【文章內容簡介】 極管點亮，實際上就是送一個用不同電平組合代表的數據字（顯示碼）來控制 LED 的顯示，此數據稱為字符的段碼或稱為字形碼。共陰極時，字符與它所對應的字形碼關系如表 11： 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 8 表 11 共陰極數碼管段碼 字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 段碼 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 用上表建立一個數組，不同字符 (數字 )對應不同的字形碼，送到 P0 口就可以顯示對應的數據。 根據經驗可知，單片機的輸出口可以不加任何驅動直接點亮 LED，故本著布線簡單，節(jié)省器件的理念，電路盡可能的簡單。如圖 26 ～ 以次接顯示管的字形碼輸入端 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP。 值得注意的是 P0 口要接上拉電阻，本設計加的是 470? 。如圖 27 ～ 以次接顯示數碼管的位選輸入端。 圖 26 顯示電路 圖 27 上拉電 按鍵設計 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 9 按鍵分為兩類。一類是編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵的識別由專用硬件來實現(xiàn)；另一類是非編碼鍵盤，即鍵盤上鍵入及閉合鍵的識別由軟件來完成。其中非編碼鍵盤可分為獨立連接鍵盤，矩陣連接鍵盤。 鍵盤的作用是（ 1） 鍵掃描功能。 即檢測是否有鍵按下。（ 2）鍵識別功能。確定被按下鍵所在的行列位置。 （ 3） 產生相應鍵的代碼 (鍵值 )。（ 4）消除按鍵彈跳以及能夠識別多鍵及串鍵 (復合按鍵 )。 各種鍵盤的優(yōu)缺點：（ 1）獨立連接鍵盤 : 每鍵相互獨立，各自與一條 I/O 線相連， CPU 可直接讀取該 I/O 線的高 /低電平狀態(tài)。特點：占 I/O 口線多，判鍵速度快，多用于設置控制鍵、功能鍵。適用于鍵數少的場合。（ 2）矩陣連接鍵盤 : 鍵按矩陣排列 ,各鍵處于矩陣行 /列的結點處 ,CPU 通過對連在行 (列 )的 I/O 線送已知電平的信號 ,然后讀取列 (行 )線的狀態(tài)信息。逐線掃描 ,得出鍵碼。特點：鍵多時占用 I/O 口線少 ,但判鍵速度慢 ,多用于設置數字鍵。適用于鍵數多的場合。 本設計功能簡單，兩個按鍵加上兩個中斷就可以基本完成溫度上下限設置功能，故采取獨立按鍵。 P3 口低四位接鍵盤輸入端。如圖 28 圖 28 按鍵電路 由于機械按鍵會產生抖動脈沖所以必須去機械抖動。去機械抖動的方法是：判別到鍵盤上有鍵閉合后 ,經一段時間延時后再次判別鍵盤的狀態(tài) ,若仍有鍵閉合 ,揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 10 則認為鍵盤上有一個鍵處于穩(wěn)定的閉合期 ,否則認為是鍵的抖動。各按鍵功能如表 22 表 22 按鍵功能設置 按鍵名 功 能 S1 查看最高限度，并為設置它做好準備 S2 查看最低限度，并為設置它做好準備 S3 每按一下，所需設置溫度加一 S4 每按一下，所需設置溫度減一 測溫方法設計 一般的測溫元件有熱電偶和熱電阻兩類，輸出的一般都是電壓信號，需要通過傳感器壓溫關系式轉換成對應的溫度，外部硬件較多，電路復雜，制作 成本高。我們選用一種智能傳感器 DS18B20 作為檢測元件，測溫范圍 55~128℃，分辨率可達 ℃，采用 3 線制與單片機相連，減少了外圍器件，具有簡單和易用的特點。 TO－ 92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見圖 29，其引腳功能描述見表 33。 表 33 引腳功能 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數據輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 11 圖 29 DS18B20 電路連接 圖 210 DS18B20 的引腳圖 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數字值讀數方式。 DS18B20揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 12 的性能特點如下： ● 獨特的單線接口 僅需要一個端口引腳進行通信； ● 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網功能； ● 無須外部器件； ● 可通過數據線供電，電壓范圍為 ~； ● 零待機功耗； ● 溫度以 9 或 12 位數字； ● 用戶可定義報警設置； ● 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度 (溫度報警條件 )的器件； ● 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 采用 3 腳 PR－ 35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內部結構框圖如圖 211所示 圖 211 DS18B20 內部結構 64 位 ROM 的結構開始 8 位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。 DS18B20 溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失I/O C 64 位 ROM 和 單 線 接 口 高速緩存 存儲器與控制邏輯 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 Vdd 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 13 性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結構為 8 字節(jié)的存儲器，結構如圖所示。頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第 5 個字節(jié)，為配置 寄存器，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數值。該字節(jié)各位的定義如圖 212 所示。低 5 位一直為 1， TM 是工作模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶要去改動， R1 和 R0 決定溫度轉換的精度位數，來設置分辨率。 圖 212 DS18B20 字節(jié)定義 由表 44 可見， DS18B20 溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。 高速暫 存 RAM 的第 8 字節(jié)保 留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。 當 DS18B20 接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2 字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數據，讀數據時低位在先，高位在后，數據格式以 ℃／ LSB 形式表示。 當符號位 S＝ 0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位 S＝ 1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數值。表 55 是一部分溫度值對應的二進制溫度數據。 溫度 LSB 溫度 MSB TH 用戶字節(jié) 1 TL 用戶字節(jié) 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 14 表 44 DS18B20 溫度轉換時間表 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉向時間/ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 DS18B20 完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL字節(jié)內容作比較。若 TTH 或 TTL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行報警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼 (CRC)。主機 ROM的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機收到的 ROM 數據是否正確。 DS18B20 的測溫原理是這這樣的 ,器件中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器 1；高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器 2 的脈沖 輸入。器件中還有一個計數門，當計數門打開時， DS18B20 就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將－ 55℃ 所對應的一個基數分別置入減法計數器 溫度寄存器中，計數器 1 和溫度寄存器被預置在－ 55℃所對應的一個基數值。 減法計數器 1 對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器 1 的預置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，減法計數器 1 的預置將重新被裝入，減法計數器 1 重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到減 法計數器計數到 0 時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 15 表 55 一部分溫度對應值表 溫度 /℃ 二進制表示 十六進制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的， 它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20（發(fā)復位脈沖） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲器操作命令 → 處理數據。 DS18B20 溫度傳感器與單片機的接口電路 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時 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，如圖4 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管來完成對總線的上拉。 當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時 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。 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 16 D S 1 8 B 2 0 D S 1 8 B 2 0 D S 1 8 B 2 04 .7 KGN D GN D GN DVC CVC C單 片機.... 圖 213 DS18B20 與單片機的接口電路 報警及提示電路 報警電路選用一個直流的揚聲器，額定電壓為 5V 左右，陰極接到 ，通過軟件控制其工作與斷開，電路如圖 214。相應的，設計報警提示電路，提示相關報警信號。電路如圖 215 圖 214 報警電路 圖 215 提示電路 揚州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 17 第三章 軟件設計 軟件 設計是本設計的一個重要部分，根據硬件將軟件設計分為以下幾個部分：溫度測量、鍵盤處理程序設計、顯示處理程序設計、延時程序、主程序、報警及指示控制程序。 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數據線實現(xiàn)數據的雙向傳輸，而對 AT89S51 單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數據，因此，對讀寫的數據位有著嚴格的時序要求。 DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數據傳輸 的正確性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數據，在進行寫命