【文章內(nèi)容簡介】 腳功能描述見表 81： 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。 當(dāng)被用在寄生電源下，也可向器件提供電源。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，引腳必須接地。 表 81 DS18B20 詳細(xì)引腳功能描述 9 單線 （ 1wire） 技術(shù) 目前常用的微機和外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€有 IC 總線、 SPI 總線等 ，其中 ， IC 總線采用同步串行兩線 （ 一根時鐘線、一根數(shù)據(jù)線 ） 方式 ， 而 SPI 總線采用同步串行三線 （ 一根時鐘線、一根輸入線和一根數(shù)據(jù)出線 ） 方式。這兩種總線需要至少兩根或兩根以上的信號線。美國達(dá)拉斯半 導(dǎo)體公司推出了一項特有的單線 （ 1wire） 技術(shù)。該技術(shù)與上述總線不同 ， 它采用單根信號線 ， 即可傳輸時鐘 ， 又能傳輸數(shù)據(jù) ， 而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的 ， 因而這種單線技術(shù)具有線路簡單、硬件開銷少、成本低廉、便于擴展的優(yōu)點。 單線技術(shù)適用于單主機系統(tǒng) ， 單主機能夠控制一個或多個從機設(shè)備。主機可以是微控制器 ， 從機可以是單線器件 ， 它們之間的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。主機或從機通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至數(shù)據(jù)線 ， 以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放該線 ， 而讓其他設(shè)備使用。單線通常要外接一個約 5KΩ 的上拉電阻 ， 這樣 ， 當(dāng)該線閑置時 ， 其狀態(tài)為高電平。 主機和從機之間的通信主要分 3 個步驟 ； 初始化單線器件、識別單線器件和單線數(shù)據(jù)傳輸。由于只有一根線通信 ， 所以它們必須是嚴(yán)格的主從結(jié)構(gòu) ， 只有主機呼叫從機時 ， 從機才能應(yīng)答 ， 主機訪問每個單線器件必須嚴(yán)格遵循單線命令序列 ， 即遵守上述 3 個步驟的順序。如果命令序列混亂 ， 單線器件將不會響應(yīng)主機。 所有的單線器件都要遵循嚴(yán)格的協(xié)議 ， 以保證數(shù)據(jù)的完整性。 1wire 協(xié)議由復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 0、寫 讀 0 和讀 1 這幾種信號類型組成。這些信號中 ， 除了應(yīng)答脈沖 ， 其他均由主機發(fā)起 ， 并且所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的地 位在前。 10 DS18B20 溫度值分辨率配置 實測溫度和數(shù)字輸出的對應(yīng)關(guān)系見表 82。 溫度（攝氏度） 數(shù)字輸出（二進(jìn)制） 數(shù)字輸出（十六進(jìn)制） +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0000 1010 0010 00A2H + 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FF6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 表 82 溫度值分辨率配置表 11 74LS138 譯碼器介紹： 圖 82 為常用的雙極型集成 3/8 線譯碼器 74LS138，圖中 A A A0 為三個輸入端，輸入三位二進(jìn)制數(shù)碼。 Y0~Y7 為八個輸出端，用 S S S3 的組合控制譯碼器的導(dǎo)通和截止。 74LS138 譯碼器引腳 圖和邏輯符號如下圖 82： 圖 82 74LS138 譯碼器引腳圖和邏輯符 74LS138 譯碼器的真值表如下表 83： 表 83 74LS138 譯碼器的真值表 12 74LS164 寄存器 介紹 ： 74LS164 為 8 位移位寄存器，其主要電特性如下：清除端（ CLEAR）為低 電平時，輸出端（ QA~QH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（ A、 B）可控制數(shù)據(jù)，當(dāng)A、 B 任意一個為低電平時，則禁止新的數(shù)據(jù)輸入，在時鐘（ CLOCK）脈沖上升沿作用下 Q0 為低電平。當(dāng) A、 B 有一個是高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK 上升沿作用下決定 Q0 的狀態(tài)。 