【文章內(nèi)容簡介】 出端； ② GND為電源地； ③ VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 （2）DS18B20的單線（1－wire bus）系統(tǒng)單線總線結(jié)構(gòu)是DS18B20的突出特點，也是理解和編程的難點。從兩個角度來理解單線總線：第一，單線總線只定義了一個信號線，而且DS18B20智能程度較低（這點可以與微控制器和SPI器件間的通信做一個比較），所以DS18B20和處理器之間的通信必然要通過嚴(yán)格的時序控制來完成。第二，DS18B20的輸出口是漏級開路輸出，這里給出一個微控制器和DS18B20連接原理圖。這種設(shè)計使總線上的器件在合適的時間驅(qū)動它。顯然，總線上的器件與（wired AND）關(guān)系。這就決定：（1）微控制器不能單方面控制總線狀態(tài)。之所以提出這點，是因為相當(dāng)多的文獻資料上認(rèn)為，微控制器在讀取總線上數(shù)據(jù)之前的I/O口的置1操作是為了給DS18B20一個發(fā)送數(shù)據(jù)的信號。這是一個錯誤的觀點。如果當(dāng)前DS18b20發(fā)送0，即使微控制器I/O口置1，總線狀態(tài)還是0。置1操作是為了是I/O口截止（cut off），以確保微控制器正確讀取數(shù)據(jù)。（2）除了DS18B20發(fā)送0的時間段，其他時間其輸出口自動截止。自動截止是為確保：1時，在總線操作的間隙總線處于空閑狀態(tài)，即高態(tài)。2時，確保微控制器在寫1的時候DS18B20可以正確讀入。由于DS18B20采用的是1－Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S52單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。① DS18B20的復(fù)位時序，如圖29 圖29 DS18B20的復(fù)位時序圖② DS18B20的讀時序?qū)τ贒S18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，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在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。DS18B20的讀時序圖如圖210所示。圖210 DS18B20的讀時序③ DS18B20的寫時序?qū)τ贒S18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當(dāng)要寫0時序時，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IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。如圖211所示。圖211 DS18B20的寫時序圖（3）DS18B20的供電方式在圖212中示出了DS18B20的寄生電源電路。當(dāng)DQ或VDD引腳為高電平時，這個電路便“取”的電源。寄生電路的優(yōu)點是雙重的，遠(yuǎn)程溫度控制監(jiān)測無需本地電源，缺少正常電源條件下也可以讀ROM。為了使DS18B20能完成準(zhǔn)確的溫度變換，當(dāng)溫度變換發(fā)生時，DQ線上必須提供足夠的功率。有兩種方法確保 DS18B20 在其有效變換期內(nèi)得到足夠的電源電流。第一種方法是發(fā)生溫度變換時，在 DQ 線上提供一強的上拉，這期間單總線上不能有其它的動作發(fā)生。如圖28 所示，通過使用一個 MOSFET 把 DQ 線直接接到電源可實現(xiàn)這一點，這時DS18B20 工作在寄生電源工作方式，在該方式下 VDD 引腳必須連接到地。 圖212 DS18B20供電方式1另一種方法是 DS18B20 工作在外部電源工作方式，如圖213 所示。這種方法的優(yōu)點是在 DQ 線上不要求強的上拉，總線上主機不需要連接其它的外圍器件便在溫度變換期間使總線保持高電平，這樣也允許在變換期間其它數(shù)據(jù)在單總線上傳送。此外，在單總線上可以并聯(lián)多個 DS18B20，而且如果它們?nèi)坎捎猛獠侩娫垂ぷ鞣绞剑敲赐ㄟ^發(fā)出相應(yīng)的命令便可以同時完成溫度變換。 圖213 DS18B20供電方式2 （4）DS18B20設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題DS18B20具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用接口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送。因此， 在對DS18B20 進行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在DS18B20 有關(guān)資料中均未提及1Wire上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個DS18B20，在實際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)1Wire上所掛DS18B20超過8個時，就需要考慮微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。實際應(yīng)用中，測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC 和地線，屏蔽層在源端單點接地。本文以廣泛應(yīng)用的數(shù)字溫度傳感器DS18B20為例，說明了1Wire總線的操作過程和基本原理。