列單片機 [11]與 MCS51 系列單片機兼容，所以，本系統(tǒng)中的單片機選用 ATMEL 公司生產的 AT89C52 芯片，它是該公司生產的標準型單片機。 167。 AT89C52 芯片的主要性能 AT89C52 是 ATMEL 公司生產的 低電壓，高性能 CMOS 8位單片機 ，片內含 8KB的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256B 的隨機存取 數據存儲器 。它具有如下的一些特性： 與 MCS51產品指令和引腳完全兼容 8KB 可重擦寫 Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0HZ24HZ 三級加密程序存儲器 256x8 字節(jié) 內部 RAM 32 根可編程 I/O 引線 3 個 16 位計數器／定時器 8 個中斷源 可編程串 行 UART 通 道 低功耗空閑和掉電模式 167。 2． 3． 3 AT89C52芯片的內部結構框圖 AT89C52 提供以下標準功能： 8K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 256 字節(jié)內部 RAM，32個 I/O 口線， 3 個 16 位定時 /計數器，一個 6向量兩級終端結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C52可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式，空閑方式停止 CPU 的工作，但允許RAM，定時 /計數器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工 作并禁止其它所有部件工作指導下一個硬件復位。 PORT 0 DRIVERS 17 PORT 0 DRIVERS PORT 2 DRIVERS RAM ADDR REGISTER RAM PORT 0 LATCH B REGISTER PORT 2 LATCH FLASH ACC STACK POINTER PROGRAM ADDRESS REGISTER BUFFER PC INCREMENTER PROGRAM COUNTER DPART TMP2 TMP1 ALU PSW INTERRUPT， SERIAL PORT，AND TIMER BLOCKS TIMING AND CONTROL INSTRUCTION REGISTER PORT 1 LATCH PORT 3 LATCH PORT 0 DRIVERS PORT 0 DRIVERS OSC VCC GND PSEN ALE/PROG EA/VPP RST ~ ~ ~ ~ 18 圖 2— 9 AT89C52 內部結構框圖 167。 2． 3． 4 AT89C52 芯片的引腳說明 芯片 AT89C52的 40個引腳 大致可分為 4類：電源、時鐘、控制、 I/O引腳 ，引腳如圖 2． 10所示 圖 AT89C52引腳圖 (1)Vcc 芯片電源，接 5V (2)VSS – 接地端 (1)XTALl：作為振蕩器反相放大器的輸入和內部時鐘發(fā)生器的輸入。 (2)XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 ：控制線共有 4跟 ⑴ ALE/PROG:當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時， ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)，一般情況下， ALE仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的，要注意的是：每訪 問外部數據存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。 19 對 Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入變成脈沖。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器區(qū)中的 8EH單元的 D0位置位，可禁止 ALE操作，該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC指令才能將 ALE激活，此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE禁止位無效。 ⑵ PSEN:程序存儲器允許輸出時外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C52由外部程序存儲器取指令時，每個機器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次 PSEN信號。 ⑶ RST:復位輸入，當振蕩器工作時， RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ⑷ EA/VPP:外部訪問允許，欲使 CPU僅訪問外部程序存儲器， EA端必須保持低電平，需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復位時內部會鎖存 EA端狀態(tài)。 如 EA端為高電平， CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。 Flash存儲器編程時，該引腳加上 +12V的編程允許電源 VPP，當然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 VPP。 