【文章內(nèi)容簡介】 留保留保留8位CRCLSBMSB溫度值格式圖DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表4：表 42322212021222324MSBLSBSSSSS262524典型對應(yīng)的溫度值表5:表 5溫度/℃二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+125 +++05500000111 1101000000000001 1001000100000000 1010001000000000 0000100000000000 0000000011111111 1111100011111111 0101111011111110 0110111111111100 1001000007D0H0191H00A2H0008H0000HFFF8HFF5EHFE6FHFC90H（4）DS18B20使用的注意事項(xiàng)DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用P口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：①對硬件結(jié)構(gòu)簡單的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20 進(jìn)行操作，一定要注意DS18B20對程序和電氣參數(shù)的嚴(yán)格要求。②連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。所以在試驗(yàn)中，要考慮總線的選擇和分布及與之相關(guān)的問題。③有多個(gè)測溫點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自動(dòng)DS18B20 序列號和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。④在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不能掛接過多的DS18B20，若是掛得太多就要解決其驅(qū)動(dòng)能力問題。⑤在DS18B20測溫實(shí)際應(yīng)用中，一定要確保每個(gè)DS18B20都接觸良好否則系統(tǒng)會陷入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定要注意。4 硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路主要功能包括：多路溫度采集及其相關(guān)處理，實(shí)時(shí)顯示溫度信息，硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：電源電路、按鍵電路、液晶顯示電路、溫度采集電路、報(bào)警電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等。具體硬件電路框圖結(jié)構(gòu)如圖6：電源 圖 6 硬件電路框圖結(jié)構(gòu) 電源 電源電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源為+5V，且電路功耗很小。采用電池組 和LM7805三端穩(wěn)壓片即可滿足要求，使移動(dòng)作業(yè)更方便。LM7805系列為3端穩(wěn)壓器件，能提供5V的輸出電壓。應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過流和過載保護(hù)電路。具體電路如下圖7：圖 7 電源電路主要特點(diǎn)：具有最大輸出電流可達(dá) 、輸出電壓有5V、過熱保護(hù)、短路保護(hù)等特點(diǎn)電源電路其主要作用是為單片機(jī)提供工作電源。 功能按鍵 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路,以及專一的復(fù)位功能外,其它的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。具體電路如下圖8：圖8 按鍵電路開關(guān)狀態(tài)的輸入：按鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入有兩種解決方法。一種是軟件去抖動(dòng)：它是在檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響。另一種為硬件去抖動(dòng)：即為按鍵添加一個(gè)鎖存器。兩種方法都簡單易行，本設(shè)計(jì)采用的是軟件防抖動(dòng)方式。 液晶顯示電路 設(shè)計(jì)采用的是液晶LCD1602來顯示溫度、報(bào)警方位等。在液晶顯示同一畫面上顯示三個(gè)方位實(shí)時(shí)溫度的信息及溫度超過報(bào)警信息，具體電路圖如下圖9： 圖 9液晶顯示電路 溫度采集電路DS18B20最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一條線來完成。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成