事實上，基于1Wire總線的產(chǎn)品還有很多種，如1Wire總線的E2PROM、實時時鐘、電子標(biāo)簽等。他們都具有節(jié)省I/O資源、結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)快捷、成本低廉、便于總線擴展等優(yōu)點，因此有廣闊的應(yīng)用空間，具有較大的推廣價值。，讀取溫度傳感器的數(shù)值。DS18B20電路如圖所示214所示。 圖214 DS18B20電路 （1） I2C總線介紹 C總線結(jié)構(gòu)很簡單，只有兩條線，包括一條數(shù)據(jù)線（SDA）和一條串行時鐘線（SCL）。具有C接口的器件可以通過這兩根線接到總線上，進行相互之間的信息傳遞。連接到總線的器件具有不同的地址，CPU根據(jù)不同的地址進行識別，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)簡單靈活的控制。一個典型的C總線應(yīng)用系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下圖所示（假設(shè)圖中的微控制器、LCD驅(qū)動、E2PROM、ADC各器件都是具有C總線接口的器件）： 圖215 I2C總線應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖我們知道單片機串行通訊的發(fā)送和接收一般都各用一條線TXD和RXD，而C總線的數(shù)據(jù)線既可以發(fā)送也可以接受，工作方式可以通過軟件設(shè)置。所以，C總線結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)非常簡潔。當(dāng)某器件向總線上發(fā)送信息時，它就是發(fā)送器，而當(dāng)其從總線上接收信息時，又成為接收器。（2）I2C的傳輸協(xié)議 I2C總線每傳送一位數(shù)據(jù)必須有一個時鐘脈沖。被傳送的數(shù)據(jù)在時鐘SCL的高電平期間保持穩(wěn)定，只有在SCL低電平期間才能夠改變，示意圖如下圖216所示，在標(biāo)準(zhǔn)模式下。 圖216 C總線傳送數(shù)據(jù)時序圖 那么是不是所有C總線中的信號都必須符合上述的有效性呢？只有兩個例外，就是開始和停止信號。 開始信號：當(dāng)SCL為高電平時，SDA發(fā)生從高到低的跳變，就定義為開始信號。 停止信號：當(dāng)SCL為高電平時，SDA發(fā)生從低到高的跳變，就定義為結(jié)束信號。開始和結(jié)束信號的時序圖如下圖217所示：圖217 C總線傳送數(shù)據(jù)開始和結(jié)束信號的時序圖 SDA傳送數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位進行的。每個字節(jié)必須是8位，但是傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)量不受限制，首先傳送的是數(shù)據(jù)的最高位。每次傳送一個字節(jié)完畢，必須接收到從機發(fā)出的一個應(yīng)答位，才能開始下一個字節(jié)的傳輸。如果沒有接受到應(yīng)答位，主機則產(chǎn)生一個停止條件結(jié)束本次的傳送。那么從機應(yīng)該發(fā)出什么信號算是產(chǎn)生了應(yīng)答呢？這個過程是這樣的。當(dāng)主器件傳送一個字節(jié)后，在第9個SCL時鐘內(nèi)置高SDA線，而從器件的響應(yīng)信號將SDA拉低，從而給出一個應(yīng)答位。好啦，了解了I2C傳輸數(shù)據(jù)的格式，現(xiàn)在來研究雙方傳送的協(xié)議問題。C總線的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議如下：（1）、主器件發(fā)出開始信號（2）、主器件發(fā)出第一個字節(jié)，用來選通相應(yīng)的從器件。其中前7位為地址碼，第8位為方向位(R/W)。方向位為“0”表示發(fā)送，方向位為“1”表示接受。（3）、從機產(chǎn)生應(yīng)答信號，進入下一個傳送周期，如果從器件沒有給出應(yīng)答信號，此時主器件產(chǎn)生一個結(jié)束信號使得傳送結(jié)束，傳送數(shù)據(jù)無效。圖218 C總線數(shù)據(jù)的傳送過程圖（4）、接下來主、從器件正式進行數(shù)據(jù)的傳送，這時在I2C總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個字節(jié)必須為8位（傳送的時候先送高位，再送低位）。當(dāng)一個字節(jié)傳送完畢時，再發(fā)送一個應(yīng)答位（第9位），如上一條所述，這樣每次傳送一個字節(jié)都需要9個時鐘脈沖。數(shù)據(jù)的傳送過程如下圖218所示： （3）24C02簡介24C01/2402是一個1K/2K/4K/8K/16K 位串行CMOS E2PROM, 內(nèi)部含有128/256/512/1024/2048個8位字節(jié),CATALYST 公司的先進CMOS 技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。CAT24WC01 有一個8 字節(jié)頁寫緩沖器,24c01/24c02有一個16 總線接口進行操作有一個專門的寫保護功能. 圖219 24C02芯片管腳及其描述AT24C02是帶有C總線接口的E2PROM存儲器，具有掉電記憶的功能，并且可以象普通RAM一樣用程序改寫。它的容量是256個字節(jié)（00h～0ffh），有AAA0三位地址，可見C總線上可以連接8片AT24C02，它的尋址字節(jié)是1010 A2A1A0 R/W。 