【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (7) 能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)連接功能，多個(gè)DS18B20能夠并聯(lián)在統(tǒng)一的三線上，完成多點(diǎn)溫度測(cè)量。(8) 負(fù)壓特性，當(dāng)電源接反時(shí)，DS18B20不會(huì)燒壞，但不能夠測(cè)溫。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體是由：64位光刻ROM、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH與TL、配置寄存器與高速暫存器這4個(gè)部分組合而成。 DS18B20的工作原理按照DS18B20的通訊協(xié)議，單片機(jī)控制DS18B20要完成溫度的轉(zhuǎn)換必須得經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟才能完成： (1) 讀寫(xiě)時(shí)都必須對(duì)DS18B20完成復(fù)位。 (2) 復(fù)位成功之后都會(huì)送出ROM命令。 (3) 最終會(huì)傳出RAM命令，這樣才能夠?qū)S18B20實(shí)現(xiàn)實(shí)際控制。 復(fù)位時(shí)，先得取得單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)線下拉500μs再釋放，待DS18B20取到命令信號(hào)，等待15~60μs左右后，再發(fā)出60~240μs的存在低脈沖，最后主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。它的工作時(shí)序有初始化時(shí)序和寫(xiě)時(shí)序還有讀時(shí)序。具體工作方法如圖3336所示。(1) 初始化時(shí)序總線上的一切傳輸過(guò)程均是以初始化開(kāi)始的。主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖讓主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，并準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，且保持低電平的時(shí)間至少480微秒，從而產(chǎn)生復(fù)位脈沖。然后主機(jī)釋放總線，將總線拉高，延時(shí)15~60微秒后進(jìn)入接受模式，用來(lái)產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖。如果為低電平，就再延時(shí)480微秒。圖34 初始化時(shí)序 (2) 寫(xiě)時(shí)序圖35 寫(xiě)時(shí)序 寫(xiě)時(shí)序包含寫(xiě)“0”時(shí)序與寫(xiě)“1”時(shí)序。一切寫(xiě)時(shí)序最少要60微秒，并且在兩次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)序當(dāng)中最少要1微秒的恢復(fù)時(shí)間。兩者都是從總線拉低開(kāi)始。寫(xiě)“1”時(shí)序：主機(jī)先輸出低電平，延時(shí)2微秒后釋放總線再延時(shí)60微秒。寫(xiě)“0”時(shí)序：主機(jī)先輸出低電平，延時(shí)60微秒后釋放總線再延時(shí)2微秒。(3) 讀時(shí)序圖36 讀時(shí)序總線器件只在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序的時(shí)候，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。因此，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，定要馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，從而使從機(jī)可以夠傳輸數(shù)據(jù)。一切讀時(shí)序至少要60微秒，而在兩次獨(dú)立的讀時(shí)序當(dāng)中至少需要1微秒的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序均靠主機(jī)發(fā)起，且至少拉低總線1微秒。主機(jī)在讀時(shí)序的時(shí)候一定要釋放總線，且在時(shí)序開(kāi)始后的15微秒中采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí)2微秒后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式，再延時(shí)12微秒后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50微秒。 溫度顯示器模塊LCD1602可以顯示為162的數(shù)字和字符內(nèi)容，即能夠顯示兩行，每一行具有16個(gè)液晶模塊。1602液晶也叫1602字符型液晶。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，LCD1602引腳如圖37所示：圖37 LCD1602引腳圖1602具有標(biāo)準(zhǔn)的16引腳腳接口，各個(gè)引腳功能如下：第1腳：GND為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：液晶顯示偏壓（調(diào)節(jié)對(duì)比度）第4腳：寄存器選擇第5腳：R/W讀/寫(xiě)第6腳：使能端第7~14腳：數(shù)據(jù)總線，與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連第15腳：背光板電源，串聯(lián)1個(gè)滑動(dòng)變阻器第16腳：背光板電源地LCD1602和單片機(jī)STC89C52的連接電路非常簡(jiǎn)單，RS、RW、DB0~DB7接到主控單片機(jī)的P0數(shù)據(jù)接口。