74LS164 引腳封裝如圖 83： 圖 83 74LS164 寄存器引腳封裝圖 74LS164 寄存器真值表如表 84， H 表示高電平， L 表示低電平， X 表示任意電平， 表示低到高電平跳變， QA0、 QB0、 QH0 表示規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平， QAn、 QGn 表示最近的 前的電平 表 84 74LS164 寄存器真值表 13 9 系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件可以分為以下幾個功能模塊 ： (1) 鍵盤管理 ： 監(jiān)測鍵盤輸入 ， 接收溫度預(yù)置 ， 啟動系統(tǒng)工作。 (2) 顯示 ： 顯示設(shè)置溫度及當(dāng)前溫度。 (3) 溫度檢測及溫度值變換 ： 完成 A/D 轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波。 (4) 溫度控制 ： 根據(jù)檢測到的溫度控制電爐工作。 (5) 報警 ： 當(dāng)預(yù)置溫度或當(dāng)前爐溫越限時報警 在軟件設(shè)計時 ， 必須先弄清恒溫控制系統(tǒng)的操作過程和工作過程。加熱器開始時處于停止?fàn)顟B(tài) ， 首先設(shè)定溫 度 ， 顯示器顯示溫度 ， 溫度設(shè)定后則可以啟動加熱。溫度檢測系統(tǒng)不斷檢測并顯示系統(tǒng)中的實時溫度 ， 當(dāng)達(dá)到設(shè)定值后停止加熱 ，當(dāng)溫度下降到下限 (小于設(shè)定值 3℃ )時再自動啟動加熱 ， 這樣不斷的循環(huán) ， 使溫度保持在設(shè)定范圍之內(nèi)。啟動加熱以后就不能再設(shè)定溫度 ， 因為溫度的設(shè)定可以根據(jù)實驗要求改變。若要改變設(shè)定的溫度 ， 可以先按復(fù)位 ， 停止鍵再重復(fù)上述過程。 根據(jù)以上對操作和工作過程的分析 ， 程序應(yīng)分為兩個階段 ： 一是通電或復(fù)位后到啟動加熱 ， 程序主要是按鍵設(shè)定、顯示器顯示設(shè)定溫度 ； 二是檢測并顯示系統(tǒng)的實時溫度 ， 并根據(jù)檢測的結(jié)果控制電熱器 ， 這時系統(tǒng)不接收鍵盤的輸入。因此 ， 程序可以分為以下幾個功能模塊 ： 溫度設(shè)定和啟動 、 顯示 、 溫度檢測 、 溫度控制以及報警。 14 鍵盤管理模塊 鍵盤管理子程序流程如圖 91 所示。 圖 91 鍵盤處理程序流程 當(dāng)通電或復(fù)位以后 ， 系統(tǒng)進(jìn)入鍵盤管理狀態(tài) ， 單片機只接收設(shè)定溫度和啟動。當(dāng)檢測到有鍵閉合時先去除抖動 ， 這里采用軟件延時的方法 ， 延時一段時間后 ，再確定是否有鍵閉合 ， 然后將設(shè)定好的值送入預(yù)置溫度數(shù)據(jù)區(qū) ， 并調(diào)用溫度合法檢測報警程序 ， 當(dāng)設(shè)定溫度超過最大值如 90℃時就會報警 ， 最后當(dāng)啟動鍵閉合時啟動加熱。 鍵盤設(shè)定 ： 用于溫度設(shè)定。共三個按鍵。 KEY1(） : 狀態(tài)切換 ； 溫度設(shè)置確認(rèn) ； 溫度重新設(shè)置。 KEY2(): 設(shè)置溫度“ +” 。 KEY3（ ） : 設(shè)置溫度“ ” 。 系統(tǒng)上電后 ， 數(shù)碼管全部顯示為零 ， 根據(jù)按 KEY1 次數(shù) ,決定顯示的狀態(tài) ，根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài) ， 利用 KEY KEY3 進(jìn)行加減 ， 當(dāng)溫度設(shè)定好之后 ， 再按 KEY1確定 ， 系統(tǒng)開始測溫 ， 開啟加熱器。 15 9. 2 顯示模塊 顯示子程序的功能是將緩沖區(qū)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成 3 個 BCD 碼 ， 再將其分別存入百位、十位、 個位 3 個顯示緩沖區(qū) ， 送往串行口 ， 利用單片機的 P2 口進(jìn)行掃描 ， 讓數(shù)據(jù)動態(tài)的顯示出來 ， 可顯示設(shè)置溫度和測量溫度。 9. 3 控制模塊 溫度控制子程序流程如圖 92 所示 ， 將當(dāng)前溫度與設(shè)定好的溫度比較 ， 當(dāng)當(dāng)前溫度小于設(shè)定溫度時 ， 開啟電熱器 ； 當(dāng)當(dāng)前溫度大于設(shè)定溫度時 ， 關(guān)閉電熱器 ，當(dāng)二者相等時 ， 電熱器保持這一狀態(tài)。 圖 92 控制模塊程序流程 16 9. 4 溫度報警模塊 報警子程序流程如圖 93 所示。根據(jù)設(shè)計要求 ， 當(dāng)檢測到當(dāng)前溫度值高于設(shè)定溫度值 3℃時報警 ， 報警的同時關(guān)閉電熱器。為了防止誤報 ， 設(shè)置了 報警允許標(biāo)志 ， 只有在允許報警的情況下 ， 溫度值高于設(shè)定溫度值時才報警。 圖 93 報警子程序流程 9． 