【文章內(nèi)容簡介】 環(huán)。這一點在進行 DS1820 硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予 一定的重視。 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 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點接地。 溫度檢測電路DS18B20 最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20 的數(shù)據(jù) 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,他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(dāng) 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(nèi)部電容充電，當(dāng) DQ 為低電平時釋放能量為 DS18B20 供電。但寄生電源方式需要強上拉電路，軟件控制變得復(fù)雜(特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到 E2PROM 時)，同時芯片的性能也有所降低。因此，第三不封 硬件設(shè)計 17在條件允許的場合，盡量采用外供電方式。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O 口線要接 5KΩ左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。 DS18B20 與芯片連接電路如圖 所示：圖 DS18B20 和單片機的接口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)。在開發(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。由于DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線，因此它和主機（單片機）通信是需要串行通信，而AT89S51有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實現(xiàn)。經(jīng)過單線接口訪問DS18B20必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均嚴(yán)格按照時序。 溫度報警電路本設(shè)計的發(fā)揮部分，是加入了報警，如果我們所設(shè)計的系統(tǒng)是監(jiān)控某一設(shè)備，一當(dāng)設(shè)備的溫度超過我們所設(shè)定的溫度值（35℃～55℃）時，系統(tǒng)會產(chǎn)生報警。報警時由單片機產(chǎn)生一定頻率的脈沖，由 引腳輸出， 外接一只PNP 的三極管來驅(qū)動楊聲器發(fā)出聲音，以便操作員來維護，從而達到報警的目的。如下圖 341 所示：數(shù)字顯示溫度計的設(shè)計18圖 溫度報警電路 復(fù)位電路本系統(tǒng)中上電復(fù)位采用電平方式開關(guān)復(fù)位，如圖 所示。上電復(fù)位用 RC電路，電容用 10F，電阻用 10K。根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復(fù)位操作，復(fù)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(yù)定的操作。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放，當(dāng) DS18B20 收到信號后等待16～60 微秒左右，后發(fā)出 60～240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復(fù)位成功。單片機復(fù)位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其它功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，復(fù)位是單片機的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機從0000H 單元開始執(zhí)行程序。單片機復(fù)位的條件是：必須使 RST 引腳加上持續(xù)兩個機器周期的高電平，復(fù)位電路在接電瞬間，RESET 端的電位與 VCC 相同，隨著充電電流的減少，RESET 的電位逐漸下降。只要保證 RESET 為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復(fù)位。復(fù)位后 PC 值為 0000H，表明復(fù)位后程序從 0000H 開始執(zhí)行，從第一個單元取指令。例如，若時鐘頻率為 12Mz，每機器周期為 1us,則只需 2us 以上的高電平，在 RST 引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復(fù)位。第三不封 硬件設(shè)計 19單片機復(fù)位期間不產(chǎn)生 ALE 信號，即 ALE=操作。 本設(shè)計采用的是按鍵電平復(fù)位的方式，其電路如圖 所示，這種方式電路比較簡單，且又避免了上電自動復(fù)位需要切斷電源的缺點。 圖 復(fù)位電路 時鐘電路單片機的晶振頻率低于 40MHZ，所用我們采用 12MHZ，加兩個 30p 電容。如圖 所示。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格的按時序進行工作。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，另一端接地，這兩個電容串聯(lián)的容量值應(yīng)該等于負載電容。在單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶體震蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激震蕩器，一般的晶振的負載電容為 20p45p 之間，考慮到元件引腳的等效輸入電容，本設(shè)計采用兩個 22p 的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路。設(shè)計電路中所使用的是 12MHz 的晶振，機器周期為 1us，具體的時鐘電路如圖 所示。數(shù)字顯示溫度計的設(shè)計20圖 晶振電路第三不封 硬件設(shè)計 21數(shù)字顯示溫度計的設(shè)計22 顯示電路溫度的顯示可以采用 LED 數(shù)碼管來顯示，LED 亮度高、醒目，但是電路復(fù)雜，占用資源多且信息量小。而采用液晶顯示器有明顯的優(yōu)點：工作電流比 LED 小幾個數(shù)量級，故其功耗低；尺寸小，厚度約為 LED 的 1/3；字跡清晰、美觀，壽命長，使用方便，故本設(shè)計采用 LCD12864 來顯示溫度。 