【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是控制器與18B20間的數(shù)據(jù)通信。如果復(fù)位低電平的時(shí)間不足或是單總線(xiàn)的電路斷路都不會(huì)接到存在脈沖，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意意外情況的處理。3， 控制器發(fā)送ROM指令：雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交流了，ROM指令共有5條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條，ROM指令分別是讀ROM數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報(bào)警芯片搜索。ROM指令為8位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片內(nèi)的64位光刻ROM進(jìn)行操作。其主要目的是為了分辨一條總線(xiàn)上掛接的多個(gè)器件并作處理。誠(chéng)然，單總線(xiàn)上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過(guò)每個(gè)器件上所獨(dú)有的ID號(hào)來(lái)區(qū)別，一般只掛接單個(gè)18B20芯片時(shí)可以跳過(guò)ROM指令（注意：此處指的跳過(guò)ROM指令并非不發(fā)送ROM指令，而是用特有的一條“跳過(guò)指令”）。ROM指令在下文有詳細(xì)的介紹。4， 控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令：在ROM指令發(fā)送給18B20之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。操作指令同樣為8位，共6條，存儲(chǔ)器操作指令分別是寫(xiě)RAM數(shù)據(jù)、讀RAM數(shù)據(jù)、將RAM數(shù)據(jù)復(fù)制到EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將EEPROM中的報(bào)警值復(fù)制到RAM、工作方式切換。存儲(chǔ)器操作指令的功能是命令18B20作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。5， 執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫(xiě)：一個(gè)存儲(chǔ)器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，這個(gè)操作要視存儲(chǔ)器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待18B20執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為500uS。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)指令則需要嚴(yán)格遵循18B20的讀寫(xiě)時(shí)序來(lái)操作。數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)方法將有下文有詳細(xì)介紹。若要讀出當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個(gè)周期為復(fù)位、跳過(guò)ROM指令、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器操作指令、等待500uS溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間。緊接著執(zhí)行第二個(gè)周期為復(fù)位、跳過(guò)ROM指令、執(zhí)行讀RAM的存儲(chǔ)器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為9第14頁(yè)（共33頁(yè)）基于AT89c51家庭溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真?zhèn)€字節(jié)，中途可停止，只讀簡(jiǎn)單溫度值則讀前2個(gè)字節(jié)即可）。其它的操作流程也大同小異，在此不多介紹。DS18B20測(cè)溫原理：低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。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。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)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，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，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)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。DS18B20功能特點(diǎn)： 1. 采用單總線(xiàn)技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根I/O線(xiàn)，在一根線(xiàn)上可以?huà)旖佣鄠€(gè)DS18B20。 2. 每只DS18B20具有一個(gè)獨(dú)有的，不可修改的64位序列號(hào)，根據(jù)序列號(hào)訪(fǎng)問(wèn)地應(yīng)的器件。 3. 低壓供電，電源范圍從3~5V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線(xiàn)上竊取電源（寄生電源方式）。 4. 測(cè)溫范圍為55~+125,℃在10~85℃℃范圍內(nèi)誤差為177?！?。 5. 可編輯數(shù)據(jù)為9~12位，轉(zhuǎn)換12位溫度時(shí)間為750ms（最大）。 6. 用戶(hù)可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度。 7. 報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址哪個(gè)器件的溫度超出預(yù)定值。 8. DS18B20的分辯率由用戶(hù)通過(guò)EEPROM設(shè)置為9~12位。 9. DS18B20可將檢測(cè)到溫度值直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過(guò)串行通信的方式與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： ，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開(kāi)始8位（28H）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)DS18B20的目的。 ，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 第22頁(yè)（共31頁(yè)）智能溫度控制系統(tǒng)的概述TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 。 