【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是 DS18B20 最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在開發(fā)中使用外部電源供電方式，比寄生電源方式只多接一根 VCC 引線。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮 DS18B20 寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓 VCC 降到 3V 時(shí)，依然能夠保證溫度量精度。 溫度報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)采軟件處理報(bào)警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，采用直流供電 。當(dāng)所測(cè)溫度超過或者低于所預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平，報(bào)警輸出。也可采用發(fā)光二級(jí)管報(bào)警電路，如果需要報(bào)警，則只需將相應(yīng)位置 1，當(dāng)參數(shù)判斷完畢后，再看報(bào)警模型單元 ALARM 的內(nèi)容是否與預(yù)設(shè)一樣，如不一樣，則發(fā)光報(bào)警。報(bào)警電路硬件連接見圖。 圖 蜂鳴器電路連接圖 AT89S51 VDD DQ GND 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 10 第四章 軟件設(shè)計(jì) 概述 整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng) [11]的核心，專門用來協(xié)調(diào) 各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。 主程序需要調(diào)用 4 個(gè)子程序，分別為數(shù)碼管顯示程序，溫度測(cè)試及處理子程序，報(bào)警子程序，中斷設(shè)定子程序 。各模塊程序功能如下：1） 數(shù)碼管顯 示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。 2）溫度測(cè)試及處理程序：對(duì)溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。 3）報(bào)警子程序：進(jìn)行溫度上下限判斷及報(bào)警輸出。 4）中斷設(shè)定程序：實(shí)現(xiàn)設(shè)定上下限報(bào)警功能。 溫度檢測(cè)流程及程序?qū)崿F(xiàn) DS18B20 在單片機(jī)控制下分三個(gè)階段 :1） 18B20 初始化； 2）讀 18B20 時(shí)序； 3）寫 18B20 時(shí)序 [2]。 初始化流程 初始化流程見圖 。首先對(duì) AT89S51 的寄存器初試化 [2]，并檢測(cè) DS18B20 是否存在，如果存在，開始檢測(cè)溫度，完成一 系列的轉(zhuǎn)化操作，做適當(dāng)處理后，由顯示電路顯示，最后進(jìn)入一個(gè)循環(huán)程序，不斷檢測(cè)溫度是否超過設(shè)定范圍，一旦超過，做報(bào)警處理。 在主機(jī)初始化過程，主機(jī)通過拉低單總線至少 480us，來產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著，主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入接收模式。當(dāng)總線被釋放后，上拉電阻將單總線拉高。在單總線器件檢測(cè)到上升沿后，延時(shí) 15～ 60us，接著通過拉低總線 60～ 240us，以產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。其程序如下： 源程序 : 其中 TEM PD IN 定義為 DS18B20 的數(shù)據(jù)管腳 , 主機(jī)為 AT89S51。 N ITDS1820: SETB TEM PD N NO P NO P CLR TEM PD N MOV R6, 0A 0H 。 延時(shí) 640 Ls DJN Z R6, ＄ 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 11 MOV R6, 0A 0H DJN Z R6, ＄ SETB TEM PD N 。 釋放總線 MOV R6, 32H 。 延時(shí) 100 Ls, 等待回應(yīng) DJN Z R6, ＄ MOV R6, 3CH LOO P1820: MOV C, TEM PD N 。 采樣總線信號(hào) JC N ITDS1820OU T DJN Z R6,LOO P1820 MOV R6, 064H DJN Z R6, ＄ SJM P N ITDS1820 RET IN ITDS1820OU T: SETB TEM PD N RET 開始S 5 1 寄存器初始化18b20 存在？