【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)芯片安裝時(shí)盡可能的靠近，以確保振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。本設(shè)計(jì)使用 NPO 電容，原因是它的溫度穩(wěn)定性比較好。 時(shí)鐘 電路如圖 32所示 。 圖 32 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 為了使系統(tǒng)能夠從正確的初始狀態(tài)開(kāi)始工作，就必須在啟動(dòng)單片機(jī)的時(shí)候?qū)纹瑱C(jī)復(fù)位。對(duì)電源 +5V 而言，電容 C3 和電阻 R3 構(gòu)成了微分電路。 對(duì)于上電復(fù)位，上電以后，復(fù)位電路通過(guò)電容使 RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平，如果 RST 能夠持續(xù)充足時(shí)間的高電平，系統(tǒng)就有足夠的時(shí)間復(fù)位，那么就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)復(fù)位的可靠性。基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 但是，電容的充電時(shí)間決定了 RST 端持續(xù)高電平的時(shí)間。隨著電容充電的完成，RST端變成低電平。如圖 33 所示。對(duì)于手動(dòng)按鈕復(fù)位，它是通過(guò)手動(dòng)操作按鍵來(lái)給 RST 一個(gè)高電平，這種復(fù)位方式可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，原因是，手動(dòng)按鍵的時(shí)候總是有一個(gè)過(guò)程，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，系統(tǒng)能夠有足夠的時(shí)間復(fù)位。圖 33 中：C7=10uf， R21= 圖 33 復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)中以 DS18B20 為傳感器、 AT89S52 單片機(jī)為控制核心組成的多點(diǎn)溫度測(cè)試系統(tǒng)。用 4只 DS18B20 同時(shí)測(cè)控 4路溫度（視實(shí)際需要還可擴(kuò)展通道數(shù)）。 由于每片 DS18B20 含有唯一的硅串行數(shù)，所以在一條總線上可 掛接多個(gè) DS18B20芯片。從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息，僅需要一根口線（單線接口）。讀寫(xiě)及溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20供電，而無(wú)需額外電源。 DS18B20 提供 9位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)而無(wú)需任何外圍硬件。處理時(shí)，將 DS18B20 信號(hào)線與單片機(jī)一位口線相連，單片機(jī)可掛接多片 DS18B20，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。由于 DS18B20 只有三個(gè)引腳，其中兩根是電源線 VDD 和 GND，另外一根用作總線 DQ(Data In/Out)，由于其輸出和輸 入均是數(shù)字信號(hào)且與 TTL 電平兼容，因此其可以與微處理器直接進(jìn)行接口，從而省去了一般傳感器所必需的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。 DS18B20 簡(jiǎn)介 DS18B20 是美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公司推出的第一片支持 一線總線 接口的溫度傳感器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理。 DS18B20 特點(diǎn)如下：硬件接口簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，單線接口，僅需一根口線與 MCU 連接無(wú)需外圍元件；由總線提供電源；測(cè)溫范圍為 55～ 75℃；精度為 ℃； 9位溫度讀數(shù)； A/D 變換時(shí)間為 200ms；用戶(hù)自設(shè)定溫度報(bào)警上下限，其值是非易失性的；報(bào)警搜索命令可識(shí)別那片DS18B20 超溫度限。 （ 1） DS18B20 的引腳介紹 TO－ 92封裝的 DS18B20 的引腳排列見(jiàn)圖 ，其引腳功能描述見(jiàn)表 31。 表 31 DS18B20詳細(xì)引腳功能描述 1 2 3 D A LL A S D S 18B 20 1 2 3 D S 18B 20 T O 92 封狀底視圖 GND DQ VDD 圖 33 DS18B20的管腳排列 （ 2） DS18B20 的產(chǎn)品特點(diǎn) 1） 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 2） 在 DS18B20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。 3） 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 4） 測(cè)量溫度范圍在－ 55℃到＋ 125℃之間。 5） 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶(hù)可以從 9位到 12 位選擇。 6） 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 7）支 持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在一根三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫 8） 負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 序號(hào) 名稱(chēng) 引腳功能描述 1 GND 地信號(hào) 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開(kāi)漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 DS18B20 的工作原理是： DS18B20 采用 3腳 PR35封裝，其中 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(kāi)路輸出， 常態(tài)下呈高電平； VDD是外部 +5V 電源端，不用時(shí)應(yīng)接地； DQ 為空腳。