【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 it12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS Byte S S S S S 26 25 24 這是 16 位轉(zhuǎn)化后得到的 16 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 DS18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度。 例如＋ ℃的數(shù)字輸出為 0191H，－℃的數(shù)字輸出為 FF6FH。 （ 2）高低溫報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫 存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除 的 EEPRAM,后者存放高溫度 和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 （ 3） 配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下 表 所示。 表 配置寄存器結(jié)構(gòu) TM R1 R0 1 1 1 1 1 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 DS18B20 的工作時(shí)序 DS18B20 的 工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM 操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序， 分別如圖 、圖 、圖 所示。 初始化時(shí)序：主機(jī)控制 DS18B20 完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖 (最短為 480us 的低電平 )，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收 狀態(tài)， DS18B20 在檢測(cè)到 I/O引腳上的上升沿之后，等待 1560us 然后發(fā)出存在脈沖 (60240us 的低電平 )。 DS18B20 等待 DS18B20Tx 產(chǎn)生 15us— 16us 脈沖 60240 主機(jī)復(fù)位脈沖 VCC 480usTX960us 主機(jī) Rx min480us 1Wire Bus GND 圖 初始化時(shí)序 寫時(shí)序 ：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號(hào)。在 15us 之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在 15us 到 60us 之間對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采樣為高電平，就寫 1，如果為低電平，寫 0就發(fā)生。在開始另一個(gè)寫周期前必須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。 圖 寫時(shí)序 讀時(shí)序 ：主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 1us 以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號(hào)。主機(jī)在讀時(shí)間片下降沿之后 15us 內(nèi)完成讀位。每個(gè)讀周期最短的持續(xù)期為 60us,各個(gè)讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 讀時(shí)序 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì)利用電源電路設(shè)計(jì)提供 +5V 穩(wěn)壓電源， 溫度 傳感器電路連接 DSP 芯片 的 I/O端口進(jìn)行溫度采集，通過液晶 顯示屏來 顯示溫度，同時(shí) 4 4矩陣按鍵電路的設(shè)計(jì)很方便實(shí)現(xiàn)溫度的預(yù)設(shè)值設(shè)定， 超過預(yù)設(shè)的溫度值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)的蜂鳴器和發(fā)光二極管會(huì)起到報(bào)警的作用。 電源電路設(shè)計(jì) 電源電路負(fù)責(zé) 提供給系統(tǒng) +5V的 電 壓 。電源 穩(wěn)壓電路如圖 ， 如圖所示 電路為輸出電壓 +5V、輸出電流 的穩(wěn)壓電源 電路 。它由電源變壓器 B，橋式整流電路 D1～D4，濾波電容 C C3，防止自激電容 C C4 和一只固定式三端穩(wěn)壓器 (LM7805)極為簡(jiǎn)捷方便地搭成的 。 電源電路的 穩(wěn)壓原理： 220V 交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電 路 D1～ D4 和濾波電容 C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vin 和 GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓 (該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化 )。此直流電壓經(jīng) 過 LM7805 的穩(wěn)壓和 C3 的濾 波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或 DSP 電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。 圖 電源穩(wěn)壓電路 采用這種電路的 +5V電源在 輸出前經(jīng)過了電感和電容組合網(wǎng)絡(luò)濾波，實(shí)測(cè)紋波小于3mV。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 接口電路設(shè)計(jì) DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí) DS18B20 的 1腳接地， 2 腳作 為信號(hào)線， 3 腳接電源 ， 如圖 。