【文章內容簡介】 源供電方式，此時DS18B20 的 1 腳接地，2 腳作為信號線，3 腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管來完成對總線的上拉。當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時 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 工作時序圖 DS18B20 初始化圖 DS18B20 寫時序西南石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）8圖 DS18B20 讀時序 （5）測量電路設計 本次設計設計了八路溫度采集點，共有八個 DS18B20，選擇了單片機的 P1口為采集量輸入端，～ 分別為 1～8 號測量點。 DS18B20 的 VDD 接高電平，GND 接地，DQ 接單片機的 P1 口。如下圖：圖 連接圖 單片機最小系統(tǒng)（1）51單片機簡介 本次設計選用C51系列的單片機，選擇目前市場上性價比較高的單片機9AT89C51作為該系統(tǒng)的控制核心。A T89C51提 供 以 下 標 準 功 能 ： 4k 字 節(jié)Flash 閃 速 存 儲 器 ， 128字 節(jié) 內 部 RAM， 32 個 I/O 口 線 ， 兩 個 16位 定 時 /計 數(shù) 器 ， 一 個 5向 量 兩 級 中 斷 結 構 ， 一 個 全 雙 工 串 行 通 信 口 ， 片 內 振 蕩 器及 時 鐘 電 路 。 同 時 ， 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 /計 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 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 硬 件 復 位 。圖 AT89C51 引腳圖（2）單片機最小系統(tǒng) AT89C51 的最小系統(tǒng)中，復位電路采用按鍵復位，SB1 按下單片機復位。其連接如下： 復位電路最小系統(tǒng)中晶振電路的晶振采用12MHz，兩個電容均為22PF 。連接如下：西南石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）10 晶振電路 顯示電路設計我們采用七段數(shù)碼管作為顯示工具，它分為靜態(tài)和動態(tài)顯示。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個高，缺點是占用I/O端口多。動態(tài)顯示驅動是將所有數(shù)碼管通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示。為了電路簡化，軟件設計方便，我們選用LED驅動芯片MAX7219 驅動顯示，所以選擇共陰極LED 數(shù)碼管。（1）MAX7219 的簡介 MAX7219是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅動器，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個獨立的LED。其上包括一個片上的B型BCD編碼器、多路掃描回路，段字驅動器，而且還有一個8*8的靜態(tài)RAM用來存儲每一個數(shù)據(jù)。只有一個外部寄存器用來設置各個LED的段電流。整個設備包含一個150uA的低功耗關閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，一個掃描限制寄存器允許用戶顯示1～8位數(shù)據(jù)，還有一個讓所有LED發(fā)光的檢測模式。 LED和MAX7219引腳圖MAX7219功能特點11? 10MHz連續(xù)串行口? 獨立的LED段控制? 數(shù)字的譯碼和非譯碼選擇? 150uA的低功耗關閉模式? 亮度的數(shù)字和模擬控制? 高電壓中斷顯示? 共陰極Led顯示驅動（2）MAX7219的工作原理MAX7219采用24腳雙列直插式封裝，SEGA～SEGG和SEGDp為LED 7段驅動線和小數(shù)點線，供給顯示器源電流；DIG0～DIG7為8位數(shù)字驅動線，輸出位選信號，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CLK的上升沿被移入到內部l6位移位寄存器中；LOAD用來裝載數(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個時鐘上升沿的同時或之后，在下一個時鐘上升沿之前變高，否則數(shù)據(jù)會丟失。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 時序圖MAX7219的l6位串行數(shù)據(jù)包標記為D15～Do，其中D15 D12位未定義，Dll～D8位尋址內部8個靜態(tài)RAM和6個功能寄存器的地址，D7～Do位存放功能寄存器的數(shù)西南石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）12據(jù)和LED數(shù)碼管待顯示的數(shù)據(jù)。編程時，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內部寄存器的設定來實現(xiàn)的，其內部l4個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 X 1 1 0 0 XC待測模式 X 1 1 1 1 XF（3）各內部寄存器含義如下：1)空操作寄存器(地址xOH)。用于多片MAX7219級聯(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位二進制數(shù)的各位分別控制8個LED顯示器的譯碼模式。當高電平時，選擇硬件譯碼模式(BCD—B碼譯碼)，當?shù)碗娖綍r選擇軟件譯碼模式(即送來數(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種方法調節(jié)．通13過對亮度寄存器中D3 Do位寫入不同的數(shù)值可實現(xiàn)對LED顯示亮度的控制，從xOH到xFH共l6級可調。4)掃描界限寄存器(地址xBH)。用于設置LED顯示器的實際掃描個數(shù)，由該寄存器的D2Do位設定，當設定值為000B～lllB時，表示顯示器動態(tài)掃描個數(shù)為l～8。5)停機寄存器(地址xCH)。當DO=0時，MAX7219處于停機狀態(tài)，所有顯示器消隱，寄存器數(shù)據(jù)保持不變；當DO=l時，處于正常工作狀態(tài)．