圖 34所示為 DS18B20 的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、 64 位激光 ROM 單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含 RAM），用于存儲(chǔ)用戶(hù)設(shè)定的溫度上下限值的 TH和 TL 觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）發(fā)生器等七部分。 圖 34 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM 操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序 包括復(fù)位時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，如圖 34， 35， 36所示。由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì) AT89S52 單片機(jī)來(lái)說(shuō)，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì) DS18B20 芯片的訪問(wèn)。 由于 DS18B20 是在一根 I/O線上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。所有時(shí)序都 是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫(xiě)命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 DS18B20 的復(fù)位時(shí)序 電源檢測(cè) 存儲(chǔ)器控制邏輯 溫度傳感器 高溫度觸發(fā) 低溫度觸發(fā) 64 位ROM和單線借口 存儲(chǔ)器 8 位 CRC 觸發(fā)器 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 V DD GND 主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖 最小值： 480 μ s 最大值： 960 μ s D S 18B 20 發(fā)出應(yīng)答脈沖 主機(jī)接受所需要最短時(shí)間 480 μ s 60 ～ 240 μ s 圖 35 DS18B20的復(fù)位時(shí)序 DS18B20 的讀時(shí)序 對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)序分為讀 0時(shí)序和讀 1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。 對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)序是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15μ s 之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳 輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20 在完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要 60μ s才能完成。 U GND 主 C P U 讀 0 時(shí) 主 C P U 讀 1 時(shí) U 主 C P U 采樣 15 μ s 30 μ s 1 μ s 1 μ s 主 C P U 采樣 15 μ s GND 15 μ s 圖 36 DS18B20的讀時(shí)序 DS18B20 的寫(xiě)時(shí)序 對(duì)于 DS18B20 的寫(xiě)時(shí)序仍然分為寫(xiě) 0時(shí)序和寫(xiě) 1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。 U U 1 μ s 60 ～ 120 μ s 主 C P U 寫(xiě) 0 時(shí) D S 18 B 20 采樣區(qū) 1 μ s 15 μ s 30 μ s D S 18 B 20 采樣區(qū) GND 1 15 μ s 1 μ s 30 μ s GND 1 15 μ s 15 μ s 60 ～ 120 μ s 主 C P U 寫(xiě) 1 時(shí) 圖 37 DS18B20的寫(xiě)時(shí)序 基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 對(duì)于 DS18B20 寫(xiě) 0時(shí)序和寫(xiě) 1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫(xiě) 0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少 60μ s，保證 DS18B20 能夠在 15μ s 到 45μ s 之間能夠正確地采樣 I/O總線上的 “ 0”電平，當(dāng)要寫(xiě) 1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在 15μ s 之內(nèi)就得釋放單總線。 圖 38 DS18B20 測(cè)溫原理框圖 DS18B20 的溫度測(cè)量原理如下： DS18B20 測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)，其測(cè)量電路框圖如圖 38所示。內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以通過(guò)門(mén)電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí)，振蕩器的脈沖無(wú)法通過(guò)門(mén)電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為 55℃ 時(shí)的值，如果計(jì)數(shù)器到達(dá) 0 之前，門(mén)電路未關(guān)閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示 當(dāng)前溫度高于 55℃ 。