LCD12864 引腳接口LCD12864 采用標(biāo)準(zhǔn)的 20 腳接口，其中: 第 1 腳：VSS 為地電源第 2 腳：VDD 接 5V 正電源第 3 腳：V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第 5 腳：RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng) RS和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第 6 腳：E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第 7～14 腳：D0～D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。第 15～17 腳：地址的傳輸端。第 18 腳: 空引腳。第 19 腳:接高電平+5V。第 20 腳:接地引腳。 LCD12864 和 AT89S51 連接第三不封 硬件設(shè)計 23LCD12864 液晶顯示模塊可以和單片機 AT89S51 直接接口，電路如圖 所示。圖 LCD12864 和 AT89S51 連接 主電路原理圖數(shù)字顯示溫度計的設(shè)計24圖 主電路原理圖數(shù)字顯示溫度計的工作原理：基于 AT89S51 的溫度測量系統(tǒng)電路圖把溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號(以十六位補碼形式，占兩個字節(jié))，若采用帶屏蔽的雙絞電纜線，連線的長度可以達到 150m，輸出腳 I／0 直接與單片機的 P3．4 相連，R1 為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。AT89S51 是整個系統(tǒng)的核心部分，內(nèi)含 2 KB 的 FLASH ROM，用戶程序存放在這里。顯示器模塊由四位一體的共陽數(shù)碼管和四個 9012 組成。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。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。產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)：測量范圍：0～+125℃，測量精度：0．5℃；反應(yīng)時間小于等于 500ms。第四部分 軟件設(shè)計 25第四部分 軟件設(shè)計 概述整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質(zhì)性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件是一個小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。 主程序模塊主程序需要調(diào)用 4 個子程序，各模塊程序功能如下：（1）數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。（2）溫度測試及處理程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進行處理，進行判斷和顯示。（3）報警子程序：進行溫度上下限判斷及報警輸出。（4）中斷設(shè)定程序：實現(xiàn)設(shè)定上下限報警功能。主程序流程見圖 ： 各模塊流程設(shè)計下面對主要子程序的流程圖做介紹溫度檢測流程 DS18B20 在單片機控制下分三個階段:數(shù)字顯示溫度計的設(shè)計26（1)DS18B20 初始化： 報警模塊流程報警程序讀出溫度值 C清除報警標(biāo)志位C MAX?C MAX?有參數(shù)報警嗎？返回置下限報警標(biāo)志置上限報警標(biāo)志報警裝置運行YYNYN 報警模塊子程序流程圖第五部分 仿真 27第五部分 仿真 PROTEUS 介紹Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司） 。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus 是世界上著名的EDA 工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB 設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持 805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086 和MSP430 等，2022 年即將增加 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是： （1）原理布圖；（2）PCB 自動或人工布線；（3）SPICE 電路仿真。革命性的特點：（1）互動的電路仿真用戶甚至可以實時采用諸如 RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。（2）仿真處理器及其外圍電路可以仿真 51 系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus 建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。數(shù)字顯示溫度計的設(shè)計28 Designer 介紹Altium Designer 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件 PORTEL 的升級版本，在電子行業(yè)的 CAD 軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多 EDA 軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用Altium Designe。早期的 Altium Design 主要作為印制板自動布線 工具使用，運行在 DOS 環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤 286 機的 1M 內(nèi)存下就能運行，但它的功能也較少，只有電原理圖繪制與印制板設(shè)計功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現(xiàn)今的 PROTEL 已發(fā)展到 Altium Designe（網(wǎng)絡(luò)上可下載到它的測試板） ，是個龐大的 EDA 軟件，完全安裝有 200 多 M，它工作在 WINDOWS95 環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計（包含印制電路板自動布線） 、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的 文件格式，如 ORCAD，PSPICE，EXCEL 等，其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度 PCB 的 100％布通率。在國內(nèi) PROTEL 軟件較易買到，有關(guān) PROTEL 軟件和使用說明的書也有很多，這為它的普及提供了基礎(chǔ)。Altium Designe 共分 5 個模塊，分別是原理圖設(shè)計、 PCB 設(shè)計（包含信號完整性分析） 、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD 設(shè)計。以下介紹一些Altium Design 的部分最新功能：（1）可生成 30 多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表；（2）強大的全局編輯功能；（3）在原理圖中選擇一級器件，PCB 中同樣的器件也將被選中；（4）同時運行原理圖和 PCB，在打開的原理圖和 PCB 圖