圖220是DIP封裝的24C02與80C51的接口方案。其中A0、AA2是芯片地址線，單片使用時接地；SCL是串行移位時鐘端；SDA是串行數(shù)據(jù)或地址端，CPU通過SDA訪問芯片；WP是寫保護端，接高電平時芯片只能讀。 圖220 24C02執(zhí)行寫操作時與80C51的接口該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲電路如圖221所示圖221 24C02存儲電路雙向可控硅是常用的輸出控制接口，可以做交直流信號的輸出切換。通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。雙向可控硅電路還能任意調(diào)節(jié)導(dǎo)通角，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通角可以實現(xiàn)加熱功率的任意調(diào)節(jié)。，雙向可控硅導(dǎo)通活了連接回路，反之當(dāng)輸出低電平時，雙向可控硅不導(dǎo)通，這樣連接回路就不通。加熱控制電路如圖222所示 圖222 加熱控制電路該控制電路采用可以驅(qū)動雙向可控硅的光耦MOC3083來驅(qū)動大功率雙向可控硅BTA16。光耦輸入端采用了恒流源電路，所以輸入端的控制電壓可以為3v32v。輸出端直接用光耦控制雙向可控硅的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)功率。第三章 軟件系統(tǒng)設(shè)計一個應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證，同時還必須得到相應(yīng)設(shè)計合理的軟件的支持。尤其是計算機應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與C51系列單片機相對應(yīng)的51C語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法進行軟件編程。該設(shè)計的功能是在程序控制下實現(xiàn)的。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法與硬件設(shè)計相對應(yīng)，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進行設(shè)計、編程和調(diào)試，最后通過主程序?qū)⒏鞒绦蚰K連接起來。這樣有利于程序修改和調(diào)試，增強了程序的可移植性。采用STC89RC52通用單片機，成本低，穩(wěn)定性高。 系統(tǒng)軟件設(shè)計整體思路系統(tǒng)整體軟件程序設(shè)計包括主函數(shù)、LCD12864液晶顯示模塊、AT24C02數(shù)據(jù)存儲模塊、18B20溫度采集模塊、按鍵模塊、PWM占空比可調(diào)輸出。 主程序系統(tǒng)主程序包括LCD12864液晶顯示的初始化、AT24C02數(shù)據(jù)存儲模塊初始化、按鍵掃描初始化、PWM占空比可調(diào)模塊程序初始化以及讀取存儲的溫度設(shè)置、溫度以及功率值。主程序主要通過調(diào)用其他函數(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)的總體功能，其工作順序如下：（1） 系統(tǒng)啟動后，進行系統(tǒng)的初始化、讀取存儲的溫度設(shè)置、溫度以及功率值。 （2） 顯示主界面“水溫檢測存儲”，顯示主界面相關(guān)數(shù)據(jù)信息，之后按鍵掃描函數(shù)KeyScan()循環(huán)進行掃描，接下來從18B20讀出溫度值，并且將其送入12864中顯示出來。 （3） 如果當(dāng)前的溫度接近設(shè)置的溫度，那么程序中開始對功率進行調(diào)整，將其功率降為最低開始保持溫度處于某一個恒定值。圖31主函數(shù)部分程序1圖32主函數(shù)部分程序2 主程序的程序流程圖如圖43所示。 圖33主程序流程圖 LCD12864液晶顯示圖34 12864整體顯示流程圖 12864ZK控制器指令操作方式該設(shè)計使用液晶模塊控制驅(qū)動器ST7920，它提供了并行和串行兩類指令操作方式。這兩種控制方式，由外部PSB引腳來選擇：當(dāng)PSB引腳輸入高電平時，為并行操作方式。當(dāng)PSB引腳輸入低電平時，為串行操作方式。其中，并行操作方式又可以分為8位并行操作方式和4位并行操作方式兩種。下面只對這8位并行操作方式進行介紹。 12864ZK液晶模塊8位并行連接時序圖：（1）MPU寫資料到模塊，見圖35。圖35 MPU寫資料到模塊時序圖（2）MPU從模塊讀出資料，見圖36。圖36 MPU從模塊讀出資料時序圖主控制系統(tǒng)將配合（RS、RW、E、DB0~DB7）來完成數(shù)據(jù)傳送。從一次完整的流程來看，當(dāng)執(zhí)行設(shè)定地址（CGRAM，DDRAM，IRAM等）指令后，若要讀取數(shù)據(jù)則需要先空讀一次，才能得到正確的數(shù)據(jù)。第二次讀取時不需要空讀，除非又執(zhí)行一次設(shè)定地址指令才需要再次空讀一次?！CM繪圖過程分析圖形顯示程序的關(guān)鍵在于解決圖形坐標(biāo)系、屏幕坐標(biāo)系、GDRAM坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換問題,也就是確定要顯示的點對應(yīng)在液晶屏面上像素的位置和在 GDRAM中的地址。得到這個對應(yīng)關(guān)系后 ,我們就可以通過將某個存儲單元中的某一位置為1來實現(xiàn)在液晶屏