同時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)直到回零。如果門(mén)電路仍然未關(guān)閉，則重復(fù)以過(guò)程。溫度表示值為 9bit，高位為符號(hào)位。 另外，由于 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，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲(chǔ)器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。 DS18B20 與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì) 溫度采集是工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常遇到的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)中以 DS18B20 為傳感器 AT89S52LSB 設(shè)置清除 斜率累加器 比較 預(yù)置 低溫度系數(shù)振蕩器 高溫度系數(shù)振蕩器 計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)器 =0 =0 溫度寄存器 預(yù)置 停止 加 1 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 單片機(jī)為控制核心組成的多點(diǎn)溫度測(cè)試系統(tǒng)。用 4 只 DS18B20 同時(shí)測(cè)控 4 路溫度（視實(shí)際需要還可擴(kuò)展通道數(shù)）。本系統(tǒng)采用 四位 共陽(yáng)極 數(shù)碼管 動(dòng)態(tài)顯示溫度，系統(tǒng)設(shè)有上下限報(bào)警電路。該控制系統(tǒng)的功能如下： （ 1）溫度控制得設(shè)定范圍為 0～ 100℃，最小分辨率為 ℃。 （ 2）實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度，可以單通道也可以循環(huán)顯示。 （ 3）命令按鍵 5個(gè)：通道 0～通道 3 按鍵，巡檢鍵。 顯示器與鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) 基于 DS18B20 的多點(diǎn)溫度采集，共模擬了 4點(diǎn) 溫度，具有各點(diǎn)溫度采集功能，通過(guò)按鍵設(shè)置也可以監(jiān)控某一通道的溫度 ,還設(shè)置報(bào)警溫度，具有越限報(bào)警功能。SW1～ SW4 通道 0～通道 3報(bào)警， XUNJIAN 為巡檢鍵 ,關(guān)閉進(jìn)入巡檢模式。 在本系統(tǒng)中，由于該溫度計(jì)還要進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)顯示，所以設(shè)計(jì)了 LED 顯示電路。 LED 顯示器采用 8 段發(fā)光二極管。共陽(yáng)極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓。該電路由晶體管（ NPN）、顯示器（共陽(yáng)極LED）和電阻構(gòu)成。 顯示電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)使用了四塊共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的 LED，對(duì)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)有兩種選擇， 一種是顯示驅(qū)動(dòng)器 MAX7221，一種選擇是三極管驅(qū)動(dòng)。 MAX7221 的特點(diǎn)是顯示多樣、需要單片機(jī)輸入輸出口少（只需要 3根）、編程靈敏、簡(jiǎn)單且實(shí)用等，但是它是共陰極的驅(qū)動(dòng)器。因此，選擇直接由三極管驅(qū)動(dòng)。 LED 數(shù)碼管顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示器顯示某個(gè)字符時(shí)侯，和它相應(yīng)的段（即就是發(fā)光二極管）恒定的導(dǎo)通或者截止，直到顯示要另一個(gè)字符為止。比起動(dòng)態(tài)顯示器，靜態(tài)顯示器的亮度較高，編程也很容易，管理也較簡(jiǎn)單，但就是占用輸入輸出線資源較多，而且沒(méi)有位選信號(hào)，線路復(fù)雜，成本也高。動(dòng)態(tài)顯示就是單 片機(jī)定時(shí)的對(duì) LED 進(jìn)行掃描，然后使其逐個(gè)的顯示出結(jié)果。當(dāng)數(shù)碼管顯示的時(shí)候，由于人眼的視覺(jué)暫留效果，仍然感覺(jué)到所有的數(shù)碼管都同時(shí)在顯示，此方法用到的是硬件掃描，成本低，但是占用的 CPU 資源多，亮度也不如靜態(tài)顯示。根據(jù)以上所述，本設(shè)計(jì)選用的顯示方示為動(dòng)態(tài)顯示。如圖 39為顯示電路。 基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 圖 39 顯示電路 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 基于 DS18B20 的多點(diǎn)溫度采集，共模擬了 4點(diǎn)溫度，具有各點(diǎn)溫度采集功能，通過(guò)按鍵設(shè)置也可以監(jiān)控某一通道的溫度 ,還設(shè)置報(bào)警溫度，具有越限報(bào)警功能。鍵盤(pán)電路如圖 310 所示。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 310 鍵盤(pán)電路 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 在單片機(jī)采集溫度發(fā)生低于或超出所設(shè)定的溫度時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)能相應(yīng)發(fā)出提醒