【文章內(nèi)容簡介】 圖 37 聲光報警原理圖 溫 度檢測模塊 溫度傳感器 DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在第 2 字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀到該數(shù)據(jù) ,讀取時低位在前 ,高位在后 ,數(shù)據(jù)格式以 ℃ /LSB 形式表示。溫度寄存器格式如下圖 38 所示。 bit7 bit0 LS Byte bit15 bit8 MS Byte 圖 38 溫度寄存器格式 這是 16 位轉(zhuǎn)換后得到的 16 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前五位是符號位，如果測得的溫度值大于 0，這五位為 0，只要將測到的數(shù)據(jù)乘以 即可得到實際的 溫度；如果溫度小于 0，這五位為 1，測到的溫度值需取反加 1 再乘以 即可得到實際溫度。 23 22 21 20 21 22 23 24 S S S S S 26 25 24 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 13頁 共 30 頁 下表是部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度表示數(shù)據(jù)。 表 32 部分溫度值表 實際溫度 二進(jìn)制表示（補(bǔ)碼） 十六進(jìn)制表示 +125 00000111 11010000 07D0H + 00000001 10010001 0191H + 00000000 00001000 0008H 0 00000000 00000000 0000H 11111111 11111000 FFF8H 11111110 01101111 FE6FH 55 11111100 10010000 FC90H 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 14頁 共 30 頁 1. DS18B20 典型工作時序 DS18B20 在編程時有嚴(yán)格的時序要求，因此在編程過程中要多加注意， 以下 為DS18B20 典型工作時序簡介。 (1）復(fù)位時序。使用 DS18B20 時，首先需將其復(fù)位，然后才能執(zhí)行其他命令。復(fù)位時，主機(jī)將數(shù)據(jù)線激發(fā)為低電平并保持 480960μ s，然后釋放數(shù)據(jù)線，再由上 拉電阻將數(shù)據(jù)線拉升 1560μ s，然后再由 DS18B20 發(fā)出響應(yīng)信號，以將數(shù)據(jù)線激發(fā)成低電平 60240μ s，這樣，就完成了復(fù)位操作。 圖 39 DS18B20復(fù)位時序圖 (2）寫時序。在主機(jī)對 DS18B20 寫數(shù)據(jù)（主機(jī)對 DS18B20 發(fā)送各種命令）時，現(xiàn)將數(shù)據(jù)線激發(fā)為低電平，該低電平應(yīng)大于 1μ s。然后根據(jù)寫“ 0 或?qū)憽?1”來使數(shù)據(jù)線變高或繼續(xù)為低。 DS18B20 將在數(shù)據(jù)線變成低電平后 1560μ s 對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣。要求寫入 DS18B20 的數(shù)據(jù)持續(xù)時間應(yīng)大于 60μ s 而小于 120μ s，兩次寫數(shù)據(jù)之間的時間間 隔應(yīng)大于 1μ s。 圖 310 寫時序圖 (3）讀時序。當(dāng)主機(jī)從 DS18B20 讀數(shù)據(jù)時，主機(jī)先向數(shù)據(jù)線激發(fā)出低電平，然后釋放，以使數(shù)據(jù)線再升為高電平。 DS18B20 在數(shù)據(jù)線從高電平變?yōu)榈碗娖降?15μ s 內(nèi)將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上。主機(jī)可在 15μ s 后讀取數(shù)據(jù)線以獲得數(shù)據(jù)。 圖 311 讀時序圖 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 15頁 共 30 頁 選用 DS18B20 溫度傳感器。 