【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 存器中 的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值。 14 圖 DS18B20測(cè)溫原理圖 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì) 圖 DS18B20與單片機(jī)接口電路圖 如 圖采用 外接 電源供電方式 ，在外接電源供電方式下 ， DS18B20 從單線信號(hào)線上 15 吸取能量 ,在信號(hào)線 DQ處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里，在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能來(lái)繼續(xù)工作，直到高電平到來(lái) 再給寄生電源（電容）充電。獨(dú)特的寄生電源方式有三個(gè)好處，分別是在進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無(wú)需本地電源；可以在沒(méi)有常規(guī)電源的條件下讀取 ROM；電路更加簡(jiǎn)潔，僅用一根 I/O 口實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。要想使 DS18B20 進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換， I/O 線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間獲得足夠的能量。該電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測(cè)溫情況下，不適宜于電池供電系統(tǒng)中工作，并且工作電源 VCC 必須保證在 5V，當(dāng)電源電壓下降時(shí)，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會(huì)使溫度誤差變大。單片機(jī)的 口接 DQ,當(dāng) DS18B20 處于寫(xiě)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(kāi)啟時(shí)間最大為 10us。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò) 3個(gè)步驟：初始化、 ROM 操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。 本次 單片機(jī)系統(tǒng)所用的晶振頻率為 MHz，根據(jù) DS18B20 的初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，分別編寫(xiě) 3 個(gè)子程序：初始化子程序 、 寫(xiě)（命令或數(shù)據(jù)）子程序 、 讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)均由最低位開(kāi)始 。 注意事項(xiàng) ： DS1820 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用 P 口線 較 少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下 幾 個(gè) 方面的問(wèn)題： ? 較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS1820 進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用 PL/M、 C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) DS1820 操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 ? 在 DS1820 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛 DS1820超過(guò) 8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系 統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 ? 在 DS1820 測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820 的返回信號(hào)，一旦某個(gè) DS1820 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS1820 時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。溫度傳感器 DS18B20 16 匯編程序 ， 采用器件默認(rèn)的 12 位轉(zhuǎn)化 ,最大轉(zhuǎn)化時(shí)間 750 毫 秒 ； 可以將檢測(cè)到的溫度直接顯示到 STC89C52 開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板的兩個(gè)數(shù)碼管上 ； 顯示溫度 00 到 99 度 ，很準(zhǔn)確無(wú)需校正 。 ? 連接 DS1820 的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò) 50m 時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在?DS1820 進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。 報(bào)警電路模塊 方案一： 9011 的基極為高電平且兩 個(gè)三極管均導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器工作，即報(bào)警。否則輸出低電平，不報(bào)警。報(bào)警電路如圖所示： R23KL S 1S P E A K E RV C CQ190 1 1 圖 報(bào)警電路圖 方案二： 17 該方案中采用簡(jiǎn)單的放大電路，信號(hào)通過(guò) 7407驅(qū)動(dòng)器后即送給蜂鳴器，且報(bào)警聲音響亮，適合于報(bào)警，所以也實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。