【文章內(nèi)容簡介】 圖24 內(nèi)部時(shí)鐘電路 圖25 HMOS型單片機(jī)外部時(shí)鐘電路(2) 外部時(shí)鐘方式 對于HMOS型單片機(jī)（8051），可用來輸入外部脈沖信號,XTAL1接地，XTAL2接外部時(shí)鐘，由于XTAL2的邏輯電平與TTL電平不兼容，所以應(yīng)接一個(gè)上拉電阻。如圖25。對于CHMOS單片機(jī)（80C51），外部時(shí)鐘要由XTAL1引入，而XTAL2引腳應(yīng)懸空。3 溫控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 溫度檢測模塊 溫度傳感器的概述 溫度傳感器是各種傳感器中最常用的一種，早期使用的是模擬溫度傳感器，比如熱敏電阻，隨著溫度的變化，它的阻值也發(fā)生了類似線性的變化，通過處理器采集電阻兩端的阻值，再通過某個(gè)公式就可計(jì)算出當(dāng)前的溫度。隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代的溫度傳感器已經(jīng)走向數(shù)字化。DALLAS半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20采用單總線協(xié)議，即與單片機(jī)接口僅需占用一個(gè)I/O口，無須任何的外部元件，直接將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以數(shù)字碼的方式串行輸出。DS18B20是DALLAS公司推出的第一片支持“一總線”接口的的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)。（1）DS18B20的特性：1　 適應(yīng)電壓范圍寬，~，在寄生電源方式下可以由數(shù)據(jù)線供電。2　 獨(dú)特的單線接口方式，它與處理器連接時(shí)僅需要一個(gè)I/O口就可以和微處理器雙向通信。3　 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一單總線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。4　 負(fù)壓特性。電源極性接反時(shí)不會因?yàn)榘l(fā)熱而燒壞，但是不能正常工作。5　 測量范圍在55℃~+125℃，在10℃~+85℃時(shí)精度為177?！?。6　 在使用中不需要任何外圍的元件，全部傳感元件和轉(zhuǎn)換電路都集成在一個(gè)三極管的集成電路內(nèi)。7　 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字信號，通過單總線串行傳送給微處理器，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有很強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。8　 可編程分辨率為912位，℃,℃,℃℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。（2） 引腳簡介 DS18B20有兩種封裝形式，一種是三腳直插型，是使用最普遍的一種封裝。和八腳SOSI貼片式封裝。如下圖31所示 圖31 DS18B20的兩種封裝GND電源負(fù)極DQ信號輸入輸出VDD 電源正極NC空引腳（3）DS18B20與單片機(jī)硬件連接圖 前文提到DS18B20具有單總線，單片機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行串行傳輸?shù)拇锌偩€主要有I2C，SPI和SCI總線。其中I2C總線以同步串行二線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線一條數(shù)據(jù)線），SPI總線則以同步串行三線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線），而SCI總線是以異步方式進(jìn)行通信（一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線）。這些總線需要兩條或者兩條以上的的信號線。但是DS18B20采用的單總線技術(shù)與上述的總線不同，它采用了單條信號線，既可傳輸時(shí)鐘，又可傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線技術(shù)具有線路簡單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。單總線使用與單主機(jī)系統(tǒng)，可以控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。 圖32 DS18B20與微處理器典型連接電路主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換至通過一條信號線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作；當(dāng)有多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。