【文章內(nèi)容簡介】 燥機。顯示電路采用 LCD1602 模塊，使用單片機直接驅(qū)動發(fā)光二極管構(gòu)成報警電路。 （如圖 所示） 。 方案論證方案一采用模擬溫度傳感器，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過運算放大器傳給處理器。它控制雖然簡單，但電路復(fù)雜，不容易實現(xiàn)對多點溫度測量和監(jiān)控。由于采用了多個分立元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，容易出現(xiàn)誤差，測量結(jié)果不是很準確，因此本方案并不可取。方案二采用智能溫度傳感器 DS18B20，它直接輸入數(shù)字量，精度高，電路簡單，只需要模擬 DS18B20 的讀寫時序，根據(jù) DS18B20 的協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換的溫度,體現(xiàn)了技術(shù)的先進性，性價比低。綜上所述，本課題應(yīng)當采用方案二對系統(tǒng)進行設(shè)計。．．．．．．DS18B20鍵盤 單 片 機 LCD 液晶顯示電路報警器HS1100 555 振蕩電風(fēng)扇干燥機HS1100 555 振蕩DS18B208253可編程計數(shù)器/定時器圖 方案二溫濕度測量系統(tǒng)方案框圖 8253 可編程計數(shù)器/定時器內(nèi)部有三個計數(shù)器，分別為計數(shù)器 0、計數(shù)器 1 和計數(shù)器 2，他們的機構(gòu)完全相同。每個計數(shù)器的輸入和輸出都決定于設(shè)置在控制寄存器中的控制字，互相之間工作完全獨立。每個計數(shù)器內(nèi)部有一個 8 位的控制寄存器，還有一個 16 位的計數(shù)初值寄存器 CR、一個計數(shù)執(zhí)行部件 CE 和一個輸出鎖存器OL。CR 、CE 和 OL 都是 16 位寄存器，也可以作 8 位寄存器來用。3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計 系統(tǒng)工作原理綜述基于單片機的單總線多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)以 AT89C52 為中心，以 KEIL 為系統(tǒng)程序開發(fā)平臺，以 C 語言進行程序設(shè)計，以 PROTEUS 作為仿真軟件設(shè)計而成的。系統(tǒng)主要由溫度傳感器、濕度傳感器、液晶顯示電路、鍵盤、報警電路、電風(fēng)扇、干燥機組成，電路圖如附錄 A 所示。溫度傳感器是 DS18B20 芯片，它的輸入、輸出采用數(shù)字量，通過單總線，接收主機發(fā)送的命令，根據(jù) DS18B20 內(nèi)部的協(xié)議進行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)值以串口形式發(fā)給主機，主機按照通訊協(xié)議用一個 I/O 口模擬 DS18B20 時序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM 命令、功能命令）給 DS18B20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理得到溫度值。濕度傳感器是 HS1100 芯片，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，將該濕敏電容置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集，然后通過編程將電壓頻率信號轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的濕度。濕度和溫度值在液晶上循環(huán)顯示。在系統(tǒng)啟動時，可以通過軟件設(shè)置各點溫濕度的上限值和下限值，當某點溫度或濕度超過設(shè)置值時，報警器開始報警且執(zhí)行器開始工作，從而實現(xiàn)了對各點溫濕度實時監(jiān)測。 AT89C52 的介紹 AT89C52 芯片的簡介AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） ，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52 單片機可提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合 [3]。AT89C52 有 40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口，3 個 16 位可編程定時計數(shù)器,2 個全雙工串行通信口，2 個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。圖 AT89C52 引腳圖 AT89C52 主要功能特性兼容 MCS51 指令系統(tǒng)32 個雙向 I/O 口3 個 16 位可編程定時/計數(shù)器中斷2 個串行中斷2 個外部中斷源2 個讀寫中斷口線低功耗空閑和掉電模式8K 可反復(fù)擦寫（大于 1000 次）Flash ROMbit 內(nèi)部 RAM2568?時鐘頻率 0~24MHz可編程 UART 串行通道共 6 個中斷源3 級加密位軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 DS18B20 簡介美國 MAXIM 公司的子公司 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線” 接口的溫度傳感器，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三級管的集成電路內(nèi)。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟、更靈活，使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點 [6]。 DS18B20 的性能特點單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 器件的特點如下：1）獨特的單線接口方式：DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條信號線即可實現(xiàn)單片機與 DS18B20 的雙向通訊。2）在使用中不需要任何外圍元件。3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： ~ V。4）測溫范圍：55 ~125 ℃。測溫分辨率為 ℃。5）通過編程可實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。6）用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。7）支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在三條線上，實現(xiàn)多點測溫。8）負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的管腳排列如圖 所示。DS18B20 引腳定義：(1) DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端；(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） 。