功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。硬件連接電路如下圖10：圖10溫度采集電路本系統(tǒng)為多路溫度采集電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個(gè)DS18B20，但實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接25個(gè)以上的DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問題。另外單總線長度也不宜超過80M，否則也會影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè)I/O來驅(qū)動(dòng)多路DS18B20。 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測報(bào)警系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為主控制器，采用掃描的方式對多點(diǎn)DS18B20溫度傳感器獲取對應(yīng)該位置的溫度值，經(jīng)處理后通過串口可以立即發(fā)送到上位機(jī)，如溫度不在設(shè)定的范圍內(nèi)，給出聲光報(bào)警信號。硬件連接電路如下圖11： 圖11報(bào)警電路 基于AT89C51簡易轉(zhuǎn)數(shù)測量系統(tǒng)復(fù)位電路在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。無論用戶使用哪種類型的單片機(jī),總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng),并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要VCC的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。 圖 12 復(fù)位電路圖12兼有上電復(fù)位和按鈕復(fù)位的電路。在單片機(jī)設(shè)計(jì)中，若有外部擴(kuò)展的I/O接口電路需初始復(fù)位，如果它們的復(fù)位端和MCS51單片機(jī)的復(fù)位端相連，復(fù)位電路中的R、C參數(shù)要受到影響，這時(shí)復(fù)位電路中的R、C參數(shù)要統(tǒng)一考慮以保證可靠的復(fù)位。如果單片機(jī)MCS51單片機(jī)與外圍I/O接口電路的復(fù)位電路和復(fù)位時(shí)間不完全一致，使單片機(jī)初始化程序不能正常運(yùn)行，外圍I/O接口電路的復(fù)位也可以不和MCS51單片機(jī)復(fù)位端相連，僅采用獨(dú)立的上電復(fù)位電路。一般來說，單片機(jī)的復(fù)位速度比外圍I/O快些。若RC上電復(fù)位電路接MCS51單片機(jī)和外圍電路復(fù)位端，則能使系統(tǒng)可靠地同步復(fù)位。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在初始化程序中應(yīng)用到一定的復(fù)位延遲時(shí)間。復(fù)位電路軟件程序跑飛或者硬件發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號，控制MCS51單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，重新執(zhí)行軟件程序。此電路的輸出端RESET接在單片機(jī)的復(fù)位引腳。時(shí)鐘在單片機(jī)中非常重要，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)。時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式電路圖如下圖13所示。圖13 時(shí)鐘電路MCS51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用與構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器電路。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為20PF左右。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。—12MHz之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能好的NPO高頻電容。MCS51單片機(jī)常選擇振蕩頻率12MHz的石英晶體。外部時(shí)鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號，常用于多片MCS51單片機(jī)同時(shí)工作，以便于同步。對外部脈沖信號只要求高電平的持續(xù)時(shí)間大于20us，一般為低于12MHz的方波。外部的時(shí)鐘源直接接到XTAL2端，直接輸入到片內(nèi)的時(shí)鐘發(fā)生器上。由于XTAL2的邏輯電平不是TTL的，～10k的上拉電阻。這次的設(shè)計(jì)采用MCS51的內(nèi)部時(shí)鐘方式。因?yàn)橥獠繒r(shí)鐘方式是用外部振蕩脈沖信號，用于多片MCS51單片機(jī)同時(shí)工作。在這次設(shè)計(jì)中只用一個(gè)MCS51單片機(jī)，不需要振蕩脈沖信號。 整體電路電路原理圖（見附錄）5 軟件設(shè)計(jì) 概述整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件的型號確定下來后也就有了與此相匹配的軟件。