DS18B20使用中的注意事項(xiàng)DS18B20 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線(xiàn)少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： 從測(cè)溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，這是必須保證的，不然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示85。 ，應(yīng)使電源電壓保持在5V 左右，若電源電壓過(guò)低，會(huì)使所測(cè)得的溫度精度降低。 ，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)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)DS1820操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以?huà)烊我舛鄠€(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此，當(dāng)單總線(xiàn)上所掛DS18B20 超過(guò)8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線(xiàn)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。 ，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(xiàn)，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)，這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 LED顯示屏的介紹和工作原理 LED顯示屏的工作原理 現(xiàn)在一般把顯示圖形或文字的LED 顯示屏稱(chēng)為圖文屏，其實(shí)LED 圖文顯示屏并沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的嚴(yán)格的定義，這里所謂的圖形，是指由單色固定亮度的點(diǎn)陣線(xiàn)條組成的任意圖形，其中LED 點(diǎn)陣發(fā)光器件或發(fā)光或熄滅，即只有兩種狀態(tài)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)正是基于 LED 圖文顯示屏實(shí)際應(yīng)用，著重實(shí)現(xiàn)LED 顯示屏的圖文編輯及設(shè)備驅(qū)動(dòng)。 LED圖文顯示屏屏軟件系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)需第16頁(yè)（共33頁(yè)）智能溫度控制系統(tǒng)的概述要聯(lián)機(jī)動(dòng)態(tài)顯示和更新部分或全部LED圖文顯示屏系統(tǒng)顯示內(nèi)容。動(dòng)態(tài)顯示只是對(duì)文字顯示來(lái)說(shuō)的。在應(yīng)用軟件的支持下，錄入的文字實(shí)時(shí)的由計(jì)算機(jī)下載給主控制器，并實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示；更新顯示內(nèi)容時(shí)，計(jì)算機(jī)將錄入的文字或圖形數(shù)據(jù)下載給主控器，并存入存儲(chǔ)器中。錄入完畢移去計(jì)算機(jī)后，將顯示更新后的內(nèi)容；也可由計(jì)算機(jī)下達(dá)命令，顯示固化的內(nèi)容。 因此，相應(yīng)的應(yīng)用軟件主要由主界面、動(dòng)態(tài)顯示界面、圖象預(yù)覽界面、串口校驗(yàn)等界面組成。設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件在Windows 操作系統(tǒng)下使用。 主控制界面的工作原理 :系統(tǒng)采用 Windows 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)格的下拉菜單主界面，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)如下功能：在窗體菜單欄選擇在更新顯示內(nèi)容時(shí)的圖形、文字的編輯，顏色的選取控制，對(duì)于字模的提取與保存的控制以及對(duì)于存儲(chǔ)的待顯示信息的優(yōu)化處理，動(dòng)態(tài)效果的添加，文件傳輸前的調(diào)整和設(shè)備通訊前的設(shè)置功能。 效果處理界面原理 :系統(tǒng)要求滿(mǎn)足：將保存后的單屏靜態(tài)顯示效果的信息文件打開(kāi)，通過(guò)手工設(shè)置，確認(rèn)將要實(shí)現(xiàn)如瞬間顯示，由左至右滾動(dòng)顯示的效果；可以通過(guò)手工添加實(shí)現(xiàn)多屏文件保存成一個(gè)文件通過(guò)串口傳輸。 圖文顯示屏的硬件硬件模塊基本結(jié)構(gòu)可以分為屏體和控制器兩大部分。 屏體部分結(jié)構(gòu)與功能 :屏體部分主要是 LED 和行列驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。不論是圖形還是文字，都是控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在的位置相對(duì)應(yīng)的LED 器件發(fā)光。根據(jù)屏幕所需的平面面積大小，選擇一定數(shù)量的LED。像數(shù)碼管一類(lèi)的LED 顯示器件只在需要發(fā)光的七段位置上布置LED 器件，其它位置都是空白的，因此相對(duì)價(jià)格比較便宜。但是，由于數(shù)碼管顯示的信息有限，只有 09（或再擴(kuò)展到 AF）幾個(gè)字符，這些字符的變化是靠組合 7 段 LED 的發(fā)光與否實(shí)現(xiàn)的。由于段數(shù)不多，組合形成的字符也不多。 而用點(diǎn)陣方式構(gòu)成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據(jù)需要任意組合和變化，只要設(shè)計(jì)好合適的數(shù)據(jù)文件，每個(gè)LED 發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)中的一位，通過(guò)對(duì)點(diǎn)陣上全部的LED 進(jìn)行控制，在需要該LED 器件發(fā)光時(shí)數(shù)據(jù)中相應(yīng)的位填1，否則填0，這樣依照所需顯示的圖形文字，按顯示屏的各行各列逐點(diǎn)填寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個(gè)顯示數(shù)據(jù)文件，得到滿(mǎn)意的顯示效果。 由于文字的顯示點(diǎn)陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計(jì)算機(jī)通用的字庫(kù)字模，如漢字的宋體、楷體和黑體等多種可供選擇的方案；其大小也可以有 16*124*232*348*48 等不同規(guī)格。 圖文顯示屏的顏色，有單色、雙色和多色幾種。本系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境采用的是單色圖文屏，采用紅色的LED 點(diǎn)陣單元。對(duì)于雙色圖文屏和多色圖文屏來(lái)說(shuō)，在LED 點(diǎn)陣的每一個(gè)“點(diǎn)”上布置兩個(gè)或多個(gè)不同顏色的 LED 發(fā)光器件，對(duì)應(yīng)于每種顏色都有自己的顯示矩陣。顯示的時(shí)候，各個(gè)顏色的顯示點(diǎn)陣是分開(kāi)控制的。