VSS端接地，VDD供電，電路如圖38所示：圖38 LCD1602液晶顯示電路 電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示模塊 LED（Light Emitting Diode）是發(fā)光二極管的縮寫(xiě)。LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，所以在顯示器前面冠以“LED”。LED顯示器在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。四位共陽(yáng)數(shù)碼管如圖39圖所示：圖39 四位共陽(yáng)數(shù)碼管常用的LED顯示器為8段。每一段對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管這種顯示器有共陰和共陽(yáng)級(jí)兩種。了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌?lèi)型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的就是四位共陽(yáng)極數(shù)碼管。LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N芯片本次設(shè)計(jì)采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)為L(zhǎng)298N芯片，該芯片的圖形如圖310所示： 圖310 L298N芯片實(shí)物圖L298N是一款單片集成的高電壓、高電流、雙路全橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用于連接標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載（諸如繼電器、線圈、DC和步進(jìn)電機(jī)）。L298N提供兩個(gè)使能輸入端，可以在不依賴于輸入信號(hào)的情況下，使能或禁用L298N器件[15]。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，本設(shè)計(jì)就是讓該芯片驅(qū)動(dòng)一臺(tái)直流電機(jī)。圖311 L298N管腳圖芯片簡(jiǎn)要說(shuō)明：驅(qū)動(dòng)芯片：全新原裝L298N雙H橋驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)部分端子供電范圍VMS：+5V~+30V驅(qū)動(dòng)部分峰值電流：2A邏輯部分端子供電范圍VSS：~邏輯部分工作電流范圍：0~47mA控制信號(hào)輸入電壓范圍：~ 低電平0V最大功耗：20W存儲(chǔ)溫度：25℃~+130℃當(dāng)L298N的ENA通道為低電平時(shí)候，IN1通道和IN2通道的輸入信號(hào)是無(wú)效的。電機(jī)始終處于停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)ENA為高電平的時(shí)候IN1和IN2的信號(hào)輸出才是有效的。當(dāng)IN1輸出為高電平而IN2的輸出頻率為低電平的時(shí)候。電機(jī)會(huì)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)IN1輸出為低電平，而IN2輸出為高電平時(shí)候，電機(jī)會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。具體功能整理后如下表33所示：表33 L298N功能表IN1IN2ENA電機(jī)狀態(tài)XX0停止101順時(shí)針011逆時(shí)針000停止110停止 直流電機(jī)本設(shè)計(jì)采用直流電機(jī)，直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍寬泛。直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過(guò)轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場(chǎng)方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)[16]。電機(jī)轉(zhuǎn)速控制原理圖如圖312所示：圖312 電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 PWM調(diào)速原理脈寬調(diào)制（PWM）基本原理：PWM的調(diào)速原理是通過(guò)調(diào)節(jié)一個(gè)載波周期中的脈沖占空比來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)功率而達(dá)到調(diào)速目的。本設(shè)計(jì)中，PWM的斬波周期為1ms，那也就是說(shuō)斬波頻率為1KHz，在理論上能達(dá)到1‰線性可調(diào)，%的調(diào)節(jié)精度來(lái)調(diào)節(jié)PWM占空比。