【文章內容簡介】 CPU 表 2 DS18B20 有六條控制命令 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(xié)議。如主機控制 DS18B20 完成溫度轉換這一過程，根據 DS18B20 的通訊協(xié)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。 、溫度報警電路 本設計采用軟件處理報警，直流供電，利用有源蜂鳴器進行報警輸出。當所測溫度超過或低于所預設的溫度值時，數據口的電平將會被拉高，報警輸出。同時，所測溫度超過上限溫度時，紅燈亮；低于下限溫度時，黃燈亮；正常工作時，綠燈亮。報警電 路了硬件連接如圖 8 所示。 河南理工大學單片機課程設計 14 圖 8 報警電路圖 、電源設計 單片機的工作電源電壓為 5V左右，典型值為 5V。電源連接圖如圖 9所示。 圖 9 電源連接圖 河南理工大學單片機課程設計 15 由于 KeilC 是一種結構化的語言 ,具有靈活、高效等 優(yōu)點 ，并且 C 語言比匯編語言更具有可讀性，因此，本程序是在 KeilC 的編譯環(huán)境下進行編譯連接的。其軟件窗口界面如圖 10 所示。 圖 10 KeilC 軟件窗口界面 本系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度數據處理子程序，顯示數據刷新子程序，報警子程序等。 、主程序流程圖 主程序的 主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理 DS18B20 的測量的當前溫度值，溫度每隔一定時間測量進行一次，這樣可以實時的顯示當前的溫度值。主程序流程見圖 11 所示。 河南理工大學單片機課程設計 16 圖 11 主程序流程圖 、讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中 9 字節(jié)的內容，并將其整合成一整數存儲在暫存器中。其程序流程圖如圖 12 所示 . 圖 12 讀出溫度子程序流程圖 河南理工大學單片機課程設計 17 、數據處理子程序 溫度數據處理子程序將從 RAM 中讀取的值進行 BCD 碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖 13 所示。 圖 13 數據處理子程序流程圖 、數據刷新子程序 顯示數據刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數據進行刷新操作，當最高位顯示為 0 時，將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖 14 所示。 圖 14 數據刷新子程序流程圖 河南理工大學單片機課程設計 18 、報警子程序 報警子程序主要實現(xiàn)當測量的實際溫度高于設定溫度的上限時，蜂鳴器響，并且紅色指示燈亮；當測量的實際溫度低于設定溫度的下限時，蜂鳴器也響，但黃色指示燈亮；當測量的實際溫度介于設定溫度的上下限時，蜂鳴器不響，并且綠色指示燈亮。其流程圖如圖 15 所示。 圖 15 報警子 程序流程圖 河南理工大學單片機課程設計 19 、系統(tǒng)仿真設計 對于單片機這一門實踐性非常強、非常抽象的課程， Proteus 軟件雖然有些缺點，但依然是一個非常好的仿真軟件。因此，本次設計采用 Proteus 對數字溫度計進行仿真。 Proteus 軟件窗口界面如圖 16 所示。 圖 17 Proteus 軟件窗口界面 將與真實元件對應的虛擬元件調出，繪制在窗口的圖紙上。連接好線路并保證沒有問題時，將編譯生成的 (*.hex)文件調入虛擬單片機中，點擊運行，即可通過仿真電路了解真實電路的運行結果。 、仿真 結果分析 此數字溫度計可以測量溫度范圍為 50℃ ～ 110℃ ，溫度誤差小于 ℃ ，并且可以任意設定上下限溫度。假設上限溫度設定為 38℃ ，下限溫度設定為10℃ 。如圖 1圖 18 所示。 河南理工大學單片機課程設計 20 圖 17 上限溫度設定為 38℃ 圖 18 下限溫度設定為 10℃ 河南理工大學單片機課程設計 21 當溫度傳感器測量的實際溫度超過上限溫度時，蜂鳴器響、紅色指示燈亮。如圖 19 所示。 圖 19 實際溫度超過 38℃ 當實際溫度低于下限溫度時，蜂鳴器響、黃色指示燈亮。如圖 20 所示。 圖 20 實際溫度低于 10℃ 河南理工大學單片機課程設計 22 當實際溫度介于上下限溫度之間時，蜂鳴器不響 、綠色指示燈亮。如圖21 所示。 圖 21 實際溫度介于 10℃ ～ 38℃ 河南理工大學單片機課程設計 23 DS18B20 最大的特點是單總線數據傳輸方式， DS18B20 的數據 I/O 均由同一條線來完成。 DS18B20 的電源供電方式有 2 種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時， VDD 和 GND 均接地，這在需要遠程溫度探測和空間受限的場合特別有用，原理是當 1Wire 總線的信號線 DQ 為高電平時，竊取信號能量給 DS18B20 供電，同時一部分能量給內部電容充電；當 DQ 為低電平時釋放能量為 DS18B20 供電。