溫度轉(zhuǎn)換命令讀取溫度溫度數(shù)據(jù)處理溫度顯示YN溫度比較報(bào)警在設(shè)定區(qū)間外在設(shè)定區(qū)間內(nèi) 圖 初始化流程圖 讀 DS18B20 流程 讀 DS18B20 流程見圖 。首先設(shè)置循環(huán)次數(shù)為 8 次，通過總線延遲將 8 位數(shù)據(jù)讀入單片機(jī)內(nèi) [2]。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 12 當(dāng)從 DS18B20 讀 數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)生成讀時(shí)間隙。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)從高電平拉到低電平時(shí)，寫時(shí)間隙開始，數(shù)據(jù)線必須保持至少 1μ s；從 DS18B20 輸出的數(shù)據(jù)在讀時(shí)間隙的下降沿出現(xiàn)后 15μ s 內(nèi)有效。 因此，主機(jī)在讀時(shí)間隙開始后必須把 I/O 腳驅(qū)動(dòng)拉為的電平保持 15μ s，以讀取 I/O 腳狀態(tài)。在讀時(shí)間隙的結(jié)尾， I/O 引腳將被外部上拉電阻拉到高電平。所有讀時(shí)間隙必須最少 60μ s，包括兩個(gè)讀周期至少 1μ s 的恢復(fù)時(shí)間。 開始設(shè)循環(huán)次數(shù)為 8總線置 0 并延時(shí) 16us讀 1 位數(shù)據(jù)延時(shí) 100us總線置 1 并延時(shí) 60us8 位讀完返回YN 圖 讀 DS18B20 流程圖 源程序 : 假設(shè)要讀 1B 的數(shù)據(jù) , 且數(shù)據(jù)放在 A 中。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 13 READDS1820:MOV R7, 08H 。 1 個(gè)字節(jié) 8 位 SETB TEM PD IN NO P NO P READDS1820LOO P: CLR TEM PD IN NO P SETB TEM PD IN 。 釋放總線 MOV R6, 05H 。 延時(shí) 10 Ls DJN Z R6, ＄ MOV C, TEM PD N 。 采樣總線數(shù)據(jù) MOV R6, 14H 。 延時(shí) 40 Ls DJN Z R6, ＄ RRC A 。 采樣數(shù)據(jù)存入 A SETB TEM PD IN 。 釋放總線 DJN Z R7, READDS1820LOO P 。 采樣下一位 MOV R6, 14H 。 延時(shí) 40 Ls DJN Z R6, ＄ RET 寫 18B20 流程 寫 18B20 流程見圖 。 同樣，先設(shè)置循環(huán)次數(shù)為 8 次，通過總線延遲將 8 位數(shù)據(jù)寫入 單片機(jī)內(nèi) [2]。 當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時(shí)候，寫時(shí)間隙開始。有兩種寫時(shí)間隙，寫 1 時(shí)間隙和寫 0 時(shí)間隙。所有寫時(shí)間隙必須最少持續(xù) 60μ s，包括兩個(gè)寫周期至少 1μ s 的恢復(fù)時(shí)間。 I/O 線電平變低后， DS18B20 在一個(gè) 15μ s 到 60μ s 的窗口內(nèi)對(duì)I/O 線采樣。如果線上事高電平，就是寫 1，如果是低電平，就是寫 0。主機(jī)要生成一個(gè)寫時(shí)間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平然后釋放，在寫時(shí)間隙開始后的 15μ s 內(nèi)允許數(shù)據(jù)線拉到高電平。主機(jī)要生成一個(gè)寫 0 時(shí)間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平并保存 60μ s。 每個(gè)讀時(shí)隙都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線 1us，在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)序之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送 0 或 1。所有讀時(shí)序至少需要 60us。 源程序 : 假設(shè)要寫 1 B 的數(shù)據(jù) , 且數(shù)據(jù)放在 A 中。 SETB TEM PDN NOP NOP WRITEDS1820LOP: CLR TEM PD IN MOV R6, 08H 。 延時(shí) 15 Ls 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 14 DJN Z R6, ＄ RRC A 。 將要寫數(shù)據(jù)存入 C MOV TEM PD IN , C 。 