DS18B20 可以把溫度直接轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號，使用中不需要附加電路，但與主機(jī)通信有嚴(yán)格的時序要求。溫度檢測模塊原理圖如下圖211 所示， DS18B20 選用默認(rèn)的 12 位精確的分辨率，此時輸出端 DQ 輸出的溫度值為16位二進(jìn)制補(bǔ)碼的表達(dá)形式， DS18B20 輸出端 DQ 與單片機(jī)引腳 相接，將數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)進(jìn)行處理。 圖 312 溫度檢測模塊原理圖 溫度顯示模塊 驅(qū)動芯片 選擇 驅(qū)動模塊選擇，實驗中測得 74LS245 輸出高電平為 ,而 74HC245 輸出高電平為 5V。由于 74HC245 與 74LS245 相比價格較貴，而 74LS245 輸出 高電平足以驅(qū)動七段數(shù)碼管，因此設(shè)計中選用 74LS245。 限流電阻阻值計算，由于七段數(shù)碼管工作電壓為 2V,而 74LS245 輸出高電平，因此限流電阻兩端電壓為 。而七段數(shù)碼管每位正常工作的電流為 2mA,而4 位七段數(shù)碼管的每一個相同段位又是并聯(lián)的形式連接的，為了保證每位亮度相同， 因此每位段位電流應(yīng)該為 2Ma*4=8mA，即流過限流電阻的電流為 8mA。因此限流電阻的阻值 =，實際設(shè)計中采用 220Ω的電阻作為限流電阻。 如圖 314所示，電路采用 4位七段共陰 LED數(shù)碼管顯示實時溫度值 ， 采用 74LS245增加 I/O 口的驅(qū)動能力。 74LS245 用來驅(qū)動 LED 或者其他的設(shè)備，它是 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)， 74LS245 引腳圖如 313 所示。 （ 1） 74LS245 還具有雙向三態(tài)功能，即可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 （ 2）當(dāng) 8951 單片機(jī)的 P0 口總線負(fù)載達(dá)到或超過 PO 最大負(fù)載能力時必須接入74LS245 等總線驅(qū)動器。 （ 3）當(dāng)片選端 /CE 低電平有效時， DIR=“ 0”，信號由 B 向 A 傳輸（接收）； （ 4） DIR=“ 1”，信號由 A向 B 傳輸（發(fā)送）；當(dāng)片選端 /CE 為高電平時 A、 B 均為高阻狀態(tài) 。 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 16頁 共 30 頁 圖 313 74LS245 引腳圖 （ 5)由于 P2口始終輸出地址的高 8 位，接口時 74LS245 的三態(tài)控制端 /1G 和 /2G接地， P2 口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。 P0 口與 74LS245 輸入端相連， /E 端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。 8051 的 /BD 和 /PSEN 有效時， 74LS245 輸入（ Di 至 ）其他時間處于輸出（ 至 Di）。 圖 314 LED 顯示電路 溫度顯示模塊 電路設(shè)計 如圖 314 所示， 74LS245 的使能端和方向控制端同時接地，此時 74LS245 的工作狀態(tài)為數(shù) 據(jù)由 B向 A傳送。七段數(shù)碼管段選位通過限流電阻接到 74LS245的 A總線，74LS245 的 B 總線接單片機(jī)的 P2 口。由于室內(nèi)溫度不會超過 100℃，因此顯示時百位不加以顯示。而北方有些地區(qū)冬天是較冷，室內(nèi)溫度有可能達(dá)到 0℃以下，因此顯示符號位。因此用 4 位七段數(shù)碼管顯示溫度， 4 位分別顯示符號位、十位、個位、一位小數(shù)位。數(shù)碼管的 4 位位選位接晶體管集電極， 4 個晶體管的基集 B1B4分別接單片機(jī)的 口。 