【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 FF5EH1111 1110 0110 1111FE6FH551111 1100 1001 0000FC90HDS18B20的測(cè)溫原理是這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加１，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度寄存器值大致等于被測(cè)溫度值。 DS18B20溫度傳感器的接線方式DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開(kāi)始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 DS18B20的控制方法DS18B20的復(fù)位時(shí)序 ：（1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。（2） 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)）（3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。（4） 延時(shí)750微秒（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480到960微秒）。（5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。（6） 延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來(lái)確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無(wú)限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。（7） 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時(shí)間算起）最少要480微秒。（8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。DS18B20的讀時(shí)序：對(duì)于DS18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。對(duì)于DS18B20的讀時(shí)序是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要60us才能完成。（1） 將數(shù)據(jù)線拉高“1”。（2） 延時(shí)2微秒。（3） 將數(shù)據(jù)線拉低“0”。（4） 延時(shí)15微秒。（5） 將數(shù)據(jù)線拉高“1”。（6） 延時(shí)15微秒。（7） 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（8） 延時(shí)30微秒。DS18B20的寫時(shí)序：對(duì)于DS18B20的寫時(shí)序仍然分為寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。對(duì)于DS18B20寫0時(shí)序和寫1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣I/O總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。（1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。（2） 延時(shí)確定的時(shí)間為15微秒。（3） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。（4） 延時(shí)時(shí)間為45微秒。（5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。（6） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。（7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。DS18B20雖然有測(cè)溫簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，單在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：(1)較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS18B20 操作部分最好采用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。(2) 在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20 超過(guò)8個(gè)時(shí)鐘，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。(3) 連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹Ｒ虼?，在用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。(4) 在DS18B20 測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20 的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20 時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。 本章小結(jié)本章主要闡述了報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案，并且從結(jié)構(gòu)、功能、技術(shù)指標(biāo)三方面對(duì)報(bào)警器進(jìn)行了詳細(xì)的論述。根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體要求，選擇了MQ2煙霧傳感器、AT89S52單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器。第3章 系統(tǒng)的硬件電路 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖31 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路電源電路：向單片機(jī)供電。—， 所以通常給單片機(jī)外接5V直流電源。連接方式為：VCC(40腳）接電源+5V，VSS(20腳）：接地端。時(shí)鐘電路：AT89C52單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)由反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可由內(nèi)部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接晶體振蕩器Y，內(nèi)部振蕩電路就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時(shí)元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇12MHZ，CC2的電容值取30pF，電容的大小起頻率微調(diào)的作用。復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)有多種復(fù)位電路，本系統(tǒng)采用自動(dòng)復(fù)位（上電復(fù)位）與手動(dòng)復(fù)位方式。當(dāng)上電時(shí)，C3充電，電源經(jīng)過(guò)電容器C3加到RESET引腳，使單片機(jī)復(fù)位；在正常工作時(shí)，按下復(fù)位鍵時(shí)單片機(jī)復(fù)位。 煙霧信號(hào)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)三線接口與單片機(jī)連接，功耗低，性能價(jià)格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過(guò)DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。其主要特點(diǎn)如下： 8位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為5V； 5V單電源供電； 輸入模擬信號(hào)電壓范圍為0～5V； 輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容； 在250KHZ時(shí)鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us； 具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道； 功耗低，15mW。ADC0832有DIP和SOIC兩種封裝，DIP封裝的ADC0832引腳排列如圖32所示。圖32 ADC0832引腳圖各引腳說(shuō)明如下： CS——片選端，低電平有效。 CH0，CH1——兩路模擬信號(hào)輸入端。 DI——兩路模擬輸入選擇輸入端。 DO——模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。 CLK——串行時(shí)鐘輸入端。 Vcc/REF——正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。 GND——電源地。正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第3個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)見(jiàn)表31。表31 ADC0832通道選擇配置位輸入形式 配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+01+單端輸入10+11+如表31所示，當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN進(jìn)行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN，CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3個(gè)脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下沉開(kāi)始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是0～。如果作為由IN+與IN輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN的輸入時(shí)，如果IN的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。圖33 煙霧采集及A/D轉(zhuǎn)換電路煙霧傳感器MQ2將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電壓信號(hào)，通過(guò)一個(gè)可變電阻來(lái)調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度，6腳接ADC0832的CH0端，通過(guò)CH0進(jìn)行單通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。，ADC0832開(kāi)始進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 溫度采集電路圖34 溫度采集電路DS18B20溫度傳感器的1腳接地，3腳接VCC，為了確保DS18B20工作可靠，2腳要接10K的上拉電阻。 LCD顯示電路本系統(tǒng)的顯示部分采用LCD1602字符顯示模塊，1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別。圖35為L(zhǎng)CD1602顯示屏的引腳圖。LCD1602主要技術(shù)參數(shù)如下： :162個(gè)字符 :— :() : :(WH)mm VSSVCCVORSR/EDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7BLABLKLCD160212345678910111213141516圖35 LCD1602引腳圖LCD1602引腳功能說(shuō)明：第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第4腳：RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平R/為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/為低電平時(shí)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(shí)，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腳：背光源正極。 第 16腳：背光源負(fù)極。LCD顯示屏在使用之前須根據(jù)具體配置情況初始化，初始化可在復(fù)位之后完成，過(guò)程一般如下:（1）清屏。清除屏幕，將顯示緩沖區(qū)DDRAM的內(nèi)容全部寫入空格。光標(biāo)復(fù)位，回到顯示器的左上角。地址計(jì)數(shù)器AC清零。（2）功能設(shè)置。設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)，根據(jù)LCD1602與處理器的連接選擇（LCD1602為雙行顯示）。設(shè)置字形大小。（3）開(kāi)/關(guān)顯示設(shè)置。控制光標(biāo)顯示，字符是否閃爍等。（4）輸入方式設(shè)置。設(shè)定光標(biāo)的移動(dòng)方向以及后面的內(nèi)容是否移動(dòng)。圖36是LCD1602與單片機(jī)連接的電路圖：圖36 LCD顯示電路其中，～～14引腳相連，因?yàn)锳T89S52單片機(jī)的P0口沒(méi)有上拉電阻，所以在它們中間接入10K的排阻，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊傳輸。～～6引腳相連，進(jìn)行寄存器的選擇及讀寫功能操作的選擇。 蜂鳴器報(bào)警電路圖37 蜂鳴器報(bào)警電路本系統(tǒng)中采用蜂鳴器報(bào)警，由于單片機(jī)輸出電流較小，所以用三極管S9013驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。，當(dāng)檢測(cè)到火災(zāi)隱患時(shí)，三極管工作在放大狀