【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 源供電方式，此時(shí)DS18B20 的 1 腳接地，2 腳作為信號(hào)線，3 腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET 管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng) DS18B20 處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí) VDD 端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。7（4）DS18B20 工作時(shí)序圖 DS18B20 初始化圖 DS18B20 寫時(shí)序西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8圖 DS18B20 讀時(shí)序 （5）測(cè)量電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了八路溫度采集點(diǎn)，共有八個(gè) DS18B20，選擇了單片機(jī)的 P1口為采集量輸入端，～ 分別為 1～8 號(hào)測(cè)量點(diǎn)。 DS18B20 的 VDD 接高電平，GND 接地，DQ 接單片機(jī)的 P1 口。如下圖：圖 連接圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)（1）51單片機(jī)簡(jiǎn)介 本次設(shè)計(jì)選用C51系列的單片機(jī)，選擇目前市場(chǎng)上性價(jià)比較高的單片機(jī)9AT89C51作為該系統(tǒng)的控制核心。A T89C51提 供 以 下 標(biāo) 準(zhǔn) 功 能 ： 4k 字 節(jié)Flash 閃 速 存 儲(chǔ) 器 ， 128字 節(jié) 內(nèi) 部 RAM， 32 個(gè) I/O 口 線 ， 兩 個(gè) 16位 定 時(shí) /計(jì) 數(shù) 器 ， 一 個(gè) 5向 量 兩 級(jí) 中 斷 結(jié) 構(gòu) ， 一 個(gè) 全 雙 工 串 行 通 信 口 ， 片 內(nèi) 振 蕩 器及 時(shí) 鐘 電 路 。 同 時(shí) ， AT89C51可 降 至 0Hz的 靜 態(tài) 邏 輯 操 作 ， 并 支 持 兩 種 軟件 可 選 的 節(jié) 電 工 作 模 式 。 空 閑 方 式 停 止 CPU的 工 作 ， 但 允 許 RAM， 定 時(shí) /計(jì) 數(shù) 器 ， 串 行 通 信 口 及 中 斷 系 統(tǒng) 繼 續(xù) 工 作 。 掉 電 方 式 保 存 RAM中 的 內(nèi) 容 ，但 振 蕩 器 停 止 工 作 并 禁 止 其 它 所 有 部 件 工 作 直 到 下 一 個(gè) 硬 件 復(fù) 位 。圖 AT89C51 引腳圖（2）單片機(jī)最小系統(tǒng) AT89C51 的最小系統(tǒng)中，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，SB1 按下單片機(jī)復(fù)位。其連接如下： 復(fù)位電路最小系統(tǒng)中晶振電路的晶振采用12MHz，兩個(gè)電容均為22PF 。連接如下：西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10 晶振電路 顯示電路設(shè)計(jì)我們采用七段數(shù)碼管作為顯示工具，它分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。為了電路簡(jiǎn)化，軟件設(shè)計(jì)方便，我們選用LED驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219 驅(qū)動(dòng)顯示，所以選擇共陰極LED 數(shù)碼管。（1）MAX7219 的簡(jiǎn)介 MAX7219是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，它連接微處理器與八位數(shù)字的七段數(shù)字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或64個(gè)獨(dú)立的LED。其上包括一個(gè)片上的B型BCD編碼器、多路掃描回路，段字驅(qū)動(dòng)器，而且還有一個(gè)8*8的靜態(tài)RAM用來(lái)存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)。