另一種是寄生電源供電方式，如圖 。 DSP 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)換時(shí)，總線必須有強(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。 圖 DS18B20與 DSP的接口電路 圖 DS18B20與 DSP的 另一種 接口電路 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì) 中使用的溫度顯示模塊是具有 ST7920 控制器的液晶模塊， 可顯示漢字及圖形。模塊供電電源為 + V～ +5 V(內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓 )， DSP 完全滿足其電壓的要求。在液晶模塊的各引腳中， VDD， VSS 分別為模塊供電電源的正、負(fù)引腳； V0 為模塊驅(qū)動(dòng)電壓輸入引腳。模塊有并行和串行兩種連接方法，當(dāng) PSB=0 時(shí)為串行選擇方式，當(dāng) PSB=1 時(shí)為并行選擇方式，本文采用 8 位并行連接的方式實(shí)現(xiàn)液晶模塊與 2407A 的數(shù)據(jù)通訊。硬件電路中液晶模塊的 RS、 R/ W、 E、 PSB、 REST控制引腳分別與 2407A的 IOPA3～7引腳相連， 液晶模塊的數(shù)據(jù)引腳 DB0～ 7分別與 2407A 的 IOPB0～ 7引腳相連。 液晶顯示原理圖如圖 。 圖 液晶顯示原理圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 具體液晶顯示具體連接圖如圖 。 圖 液晶顯示連接圖 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 為確保系統(tǒng)中 電路 穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為 5V177。5% ，即 ～。由于電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng) VCC 超過 低 于 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。 DSP 控制 系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位 。 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電 平 。一般采用的辦法是在 RST 端和正 電源 VCC 之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 VCC的 +5V 電平就會(huì)直接加到 RST端。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著 VCC 對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。 為了 保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位， RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。 DSP 控制器復(fù)位電路的設(shè)計(jì)如圖 所示。該復(fù)位電路采用 手動(dòng)復(fù)位與上電復(fù)位相結(jié)合的方式。當(dāng)按下 按鍵 S1時(shí)， VCC 通過 R1 電阻給復(fù)位輸入端口一個(gè)高電平，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能 ，即 手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位就是 VCC 通過電阻 R2 和電容 C 構(gòu)成回路，該回路是一個(gè)對(duì)電容 C充電和放電的電路，所以復(fù)位端口得到一個(gè)周期性變化的電壓值，并且有一定時(shí)間的 電 壓值高于 CPU復(fù)位電壓，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位功能 。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 DSP復(fù)位電路 鍵盤及報(bào)警電路設(shè)計(jì) 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 4 4掃描鍵盤用 8位數(shù)據(jù)線 ， 可以提供 16個(gè)不同的按鍵信號(hào)。這樣做的好處是 ：(1)節(jié)省 FPGA 管腳資源 ； (2)系統(tǒng)簡(jiǎn)單化減小電路規(guī)模；特別是在資源比較緊張，對(duì)成本要求嚴(yán)格的系統(tǒng)中這是一種非常流行的設(shè)計(jì)方法。 由于 用手把鍵按下的時(shí)間長(zhǎng)度等問題 ， 如果不去抖動(dòng)可以把時(shí)鐘加快。實(shí)際中操作與理論分析是有差別的因?yàn)橐话愕拈_關(guān)在大約 20ms 內(nèi)信號(hào)不穩(wěn)定，存在所謂的 “ 開關(guān)抖動(dòng) ” ， 會(huì)產(chǎn)生多個(gè)脈沖影響電路正常工作。所以含開關(guān)輸入的設(shè)計(jì)需要做防抖動(dòng)處理，在本 設(shè)計(jì) 可以用 20Hz 的時(shí)鐘采樣實(shí)現(xiàn)防抖。 為實(shí)現(xiàn)溫度上、下限的設(shè)定功能，同時(shí)為盡量減少因鍵盤 的 輸入而引起的抖動(dòng)，系統(tǒng)設(shè)有鍵盤， 并通過掃描的方式進(jìn)行工作。 鍵盤電路設(shè)計(jì)圖如圖 所示 。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 鍵盤電路設(shè)計(jì)圖 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)當(dāng)溫度超過設(shè)定的限定值時(shí)聲光報(bào)警的功能 ，在 2407A 芯片外圍的設(shè)有報(bào)警電路。