DS18B20 采用 3 角 PR35 封裝或 8 角 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 DS18B20 的管腳排列圖64 位ROM 和單線接口電流檢測存儲器和控制器 高速 緩存存儲器8 位 CRC 生成器溫度敏感元件低溫觸發(fā)器 TL高溫觸發(fā)器 TH配置寄存器圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（1）64 位光刻 ROM 的結(jié)構(gòu)如下：8位CRC校驗碼 48位序列號 8工廠代碼（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB在 ROM 中，開始是 8 位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48 位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗碼。可用 ROM 操作命令讀出其內(nèi)容。（2）內(nèi)部存儲器DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器字節(jié)順序如下：溫度低位 溫度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8 位 CRC字節(jié) 0 字節(jié) 8第 1，2 字節(jié)保存溫度數(shù)值，第 1 字節(jié)為低位，第 2 字節(jié)為高位。第 3，4 字節(jié)鎖存器 TH 和 TL 保存非易市失性溫度報警數(shù)據(jù)，可通過軟件寫入用戶報警上下限。第 5 字節(jié)是配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20 工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1該寄存器低 5 位都是 1，TM 是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是來設(shè)置分辨率，如表 所示（DS18B20 出廠時被設(shè)置為 12位）。表 分辨率與轉(zhuǎn)換時間表R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms1 1 12 位 750ms　　由表可知，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長。　　第 6～8 字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯 1；第 9 字節(jié)讀出的是前面所有 8 個字節(jié)的 CRC 碼，可用來保證通信正確。CRC 的產(chǎn)生在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（CRC）。處理器根據(jù)ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20 的溫度值格式當 DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在內(nèi)部存儲器的第 1，2 字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃/LSB 形式表示。溫度值格式如表 所示： DS18B20 溫度值格式表 　 Bit 7 　Bit 6 Bit 5 Bit 4 　Bit 3 Bit 2 Bit 1 　Bit 0 LS Byte Bit15 　 Bit14 Bit13 Bit12 　Bit11 Bit10 Bit 9 Bit 8MS Byte 2223 21 20 21 22 23 24 SS S S S 26 25 24當符號位 S=0 時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當 S=1 時，先將補碼變換為原碼（在取補） ，再計算十進制值。表 是一部分溫度值對應(yīng)表。 表 部分溫度值對應(yīng)表溫度（ ℃） 二進制 十六進制+125 0000 0111 1101 0000 07D0H+ 0000 0001 1001 0001 0191H+ 0000 0000 0000 1000 0008H0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 1000 FFF8H 1111 1110 0110 1111 FE6FH55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 單總線(1Wire)的基本原理單總線(lWire)采用單根信號線，既傳輸時鐘，又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向，它具有節(jié)省 I/O 口線資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等諸多優(yōu)點。1Wire 單總線適用于單個主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設(shè)備。當只有一個從機位于總線上時，系統(tǒng)可按照單節(jié)點系統(tǒng)操作，而當多個從機位于總線上時，則系統(tǒng)按照多節(jié)點系統(tǒng)操作。為了較為全面地介紹單總線系統(tǒng)，將系統(tǒng)分為三個部分討論硬件結(jié)構(gòu)命令序列和信號方式( 信號類型和時序)。DS18B20 的測溫原理圖如圖 所示：斜率累加器預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器 減法計數(shù)器 1計數(shù)比較器預(yù)置溫度寄存器減到0增加高溫度系數(shù)振蕩 減法計數(shù)器 2 減到 0停止 DS18B20測溫原理圖圖 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送給減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其晶振頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入。圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 溫度寄存器中，減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器 1的預(yù)置減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預(yù)置值將重新被裝入，減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。圖 中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，知道溫度寄存器仍達到被測溫度值。典型的單總線命令序列如下：第一步：初始化；第二步：ROM 命令（跟隨需要交換的數(shù)據(jù)） ；第三步：功能命令（跟隨需要交換的數(shù)據(jù)） 。每次訪問單總線器件，必須嚴格遵守這個命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應(yīng)主機。但是，這個準則對于搜索 ROM 命令和報警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。1）初始化基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機知道，總線上有從機設(shè)備，且準備就緒。2）ROM 命令在主機檢測到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出 ROM 命令。這些命令與各個從機設(shè)備的唯一 64 位 ROM 代碼相關(guān)，允許主機在單總線上連接多個從機設(shè)備時，指定操作某個從機設(shè)備。這些命令還允許主機能夠檢測到總線上有多少個從機設(shè)備以及其設(shè)備類型，或者有沒有設(shè)備處于報警狀態(tài)。從機設(shè)備可能支持 5 種 ROM 命令(實際情況與具體型號有關(guān)) ，每種命令長度為 8 位。主機在發(fā)出功能命令之前，必須送出合適的 ROM 命令。ROM 命令主要包括：搜索[0F0h]、讀 ROM[33h]、匹配 ROM