【文章內容簡介】 20 的外部電源供電方式： (c)所示，在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，其VDD端用3～5．5V電源供電，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)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是85℃。 （c）DS18B20外部電源供電方式 （a）DS18B20寄生電源供電方式 (b) DS18B20溫度轉換期間的強上拉供電（寄生電源方式） DS18B20與微處理器的典型連接圖（3）DS18B20 的內部結構： 為DS18B20 的內部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64 位激光ROM 單線接口、存放中間數據的高速暫存器(內含便箋式RAM)，用于存儲用戶設定的溫度上下限值的TH 和TL 觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8 位循環(huán)冗余校驗碼(CRC)發(fā)生器等七部分。64位光刻ROM 的排列是：開始8位是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼。光刻R0M 的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這可實現一根總線上掛接多個DS18B20的目的。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前2個字節(jié)是測得的溫度信息，第1個字節(jié)的內容是溫度的低8位，第2個字節(jié)是溫度的高8位。第3個和第4個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第5個字節(jié)是結構寄存器的易失性拷貝，這3個字節(jié)的內容在每一次上電復位時被刷新。第8個字節(jié)用于內部計算。第9個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié).高速緩存存儲器溫度靈敏元件低溫觸發(fā)器 TL高溫觸發(fā)器 TH配置寄存器8 位 CRC 生成器存儲器和控制器64位ROM和單線接口電源檢測 DS18B20的內部結構（4）DS18B20 的測溫原理：DS1820測溫原理如下圖所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。斜率累加器低溫度系數晶振 計數器 1 比較溫度寄存器預置預置=0計數器 2高溫度系數晶振=0加 1停止圖 DS18B20 測溫原理高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在55℃所對應的一個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到計數器2計數到0時，DS1 8B20測量溫度原理停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。 在正常測溫情況下，DS18B20 ℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結果：首先用DS18B20 提供的讀暫存器指令(BEH)讀出以℃為分辨率的溫度測量結果，然后切去測量結果中的最低有效位(LSB)，得到所測實際溫度的整數部分TZ，然后再用BEH 指令取計數器1 的計數剩余值CS 和每度計數值CD?！?、℃為進位界限的關系，實際溫度TS 可用下式計算：TS=(TZ－℃) ＋(CD－CS)/CD（5）告警信號：DS18B20 完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與TH、TL 作比較。若TTH 或TTL，則將該器件內的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應。因此，可用多只DS18B20 同時測量溫度并進行告警搜索。一旦某測溫點越限，主機利用告警搜索命令即可識別正在告警的器件，并讀出其序號，而不必考慮非告警器件。（6）CRC 的產生：在64 位ROM 的最高有效字節(jié)中存有循環(huán)冗余校驗碼(CRC)。主機根據ROM 的前56 位來計算CRC 值，并和存入DS18B20 中的CRC 值作比較，以判斷主機收到的ROM 數據是否正確。CRC 的函數表達式為：CRC=X ＋X ＋X ＋1。此外，854DS18B20 尚需依上式為暫存器中的數據來產生一個8位CRC 送給主機，以確保暫存器數據傳送無誤。在本課題中采用四個數字式溫度傳感器DS18B20與單片機89C51連接如下圖 DS18B20多點溫度測量連接電路圖(7) DS1820 使用中注意事項DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：①較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數據傳送，因此，在對 DS18B20 進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。②在 DS18B20 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS18B20，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DS18B20 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。③連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數據將發(fā)生錯誤。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更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用 DS18B20 進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 ④在 DS18B20 測溫程序設計中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待 DS18B20 的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行 DS18B20 硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 單片機系統(tǒng)設計 在當今新科學技術飛速發(fā)展的年代里，單片機的應用已越來越受到人們的重視，它被廣泛的應用于家電、醫(yī)療、智能儀表、工業(yè)自動化等各個領域。