只有一個(gè)外部寄存器用來(lái)設(shè)置各個(gè)LED的段電流。整個(gè)設(shè)備包含一個(gè)150uA的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，一個(gè)掃描限制寄存器允許用戶顯示1～8位數(shù)據(jù)，還有一個(gè)讓所有LED發(fā)光的檢測(cè)模式。 LED和MAX7219引腳圖MAX7219功能特點(diǎn)11? 10MHz連續(xù)串行口? 獨(dú)立的LED段控制? 數(shù)字的譯碼和非譯碼選擇? 150uA的低功耗關(guān)閉模式? 亮度的數(shù)字和模擬控制? 高電壓中斷顯示? 共陰極Led顯示驅(qū)動(dòng)（2）MAX7219的工作原理MAX7219采用24腳雙列直插式封裝，SEGA～SEGG和SEGDp為L(zhǎng)ED 7段驅(qū)動(dòng)線和小數(shù)點(diǎn)線，供給顯示器源電流；DIG0～DIG7為8位數(shù)字驅(qū)動(dòng)線，輸出位選信號(hào)，從每位LED共陰極吸人電流。MAX7219能夠接受的數(shù)據(jù)和命令格式為16位數(shù)據(jù)包（格式如下表），DIN 是串行數(shù)據(jù)輸人端，由l6位數(shù)據(jù)包發(fā)送到DIN端的串行數(shù)據(jù)在每個(gè)CLK的上升沿被移入到內(nèi)部l6位移位寄存器中；LOAD用來(lái)裝載數(shù)據(jù)，在LOAD的上升沿，l6位數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)據(jù)或控制寄存器中，LOAD必須在第l6個(gè)時(shí)鐘上升沿的同時(shí)或之后，在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿之前變高，否則數(shù)據(jù)會(huì)丟失。D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0X X X X 地址 MSB 數(shù)據(jù) LSB 時(shí)序圖MAX7219的l6位串行數(shù)據(jù)包標(biāo)記為D15～Do，其中D15 D12位未定義，Dll～D8位尋址內(nèi)部8個(gè)靜態(tài)RAM和6個(gè)功能寄存器的地址，D7～Do位存放功能寄存器的數(shù)西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12據(jù)和LED數(shù)碼管待顯示的數(shù)據(jù)。編程時(shí)，程序先送控制命令字，后向數(shù)據(jù)寄存器送顯示數(shù)據(jù)。MAX7219的所有功能與多樣化操作模式都是通過(guò)內(nèi)部寄存器的設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其內(nèi)部l4個(gè)可尋址寄存器的功能及地址如表所示。功能 D15～D12 D11 D10 D9 D8 十六進(jìn)制編碼空操作 X 0 0 0 0 X0Dig0 X 0 0 0 1 X1Dig1 X 0 0 1 0 X2Dig2 X 0 0 1 1 X3Dig3 X 0 1 0 0 X4Dig4 X 0 1 0 1 X5Dig5 X 0 1 1 0 X6Dig6 X 0 1 1 1 X7Dig7 X 1 0 0 0 X8譯碼模式 X 1 0 0 1 X9顯示亮度 X 1 0 1 0 XA掃描界限 X 1 0 1 0 XB停機(jī) X 1 1 0 0 XC待測(cè)模式 X 1 1 1 1 XF（3）各內(nèi)部寄存器含義如下：1)空操作寄存器(地址xOH)。用于多片MAX7219級(jí)聯(lián)，在不改變顯示或不影響任意功能寄存器的條件下，它允許數(shù)據(jù)從DIN傳送到DOUT。2)譯碼模式寄存器(地址x9H)。該寄存器的8位二進(jìn)制數(shù)的各位分別控制8個(gè)LED顯示器的譯碼模式。當(dāng)高電平時(shí)，選擇硬件譯碼模式(BCD—B碼譯碼)，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)選擇軟件譯碼模式(即送來(lái)數(shù)據(jù)為字型碼)。3)顯示亮度寄存器(地址xAH)．顯示亮度可以用硬件和軟件2種方法調(diào)節(jié)．通13過(guò)對(duì)亮度寄存器中D3 Do位寫入不同的數(shù)值可實(shí)現(xiàn)對(duì)LED顯示亮度的控制，從xOH到xFH共l6級(jí)可調(diào)。4)掃描界限寄存器(地址xBH)。用于設(shè)置LED顯示器的實(shí)際掃描個(gè)數(shù)，由該寄存器的D2Do位設(shè)定，當(dāng)設(shè)定值為000B～lllB時(shí)，表示顯示器動(dòng)態(tài)掃描個(gè)數(shù)為l～8。