將數(shù)據(jù)寫入總線 MOV R6, 14H 。 延時(shí) 40 Ls DJN Z R6, ＄ SETB TEM PD IN 。 釋放總線 DJN Z R7,WR ITEDS1820LO P 。 寫 8 位 RET 開始設(shè)循環(huán)次數(shù)為 8總線置 0 并延時(shí) 16us讀 1 位數(shù)據(jù)延時(shí) 480us總線置 1 并延時(shí) 16us8 位讀完返回NY 圖 寫 DS18B20 流程圖 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 15 報(bào)警模塊流程 報(bào)警流程圖如圖 所示。 首先將標(biāo)志位全部清除，以避免之前程序的影響。取出溫度，判斷溫度是否大于設(shè)定值，大于上限，置位上限報(bào)警標(biāo)志 ，小于下限值同樣操作。最后執(zhí)行報(bào)警程序。 中斷設(shè)定流程 中斷模塊 [6]采用了外中斷和內(nèi)中斷套用方法。當(dāng)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)上下限報(bào)警時(shí)，利用INT0 口進(jìn)行中斷， set 鍵進(jìn)行上下限報(bào)警溫度設(shè)定，進(jìn)入溫度設(shè)定狀態(tài)后（按一下溫度設(shè)定鍵），首先會(huì)提示顯示“ UP”字母，表示要用戶設(shè)定高溫報(bào)警溫度，按 S3 鍵 ，表示本位數(shù)字 +1，按 S4 表示移向下一位，如果 4 位高溫設(shè)定完畢，則顯示“ DO”，表示要用戶設(shè)定低溫報(bào)警溫度。 4 位低溫設(shè)定完畢，如果用戶設(shè)置的高溫比設(shè)定的低溫高的話則顯示“ ERRO”表示錯(cuò)誤提示，同時(shí)會(huì)有蜂 鳴器及時(shí)報(bào)警提示，然后自動(dòng)顯示“ UP”，讓用戶重新進(jìn)行溫度設(shè)定。中斷設(shè)定子程序流程圖見圖 。 開始清除標(biāo)志位取讀出度值 CC ＞ M A X ?C ＜ M A X ?有參數(shù)報(bào)警嗎？置上限報(bào)警標(biāo)志置下限報(bào)警標(biāo)志報(bào)警裝置運(yùn)行返回YYYNNN 圖 報(bào)警流程圖 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 16 關(guān)外部中斷開內(nèi)部中斷顯示 U PS3S4 跳到下一位四位設(shè)定完顯示 D0S3S4 跳到下一位四位設(shè)定完設(shè)置溫度比較高溫＞低溫？開外部中斷關(guān)內(nèi)部中斷顯示 “E R R O ”報(bào)警設(shè)置設(shè)置完畢設(shè)置完畢NYNYYN 圖 中斷設(shè)定子程序流程圖 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 17 第五章 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)利用 AT89S51 芯片控制溫度傳感器 DS18B20，再輔之以部分外圍電路實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的測(cè)控，性能穩(wěn)定，精度教高，而且擴(kuò)展性能很強(qiáng)大。由于 DS18B20 支持單總線協(xié)議，我們還可以將多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用較少的微處理器的 端口就可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)。由于 DS18B20 的測(cè)量精度只有 177。 度，往往很多場(chǎng)合需要更加精確的溫度，在所測(cè)溫度精度不變的基礎(chǔ)上必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。由于 DS18B20 是基于帶隙結(jié)構(gòu)的數(shù)字式溫度傳感器， PN 結(jié)增量電壓正比于 IC 絕對(duì)溫度（ PTAT），它的測(cè)溫精度較高 ,但存在著一定的誤差 .不過 ,其誤差在時(shí)間和外部環(huán)境變化的條件下 ,保持相當(dāng)高的穩(wěn)定性。 在本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，這次設(shè)計(jì)真的讓我長進(jìn)了很多，針對(duì)溫度傳感器 DS18B20 芯片的原理我通過網(wǎng)絡(luò)資料對(duì)其有了更深刻的理解，還有單片機(jī)AT89S51 的原理應(yīng)用以及與周邊系統(tǒng)的連接融合環(huán)節(jié)有了實(shí)質(zhì)性的突破。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 18 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