【文章內容簡介】 48H B8H B4H 啟動 DS18B20 進行溫度轉換 讀暫存器 9 個字節(jié)內容 將數據寫入暫存器的 TH、 TL 字節(jié) 把暫存器的 TH、 TL 字節(jié)寫到 E2RAM 中 把 E2RAM 中的 TH、 TL字節(jié)寫到暫存器 TH、TL 字節(jié) 啟動 DS18B20 發(fā)送電源供電方式的信號給主 CPU CPU 對 DS18B20 的訪問流程是：先對 DS18B20 初始化，再進行 ROM 操作命令，最后才能對存儲器操作，數據操作。 DS18B20 每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協議。如主機控制 DS18B20 完成溫度轉換這一過程，根據DS18B20 的通訊協議，須經三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復位，復位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20進行預定的操作。 復位電路模塊 復位電路有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。 上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的，只要電源 VCC 的上升時間不超過 1ms，就可以實現自動上電復位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復位10 初始化。 按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經電阻與 VCC 電源接通而實現的，而按鍵脈沖復位則是利用 RC 微分電路產生的正脈沖來實現的。 本系統(tǒng)的復位電路采用上電復位方式。電路圖如圖所示： 圖 47 復位電路 顯示電路模塊 本電路主要使用八段數碼管和移位寄存器芯片 74HC164。單片機通過數據總線將要顯示的數據信號傳送到移位寄存器芯片 74HC164，再由移位寄存器控制數碼管的顯示，從而實現移位寄存點亮數碼管顯示。由于單片機的時鐘頻率達到 12M，移位寄存器的移位速度相當快，所以我們根本看不到數據是一位一位傳輸的。從人類視覺的角度上看，就仿佛是全部數碼管同時顯示的一樣。 移位寄存器 74HC164 74HC16 74HCT164 是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。 74HC16 74HCT164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數據，然后并行輸出。數據通過兩個輸入端（ DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數據輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 11 圖 38 74HC164 引腳圖 數碼管顯示電路 顯示部分采用 LED 靜態(tài)顯示方式，共陽極的數碼管的公共端 COM 連接在一起接地，每位的段選線與 74HC164 的 8 位并口相連，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應的顯示字符，考慮到節(jié)約單片機的 I/O資源，因而采用串行接口方式，外接 8 位移位寄存器 74HC164 構成顯示電路，顯示電路如圖所示。 圖 39 顯示電路 12 報警電路模塊 報警電路用于在溫度超出設定值范圍時提供聲音報警，它由單片機的 引腳控制。并且通過發(fā)光二極管實現對系統(tǒng)運行狀態(tài)的顯示。報警電路如圖所示 。 圖 310 報警電路 按鍵電路模塊 利用單片機的 IO 口實現按鍵的中斷輸入。另外需要一個與門實現與中斷端口的連接。按鍵電路如圖所示。 圖 311 按鍵電路 13 軟件設計 系統(tǒng)軟件設計主要包括系統(tǒng)程序和控制流程圖，根據整個系統(tǒng)要求的溫度測量與控制寫出系統(tǒng)的控制流程圖，然后進行編程。具體程序見附錄。 控制流程圖 圖 41 系統(tǒng)流程圖 DS18B20 工作過程及時序 DS18B20 工作過程中的協議如下： （ 1）初始化 —— （ 2） ROM 操作命令 —— （ 3）存儲器操作命令 —— （ 4）處理數據 初始化時序 時序如圖 42 所示。主機總線發(fā)送 483μS 復位脈沖，接著再釋放總線（置總線為高電平）并進入接收狀態(tài)。 DS18B20 在檢測到總線的上升沿后等待 60μS 發(fā)出器件存在脈沖（低電平持續(xù) 60— 240μS）。初始化程序如下所示： INIT_1820: MOV R1,2H 。兩次查詢復位 18b20 存在 TSR0: CLR MOV R0,161 。主機發(fā)出延時 483 微秒的復位低脈沖 14 TSR1: NOP DJNZ R0,TSR1 SETB 。然后拉高數據線 MOV R0,20 。延時 60us TSR2: NOP DJNZ R0,TSR2 MOV R0,20H TSR3: JNB ,TSR4 。等待 DS18B20 回應 DJNZ R0,TSR3 LJMP TSR5 。延時 TSR4: SETB FLAG1 。置標志位 ,表示 DS1820 存在 SETB 。 