直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制核心，由命令輸入模塊、LED顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤(pán)作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，定時(shí)不斷給L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和急?？刂?，同時(shí)單片機(jī)不停的將PWM脈寬調(diào)制占空比送到LED數(shù)碼管完成實(shí)時(shí)顯示[17]。PWM控制技術(shù)主要應(yīng)用在電力電子技術(shù)行業(yè)，具體包括風(fēng)力發(fā)電、電機(jī)調(diào)速、直流供電等領(lǐng)域，由于其四象限變流的特點(diǎn)，可以反饋再生制動(dòng)的能量，對(duì)于如今國(guó)家提出的節(jié)能減排具有積極意義。 系統(tǒng)硬件原理圖溫度采集和檢測(cè)由主單片機(jī)進(jìn)行控制，來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加和減小，控制原理圖如圖313所示：圖313 溫度控制原理圖電機(jī)轉(zhuǎn)速和數(shù)碼管控制由另一個(gè)單片機(jī)控制， 和主單片機(jī)進(jìn)行通信。電機(jī)轉(zhuǎn)速控制原理圖如圖314所示：圖314 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制原理圖系統(tǒng)的整體電路圖和通信原理圖如圖315所示：圖315 系統(tǒng)整體原理圖4. 軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試本次設(shè)計(jì)列出了溫度檢測(cè)值與設(shè)置的溫度值進(jìn)行對(duì)比，主要程序的流程圖如圖41，主程序主要功能為進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)顯示，讀出并處理DS18B20測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量。 軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要流程圖如圖41所示：NYNY圖41 程序流程圖開(kāi)始調(diào)用初始化子程序液晶顯示當(dāng)前溫度判斷溫度是否超過(guò)設(shè)定值？判斷溫度是否低于設(shè)定值？超過(guò)設(shè)定溫度，電機(jī) 轉(zhuǎn)速增加 低于設(shè)定溫度，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低結(jié)束 系統(tǒng)仿真軟件介紹本設(shè)計(jì)需用到多種軟件，如Keil uVision4軟件、Protues軟件，而且還需要編寫(xiě)相應(yīng)的C語(yǔ)言程序，本節(jié)簡(jiǎn)述一下C語(yǔ)言以及各個(gè)軟件的發(fā)展和特點(diǎn)。C語(yǔ)言C語(yǔ)言是一門(mén)通用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，應(yīng)用廣泛。C語(yǔ)言的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供一種能以簡(jiǎn)易的方式編譯、處理低級(jí)存儲(chǔ)器、產(chǎn)生少量的機(jī)器碼以及不需要任何運(yùn)行環(huán)境支持便能運(yùn)行的編程語(yǔ)言。而且還在各類(lèi)科研中運(yùn)用到了C語(yǔ)言，適于編寫(xiě)系統(tǒng)軟件，動(dòng)畫(huà)、二維和三維圖形，具體的應(yīng)用比如單片機(jī)系統(tǒng)程序以及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[18]。Keil uVision4軟件Keil是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列并且兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，運(yùn)行Keil軟件可以在Windows XP等多種操作系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行。如果你使用C語(yǔ)言編程，那么Keil是最好的選擇，具有方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。Keil uVision4軟件界面如圖42所示。圖42 Keil uVision4軟件仿真界面Protues軟件簡(jiǎn)介：Proteus是英國(guó)Lab Center Electronics公司推出的仿真軟件。既有其他軟件的仿真功能，又能夠仿真單片機(jī)及外圍器件。是國(guó)際上目前為止唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三個(gè)軟件融合在一起的設(shè)計(jì)臺(tái)。已廣受單片機(jī)開(kāi)發(fā)愛(ài)好者的親睞。Proteus軟件功能：(1) 原理布圖(2) PCB自動(dòng)或人工布線(3) SPICE電路仿真Proteus軟件特點(diǎn)： (1) 互動(dòng)的電路仿真：能夠?qū)崟r(shí)運(yùn)用像RAM，ROM，電機(jī)，LED，LCD，鍵盤(pán)，部分SPI、IIC器件。(2) 仿真單片機(jī)與外部電路：能夠仿真51系列、AVR、PIC、ARM等使用較多的單片機(jī)。也能夠協(xié)同顯示和輸出，直接在虛擬原型上進(jìn)行編程，這樣就可以看到軟件運(yùn)行后輸入輸出的情況。Proteus軟件界面如下圖43所示