因此是由硬件來確定軟件的。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由硬件來看可以把軟件分成兩大不同的功能：一是系統(tǒng)的主要控制程序，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，用于控制各模塊工作的；二是系統(tǒng)的執(zhí)行程序，它是用來實(shí)現(xiàn)各模塊實(shí)質(zhì)性的功能如測量、計(jì)算、顯示等。每一個(gè)執(zhí)行程序也就是一個(gè)小模塊功能的實(shí)現(xiàn)。這里將各主要的執(zhí)行模塊列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。當(dāng)各執(zhí)行模塊完成之后就可以完成系統(tǒng)的主要控制程序。 軟件設(shè)計(jì)總流程操作說明：本系統(tǒng)用6個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)功能，分別為：復(fù)位鍵、頁面切換鍵、高溫設(shè)置鍵、低溫設(shè)置鍵、確認(rèn)鍵、累加鍵“+”、累減鍵“”。主界面第一行顯示當(dāng)前溫度，第二行顯示報(bào)警的上下溫度值。如下圖14所示。圖14 主界面操作方法：上限溫度設(shè)置方法為按下高溫設(shè)定鍵，然后按下確認(rèn)鍵確認(rèn)。下限溫度設(shè)置方法為按下低溫設(shè)置鍵，,然后按下確認(rèn)鍵。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序，顯示子程序、按鍵掃描子程序、設(shè)置溫度子程序幾部分組成。主程序流程圖如下圖15所示。主程序中，首先初始化LCD1602，然后檢測18B20是否工作正常，隨后進(jìn)行鍵盤掃描。掃描后從中讀取之前設(shè)置溫度的上下限，并從DS18B20中讀取當(dāng)前的溫度進(jìn)行計(jì)算，如果達(dá)到報(bào)警要求，報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。進(jìn)行鍵盤輸入，可選擇是否停止報(bào)警。和是否更改上下限溫度，設(shè)置后按復(fù)位鍵程序重新進(jìn)行計(jì)算，并開始計(jì)算當(dāng)前溫度是否在設(shè)定值內(nèi)。復(fù)位鍵為復(fù)位電路中的復(fù)位按鍵。圖 15 主程序流程圖程序從主函數(shù)開始先進(jìn)行初始化，DS18B20是一個(gè)數(shù)字集成的溫度轉(zhuǎn)化芯片，對當(dāng)前溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理。同時(shí)DS18B20是以一線總線傳輸?shù)男问絺鹘oAT89C51，再AT89C51譯碼轉(zhuǎn)換到LCD1602液晶顯示當(dāng)前溫度，人工按鍵設(shè)定溫度值是以LCD1602液晶顯示的形式直觀的反應(yīng)設(shè)定的報(bào)警溫度，使用者可以根據(jù)要求設(shè)定報(bào)警的上下限溫度（－55℃～+125℃可調(diào)），AT89C51根據(jù)人工按鍵設(shè)定值與當(dāng)前溫度值進(jìn)行比較，若當(dāng)前溫度值高于或低于設(shè)定值則均報(bào)警電路反應(yīng)，有效的實(shí)施監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集及算法轉(zhuǎn)化框圖如圖16圖16 DS18B20工作流程圖DS18B20可直接將被測溫度轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號，供單片機(jī)處理，通過對DS18B20編程可以實(shí)現(xiàn)9～12位的溫度讀數(shù)。其測溫范圍55℃～+125℃，℃，在10℃～+85℃范圍內(nèi)其測溫準(zhǔn)確度為177?！?。DS18B20采用一線總線的傳輸?shù)男问娇梢灾苯影褦?shù)字量和51單片機(jī)（本設(shè)計(jì)使用AT89C51單片機(jī)）進(jìn)行通信譯碼。程序開始初始化，再經(jīng)DS18B20，ROM操作指令識別判斷，再進(jìn)行存儲操作指令，轉(zhuǎn)化處理，讀取當(dāng)前溫度值。根據(jù)上邊所畫的流程圖可以用C語言編寫出對應(yīng)的源程序如附錄所示。 子程序設(shè)計(jì) 初始化LCD1602由于1602是一個(gè)慢速設(shè)備，所以在初始化時(shí)，首先執(zhí)行一段延時(shí)的程序，等待LCD1602，然后根據(jù)1602使用手冊，初始化時(shí)，要對其進(jìn)行3次寫顯示模式的設(shè)置，然后根據(jù)需要、開顯示、開光標(biāo)、清屏，即可完成對LCD1602的初始化。如圖17所示。圖 17 初始化LCD流程圖 按鍵掃描對鍵盤掃描的編程采用線翻轉(zhuǎn)法實(shí)現(xiàn)，分為兩步：將列線作為輸出線，行線作為輸入線。置輸出先全部為0，此時(shí)行線中呈低電平0的為按鍵所在行，如果全都不是0，則沒有按鍵按下；將第一步反過來，即將行線作為輸出線，列線作為輸入線。置輸出線全部為0，此時(shí)列線呈低電平0的為按鍵所在的列。這樣就能得到按鍵的具體位置。按鍵掃描子程序流程圖如圖18所示。圖 18鍵盤掃描子程序 溫度的設(shè)定子程序通過LCD液