報(bào)警電路如圖所示。 圖 二 兩種方案都各有優(yōu)勢(shì)，此次設(shè)計(jì)采用方案一。 繼電器控制加熱電路 圖 繼電器加熱電路 加熱 控制電路由單片機(jī) P1口的 控制。 通過(guò)單片機(jī)送給 加熱 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 進(jìn)行加熱 ，電路驅(qū)動(dòng)電磁鎖吸合 與打開(kāi) ，從而達(dá)到 加熱 的目的 。 光耦可以隔離輸入量與輸出量，在本設(shè)計(jì)中起到隔離單片機(jī)與電磁繼電器的作用。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出開(kāi)鎖信號(hào)時(shí)， 口為低電平，此時(shí)光耦內(nèi)部的的發(fā)光二極管導(dǎo)通，接收三極管吸收光而導(dǎo)通，因此使繼電器處于常開(kāi)端即 加熱 。當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，輸入端為高電平，電磁繼電器的中心抽頭由“常開(kāi)”接到“常閉”， 此時(shí)不加熱 。 加熱 電路如圖 所示： 18 水位檢測(cè)接口電路 蓄水箱水位和溫度檢測(cè)部分是實(shí)現(xiàn)溫度智能控制的重要環(huán)節(jié)，只有準(zhǔn) 確地檢測(cè)出水位和溫度，才能通過(guò)軟件計(jì)算提前開(kāi)始輔助加熱的預(yù)加熱時(shí)間。要實(shí)現(xiàn)輔助加熱提前時(shí)間的 精確計(jì)算，最好是采用連續(xù)液位傳感器，但考慮系統(tǒng)成本，本設(shè)計(jì)仍采用分段式液位傳感器 (通過(guò)軟件來(lái)提高精度 )，在水位顯示上也仍采用分段顯示。水位檢測(cè)部分的硬件連接如圖所示。 圖 水位檢測(cè)電路圖 檢測(cè)原理如下：當(dāng)水箱中無(wú)水時(shí)， 8個(gè)非門(mén)均由 1M歐姆電阻上拉成高電平， 所以圖中各“非”門(mén) (CD4069) 輸出均為低電平， LED1～ LED8 均不亮。當(dāng)水位高于“非”門(mén) 1 的輸入探針時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用，使“非”門(mén) 1 的輸入變?yōu)榈碗娖?，所以其輸出變?yōu)楦唠娖剑?LED 點(diǎn)亮，依此類(lèi)推。隨著水位的上升，各“非” 門(mén)輸出相繼為高電平， LED 依次點(diǎn)亮。這里要注意的是上拉電阻不能選擇太小，因?yàn)樗碾娮柙?100k8 左右，所以上拉電阻選擇太小的話，將在水位升高時(shí)，無(wú)法把“非”門(mén)輸入端拉成低電平。實(shí)驗(yàn)表明， 上拉電阻選擇在 500k～ 1M 歐姆左右能很好地滿(mǎn)足電路的工作要求。為了使 80C51 隨時(shí)能夠讀出當(dāng)前的水位情況，這里選用 74L S244 作為狀態(tài)輸入緩沖器。蓄水箱溫度檢測(cè)電路采用 DS18B20 芯片使其換成脈沖信號(hào)，送到 80C51 的 I/O 口(編程為計(jì)數(shù)器工作模式 )，通過(guò)測(cè)量輸出脈沖頻率的大小 來(lái)?yè)Q算成水溫高低信號(hào)。 19 水位 控制 電路 該水位控制電路是控制水閥的打開(kāi)與閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)放水和停止放水，本次設(shè)計(jì)采用一個(gè)發(fā)光二極管的亮與滅來(lái)模擬水閥的 開(kāi)與合。具體原理圖如下： 圖 水位控制電路圖 20 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)分析 軟件是系統(tǒng)的指揮中心，由它來(lái)配合控制完成各種預(yù)定功能。為了充分發(fā)揮STC89C52 優(yōu)越的性能價(jià)格比，在設(shè)計(jì)上盡量做到硬件 “ 軟化 ” ， 進(jìn)一步體現(xiàn)軟件編程的靈活性， 使系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化。系統(tǒng)軟件采用 MCS51 單片機(jī) 匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，采用了模 塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，對(duì)那些偶 然 事件采用中斷方式處理 ，主程序主要用于系統(tǒng)的控制和管理 。 軟件設(shè)計(jì)時(shí)，首先是做好準(zhǔn)備工作，即讀出每個(gè)按鍵的鍵值，并檢查數(shù)碼管是否可以正確顯示所有數(shù)字。電路設(shè)計(jì)時(shí)是按模塊設(shè)計(jì)的，軟件設(shè)計(jì)也一樣，采用中斷子程序方式，首先編寫(xiě)大概的主程序，然后理出所需設(shè)計(jì)的子程序并逐個(gè)分析和設(shè)計(jì)子程序，編寫(xiě)出子程序后應(yīng)給予編譯檢查錯(cuò)誤，若有錯(cuò)誤再更正直到通過(guò)編譯即沒(méi)有語(yǔ)法錯(cuò)誤，等每個(gè)子程序編寫(xiě)完以后，再修改主程序完成整體的程序編寫(xiě)，最后在將程序進(jìn)行調(diào)試。 軟件程序設(shè)計(jì)要求 熱水器 不論在什么樣的天氣里，都能夠在設(shè)定的時(shí)間向用戶(hù)提供設(shè)定溫度的熱水，從而給用戶(hù)帶來(lái)便利。當(dāng)控制器在設(shè)定的時(shí)間使水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，將通過(guò)聲光報(bào)警提醒用戶(hù)。 根據(jù)這一要求，控制器軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、鍵盤(pán)子程序、 T0中斷子程序、 LED 顯示子程、溫度檢測(cè)子程序等。系統(tǒng)主程序主要完成溫度和水位的檢測(cè)和一些初始化功能。 