【文章內(nèi)容簡介】 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文 ） 11 單線總線：第一，單線總線只定義了一個信號線，而且 DS18B20智能程度較低（這點可以與微控制器和 SPI器件間的通信做一個比較），所以 DS18B20和處理器之間的通信必然要通過嚴格的時序控制來完成。第二， DS18B20的輸出口是漏級開路輸出，這里給出一個微控制器和 DS18B20連接原理圖。這種設計使總線上的器件在合適的時間驅(qū)動它。顯然，總線上的器件與（ wired AND）關系。這就決定：（ 1）微控制器不能單方面控制總線狀態(tài)。之所以提出這點，是因為相當多的文獻資料上認為，微控制器在讀取總線上數(shù)據(jù)之前的 I/O口的置 1操作是為了給 DS18B20一個發(fā)送數(shù)據(jù)的信號。這是一個錯誤的觀點。如果當前 DS18b20發(fā)送 0，即使微控制器 I/O口置 1，總線狀態(tài)還 是 0。置 1操作是為了是 I/O口截止（ cut off），以確保微控制器正確讀取數(shù)據(jù)。（ 2）除了 DS18B20發(fā)送 0的時間段，其他時間其輸出口自動截止。自動截止是為確保： 1時，在總線操作的間隙總線處于空閑狀態(tài)，即高態(tài)。 2時，確保微控制器在寫 1的時候 DS18B20可以正確讀入。 由于 DS18B20采用的是 1－ Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89S52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。 ① DS1 8B20的復位時序，如圖 25 圖 25 DS18B20 的復位時序圖 ② DS18B20 的讀時序 對于 DS18B20的讀時序分為讀 0時序和讀 1時序兩個過程。 對于 DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要 60us才能完成。 DS18B20的讀時序圖如圖 26所示 。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文 ） 12 圖 26 DS18B20 的讀時序 ③ DS18B20 的寫時序 對于 DS18B20的寫時序仍然分為寫 0時序和寫 1時序兩個過程。 對于 DS18B20寫 0時序和寫 1時序的要求不同，當要寫 0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證 DS18B20能夠在 15us到 45us之間能夠正確地采樣 IO總線上的 “0” 電平，當要寫 1時序時，單總線被拉低之后，在 15us之內(nèi)就得釋放單總線。如圖 27所示。 圖 27 DS18B20 的寫時序圖 （ 3） DS18B20的供電方式 在圖 28中示出了 DS18B20的寄生電源電路。當 DQ或 VDD引腳為高電平時，這個電路便 “ 取 ” 的電源。寄生電路的優(yōu)點是雙重的 ， 遠程溫度控制監(jiān)測無需本地電源 ， 缺少正常 電源條件下也可以讀 ROM。為了使 DS18B20能完成準確的溫度變換，當溫度變換發(fā)生時，DQ線上必須提供足夠的功率。 有兩種方法確保 DS18B20 在其有效變換期內(nèi)得到足夠的電源電流。第一種方法是發(fā)生溫度變換時，在 DQ 線上提供一強的上拉，這期間單總線上不能有其它的動作發(fā)生。如圖 28 所示，通過使用一個 MOSFET 把 DQ 線直接接到電源可實現(xiàn)這一點，這時DS18B20 工作在寄生電源工作方式，在該方式下 VDD 引腳必須連接到地。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文 ） 13 圖 28 DS18B20 供電方式 1 另一種方法是 DS18B20 工作在外部電源工作方式，如圖 29 所示。這種方法的優(yōu)點是在 DQ 線上不要求強的上拉，總線上主機不需要連接其它的外圍器件便在溫度變換期間使總線保持高電平，這樣也允許在變換期間其它數(shù)據(jù)在單總線上傳送。此外，在單總線上可以并聯(lián)多個 DS18B20，而且如果它們?nèi)坎捎猛獠侩娫垂ぷ鞣绞?，那么通過發(fā)出相應的命令便可以同時完成溫度變換。 圖 29 DS18B20 供電方式 2 （ 4） DS18B20 設計中應注意的 幾個問題 DS18B20具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用接口線少等優(yōu)點 ， 但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題 ： 較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償 ， 由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送 。 因此 ， 在對 DS18B20 進行讀寫編程時 ， 必須嚴格的保證讀寫時序 ， 否則將無法讀取測溫結(jié)果。在 DS18B20 有關資料中均未提及 1Wire上所掛 DS18B20數(shù)量問題 ， 容易使人誤認為可以掛任意多個 DS18B20， 在實際應用中并非如此。當 1Wire上所掛 DS18B20超過 8個時 ， 就需要考慮微處理器 的總線驅(qū)動問題 ， 這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。連接 DS18B20的總線電纜是有長度限制的。實際應用中 ， 測溫電纜線建議采用屏蔽 4芯雙絞線 ， 其中一對線接地線與信號線 ， 另一組接 VCC 和地線 ， 屏蔽層在源端單點接地。 本文以廣泛應用的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20為例 ， 說明了 1Wire總線的操作過程和基平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文 ） 14 本原理。