ATM89C52共有 4個并行 I/O端口： P0、 P P P3口，共 32個引腳。 ﹒ P0: P0口是一組 8位漏極開路型的雙向 I/O口，也即地址 /數據總線復用口，作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動 8個 TTL邏輯門電路，對端口 P0寫“ 1” 時，可作為高阻抗輸入使用。 在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低 8位）和數據線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。 在 Flash編程時， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 ﹒ P1: P1是一個帶內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P1的輸出緩沖級可驅動 4個 TTL邏輯門電路。對端口寫“ 1”， 通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 與 AT89C51不同的是： /計數器 2的外部計數輸入（ ）和輸入（ ）。參見表 24 20 Flash編程和程序校驗期間， P1接收低 8位地址。 表 24 ﹒ P2: P2是一個內部帶上拉電阻的 8位雙向 I/O口； P2的輸出緩沖級可驅動 4個 TTL邏輯門電路，對端口 P2寫“ 1”，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器或 16位地址的外部數據存儲器時， P2口送出高 8位地址數據，在訪問 8位地址的外部數據存儲器時， P2口輸出 P2鎖存器的內容。 Flash編程和程序校驗時： P2亦接收高 位地址和一些控制信號。 ﹒ P3: P3是一組內部帶上拉電阻的 8位雙向 I/O口線， P3口輸出緩沖級可驅動4個 TTL邏輯門電路，對 P3口寫入“ 1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流。 P3口除了作為一般的 I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 25所示： 表 25 P3腳第二功能 此外， P3口還接收一些 Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 21 小結 基于單片機 AT89C52和溫度傳感器 DSl8B20的溫度測控系統(tǒng)原理示意圖如圖2． 11所示。該圖只畫出了僅掛接一個芯片，實現單點溫度檢測系統(tǒng)的原理示意圖。若要實現多點溫度的檢測，可通過單總線在單片機 AT89C52上掛接多個傳感器 DSl8B20，由于其工作原理與圖 2— 11相同，因 此這里從略。 單片機 AT89C52的 P3． 4與溫度傳感器 DS18B20相連， P1口輸出七段碼， P3． 0～P3． 3通過驅動三極管接到共陽數碼管的 COM端。 溫度傳感器 DSl8B20將被測環(huán)境溫度轉化為帶符號的數字信號 (以十六位補碼形式，占兩個字節(jié) )，傳感器可置于離裝置 150米以內的任何地方，輸出腳 I/O直接與單片機的 P3． 4相連，傳感器采用外部電源供電。 AT89C52是整個裝置的控制核心， AT89C52內帶 8K字節(jié)的 FLASHROM， 用戶程序存放在這罩。主機 AT89C52控制 DSl8B20完成溫度轉換必須經過三個 步驟；初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。必須先啟動 DSl8B20開始轉換，再讀出溫度 轉換值。本系統(tǒng)僅掛接一個芯片，實現單點溫度檢測，使用默認的 12位轉換精度，外接供電電源，讀取的溫度值送指定的存儲單元，再按照溫度值字節(jié)的表示格式及其符號位，經過簡單的變換即可得到實際溫度值。 圖 2一 11 溫度 檢 測系統(tǒng)電原理示意圖 顯示器模塊由四位一體的共陽數碼管和 4個 9012組成。單個 LED是由 7段發(fā)光二極管構成的顯示單元。有 10個引腳，對應于 7個段、一個小數點和兩個公共端。在顯示電路中，這些發(fā)光二極管有兩種接法：共陽極接法和共陰極接法。本設計 22 中需要用 4個 LED組成顯示單元，并采用動態(tài)顯示方式。由于使用 4個單個 LED進行顯示的連線比較復雜，同時單片機的端口驅動能力也難以保證，而需要加入專門的驅動芯片。所以，采用了 4個 LED連體的、內部已將其相應段接好的共陽極 LED，它具有 12個引腳，含 7個段和 4個公共端，為提高數碼管的亮度，可在位選線上加入一個三極管驅動電路。在圖 2． 11所示的由 AT89C52控制的顯示電路中，要選取合適的電阻 R和 Ra，才能保證 LED的亮度，過大或者過小都無法讓 LED正常顯示。本設計中取 R為 4． 7 千歐 ， Ra為 510歐 比較理想。若考慮印制板布線的方便?？梢圆捎觅N片電阻和排阻來節(jié)省空間。另外，也可以用 74LS244和 74LS06構成驅動顯示電路，但這樣同樣要加限流電阻。因為 74LS06是開漏器件，需要在輸出處加上拉電阻。 系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器控制程序是按照DSl8B20的通信協(xié)議編制【 30】。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的 顯示。 當有更多的檢測點需要測溫時，可利用 89C52的其它口進行擴展。同時，也可利用 89C52的串行通信口 (RXD， TXD)與上位計算機進行通信，從而構成微機溫度測量系統(tǒng)網。 無論是單點還