【文章內(nèi)容簡介】 生的信號作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃ 所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 重新被裝入，計(jì)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(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)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(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。 DS18B20 輸出的二進(jìn)制的高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一個(gè)字節(jié)，這個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換位十進(jìn)制為所測溫度值的百、十、個(gè)位，低字節(jié)的低半字節(jié)為小數(shù)部分。 圖 DS18B20測溫原理框圖 表 溫度與測得值對應(yīng)表 溫度 / 二進(jìn)制值 十六進(jìn)制值 +125 00000111 11010000 07D0H +85 00000101 01010000 0550H + 00000001 10010001 0191H + 00000000 10100010 00A2H + 00000000 00001000 0008H 0 00000000 00000000 0000H 11111111 11111000 FFF8H （ 3） DS18B20 的供電方式 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 管來完成對總線的上拉。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。 （ 4） DS18B20 工作時(shí)序 基于單片機(jī)多路溫度巡回檢測儀設(shè)計(jì) 7 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 號測量點(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)簡介 本次設(shè)計(jì)選用 C51系列的單片機(jī)， 選擇目前市場上性價(jià)比較高的單片機(jī)基于單片機(jī)多路溫度巡回檢測儀設(shè)計(jì) 9 AT89C51作為該系統(tǒng)的控制核心 。 AT89C51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?？臻e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： 圖 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 圖 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用來存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)。只有一個(gè)外部寄存器用來設(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)光的檢測模式。 圖 LED和 MAX7219引腳圖 MAX7219功能特點(diǎn) ? 10MHz連續(xù)串行口 基于單片機(jī)多路溫度巡回檢測儀設(shè)計(jì) 11 ? 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，其引腳排列如圖 ， SEGA～ SEGG和SEGDp為 LED 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，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。 表 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X X X 地址 MSB 數(shù)據(jù) LSB 圖 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)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)寄存器送顯西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 示數(shù)據(jù)。 MAX7219的所有功能與多樣化操作模式都是通過內(nèi)部寄存器的設(shè)定來實(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。 表 功能 D15～ D12 D11 D10 D9 D8 十六進(jìn)制編碼 空操作 X 0 0 0 0 X0 Dig0 X 0 0 0 1 X1 Dig1 X 0 0 1 0 X2 Dig2 X 0 0 1 1 X3 Dig3 X 0 1 0 0 X4 Dig4 X 0 1 0 1 X5 Dig5 X 0 1 1 0 X6 Dig6 X 0 1 1 1 X7 Dig7 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)．通過對亮度寄存器中 D3 Do位寫入不同的數(shù)值可實(shí)現(xiàn)對 LED顯示亮度的控制，從 xOH到基于單片機(jī)多路溫度巡回檢測儀設(shè)計(jì) 13 xFH共 l6級可調(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片機(jī)的 \\， 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(zhǔn)確。 IEST連接 47K電阻。顯示內(nèi)容為測量溫度值、測量通道、循環(huán)時(shí)間、報(bào)警 限 值。 圖 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 圖 按鍵電路 按鍵部分的功能為： 按下 STOP后測量停止在當(dāng)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(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 BJDEC鍵 是減小當(dāng)前顯示報(bào)警值。 報(bào)警電路作用是當(dāng)測量溫度超出上限或低于下限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號。通過 9011三極管的通斷控制蜂鳴器，當(dāng) ，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。如圖： 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)說明，如下圖： 基于單片機(jī)多路溫度巡回檢測儀設(shè)計(jì) 15 圖 界面 表 元件清單 元件 型號 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 1 電阻 47K 1 10K 1 1K 9 電容 瓷電容 22PF 5 電解電容 10uF 1 軟件設(shè)計(jì) 主程序的功能為讀取 DS18B20的測量值、測量值轉(zhuǎn)換為顯示值、顯示測量結(jié)果、由按鍵對數(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 圖 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(shí)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(zhuǎn)換命令、讀取溫度，其流程圖： 基于單片機(jī)多路溫度巡回檢測儀設(shè)計(jì) 17 圖 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(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： 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） 18 MAX721尋找對應(yīng)寄存器、送入顯示數(shù)據(jù)、啟動(dòng)顯示。其流程圖如下： 圖 MAX7219顯示子程序 程序 按鍵程序功能：通過外部按鍵作用，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)。 圖 按鍵流程圖 基于單片機(jī)多路溫度巡回檢測儀設(shè)計(jì) 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(cuò)和測試嵌入式系統(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；首先新建一個(gè) .C文件，保存后添加在項(xiàng)目中，這樣便可對新工程進(jìn)行編程。 3 編輯