5)停機(jī)寄存器(地址xCH)。當(dāng)DO=0時(shí)，MAX7219處于停機(jī)狀態(tài)，所有顯示器消隱，寄存器數(shù)據(jù)保持不變；當(dāng)DO=l時(shí)，處于正常工作狀態(tài)．6)顯示測(cè)試寄存器(地址 )。當(dāng)DO=0時(shí)，正常工作；當(dāng)DO=l時(shí)，處于測(cè)試狀態(tài)，在該狀態(tài)下，不管MAX7219處于什么模式，全部LED將按最大亮度顯示。7)內(nèi)部RAM地址xlH～x8H分別對(duì)應(yīng)于DIG0～DIG7。 （4）7219電路設(shè)計(jì) 顯示單元利用MAX7219驅(qū)動(dòng)7個(gè)共陰極LED，MAX7219 的三根串行線連接單\\， 并且三根連線上分別接有20PF電容，起到濾波作用，使串行信號(hào)更加準(zhǔn)確。IEST連接47K電阻。顯示內(nèi)容為測(cè)量溫度值、測(cè)量通道、循環(huán)時(shí)間、報(bào)警限值。 顯示電路 按鍵電路電路設(shè)計(jì)圖：西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14 按鍵電路按鍵部分的功能為：按下STOP后測(cè)量停止在當(dāng)前的通道，并且測(cè)量值保留顯示。按下RETURN后繼續(xù)檢測(cè)。按下SET鍵后，可以設(shè)置參數(shù)，設(shè)置方法如下：按下TIADD 鍵 增加循環(huán)時(shí)間，按下TIMDEC鍵減小循環(huán)時(shí)間，按下LOW鍵是顯示底限報(bào)警值，按下HIGH鍵是顯示高限報(bào)警值，按下 BJADD鍵是增加當(dāng)前顯示報(bào)警值，按下BJ DEC鍵是減小當(dāng)前顯示報(bào)警值。 報(bào)警電路作用是當(dāng)測(cè)量溫度超出上限或低于下限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。通過(guò)9011三極管的通斷控制蜂鳴器，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。如圖： 報(bào)警電路最終將各個(gè)部分電路有機(jī)的連接在一起，完成整體電路設(shè)計(jì)，整體電路見附錄一。為方便管理員檢測(cè)和操作，設(shè)計(jì)了監(jiān)控操作界面，各個(gè)按鍵的作用在按鍵電路部分已經(jīng)說(shuō)明，如下圖：15 界面 元件清單元件 型號(hào) 數(shù)量單片機(jī) AT89C51 1傳感器 DS18B20 8驅(qū)動(dòng)器 MAX7219 1顯示器 LED 7三極管 9011 1蜂鳴器 1晶振 12MHz 147K 110K 1電阻1K 9瓷電容22PF 5電容電解電容10uF 1 軟件設(shè)計(jì)主程序的功能為讀取DS18B20的測(cè)量值、測(cè)量值轉(zhuǎn)換為顯示值、顯示測(cè)量結(jié)果、由按鍵對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)整。根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，編寫其工作程序，其流程圖：西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16 主程序流程圖 DS18B20測(cè)溫度子程序根據(jù)DS18B20的工作原理，及其時(shí)序圖編寫DS18B20的工作程序，程序功能為：對(duì)DS18B20初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換命令、讀取溫度，其流程圖：17 DS18B20測(cè)溫度子程序 由于DS18B20的測(cè)量數(shù)據(jù)為正數(shù)和小數(shù)的組合形式，所以要先將小數(shù)和正數(shù)拆開，中間八位為正數(shù)部分，后四位是小數(shù)部分，按后將得到的小數(shù)和正數(shù)進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，得到顯示的數(shù)據(jù)，如果為負(fù)數(shù)還要進(jìn)行求補(bǔ)。流程圖： 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換根據(jù)MAX7219的工作原理及時(shí)序圖，編寫顯示子程序，其功能為：初始化西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18MAX721尋找對(duì)應(yīng)寄存器、送入顯示數(shù)據(jù)、啟動(dòng)顯示。