單片機全稱單片微型計算機，是將計算機的基本部分微型化，使之集成在一塊芯片上的微機。目前市場上較為流行的單片機有 Intel 公司和 Philip 公司的8051 系列單片機．Motorola 公司的 M 6800 系列單片機。Intel 公司的 MCS96系列單片機以及 Microchip 公司的 PIC 系列單片機。片內含有CPU、ROM、RAM、并行 I/O 口、串行 I/O 口、定時/計數器、A/D、D/A、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。本課題是利用 Intel 的 80C51 控制整個系統(tǒng)。80C51 單片機包含下列幾個部件：1 個 8 位 CPU、1 個片內震蕩器及時鐘電路、4KB ROM 程序存儲器、128B RAM 數據存儲器、可尋址 64KB 外部數據存儲器和64KB 外部程序存儲器的控制電路、32 條可編程的 I/O 線、2 個 16 位的定時/計數器、1 個可編程全雙工串行接口、5 個中斷源、2 個優(yōu)先級嵌套中斷結構。本課題運用 Intel 公司的 80C51 進行系統(tǒng)控制，運用到了復位電路，時鐘電路，串口，I/O 口。復位電路：無論哪種單片機，都會涉及到復位電路。如果復位電路不可靠，在工作中就有可能出現“死機” ， “程序走飛”等現象。所以，一個單片機復位電路的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。復位操作完成單片機片內電路的初始化，使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行。當80C51單片機的復位引腳RST出現5ms以上的高電平時，單片機就完成了復位操作，如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序，因此要求單片機復位后能脫離復位狀態(tài)。復位操作通常有上電和開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。開關復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，如果發(fā)生死機，用按鈕開關操作使單片機復位。常用的上電復位且開關復位電，上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時間。當單片機已在運行之中時，按下復位鍵也能使RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實現上電且開關復位的操作。單片機的復位操作使單片機進入初始化過程，其中包括是程序計數器PC=0000H，P0P3=FFH，SP=07H，其他寄存器處于零，程序從0000H地址單元開始執(zhí)行，單片機復位后不改變片內RAM區(qū)中的內容。圖 .復位電路時鐘電路：80C51單片機的時鐘信號通常用內部振蕩和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAX2外接晶體振蕩器，就夠成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ或24MHZ。內部振蕩器方式如下。，電容器CC2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為530PF。內部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定。外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機內，這種方式適于用于用來使單片機的時鐘與外部信號保持一致。 時鐘電路 按鍵及顯示電路設計本課題要將傳感器的溫度信號和鍵盤輸入的控制信號都顯示出來，利用單片機 80C51 傳輸控制信號。鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現向單片機輸人數據、傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段,鍵盤實質上是一組按鍵開關集合,通常選用機械彈性開關,它們利用了機械觸點的合、斷作用。鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現低電平還是高電平，通過對電平高低狀態(tài)的檢測，便可確認是否有按鍵按下。為了確保 CPU 對一次按鍵動作只確認一次， 那就必須消除抖動的影響，這樣才能使鍵盤在單片機系統(tǒng)中使用得更加穩(wěn)定。常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。在本系統(tǒng)中，按鍵主要是用來設置溫度的上下限，對其上限加和下限減操作，以達到所要求的溫度值。 因此采用獨立式鍵盤來完成這一功能。該溫控系統(tǒng)主要包括：時鐘模塊、復位模塊、報警模塊、鍵盤模塊、溫度采集模塊、液晶顯示模塊以及溫度控制模塊等。其中時鐘模塊和復位模塊是啟動芯片 80C51 不可或缺的。溫度采集模塊只是采用 DS18B20，通過 口對其初始化、讀操作和寫操作，控制 DS18B20 采集數據并轉換后的數據傳到單片機里進行處理。液晶顯示模塊是選用 LCM1602 來顯示實時溫度和所設定的溫度上下限值，其中數據命令選擇端 RS 接 ，讀寫選擇端 R/W 接 ，使能信號E 接 ，而引腳 VEE 接在可變電阻器上，通過調整其電阻值來調節(jié)液晶顯示器對比度。鍵盤模塊是 S0 復位、按鈕 SSS3 和 S4 組成，其中 S1 是設定溫度上下限的確認按鍵，而 SS3 分別是對溫度上下限設定值進行“加一” 、“減一”操作。報警模塊則是由三極管驅動蜂鳴器報警。該系統(tǒng)中可以用DS18B20 來存儲設置溫度上下限的值。該系統(tǒng)硬件電路的主要原理圖見圖 1 所示:圖 顯示電路圖及按鍵控制 報警電路設計 為了實現四點溫度檢測報警系統(tǒng)，本課題采用80C51單片機作為主控制器，采用掃描的方式對四點DS18B20溫度傳感器獲取對應該位置的溫度值，經處理后可以立即發(fā)送到單片機，如只要四點溫度有一個不在設定的范圍內，給出報警信號。 圖 溫度報警電路第四章 軟件設計 軟件開發(fā)工具的選擇要使單片機系統(tǒng)按照人的意圖辦事，需設法讓人與計算機對話，并聽從人的指揮。程序設計語言是實現人機交換信息的最基本工具，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高級語言的優(yōu)勢。經以上分析綜合得知，本課題采用C語言進行編程。 系統(tǒng)軟件設計的一般原則　　在單片機應用開發(fā)中代碼使用效率、單片機的抗干擾性以及軟