事先設(shè)計(jì)好各種顏色的顯示數(shù)據(jù)，顯示時(shí)分別送到各自的顯示點(diǎn)陣，即可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果。每一種顏色的控制方法和單色的完全相同。在顯示效果方面，完全可以通過(guò)掃描驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)可以感知的靜止不動(dòng)的效果 靜態(tài)顯示模式；通過(guò)隨時(shí)間變化不斷控制刷新顯示數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)態(tài)顯示模式，如閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等，但這里對(duì)顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行的刷新并不意味著一定要重新編寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)，可以通過(guò)一定的算法從原來(lái)的顯示數(shù)據(jù)直接生成。 控制器結(jié)構(gòu)與功能:由M行N 列組成的M*N 圖文顯示屏其LED 發(fā)光器件數(shù)量相當(dāng)大，不宜使用靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路，而采用多行的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器?？刂齐娐坟?fù)責(zé)有序的選通各行，在選通每一行之前還要把該行各列的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。這一行上的 LED發(fā)光器件就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。這種時(shí)序控制電路，可以由布線(xiàn)邏輯完成，但考慮顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和設(shè)計(jì)的靈活性及通用性，一般都采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 單片機(jī)功能:控制電路采用單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)的通訊、控制存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)模塊、安排控制信號(hào)的定時(shí)與順序、控制驅(qū)動(dòng)LED 顯示點(diǎn)陣的電路等。 存儲(chǔ)器:一般的設(shè)置隨機(jī)存儲(chǔ)器接收上位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，或者加設(shè)存儲(chǔ)固化顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。 驅(qū)動(dòng)電路:用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED 顯示點(diǎn)陣的電路。 控制信號(hào)模塊:各種控制信號(hào)用來(lái)使顯示屏正常工作，包括行選通信號(hào)、列數(shù)據(jù)移位信號(hào)、列數(shù)據(jù)輸出鎖存器打入信號(hào)、產(chǎn)生上下部分在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)的SRCLK信號(hào)、清屏信號(hào)等。 查字模塊:當(dāng)需要由單片機(jī)來(lái)控制調(diào)用字模時(shí)，需要增設(shè)漢字模模塊保存模塊。溫控技術(shù)無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)，還是日常生活中都起著非常重要的作用。在冶金、石油、化工、電力和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等行業(yè)，溫度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一，在普通家庭里熱水器、電飯煲、電烤箱等依賴(lài)于溫控技術(shù)的家電設(shè)備也是必不可少?？梢哉f(shuō)溫度控制技術(shù)無(wú)處不在。 常規(guī)的溫度控制方法以設(shè)定溫度為臨界點(diǎn)，超出設(shè)定允許范圍即進(jìn)行溫度調(diào)控：低于設(shè)定值就加熱，反之就停止或降溫。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低，但控制效果不理想，控制溫度精度不高、容易引起震蕩，達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)的時(shí)間也長(zhǎng)，因此，只能用在精度要求不高的場(chǎng)合。 而采用PID算法進(jìn)行溫度控制，它具有控制精度高，能夠克服容量滯后的特點(diǎn)，特別適用于負(fù)荷變化大、容量滯后較大、控制品質(zhì)要求又很高的控制系統(tǒng)。 單片機(jī)作為控制系統(tǒng)中必不可少的部分，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，用單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和控制，保證系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的控制精度，有利于提高系統(tǒng)的工作效率。本系統(tǒng)采用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)PID算法進(jìn)行溫度控制。 PID控制的原理和特點(diǎn) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型，控制理論的其他技術(shù)也難以采用，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定時(shí)，應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)問(wèn)和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法概括起來(lái)有兩大類(lèi)：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴(lài)工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。 PID一般算式及模擬控制規(guī)律如式(1)所示： 式中：u(t)為控制器的輸出；e(t)為偏差，即設(shè)定值與反饋值之差；KC為控制器的放大系數(shù)，即比例增益；TI為控制器的積分常數(shù)；TD為控制器的微分時(shí)間常數(shù)。PID算法的原理即調(diào)節(jié)KC，TI，TD三個(gè)參數(shù)使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。 由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。因此在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，必須首先對(duì)式(1)進(jìn)行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時(shí)積分項(xiàng)和微分項(xiàng)可用求和及增量式表示： 將式(2)和式(3)代入式(1)，則可得到離散的PID表達(dá)式：16