【文章內容簡介】 信息的最基本工具，可分為機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言用二進制編碼表示每一條指令，是計算機能直接識別和執(zhí)行的語言。用機器語言編寫的程序成為機器語言程序或者指令程序（機器碼程序）。因為機器只能識別和執(zhí)行這種機器碼程序，所以又稱它為目標程序。用機器語言編寫程序不易記憶、不易查錯、不易修改。為了克服機器語言的上述缺點，可采用有一定含義的符號，即指令助記符來表示，一般都采用某些有關的英文單詞的縮寫。這樣就出現(xiàn)了另一種程序語言—匯編語言。匯編語言是用助記符、符號和數(shù)字等來表示指令的程序語言，容易理解和記憶，它與機器語言指令是一一對應的。匯編語言不像高級語言（如BASIC）那樣通用型強，而是屬于某種計算機所獨有，與計算機的內部硬件結構密切相關。用匯編語言編寫的程序稱為匯編語言程序。以上兩種語言都是低級語言。盡管匯編語言有不少優(yōu)點，但它仍存在著機器語言的某些缺陷：與CPU的硬件結構密切相關，不同的CPU其匯編語言是不同的。這使得匯編語言程序不能移植，使用不便；其次，要使用匯編語言進行程序設計必須了解所使用CPU硬件的結構與性能，對程序設計人員有較高的要求。為此，又出現(xiàn)了對單片機進行編程的高級語言，如PL\M，C等。 Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。經(jīng)分析綜合得知，本課題采用C語言進行編程。 系統(tǒng)軟件設計的一般原則 單片機應用軟件系統(tǒng)設計包括功能模塊劃分、程序流程確立、模塊接口設計以及程序代碼編寫。我們依據(jù)系統(tǒng)的功能要求，將整體軟件系統(tǒng)分割成若干個獨立的程序模塊。這些程序模塊可以是幾條語句的集合、功能函數(shù)或程序文件。隨后，根據(jù)個程序模塊的實現(xiàn)功能寫出流程，一般需要寫出具體的實現(xiàn)功能描述。程序代碼通常采用匯編語言或高級語言（C語言）編寫。本課題采用C語言編程，在此必須注意以下問題：（1）提高程序代碼效率必須熟悉當前使用的C語言編譯器，試驗每條C語言編譯以后對應的匯編語言的語句行數(shù)，這樣就可以很明確的知道代碼效率。（2）減少程序錯誤我們在編寫程序時，要注重考慮如下方面。[1]物理參數(shù) [2]資源參數(shù) [3]應用參數(shù) [4]過程參數(shù)（3）單片機的抗干擾性防止干擾最有效的方法是去除干擾源、隔離干擾路徑。單片機干擾最常見的現(xiàn)象就是復位，導致程序運行異常。設計系統(tǒng)是一般需要添加一個“看門狗”監(jiān)控模塊，在系統(tǒng)出現(xiàn)不可逆轉的干擾時，監(jiān)控模塊將重啟系統(tǒng)，并從斷點處繼續(xù)執(zhí)行。（4）系統(tǒng)的可靠性[1]要測試單片機軟件功能的完善性。[2]上電、掉電測試。[3]系統(tǒng)耗損測試。 系統(tǒng)軟件設計的一般步驟系統(tǒng)進行軟件設計時，先要對本課題硬件有一個熟練的掌握，知道系統(tǒng)的組成，數(shù)據(jù)的傳輸，信號是如何被控制的，以及信號的顯示。然后進行軟件設計時，先搞清楚各個部分的子程序及他們的流程圖，然后進行各子程序的編寫，最后通過主函數(shù)把各子程序連接起來實現(xiàn)設計。 三路測溫軟件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件設計主要包括系統(tǒng)程序和流程圖，根據(jù)整個系統(tǒng)的要求，完成溫度的測量與控制必須經(jīng)過以下幾個步驟：單片機接受傳感器的溫度信號，并通過MAX7219驅動顯示出來，單片機掃描鍵盤，接受控制信號，并將溫度顯示出來，若溫度不在范圍內則發(fā)出報警。