其流程圖如下： MAX7219顯示子程序按鍵程序功能：通過(guò)外部按鍵作用，單片機(jī)根據(jù)程序作出相應(yīng)的處理，改變各項(xiàng)參數(shù)。 按鍵流程圖19 本次設(shè)計(jì)的程序編寫利用Keil軟件編寫，Keil是一套Windows環(huán)境下，8051單芯片整合性開發(fā)i接口軟件，它具備完善的項(xiàng)目管理系統(tǒng)，提供編輯器以寫程序及說(shuō)明文件，可以協(xié)助編寫、翻譯（包括C語(yǔ)言的編譯器 C51 Complier 以及 A51 組譯器） 、除錯(cuò)和測(cè)試嵌入式系統(tǒng)程序（embedded programs） 。開發(fā)操作步驟：1 新建項(xiàng)目；在Project 中選擇 New Project。 2 在項(xiàng)目中加入程序文件；，保存后添加在項(xiàng)目中，這樣便可對(duì)新工程進(jìn)行編程。 3 編輯/修改程序； 4 編譯與連接；若有錯(cuò)誤會(huì)顯示Error（s ） ，arning（s ） 。 系統(tǒng)程序見附錄二。整個(gè)電路包括控制單元、測(cè)量單元、顯示電源、報(bào)警電路、按鍵部分。其整體仿真連接如下圖： 整體連接圖 程序編寫完且仿真成功，進(jìn)行硬件的焊接，焊接時(shí)注意虛焊、連接短路、焊錫過(guò)多、電路板或元件由于過(guò)熱損壞等問(wèn)題。所以要認(rèn)真仔細(xì)焊接。5　系統(tǒng)調(diào)試西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20 最終硬件電路板焊接完畢，進(jìn)行硬件調(diào)試，整個(gè)電路分為最小系統(tǒng)、顯示電路、測(cè)量電路、按鍵電路、報(bào)警電路，對(duì)這些電路分步按以上順序調(diào)試進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試過(guò)程中需要用到萬(wàn)用表、直流電源、數(shù)字示波器等 先檢查最小系統(tǒng)的晶振是否起振，方法：用萬(wàn)用表測(cè)量晶振兩端的電壓是（電源電壓位5V），因?yàn)榫д衿鹫窈?，其占空比?0%，所以兩端電壓?；蛘哂檬静ㄆ鳈z查其波形，看其頻率是否為12MHz。若符合以上兩者之一，說(shuō)明晶振電路正常能工作。 第二看單片機(jī)是否能正常工作，方法：編寫一段小程序燒入單片機(jī)，如：includesbit Q=P1^0。void delayms(unsigned int ms){unsigned int i,j。 for(i=0。ims。i++)for(j=0。j110。j++)。}void main(){Q=0。while(1){Q=~Q。delayms(500) 。}}，是否為一方波，若是則單片機(jī)能正常工作。檢查顯示電路能否正常工作，可以編寫一簡(jiǎn)單顯示程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)加電源觀測(cè)如果顯示正確則沒(méi)有問(wèn)題。如果出現(xiàn)問(wèn)題，首先用萬(wàn)用表檢測(cè)連接電路有沒(méi)有短路和斷路。若沒(méi)有問(wèn)題，用示波器檢測(cè)MAX7219與單片機(jī)的三根連線的波形，有波形則單片機(jī)運(yùn)行正常，在檢測(cè)MAX7219的輸出，看是否為正確波形。若全部正常，要根據(jù)7219工作原理分析程序是否出現(xiàn)問(wèn)題。再查閱資料看連接的配件參數(shù)是否有問(wèn)題。本項(xiàng)電路調(diào)我試遇到的問(wèn)題，程序燒寫后進(jìn)行調(diào)試，LED沒(méi)有反應(yīng)，檢查L(zhǎng)ED全部正常，分析程序也沒(méi)有錯(cuò)誤，最后查閱資料得IEST引腳的電阻過(guò)小，從而是21寄存器總是處于復(fù)位狀態(tài)。原因：MAX7219通過(guò)V+ 和IEST 之間所接的外部電阻(Rest)來(lái)控制亮度。通常來(lái)自驅(qū)動(dòng)器的峰值電流為Iest的100倍，當(dāng)Rest 取最小值 )時(shí)，段電流為37mA。在多數(shù)產(chǎn)品中，最初Rest取10K電阻，當(dāng)采用RC復(fù)位電路時(shí)，顯示正常；而采用MAX813L監(jiān)控復(fù)位電路時(shí)，在LED各段均亮?xí)r復(fù)位有效，從而使單片機(jī)系統(tǒng)無(wú)法工作。 其原因在于的MAX7219的各個(gè)數(shù)字驅(qū)動(dòng)器的消耗功率太大，即選定的Rest太小而使峰值段電流增大，從而引起單片機(jī)系統(tǒng)的供電電壓