事實上 ， 基于 1Wire總線的產(chǎn)品還有很多種 ， 如 1Wire總線的 E2PROM、實時時鐘、電子標簽等。他們都具有節(jié)省 I/O資源、結(jié)構簡單、開發(fā)快捷、成本低廉、便于總線擴展等優(yōu)點 ， 因此有廣闊的應用空間 ， 具 有較大的推廣價值。 本設計將溫度傳感器 DS18B20與單片機 TXD引腳相連，讀取溫度傳感器的數(shù)值。DS18B20與單片機連接圖如圖所示 210所示。 圖 210 DS18B20 與單片機連接圖 電源電路 采用 L7805穩(wěn)壓塊，輸出為 5V。電子組件要正常運作都需要電源電壓供電，一般常用的電源電壓為 +5V或 +12V，因為數(shù)字 IC （ Ingegrated Circuit：集成電路）所供給的電壓為 +5V， 而 CMOS IC所供給的電壓為 +12V， 7805是一個穩(wěn)壓塊。 7805穩(wěn)壓管把高電壓轉(zhuǎn)換到低電壓， 7805穩(wěn)壓管具有保護單片機的作用。 L7805輸出端要并聯(lián)上一個電解電容，濾除交流電干擾，防止損壞單片機系統(tǒng)。本設計采用兩種供電方式，一種為 DC7~18V直流穩(wěn)壓電源變換成 5V的直流電；另一種為四節(jié)干電池共 6V經(jīng)二極管加壓后得到將近 5V的直流電源，電源配以開關和指示燈，以方便使用。黃色發(fā)光二極管表示保溫，紅色的表示加熱狀態(tài)。 VCC EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 U2 AT80C51 DQ 2 GND 1 VCC 3 U3 DS1820 VCC R15 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文 ） 15 V C CD2I N 4 00 71122J22PGND2+ V C C 12 V1GND3J1電源座+ V C C 12 VD1I N 4 00 7IN1GND2OUT3U1L 78 0 5( 大 )12+ C122 0 U FV C CR11K1 2D3LED 圖 211 系統(tǒng)電源設計圖 報警電路設計 同時可以在系統(tǒng)里設定溫度上限值，由于加熱停止后，加熱管還有余熱當采集到的外界溫度高于當前所設定溫度上限值時，程序就會進入報警子程序，觸發(fā)蜂鳴器進行報警。報警電路原理圖如圖所示。 VC CR 1 94 .7 KE1C3B2Q48 5 5 0FM 1B E L LP 2 .7 圖 212 報警電路 圖 圖中的三極管 8550的作用是增加驅(qū)動能力，比 9012的驅(qū)動電流還大些，因此選用8550。當程序進入報警子程序時，把 0，就會觸發(fā)蜂鳴器， 為了使報警聲音效果更好，對 ， 發(fā)出報警 嘟嚕 聲音。 加熱管控制電路設計 繼電器是常用的輸出控制接口，可以做交直流信號的輸出切換。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中， 它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “ 自動開關 ” 。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文 ） 16 保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。繼電器控制接點操作說明如下： ●COM ： Common，共同點。輸出控制接點的共同接點。 ●NC ： Normal Close常閉點。以 Com為共同點， NC與 COM在平時是呈導通狀態(tài)的。 ●NO ： Normal Open常開點。 NO與 COM在平時是呈開路狀態(tài)的，當繼電器動作時， NO與 COM導通， NC與 COM則呈開路狀態(tài)。 當 89S52的 ，繼電器不導通，反之當輸出低電平時，繼電器導通，這樣就激 活了連接回路。 第三章： 系統(tǒng)總設計 本系統(tǒng)采用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制溫度的。主要包括四段程序的設計：DS18B20讀溫度程序，數(shù)碼管的驅(qū)動程序，鍵盤掃描程序，以及抱經(jīng)處理程序。 主程序流程圖 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文 ） 17 自 動 加 熱 ？ 設 置 溫 度 ？NYNY溫 度 ‘ ＋ ’ 溫 度 ‘ ’ 設 置 完 成 ？N NY Y N加 熱控 制開 始初 始 化讀 D 1 8 B 2 0溫 度 轉(zhuǎn) 換顯 示 溫 度加 熱 溫 度 設 置 8 0 ℃預 設 溫 度 ＋ 5 預 設 溫 度 5Y平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文 ） 18 實 測 溫 度 = 預 設 溫 度 保 溫 指 示 燈 亮 , 停 止 加 熱 加 熱 指 示 燈 亮 , 開 始 加 熱設 置 溫 度 ？ 溫 度 ‘ + ’預 設 溫 度 加 5 溫 度 ‘ ’預 設 溫 度 減 5設 置 完 成 ？加 熱控 制實 測 溫 度 預 設 溫 度加 熱控 制讀 1 8 B 2 0溫 度 轉(zhuǎn) 換顯 示 溫 度實 測 溫 度 = 預 設 溫 度 加 熱 指 示 燈 亮 , 開 始 加 熱實 測 溫 度 預 設 溫 度保 溫 指 示 燈 亮 , 停 止 加 熱YYYNNYYNNNNNYY圖 31 主程序流程 圖平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文 ） 19 各個模塊的流程圖 讀取溫度 DS18B20 模塊的流程 由于 DS18B20采用的是一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89S52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