開始系統(tǒng)初始化測溫程序初始化如果按鍵一按下如果按鍵二按下 如果按鍵三按下如果按鍵四按下調用讀溫度1子程序調用讀溫度2子程序調用讀溫度3子程序顯示1路溫度顯示2路溫度顯示3路溫度顯示全部溫度返回返回返回返回 主程序流程圖 初始化子程序 DS18B20初始化程序嚴格按照DS18B20的時序來編寫，微處理器開始發(fā)送一個復位脈沖（在480us～960us之間），接著數(shù)據(jù)線釋放拉到高電平1。 初始化子程序流程圖 溫度轉換由三片DS18B20是串接在不同的I/O，讀取溫度的子是程序獨立分開，但工作原理一樣。以單個為例，首先調用DS18B20初始化子程序對它進行初始化，然后發(fā)跳過匹配ROM命令，接著發(fā)溫度轉換命令完成溫度轉換，該命令主要是完成溫度的A/D轉換，讀取溫度程序是在轉換結束后才能讀取當前溫度值。其它兩片工作原理一樣。 溫度轉換流程圖 DS18B20寫子程序 當主機把數(shù)據(jù)線從高邏輯電平拉低至邏輯電平時產生寫時間片，有兩種類型的寫時間片，寫1時間片和寫0時間片，所有時間片必須有最短為60微妙的持續(xù)期。在各寫周期之間必須有最短為1us的恢復時間。在I/O口線高電平變?yōu)榈碗娖胶驞S18B20在15us到60us之間對I/O采樣，如果是高電平則寫1，低電平寫0。數(shù)據(jù)線DQ拉低從低位到高位發(fā)送數(shù)據(jù)一個字節(jié)發(fā)送完成？結束開始 寫子程序流程圖 DS18B20讀子程序從DS18B20讀數(shù)據(jù)時單片機產生讀時間片，當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到低電平時產生讀時間片，數(shù)據(jù)線必須保持在邏輯電平至少1微妙，來自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時間段下降沿之后15微妙有效，因此為了讀出從讀時間段開始算起15微妙的狀態(tài)單片機必須停止把I/O引腳驅動拉低至低電平，在讀時間段結束時I/O引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回至高電平，所有讀時間段的最短持續(xù)周期限為60微妙，各個讀時間片之間必須有最短為1微妙的恢復時間，把主機采樣時間定在15微妙期間的末尾系統(tǒng)時序關系就有最大的余地。單片機從DS18B20中讀取數(shù)據(jù)是一位一位的讀的，沒讀完一位的數(shù)據(jù)到單片機的特定單元A，A左移一次與B向或，直至DS18B20的數(shù)據(jù)全部移到B中，到此單片機就對DS18B20完成了讀字節(jié)操作。開始設置i=8循環(huán)八次調用讀DS18B20dat右移8位與a按位或（把8位的b和a合并送給兩字節(jié)的Tvalue）結束 讀子程序流程圖 按鍵處理子程序 這一模塊子程序定義了四個按鍵標志量，當檢測到對應的按鍵被按下時，標志量1被程序置1，在主程序中，根據(jù)標志量的狀態(tài)轉向不同的處理子程序。開始標志量flag1，flag2,flag3,flag4全為0按鍵一按下？Flag1=1按鍵二按下Flag2=1按鍵三按下按鍵四按下Flag3=1Flag4=1結束 按鍵處理子程序流程圖第五章 誤差分析 誤差產生當采用寄生電源的工作方式時（電源從IO口上獲得），如果溫度高于100℃，則將產生很大的誤差，因為此時器件中較大的漏電流會使總線不能可靠檢測高低電平，從而導致數(shù)據(jù)傳輸誤碼率的增大。 V 無需備用電源，測量溫度范圍為55℃至+125℃ ，華氏相當于是67℉到257℉華氏度 10 ℃至+85℃。在此范圍內精度為177?！?。在遠距離有線測溫傳輸過程中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤使得溫度不能準確測量。 降低誤差方法 為了使得設計能夠得到準確實時溫度，DS18B20采用了外部電源供電方式，在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證 轉換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。