【文章內(nèi)容簡介】 B20 的管腳 有三個 ， DQ 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 ，當被用 在寄生電源下，也可以向器件提供電源； GND 為地信號； VDD 為可選擇的 電源引腳，當工作于寄生電源時，此引腳必須接地；當 VDD 端口接 電源時是使用外部電源。 DS18B20 測溫 原理 DS18B20 的測溫原理如圖 12所示，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)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，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 就對低溫度系數(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 ℃ 所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在 55 ℃ 所對應的一個基數(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的預置值減到 0 時溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入 ,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，停止溫度寄存器值的累 加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫 度。 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)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就 是 DS18B20 的測溫原理。 中國石油大學勝利學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 10 圖 12 DS18B20 測溫原理圖 DS18B20 的工作時 序 DS18B20的 工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，如圖 13 （ a）（ b）（ c）所示 。 主機控制 DS18B20 完成任何操作之前必須先初始化，即主機發(fā)一復位脈沖 (最短為480us 的低電平 )，接著主機釋放總線進入接收狀態(tài)， DS18B20 在檢測到 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 )。 寫時間片：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。在 15us 之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在 15us 到 60us 之間對數(shù)據(jù)線進行采樣，如果采樣為高電平，就寫 1，如果為低電平， 就 寫 0。在開始另一個寫周期前必須有 1us 以上的高電平恢復期。 DS18B20 等待 DS18B20Tx 產(chǎn)生 15us— 16us 脈沖 60240 主機復位脈沖 VCC 480usTX960us 主機 Rx min480us 1Wire Bus GND 圖 13 （ a）初始化時序 預置 斜率累加器 比較 低溫度系數(shù)振蕩器 計數(shù)器 1 溫度寄存器 Tx 預置 =0 高溫度系數(shù)振蕩器 =00 計數(shù)器 2 T1 加 1 停止 T2 中國石油大學勝利學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 11 主機寫“ 0”時隙 主機寫“ 1”時隙 VCC 60usTX120us 1ustxcc∞ 1Wire Bus GND DS18B20 采樣 1us DS18B20 采 樣 15us MIN TYP MAX MIN TYP MAX 15us 30us 15us 15us 30us 圖 13（ b）寫時序 VCC 主機讀“ 0”時隙 主機讀“ 1”時隙 1Wire Bus GND 主機采樣 1us 15us 15us 30us 主機采樣 15us 圖 13（ c）讀時序 讀時間片 :主機將數(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。主機在 讀時間片下降沿之后 15us 內(nèi)完成讀位。每個讀周期最短的持續(xù)期為 60us,各個讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平恢復期。 測溫電路 設計 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 的測溫電路如圖 14 所示 ： 圖 14 測溫電路 中國石油大學勝利學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 12 按鍵模塊 設計 利用單片機的 IO 口實現(xiàn)按鍵的中斷輸入。另外需要一個與門實現(xiàn)與中斷端口的連接。按鍵電路如圖 15 所示 ，期中 按鍵 K1 為進入 /退出設置鍵； K2 為增加鍵； K3 為減少鍵。 圖 15 按鍵模塊 報警電路 設計 三極管驅(qū)動蜂鳴器：報警電路如圖 16所示 ， 三極管 Q5 來驅(qū)動喇叭 LS1。 圖 16 報警電路 中國石油大學勝利學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 13 顯示電路 設計 采用四位共陰極 LED 數(shù)碼管來顯示溫度 ，可以直接讀取， 溫度精確到 ℃。四位數(shù)碼管的顯示電路如圖 17 所示，從左到右依次是百位，十位，個位，十分位。 圖 17 顯示電路 串 口電路 設計 單片機與上位機（ PC機）的接口電路如圖 18所示 ： 圖 18 接口電路 中國石油大學勝利學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 14 第 二 章 系統(tǒng)軟件設計 各模塊的程序設計 系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序和按鍵掃描處理子程序等。 主 程序流程圖 主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理 DS18B20 測量的當前溫度值，溫度測量每 1s 進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖 21 所示。 圖 21 主程序流程圖 讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時需進行 CRC 校驗，初始化 調(diào)用顯示子程序 1S 到？ 初次上電 讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 N Y N Y 中國石油大學勝利學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 15 校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖 22所 示： 圖 22 讀出溫度子程序流程圖 溫度轉(zhuǎn)換命令 子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當采用 12 位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為 750ms，在本程序設計中采用 1s 顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖 23 所示： Y 發(fā) DS18B20 復位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)讀取溫度命令 讀取操作， CRC 校驗 9 字節(jié)完？ CRC校驗正？確？ 移 入溫度暫存器 結(jié)束 N N Y 中國石油大學勝利學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 16 發(fā) DS18B20 復位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束 圖 23 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖 計算溫度子程 序 計算溫度子 程序流程圖如圖 24 所示。 圖 24 計算溫度子程序流程圖 開始 溫度零下 ? 溫度值取補碼置“ — ”標志 計算小數(shù)位溫度 BCD 值 計算整數(shù)位溫度 BCD 值 結(jié)束 置“ +”標志 N Y 中國石油大學勝利學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 17 顯示數(shù) 據(jù)刷新子程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當標志位位為 1 時將符號顯示位 移入第一位。程序流程圖如圖 35所示。 圖 25 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖 報警 子程序 設置報警標志位 beep,報警流程圖如圖 26所示： Y 圖 26 報警流程圖 溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器 十位數(shù) 0？ 百位數(shù) 0？ 十位數(shù)顯示符號百位數(shù)不顯示 百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號） 結(jié)束 N N Y Y 讀取測量溫度值 溫度值 120或 20? Beep=1,報警 Beep=0 中國石油大學勝利學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 18 按 鍵掃描處理子程序 按鍵采用掃描查詢方式，設置標志位，當標志位為 1 時，顯示設置溫度，否則顯示當前溫度。如 圖 27 所示 N N Y Y N Y 圖 27 按鍵掃描子程序流程圖 Keil C51 編程軟件 Keil C51 簡介 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。Keil C51 軟件是一個基于 32 位 Windows 環(huán)境的應用程序，支持 C語言和匯編語言編程，其 以 上的版本將編譯和仿真軟件統(tǒng)一為 μVision( 通常稱為 μV2) 。 Keil 提供包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，由以下幾部分組成： μVision IDE 集成開發(fā)環(huán)境 C51 編譯器、 A51 匯編器、 LIB51庫管理器、 BL51 連接 /定位器、 OH51 目標文件生成器以及 實時操作系統(tǒng) 。 Keil C51