當(dāng)溫度超限時(shí)， IOPE0 口輸出高電平，三極管 NPN 導(dǎo)通， 二極管和蜂鳴器同時(shí)工作；當(dāng)溫度正常時(shí)， IOPE0 口 輸出低電平 ，三極管截止，二極管和蜂鳴器不工作。 報(bào)警系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖 如圖 。 圖 報(bào)警系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 主控制電路和測(cè)溫控制電路的 總體 設(shè)計(jì) 主控制電路由 TMS320LF2407A 及外圍元件構(gòu)成，測(cè)溫電路由 DS18B 預(yù)置數(shù)電路和報(bào)警電路組成。 TMS320LF2407A 是此硬件電路設(shè)計(jì)的核心，通過 TMS320LF2407A 的管腳與 DS18B20 相連，控制溫度的讀出和顯示。預(yù)置數(shù)電路由兩個(gè)按鍵和兩個(gè)數(shù)碼管組成，兩個(gè)按鍵分別與 TMS320LF2407A 的管腳相連。報(bào)警電路很簡(jiǎn)單，由一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)報(bào)警蜂鳴器組成，與 TMS320LF2407A 的管腳相連，若實(shí)際測(cè)量的溫度值大于預(yù)置溫度值，則發(fā)光二極管亮，即為報(bào)警標(biāo)志。硬件電路的功能都是與軟件編程相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。 具體硬件原理圖如 。 圖 硬件原理圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第 4 章 系統(tǒng)軟件 程序 的 設(shè)計(jì) C 語言簡(jiǎn)介 1978年 ， Brian W. Kernighian和 Dennis M. Ritchie出版了名著 《 The C Programming Language》 ，從而使 C 語言成為目前世界上流行最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言。隨著微型計(jì)算機(jī)的日益普及 ， 出現(xiàn)了許多 C語言版本。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) ， 使得這些 C語言之間出現(xiàn)了一些不一致的地方。為了改變這種情況 ， 美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所 (ANSI)為 C 語言制定了一套 ANSI 標(biāo) 準(zhǔn) ， 成為現(xiàn)行的 C語言標(biāo)準(zhǔn)。 C 語言發(fā)展迅速 ， 而且成為最受歡迎的語言之一 ， 主要因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的功能。 C語言是目前世界上流行 、 使用最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言。 C 語言對(duì)操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對(duì)硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，用 C語言明顯優(yōu)于其它高級(jí)語言，許多大型應(yīng)用軟件都是用 C語言編寫的。 C語言的特點(diǎn) ： 、靈活方便 ， C語言一共只有 32個(gè)關(guān)鍵字 ， 9種控制語句，程序書寫自由 。 2. 運(yùn)算符豐富 ， C 的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有種 34 個(gè)運(yùn)算符。 C語言把括號(hào)、賦值、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理。 3. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富 ， C的數(shù)據(jù)類型有 ： 整 型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等 ， 能用來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型的運(yùn)算。 是結(jié)構(gòu)式語言 ， 結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化 ， 即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?， 便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。 語法限制不太嚴(yán)格、程序設(shè)計(jì)自由度大 ， 一般的高級(jí)語言語法檢查比較嚴(yán)，能夠檢查出幾乎所有的語法錯(cuò)誤。而 C 語言允許程序編寫者有較大的自由度。 6. C 語言允許直接訪問物理地址，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作 。 7. C 語言程序生成代碼質(zhì)量高，程 序執(zhí)行效率高 ， 一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低 10～ 20%。 8. C 語言適用范圍大，可移植性好 ， C 語言有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是適合于多種操作系統(tǒng) ， 如 DOS、 UNIX， 也適用于多種機(jī)型。 主程序 本設(shè)計(jì)利用 2407A 作為 控制器，主要對(duì)其進(jìn)行軟件編程，解決好溫度測(cè)量過程中時(shí)序控制問題， 軟件采用 C語言進(jìn)行編譯。程序主要包括 DS18B20 的初始化、溫度采集、溫度讀取 等幾部分。 整個(gè)程序采用軟件定時(shí)的方法，實(shí)現(xiàn)每隔 30 秒循環(huán)一次，從而完成對(duì)溫