6)顯示測試寄存器(地址 )。當DO=0時，正常工作；當DO=l時，處于測試狀態(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)內部RAM地址xlH～x8H分別對應于DIG0～DIG7。 （4）7219電路設計 顯示單元利用MAX7219驅動7個共陰極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，使串行信號更加準確。IEST連接47K電阻。顯示內容為測量溫度值、測量通道、循環(huán)時間、報警限值。 顯示電路 按鍵電路電路設計圖：西南石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）14 按鍵電路按鍵部分的功能為：按下STOP后測量停止在當前的通道，并且測量值保留顯示。按下RETURN后繼續(xù)檢測。按下SET鍵后，可以設置參數(shù)，設置方法如下：按下TIADD 鍵 增加循環(huán)時間，按下TIMDEC鍵減小循環(huán)時間，按下LOW鍵是顯示底限報警值，按下HIGH鍵是顯示高限報警值，按下 BJADD鍵是增加當前顯示報警值，按下BJ DEC鍵是減小當前顯示報警值。 報警電路作用是當測量溫度超出上限或低于下限時，發(fā)出報警信號。通過9011三極管的通斷控制蜂鳴器，三極管導通，蜂鳴器發(fā)出報警聲。如圖： 報警電路最終將各個部分電路有機的連接在一起，完成整體電路設計，整體電路見附錄一。為方便管理員檢測和操作，設計了監(jiān)控操作界面，各個按鍵的作用在按鍵電路部分已經(jīng)說明，如下圖：15 界面 元件清單元件 型號 數(shù)量單片機 AT89C51 1傳感器 DS18B20 8驅動器 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 軟件設計主程序的功能為讀取DS18B20的測量值、測量值轉換為顯示值、顯示測量結果、由按鍵對數(shù)據(jù)調整。根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，編寫其工作程序，其流程圖：西南石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）16 主程序流程圖 DS18B20測溫度子程序根據(jù)DS18B20的工作原理，及其時序圖編寫DS18B20的工作程序，程序功能為：對DS18B20初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)轉換命令、讀取溫度，其流程圖：17 DS18B20測溫度子程序 由于DS18B20的測量數(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)進行十進制轉換，得到顯示的數(shù)據(jù)，如果為負數(shù)還要進行求補。流程圖： 數(shù)據(jù)轉換根據(jù)MAX7219的工作原理及時序圖，編寫顯示子程序，其功能為：初始化西南石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）18MAX721尋找對應寄存器、送入顯示數(shù)據(jù)、啟動顯示。其流程圖如下： MAX7219顯示子程序按鍵程序功能：通過外部按鍵作用，單片機根據(jù)程序作出相應的處理，改變各項參數(shù)。 按鍵流程圖19 本次設計的程序編寫利用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，它具備完善的項目管理系統(tǒng)，提供編輯器以寫程序及說明文件，可以協(xié)助編寫、翻譯（包括C語言的編譯器 C51 Complier 以及 A51 組譯器） 、除錯和測試嵌入式系統(tǒng)程序（embedded programs） 。開發(fā)操作步驟：1 新建項目；在Project 中選擇 New Project。 2 在項目中加入程序文件；，保存后添加在項目中，這樣便可對新工程進行編程。 3 編輯/修改程序； 4 編譯與連接；若有錯誤會顯示Error（s ） ，arning（s ） 。 系統(tǒng)程序見附錄二。整個電路包括控制單元、測量單元、顯示電源、報警電路、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，進行硬件的焊接，焊接時注意虛焊、連接短路、焊錫過多、電路板或元件由于過熱損壞等問題。所以要認真仔細焊接。5　系統(tǒng)調試西南石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）20 最終硬件電路板焊接完畢，進行硬件調試，整個電路分為最小系統(tǒng)、顯示電路、測量電路、按鍵電路、報警電路，對這些電路分步按以上順序調試進行調試。調試過程中需要用到萬用表、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：用萬用表測量晶振兩端的電壓是（電源電壓位5V），因為晶振起振后，其占空比為50%，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，說明晶振電路正常能工作。 第二看單片機是否能正常工作，方法：編寫一段小程序燒入單片機，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，若是則單片機能正常工作。檢查顯示電路能否正常工作，可以編寫一簡單顯示程序寫入單片機加電源觀測如果顯示正確則沒有問題。如果出現(xiàn)問題，首先用萬用表檢測連接電路有沒有短路和斷路。若沒有問題，用示波器檢測MAX7219與單片機的三根連線的波形，有波形則單片機運行正常，在檢測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)問題。再查閱資料看連接的配件參數(shù)是否有問題。本項電路調我試遇到的問題，程序燒寫后進行調試，LED沒有反應，檢查LED全部正常，分析程序也沒有錯誤，最后查閱資料得IEST引腳的電阻過小，從而是21寄存器總是處于復位狀態(tài)。原因：MAX7219通過V+ 和IEST 之間所接的外部電阻(Rest)來控制亮度。通常來自驅動器的峰值電流為Iest的100倍，當Rest 取最小值 )時，段電流為37mA。在多數(shù)產(chǎn)品中，最初Rest取10K電阻，當采用RC復位電路時，顯示正常；而采用MAX813L監(jiān)控復位電路時，在LED各段均亮時復位有效，從而使單片機系統(tǒng)無法工作。 其原因在于的MAX7219的各個數(shù)字驅動器的消耗功率太大，即選定的Rest太小而使峰值段電流增大，從而引起單片機系統(tǒng)的供電電壓