本畢設(shè)單片機(jī)只是與一個(gè)DS18B20通信，如果要控制多個(gè)DS18B20進(jìn)行溫度采集，只要將所有DS18B20的I/O口全部接到一起就可以了。具體操作時(shí)，通過讀取每個(gè)DS18B20內(nèi)部芯片的序列號來識別。 DS18B20的工作原理和工作時(shí)序圖單片機(jī)要讀出DS18B20的溫度數(shù)據(jù)，首先要知道控制DS18B20的指令。1　 33H讀ROM，讀DS18B20溫度傳感器ROM中的編碼（64位地址）2　 55H匹配ROM。發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的DS18B20并使之做出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀/寫作準(zhǔn)備。3　 F0H搜索ROM。用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個(gè)數(shù)，識別64位ROM地址，為操作各器件做好準(zhǔn)備。4　 CCH跳過ROM。忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令，使用與一個(gè)從機(jī)工作。5　 ECH告警搜索命令。執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的，芯片才做出響應(yīng)。 ROM的作用是使每個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一條總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。當(dāng)主機(jī)需要對眾多在線DS18B20中的某一個(gè)進(jìn)行操作時(shí)，主機(jī)應(yīng)先逐個(gè)與DS18B20掛接，讀出其序列號；然后再將所有的DS18B20掛接到總線上，單片機(jī)發(fā)出匹配ROM命令，緊接著主機(jī)提供的64位序列號之后的操作就是針對該DS18B20。如果主機(jī)只對一個(gè)DS18B20進(jìn)行操作，就不需要讀取ROM編碼和匹配，直接跳過ROM命令，就可以進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換和讀取。其操作如下1　 44H溫度轉(zhuǎn)換。啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存入9字節(jié)的RAM中。2　 BEH讀暫存器。讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。3　 4EH寫暫存器。發(fā)出向內(nèi)部RAM的第2,3字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)數(shù)據(jù)。其他指令在這里就不做詳細(xì)介紹。 DS18B20在出廠時(shí)默認(rèn)配置為12位，其中最高位為符號位，即溫度值共11位，單片機(jī)在讀數(shù)據(jù)時(shí)，一次會讀兩字節(jié)共16位。另外，還需要判斷溫度的正負(fù)。前5個(gè)字符為符號位，這5位同時(shí)變化，我們只需要判斷11位就可以了。前5位為1時(shí)，讀取的溫度為負(fù)值。前5位為0時(shí)，讀取溫度位為正值。下面是DS18B20的工作時(shí)序簡介(1) 初始化時(shí)序圖 圖33 初始化時(shí)序圖1　 先將數(shù)據(jù)線置高電平1。2　 延時(shí)（時(shí)間要求不是很嚴(yán)格，但最好盡可能短）。3　 數(shù)據(jù)線拉倒低電平0。4　 延時(shí)800181。s(時(shí)間可以在480181。s~960181。s中選)5　 數(shù)據(jù)線拉高到電平1。6　 延時(shí)等待。如果初始化成功則在15~60181。s內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20返回的低電平0。這個(gè)可以確定它的存在。7　 如果CPU讀到數(shù)據(jù)線上的低電平后，還要進(jìn)行延時(shí)，時(shí)間從發(fā)出高電平算起不少于480181。s。8　 將數(shù)據(jù)線再次拉到低電平后結(jié)束。（2） DS18B20的寫和讀數(shù)據(jù) 寫時(shí)序圖： 圖34 DS18B20讀時(shí)序圖1　 數(shù)據(jù)線先置低電平0。2　 延時(shí)確定的時(shí)間為15181。s。3　 按從低位到高位的順序發(fā)送數(shù)據(jù)4　 延時(shí)時(shí)間為45181。s。5　 數(shù)據(jù)線拉倒高電平1。6　 重復(fù)前面五步，直到發(fā)送完整一個(gè)字節(jié)。7　 最后將數(shù)據(jù)線拉高到1。讀時(shí)序圖： 圖35 讀時(shí)序圖 圖36 控制器讀1的詳細(xì)時(shí)序 圖37 芯片資料推薦的控制器讀1時(shí)序結(jié)合上面35,36，37圖，我們可以知道1　 將數(shù)據(jù)線拉高到1。2　 延時(shí)2181。