5 主程序和中斷服務(wù)程序流程 主程序 (如圖 94)采用中斷嵌套方式設(shè)計 ， 各功能模塊可直接調(diào)用。主程序完成系統(tǒng)的初始化 ， 溫度預(yù)置及其合法性檢測 ， 預(yù)置溫度的顯示及定時器 0 設(shè)置。定時器 0 中斷服務(wù)子程序 （如圖 95） 是溫度控制體系的主體 ， 用于溫度檢測、控制和報警 （ 包括啟動溫度轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報警和越限處理、輸出控制脈沖等 ） 。中斷由定時器 0 產(chǎn)生 ， 根據(jù)需要每隔 15 s 中斷一次 ，即每 15 s 采樣控制一次。但系統(tǒng)采用 6 MHz 晶振 ， 最大定時為 130 ms， 為實現(xiàn) 17 15 s 定時 ， 這里另行設(shè)了一個軟件計數(shù)器。 圖 94 主程序流程圖 圖 95 中斷服務(wù)程序流程圖 18 10 系統(tǒng)仿真 因本系統(tǒng)是利用單片機進(jìn)行系統(tǒng)控制 ， 所以需采用單片機仿真工具 Proteus進(jìn)行仿真。 Proteus 軟件是來自英國 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件 ， Proteus 軟件有十多年的歷史 ， 在全球廣泛使用 ， 除了其具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能外 ， 其革命性的功能是 ， 他的電路仿真是互動的 ， 針對微處理器的應(yīng)用 ， 還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程 ， 并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試 ， 如有顯示及輸出 ， 還能看到運行后輸入輸出的效果 ， 配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等 。Proteus 為使用者建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境 ， Proteus 產(chǎn)品系列也包含了革命性的 VSM 技術(shù) ,用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真 ， 是一款非常優(yōu)秀的單片機仿真軟件?？梢允褂?Keil c51 和 Proteus 進(jìn)行聯(lián)調(diào) ， 使調(diào)試、 仿真更為方便。 19 11 系統(tǒng)元件 清單： 20 結(jié)束語 本文利用 C8051 對溫度進(jìn)行控制 ， 采用單總線傳輸方式的 DS18B20 作為溫度傳感器 ， 與按鍵、數(shù)碼顯示、報警器等外部輔助硬件共同組成一個溫度控制系統(tǒng)。設(shè)計中用到了 KEIL C51 、 PROTEL99SE、 等設(shè)計與仿真軟件 ，作者本著安全性、可靠性、穩(wěn)定性和易擴展性等設(shè)計原則 ， 對各方案進(jìn)行了細(xì)心的比較 ， 并對設(shè)計中使用的芯片進(jìn)行了仔細(xì)的分析 ， 力求設(shè)計出一個安全、穩(wěn)定、可靠的溫度控制系 統(tǒng)。因此 ， 本系統(tǒng)的安全性和可擴展性都比較好。在仿真過程中 ， 由于仿真軟件庫內(nèi)沒有 DS18B20 這個元件 ， 并且動態(tài)顯示在仿真時數(shù)碼顯示不穩(wěn)定 ， 所以仿真時采用了靜態(tài)顯示 ， 并利用軟件來模擬溫度的變換 ， 從而仿真得到系統(tǒng)工作的整個過程。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 《單片微型計算機原理及應(yīng)用》 西安 ： 西安電子科技大學(xué)出版社 。 [2] 《單片機外圍電路設(shè)計》 北京 ： 北京電子工業(yè)出版社 [3] 《基于單片機 8051 的嵌入式開發(fā)指南》 電子工業(yè)出版社 ， 2021， 胡大可等 。 [4] 《單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航》 求是科技 靳達(dá) 編著 人民郵電出版社 2021 年 10 月 [5] 《 51 系列單片機高級實例開發(fā)指南 （ 附 CDROM 光盤一張 ） 》李軍 等編著 北京航空航天大學(xué)出版社 2021 年 06 月 致謝 在此 ， 我要感謝所有曾經(jīng)教導(dǎo)過我的老師和關(guān)心過我的同學(xué) ， 他們在我成長過程中給予了我很大的幫助。本文能夠成功的完成 ， 要特別感謝我的指導(dǎo)老師對我的精心指導(dǎo) ， 讓我獲得了豐富的理論知識 ， 極大地提高了實踐能力。 21 附錄一 abfcgdeD P Y[ L E D g n ]1234567abcdefgD P Y _7 S E GabfcgdeD P Y[ L E D g n ]1234567abcdefgD P Y _7 S E GabfcgdeD P Y