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。 在傳輸方面，當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長，測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線。 掛接DS18B20個數(shù)論證 在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時 要加以注意。本設計采用的是每個I/O口掛接一個DS18B20傳感器的方案，由于STC89c52用戶應用程序空間為8K字節(jié)，根據(jù)編寫的程序大小，掛接三個DS18B20,程序為2K字節(jié)，故最多可接12個。第六章 調試與小結本設計Keil C51對單片機多點溫度測量系統(tǒng)進行了軟件編寫。在編寫過程中，必須嚴格按照DS18B20的工作時序嚴格編寫，否則溫度無法準確測量。硬件電路的設計是通過Protel 99se軟件來來設計的PCB。設計之始，由于對軟件的不熟練和PCB布線規(guī)則的不熟悉，導致第一版的設計失敗，主要原因是布線寬度太窄導致刻板時線被刻斷，焊盤設計太小，焊接時元件焊接不牢固。在兩面布線時，頂層布線只放置一個過孔到頂層走線直接布線到頂層焊盤導致無法焊接。在第一版設計階段由于粗心大意，把P0口上拉排阻的接電源錯接成接地導致LCD1602不能顯示，通過原理圖對比和電路的排查最終找出和解決問題。經(jīng)過改善后，第二版PCB制作成功。本課題通過分析對比各種不同的溫度傳感器，選定DS18B20，這種單總線數(shù)字溫度傳感器的通信方式比較獨特，軟件編寫要求的比較新穎，特點突出。用其構建的系統(tǒng)有很多優(yōu)點：硬件連線簡單，省去了使用模擬傳感器要進行放大、A/D轉換等工作，由于它的級聯(lián)功能，一條總線可掛接多個傳感器測量不同位置的溫度，根據(jù)DS18B20唯一的序號識別不同傳感器在各自位置的溫度。課題采用的是一個I/O口掛接一個DS18B20的方式串聯(lián)了三個傳感器。另外，由于DS1820 單線通信功能是分時完成的,遵循嚴格的時隙概念,因此, 系統(tǒng)對DS1820 和各種操作必須按協(xié)議進行,即:初始化DS1820 (發(fā)復位脈沖)—發(fā)ROM功能命令—發(fā)存儲器操作命令—處理數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，每一個自帶地址，大大減少了系統(tǒng)的電纜數(shù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。通過調試成型系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了DS18B20除了上述優(yōu)點外，還有一些缺點，如：簡單的硬件連接的代價是復雜的軟件時序，DS18B20在測量溫度的時候，靈敏度不夠高，溫度快速變化時無法迅速顯示出其變化。通過一系列的實驗發(fā)現(xiàn)：由DS18B20構建的測溫小系統(tǒng)適用于環(huán)境溫度監(jiān)控，對溫度小變化較敏感；不適合應用于要求實時性強、溫度跨度大的測溫方式。致謝本設計是在鄭繼紅老師的指導下完成的，鄭繼紅老師是一位極其負責任的指導老師。畢業(yè)設計初期時，就制定了詳細的工作時間表，對于各個階段要完成的設計任務都詳盡列出，而且按時要求完成。期間，多次集中開會，分析指導，提供修改意見。為此，對鄭繼紅老師在畢業(yè)設計期間提供的悉心指導與幫助表示衷心的感謝！此外，特別要感謝在這次畢業(yè)設計中為我提供寶貴意見的同學，有了你們的建議讓我這次畢業(yè)設計順利完成！參考文獻[1]黨峰、王敬農、[J].山西電子技術,2007(3)[2]趙海蘭、趙祥偉．智能溫度傳感器DS18B20的原理與應用[J].現(xiàn)代電子技術，2003,26(14)[