s。3　 將數(shù)據(jù)線拉低到0.4　 延時(shí)5181。s。（時(shí)間大于1181。s）5　 將數(shù)據(jù)線拉高到1.6　 延時(shí)4181。s。7　 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到下一個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。8　 延時(shí)30181。s。9　 重復(fù)以上所有步驟，直到讀取完一個(gè)字節(jié)。 顯示模塊 為了顯示方便和節(jié)省成本，溫度的顯示我們采用共陰單位數(shù)碼管顯示。首先簡單說明共陰數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如圖38 圖38 共陰數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)對于共陰數(shù)碼管來說，其8個(gè)發(fā)光二極管的陰極在數(shù)碼管內(nèi)部是連接在一起的，而它們的陽極是獨(dú)立的，通常在設(shè)計(jì)電路時(shí)一般把陰極接地。當(dāng)我們要顯示某個(gè)數(shù)時(shí)，按照共陰數(shù)碼管編碼表，對單片機(jī)相應(yīng)的I/O口賦值就可以顯示相應(yīng)的數(shù)字。例如我們要顯示8，那就是除了dp，其他七個(gè)發(fā)光二極管都亮。假如數(shù)碼管和單片機(jī)的連接P0口。則P0=0x7f，數(shù)碼管的各引腳排列可以通過萬用表測得。 圖39 單位共陰數(shù)碼管引腳 一般的單位數(shù)碼管有10個(gè)引腳，就共陰單位數(shù)碼管來說，中間兩個(gè)對稱的引腳是相通的，既它們的共陰極。 圖310 單片機(jī)與數(shù)碼管連接圖如圖310數(shù)碼管的輸入端連接單片機(jī)的P0口，同時(shí)在P0口加上拉電阻。數(shù)碼管的WX1，WX2,WX3是它們的位選端，每個(gè)數(shù)碼管對應(yīng)一個(gè)位選端，它們分別與U3鎖存器的數(shù)據(jù)輸出端的低三位相連，U3的數(shù)據(jù)輸入端也連接到單片機(jī)的P0口。因?yàn)橛脝纹瑱C(jī)可以控制鎖存器的鎖存端，進(jìn)而控制鎖存器的數(shù)據(jù)輸出，這種分時(shí)控制的方法可以很方便的控制任意的數(shù)碼管顯示任意數(shù)字。當(dāng)我們要用第一個(gè)數(shù)碼管顯示一個(gè)數(shù)字時(shí)，第二，第三個(gè)的位選就要關(guān)閉。即將數(shù)據(jù)從單片機(jī)的I/O口直接送到U3鎖存器的鎖存端一個(gè)高電平，然后將數(shù)據(jù)從單片機(jī)的P0口直接送出到鎖存器U3的數(shù)據(jù)輸出端，然后關(guān)閉U3的鎖存端。因?yàn)閿?shù)碼管為共陰極，所以位選通時(shí)為低電平，位選關(guān)閉時(shí)為高電平，即只有WX1端對應(yīng)數(shù)據(jù)為0，其他都為1。 74HC573鎖存器的結(jié)構(gòu)及原理74HC573鎖存器是一種數(shù)字芯片。其引腳圖如下： 是三態(tài)允許輸出端，通常叫做輸出使能端。D0D8為數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q8為數(shù)據(jù)輸出端；LE為鎖存允許端。 表31 74HC573的真值表 INPUTSOUTPUTLEDQLHHHLHLLLLXQ0HXXZ圖311 74HC573引腳圖由真值表可以看出，當(dāng)為高電平時(shí)，無論LE與為何電平狀態(tài)，其輸出都是高阻態(tài)（Z）。這種情況下芯片是處于不可控狀態(tài)的，因此，我們將接低電平（L），即接地。當(dāng)為低電平時(shí)，再結(jié)合LE端的輸入狀態(tài)，當(dāng)LE端為高電平（H）時(shí)，Q端的狀態(tài)和D端的一樣。當(dāng)LE為低電平時(shí)，無論D端的電平是什么，Q端都保持上一次的數(shù)據(jù)狀態(tài)。 溫超報(bào)警模塊溫度警報(bào)本畢設(shè)采用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，其電路如下圖312 圖312 蜂鳴器報(bào)警連接圖圖中PNP三極管是采用了S8550，它是一種普通的硅三極管，但是可以滿足蜂鳴器大電流的要求。可以采用SS8550，聲音會更大些。 串口通信模塊（1）通信有并行和串行兩種方式。在單片機(jī)系統(tǒng)以及現(xiàn)代單片機(jī)測控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。相對于并行通信，串行通信的速度比較慢，這種方式所用的傳輸線少（例如二根），因而在通信時(shí)可降低成本，比較經(jīng)濟(jì)。另外，它還可以借助于現(xiàn)存的電話網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，因此串行通信適合于遠(yuǎn)距離且傳送速度要求不很高的通信。串行通信有三種傳輸制式，這就是單工（Simplex）方式、半雙工（Ha