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 17頁 共 30 頁 圖 315 溫度顯示模塊原理圖 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 18頁 共 30 頁 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序設(shè)計 : 程序開始時， DS18B20 初始化，發(fā)溫度轉(zhuǎn)換器命令，讀溫度值并存儲然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，顯示，如果檢測到 為 0 則對 定時取反產(chǎn)生方波 ,否則重新開始循環(huán)。 匯編語言程序源代碼（見附錄 C） 。 開始 DS18B20 初始化 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令 讀溫度值并存儲 數(shù)據(jù)處理 顯示 檢測 N 是否為 0 Y 對 結(jié)束 圖 41 主程序設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 19頁 共 30 頁 顯示子程序 取溫度， 如果溫度為負(fù)值顯示負(fù)號延時，否則顯示百位延時，顯示十位延時，顯示個位延時，顯示小數(shù)位延時然后返回。 匯編語言 子 程序源代碼（見附錄 C） Y N 顯示負(fù)號，延時 顯示十位，延時 顯示個位，延時 顯示小數(shù)位，延時 返回 圖 42 顯示子程序 溫度為負(fù) 取溫度 顯示百位，延時 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 20頁 共 30 頁 第 五 章 系統(tǒng)仿真調(diào)試 氣體檢測模塊仿真 由于 Proteus 軟件元件庫中沒有 MQ7 氣體傳感器，由于 MQ7 氣體傳感器兩信號輸出端為電阻信號，由附錄 A 中 MQ7 靈敏度特性可得 RS 阻值范圍為 2～ 20KΩ，所以仿真時 MQ7 氣體傳感器由 20KΩ的滑動變阻器代替。 （ 1） 當(dāng)沒有煤氣、天然氣泄漏時， Rs 阻值應(yīng)該在 20KΩ左右，此時該檢測模塊的輸出端為高電平，此時 LED 發(fā)光。 （ 仿真效果見圖 51） （ 2） 當(dāng)有煤氣、天然氣泄漏時， Rs 阻值應(yīng)該在 2KΩ左右，此時該檢測模塊的輸出端為低電平，此時 LED 熄滅。 圖 51 氣體檢測仿真效果 聲光報警模塊調(diào)試 將編輯好的程序通過單片機(jī)下載器下載到單片機(jī)中，將單片機(jī)插入面包板， 20腳、 40 腳分別接地和 5V 電源。蜂鳴器與 LED 串聯(lián)，負(fù)端接至 口，正端接 5V電源。當(dāng) 口接 5V 電源時， LED 熄滅，蜂鳴器不報警；當(dāng) 口接地時， LED閃爍，同時蜂鳴器以相同頻率發(fā)聲報警。此時用示波器測得 口波形為周期 為 的方波信號 與理論值之間存在一定的誤差，產(chǎn)生誤差的原因有： （ 1)單片機(jī)使用的晶振為 ，而不是 12MHz，從而使單片機(jī)機(jī)器周期大于 1μ s 而理論計算時按 1μ s 計算，從而產(chǎn)生誤差。 （ 2)單片機(jī)定時程序指令執(zhí)行時，有一定的執(zhí)行時間，而此時間與 1s 相比較小，編程時將其忽略，從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。 （ 3)同時，測量信號也受實驗器材、環(huán)境等諸多因素的影響。 設(shè)計中對方波信號的要求不是很高，因為方波信號的周期只影響報警的頻率，并不影響報警功能，因此不需要對其進(jìn)行修改。 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 21頁 共 30 頁 溫度部分仿真 當(dāng)溫度為正值時，此時 DS18B20 設(shè)定溫度為 ℃，經(jīng) 4 位七段數(shù)碼管顯示為℃，顯示結(jié)果正確。 當(dāng)溫度為負(fù)值時，此時 DS18B20 設(shè)定溫度為 ℃，經(jīng) 4 位七段數(shù)碼管顯示為℃，顯示結(jié)果正確。 圖 52 溫度部分仿真效果 溫度顯示部分調(diào)試 由于 DS18B20 輸出為 16 位二進(jìn)制數(shù)，實驗中無法測得此信號，因此僅對溫度顯示部分進(jìn)行調(diào)試。 按照電路圖連接溫度顯示部分電路圖，編寫程序使其顯示 ，并下載該程序。通過實驗 驗證顯示結(jié)果正確，并且顯示亮度比較亮，符合設(shè)計要求，溫度顯示部分正常。 圖 53 溫度顯示部分調(diào)試 系統(tǒng)整體仿真 系統(tǒng)正常運(yùn)