但寄生電源方式需要上啦電路，軟件控制變得復雜（特別是在完成溫度轉換和拷貝數據到 E2PROM 時），同時芯片的性能也有所降低。因此，在條件允許的場合，盡量采用外部供電方式。無論是內部寄生電源還是外部電源， I/O 口線要接 5K 左右的上拉電阻。在這里采用外部電源供電方式。 DS18B20 與芯片連接電路如圖 22 所示。 圖 22 DS18B20與單片機的連接 外部電源供電方式是 DS18B20 最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。一般在發(fā)中使用外部電源供 電方式，畢竟比寄生電源方式只多接一根 VCC 引線。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮 DS18B20 寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓VCC 降到 3V 時，依然能夠保證溫度量精度。 河南理工大學單片機課程設計 24 經過幾周的時間，終于完成了數字溫度計的單片機課程設計，雖然本次設計并不是最完美的，但從心底里說，還是十分地高興，畢竟這次設計和以往不同，要求我們不僅提交設計報告，還要把實物做出來。通過數字溫度計的單片機課程設計了解了數字溫度計的組成及原理，練習了 Protel、 Proteus、 KeilC 等軟件的基本操作、了解了如何撰寫課 程設計報告、并且會用各種方式查找和利用各種文獻資料為自己服務、增長了對實際電路設計的經驗、提高了分析問題和解決問題的能力。但是，通過本次課程設計，也發(fā)現(xiàn)了不少問題，尤其是軟件設計方面的問題。就本次課程設計來說，硬件電路很容易就連接好了而且沒有出現(xiàn)短接等問題。然而，軟件設計則是寫了又改、改了再寫，足足花了三天時間才修改正確，但 程序不夠簡潔，算法也不是最優(yōu)的。有很多東西，只有我們試著去做了，才能更進一步了解它?？傊@次課程設計使我們將所學過的知識和實際的電子設計相結合，為以后畢業(yè)設計積累了經驗，為今后參加工作打下了良好的基礎。同時，使我們知道理論和實際之間的差別以及理論聯(lián)系實際的重要性和必要性。 7. 參考文獻 [1]孫育才 .《單片微型計算機及其應用》 .東南大學出版社 .2020 [2]沈德金 陳粵初 .《單片機接口電路與應用程序實例》 .北京航天航空大學出版社 .1990. [3]潘新民 王燕芳 .《微型計算機控制技術》 .電子工 業(yè)出版社 2020 [4]李朝青 .單片機原理及接口技術（簡明修訂版） .杭州：北京航空航天大學出版社， 1998 [5]李廣弟 .單片機基礎［Ｍ］ .北京：北京航空航天大學出版社， 1994 [6]閻石 .數字電子技術基礎（第三版） . 北京：高等教育出版社， 1989 [7]廖常初 .現(xiàn)場總線概述 ［ J］ .電工技術， 1999. [8]王勇 葉敦范 .《基于 AT89S51 的便攜式實時溫度檢測儀》 [J].選自《儀表技術與傳感器》 .2020 河南理工大學單片機課程設計 25 附 1 源程序代碼 /***************************************************/ include include //_nop_()。延時函數用 include define disdata P0 //段碼輸出口 define discan P2 //掃描口 define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit duqu=P3^6。 //溫度輸入口 sbit dian=P0^7。 //LED 小數點控制 sbit beep=P1^6。 //蜂鳴器 sbit key0=P3^0。 sbit key1=P3^1。 sbit key02=P3^2。 sbit key03=P3^3。 sbit led0=P1^0。 //紅燈 sbit led1=P1^1。 //綠燈 sbit led2=P1^2。 //黃燈 uint h。 uint temp。 uchar r。 char high=38,low=10。 uchar sign。 uchar st=1。 uchar ti。 uchar pp。 uchar ee。 uchar nn。 //**************溫度小數部分用查表法 ***********// uchar code ditab[16]= {0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09}。 河南理工大學單片機課程設計 26 // uchar code dis_7[15]= {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x67,0x00,0x40,0x76,0x38,0x39}。 //共陰 LED 段碼表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 H L