HD7279 串行接口 HD7279 采用串行方式與微處理器通信，串行數(shù)據(jù)從 DATA 引腳送入芯片，并由 CLK端同步。當(dāng)片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶螅?DATA 引腳上的數(shù)據(jù)在 CLK 的上升沿被 寫(xiě)入 HD7279的緩沖寄存器中 。 HD7279 的指令結(jié)構(gòu)有三種類(lèi)型： 不帶數(shù)據(jù)的純指令，指令的寬度為 8個(gè) bit，即微處理器需發(fā)送 8 個(gè) CLK 脈沖。 帶有數(shù)據(jù)的指令，指令寬度為 16bit，即微處 21 理器需發(fā)送 16 個(gè) CLK 指令。 讀取鍵盤(pán)指令，寬度為 16bit，前 8個(gè)位微處理器發(fā)送到 HD7279 的指令，后 8個(gè) bit 為 HD7279 返回的鍵盤(pán)代碼。執(zhí)行此指令時(shí)， HD7279的 DATA 端在第九個(gè) CLK 脈沖的上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài)，并與第十六個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸入狀態(tài)，等待接受下一個(gè)指令。 串行接口的時(shí)序如下圖： 1） 純指令 2）帶數(shù)據(jù)指令 3）讀鍵盤(pán)指令 22 主程序模塊 主程序主要完成初始化、顯示處理、送 7279 顯示、鍵盤(pán)掃描以及鍵處理等功能，其中初始化又涉及內(nèi)存單元，顯緩區(qū)，堆棧，定時(shí)器賦初值 ， 及各寄存器的初始化，流程圖如圖 所示： 實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)器中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) 該部分用來(lái)實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示 的中斷服務(wù)程序：在中斷服務(wù)程序中，計(jì)時(shí)初值采用50ms，最小系統(tǒng)所用的晶振為 12MHz，所以每個(gè)機(jī)器周期為 2us，具體的初值 計(jì)算如下： 50ms=（ FFFFH+1初值） *2us 初值 =3CB0H 開(kāi)始 初始化 按鍵掃描 鍵處理 顯示處理、顯示 有鍵按下否？ 切換鍵，切換標(biāo)志取反 溫度上翻 鍵 處理 溫度下翻 鍵處理 數(shù)鍵 鍵 處理 校時(shí) 鍵 處理 確認(rèn) 鍵處理 Y N 圖 主程序流程圖 23 子程序模塊 子 程序是指能完成某一確定的任務(wù)并能被其他程序反復(fù)調(diào)用的程序段。有時(shí)把調(diào)用子程序的程序稱(chēng)為主調(diào)程序，被調(diào)用的子程序稱(chēng)為被調(diào)程序。采用子程序結(jié)構(gòu)可使程序簡(jiǎn)化，便于調(diào)試，并可實(shí)現(xiàn)程序模塊化。但子程序在結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有通用性和獨(dú)立性。 入口： 000BH 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)（ A、 B、 DPH、 DPL、 PSW 等） 選另一工作寄存區(qū) 重新設(shè)置定時(shí)器初值 中斷次數(shù)計(jì)數(shù)，（建立時(shí)間標(biāo)志）（控制顯示更新等） 時(shí)鐘計(jì)時(shí) 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 中斷返回 圖 實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷流程圖 24 DS18B20 溫度檢測(cè) 子程序設(shè)計(jì) 圖 溫度檢測(cè)流程圖 25 水位檢測(cè) 子程序設(shè)計(jì) 按鍵檢測(cè) 水位測(cè)試 數(shù)碼管顯示 溫度測(cè)試 報(bào)警 開(kāi)始 圖 水位檢測(cè)流程圖 是否有 鍵按下 返回 溫度上下限設(shè)置 26 7279 發(fā)送接收 子程序設(shè)計(jì) 圖 7279 發(fā)送接收子程序流程圖 發(fā)送一位到 開(kāi)始 使 CLK 有效 清 CLK為 0 延時(shí) 是否 8位 返回 Y N 開(kāi)始 讀到一位送 A 使 CLK 有效 置鎖存器為 1 A左移一位 A左移一位 清 CLK為 0 延時(shí) 是否 8位 返回 Y N 27 DA18B20 溫度轉(zhuǎn)換子程序流程圖 圖 溫度轉(zhuǎn)換 子程序流程圖 1820 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序：將 TEMPER_L 高四位和 TEMPER_H 低四位送 TEMPER_NUM，將 TEMEPR_L 低四位送 TEMPER_d，判斷 TEMPER_d 是否到十，到則 TEMPER_NUM 加一，然后查表將二進(jìn)制轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制。 取 TEMPER_L中高四位存 TEMPER_NUM低四位 開(kāi)始 C=1 取 TEMPER_H中低四位存 TEMPER_NUM高四位 取 TEMPER_L中低四位存 TEMPER_d TEMPER_d 送A10 A送 TEMPER_d TEMPER_NUM 加一 查表 返回 Y N 28 鍵盤(pán)掃描子程序設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)處理主要是不斷的掃描 7279 模塊中的鍵盤(pán)，若有鍵按下時(shí)，則根據(jù)得到的鍵值查表求出其鍵號(hào)，將鍵號(hào)存放于寄存器 ACC 中供主程序處理。流程圖如圖 所示： 顯示處理子程序設(shè)計(jì) 顯示處理子程序主要完成 :查表得到所要顯示的字符的字形碼，然后將字形碼送到 7279 顯示模塊顯示出來(lái)。 7279 采用串行接口，每發(fā)送一位都要延時(shí)，且要對(duì)