清除 DS1820 不存在顯示信號 SETB SETB LJMP TSR6 TSR5: DJNZ R1,TSR0 CLR FLAG1 。清標志位 ,表示 DS1820 不存在 CLR 。DS1820 不存在警告信號 CLR CLR 。如果 18b20 不存在處理跳轉 LJMP TSR8 TSR6: MOV R0,117 TSR7: DJNZ R0,TSR7 。時序要求延時一段時間 TSR8: SETB RET 圖 42 初始化時序圖 此初始化程序功能為：檢測 DS18B20 是否存在，如存在，將位地址 38H 置1；如不存在，將位地址 38H 清零。 寫時序 單片機寫 DS18B20 的時序如圖 43 所示，當主機總線從高拉至低電平時就產生寫時間隙， DS18B20 在檢測到下降沿后 15μS 時開始采樣總線上的電平，所以 15μS 之內應將所需寫的位送到總線上， DS18B20 在 60μS 以內對總線采樣，每寫一位總時間必須在 60— 120μS 之間完成。若低電平寫入的位是 0，高電平寫入的位是 1，連續(xù)寫時位間的間隙應大于 1μS。程序如下所示： WRITER_1820: 單片機主動釋 放 60240μ S 60μ S 483μ S 15 T60μ S 單片機采樣第二位 啟動脈沖 T60μ S 單片機采樣第一位 啟動脈沖 MOV R2,8 。一共 8 位數據 CLR C WR1:CLR MOV R3,5 。要求 15us 內寫數 DJNZ R3,$ RRC A MOV ,C MOV R3,21 。時序要求，所有寫時序至少維持 60us DJNZ R3,$ 。執(zhí)行該條指令用時間 2us SETB NOP DJNZ R2,WR1 SETB RET 圖 43 單片機寫 DS18B20 時序圖 讀時序 單片機讀 DS18B20 的時序如圖 54 所示，單片機主動產生一個下降沿的啟動信號，并維持低電平大于 1μS 后釋放總線， 15μS 后 DS18B20 占主動權，DS18B20 會將數據按位放在總線上（低位在先，當讀取兩個字節(jié)的溫度值時，低字節(jié)在先），這時單片機可讀取信號，讀取一位的時間應在 60μS 內完成。當需要讀取下一位時再產生下降沿啟動信號。 圖 44 單片機讀 DS18B20 的時序圖 READ_1820: MOV R4,2 。將溫度高位和低位從 DS18B20中讀出 MOV R1,TEMPER_L 。低位存入 29H(TEMPER_L),高位存入28H(TEMPER_H) RE00: MOV R2,8 。數據一共有 8位 寫 0 60120μ S 寫 1， DS18B20 在檢測到下降沿 15μ S 后采樣，采樣時間為 60μ S 15 60120μ S DS18B20 檢測到下降沿 15μ S 后采樣 15μ S 16 RE01: CLR C SETB NOP NOP CLR NOP NOP NOP SETB MOV R3,4 RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C, RRC A MOV R3,20 RE20: DJNZ R3,RE20 DJNZ R2,RE01 MOV @R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET 此程序功能為：讀取 DS18B20 A/D 轉換后的溫度值，轉換后的二進制存入 29H、28H 單元。 17 閉環(huán)控制 PID 調節(jié)器在工業(yè)控制領域得到了很大的發(fā)展和廣泛的應用。它的結構簡單，參數易于調整，而且人們在長期的應用中積累了豐富的經驗，再加上計算機控制技術的結合，使得 PID 具有很大的靈活性和適用性。 考慮各種因素，本設計中采用了 PID 調節(jié)器進行控制。此溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設定四個溫度值，分別為 50、 60、 70、 80。用戶可以根據需要進行溫度的設定，在與 18b20 實際測得溫度進行比較，得到的偏差（此時的偏差是實際溫度，即輸出值，與給定溫度的差值）作為數字控制器的輸入，數字控制器的輸出經過數模轉換后作用于被控對象（加熱杯）進行偏差 調整。其閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如下所示： 圖 51 閉環(huán)控制系統(tǒng)的結構框圖 被控對象的傳遞函數測定 采用階躍響應曲線法對其進行傳遞函數 GP(s)的測定。 控制算法 適用 PID 控制器。計算機控制系統(tǒng)是一種采樣控制系統(tǒng)，其只能根據采樣時刻的偏差值計算控制量。因此，利用外接矩形法進行數值積分，一階后向差分進行數值微分，當選定的采樣周期為 T 時，有 如果采樣周期足夠小，這種離散逼近相當準確。但周期小對于硬件的要求也將提高很多，故需要對以上算式進行改進。由上式可導出下面的式子： 此式稱為增量型 PID 控制式。增量型控制算式具有如下優(yōu)點： ，即執(zhí)行機構位置的變化部分，因而誤動作影響較小 i時刻的輸出 ，只需要用到此刻的偏差以及前一時刻、前兩時刻的偏差 和前一次的輸出值，這大大節(jié)約了內存和計算時間。 自動切換時，控制量沖擊小，能平滑地過渡。 ???????? ??????? )1(1 e ie iTTij eTTe iK Pu t DjI? ??????? ????????????? e ie ie iTTe iTTe ie iK pu iu iu i DI 21211uiei ei1?18 增量型 PID 算