【文章內(nèi)容簡介】 位電路，在單片機(jī)上電后，對復(fù)位電路的電容充電。如圖 22 所示。在上電 瞬間， RST 端的電位與 Vcc 相同，隨著充電電流的減少， RST 的電位逐漸下降。只要保證 RST 為高電平的時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期，就能正常復(fù)位。電路中的電容和電阻取值可根據(jù)晶振的頻率而定，我們使用 ，所以應(yīng)該使用 10uF 電容和 電阻（本畢設(shè)使用 10K）。 RCV C CC 5 1R S TG N D R1CV C CC 5 1R S TG N DR2S1 圖 22 RC 上電復(fù)位電路 圖 23 按鍵復(fù)位電路 （ 2） 按鍵復(fù)位 按鍵復(fù)位又稱手動復(fù)位，按鍵電平復(fù)位相當(dāng)于 RST 端通過電阻與電源接通實(shí)現(xiàn)的。該電路除具有上電復(fù)位功能外，如果要在程 序運(yùn)行中復(fù)位，只需要按下如圖 23 的那個(gè)鍵，此時(shí)電源被 R1， R2 分壓，在 RST 端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位的高電平，從而達(dá)到復(fù)位作用。 時(shí)鐘電路 8051 的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘震蕩方式，另外一種是外部時(shí)鐘方式。 （ 1） 內(nèi)部時(shí)鐘方式 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁 共 36 頁 MCS51 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè) 高增益反相放大器 ，其輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2。在 XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶振和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路。如圖 24 圖 24 內(nèi)部時(shí)鐘電路 圖 25 HMOS 型單片機(jī)外部時(shí)鐘電路 (2)外部時(shí)鐘方式 對于 HMOS 型單片機(jī)（ 8051），可用來輸入外部脈沖信號 ,XTAL1 接地， XTAL2 接外部時(shí)鐘， 由于 XTAL2 的邏輯電平與 TTL 電平不兼容 ，所以應(yīng)接一個(gè)上拉電阻。如圖25。對于 CHMOS 單片機(jī)（ 80C51），外部時(shí)鐘要由 XTAL1 引入，而 XTAL2 引腳應(yīng)懸空。 3 溫控系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 溫度檢測模塊 溫度傳感器的概述 溫度傳感器是各種傳感器中最常用的一種，早期使用的是模擬溫度傳感器，比如熱敏電阻，隨著溫度的變化，它的阻值也發(fā)生了 類似線性的變化 ，通過處理器采集電阻兩端的阻值，再通過某個(gè)公式就可計(jì)算出當(dāng)前的溫度。隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代的溫度傳感器已經(jīng)走向數(shù)字化。 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 采用單總線協(xié)議，即與單片機(jī)接口僅需占用一個(gè) I/O 口，無須任何的外部元件，直接將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以 數(shù)字碼 的方式串行輸出。 DS18B20 是 DALLAS 公司推出的第一片支持“一總線”接口的的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)。 （ 1） DS18B20 的特性： ① 適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍在 ~，在 寄生電源方式 下可以由數(shù)據(jù)線供電。 ② 獨(dú)特的單線接口方式，它與處理器連接時(shí)僅需要一個(gè) I/O 口就可以和微處理器雙向通信。 ③ 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一 單總線上 ，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。 Y11 2 MC12 0 p FC22 0 p FX T A L 2X T A L 18 0 C 5 11 2AV C C外部輸入信號 X T A L 2X T A L 1T T L 門8 0 5 1桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁 共 36 頁 ④ 負(fù)壓特性。電源極性接反時(shí)不會因?yàn)榘l(fā)熱而燒壞，但是不能正常工作。 ⑤ 測量范圍在 55℃ ~+125℃，在 10℃ ~+85℃時(shí)精度 為177。 ℃。 ⑥ 在使用中不需要任何外圍的元件，全部傳感元件和轉(zhuǎn)換電路都集成在一個(gè) 三極管的集成電路內(nèi) 。 ⑦ 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字信號，通過單總線串行傳送給微處理器，同時(shí)可傳送CRC 校驗(yàn)碼，具有很強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 ⑧ 可編程分辨率為 912 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ ,℃ ,℃ 和℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。 （ 2） 引腳簡介 DS18B20 有兩種封裝形式，一種是三腳直插型，是使用最普遍的一種封裝。和八腳 SOSI 貼片式封裝。如下圖 31所示 圖 31 DS18B20 的兩種封裝 GND電源負(fù)極 DQ信號輸入輸出 VDD 電源正極 NC空引腳 （ 3） DS18B20 與單片機(jī)硬件連接圖 前文提到 DS18B20 具有單總線，單片機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行串行傳輸?shù)拇锌偩€主要有 I2C， SPI 和 SCI 總線。其中 I2C 總線以同步串行二線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線一條數(shù)據(jù)線）， SPI 總線則以同步串行三線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線），而 SCI 總線是以異步方式進(jìn)行通信（一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線）。這些總線需 要兩條或者兩條以上的的信號線。但是 DS18B20 采用的單總線技術(shù)與桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁 共 36 頁 上述的總線不同，它采用了單條信號線，既可傳輸時(shí)鐘，又可傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線技術(shù)具有線路簡單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。單總線使用與單主機(jī)系統(tǒng)，可以控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。 圖 32 DS18B20 與微處理器典型連接電路 主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換至通過一條信號線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系 統(tǒng)操作；當(dāng)有多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。本畢設(shè)單片機(jī)只是與一個(gè) DS18B20 通信，如果要控制多個(gè)DS18B20 進(jìn)行溫度采集，只要將所有 DS18B20 的 I/O 口全部接到一起就可以了。具體操作時(shí)，通過讀取每個(gè) DS18B20 內(nèi)部芯片的序列號來識別。 DS18B20 的工作原理和工作時(shí)序圖 單片機(jī)要讀出 DS18B20 的溫度數(shù)據(jù)，首先要知道控制 DS18B20 的指令。 ① 33H讀 ROM，讀 DS18B20 溫度傳感器 ROM 中的編碼（ 64 位地址） ② 55H匹配 ROM。發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的 DS18B20 并使之做出響應(yīng)，為下一步對該 DS18B20 的讀 /寫作準(zhǔn)備。 ③ F0H搜索 ROM。用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個(gè)數(shù)，識別 64 位ROM 地址，為操作各器件做好準(zhǔn)備。 ④ CCH跳過 ROM。忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令，使用與一個(gè)從機(jī)工作。 ⑤ ECH告警搜索命令。執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的，芯片才做出響應(yīng)。 ROM 的作用是使每個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一條總線上掛接多個(gè) DS18B20 的 目的。當(dāng)主機(jī)需要對眾多在線 DS18B20 中的某一個(gè)進(jìn)行操作時(shí)，主機(jī)應(yīng)先逐個(gè)與 DS18B20 掛接，讀出其序列號；然后再將所有的 DS18B20 掛接到總線上，單片機(jī)發(fā)出匹配 ROM 命令，緊接著主機(jī)提供的 64 位序列號之后的操作就是針對該DS18B20。 如果主機(jī)只對一個(gè) DS18B20 進(jìn)行操作，就不需要讀取 ROM 編碼和匹配，直接跳過ROM 命令，就可以進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換和讀取。其操作如下 ① 44H溫度轉(zhuǎn)換。啟動 DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存入 9 字節(jié)的 RAM 中。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁 共 36 頁 ② BEH讀暫存器。讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。 ③ 4EH寫暫存器。發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的第 2,3 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)數(shù)據(jù)。其他指令在這里就不做詳細(xì)介紹。 DS18B20 在出廠時(shí)默認(rèn)配置為 12 位 ，其中最高位為符號位，即溫度值共 11 位，單片機(jī)在讀數(shù)據(jù)時(shí)，一次會讀兩字節(jié)共 16 位， 讀完后將低 11 位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)后再乘以 便為所測的實(shí)際溫度值。 另外，還需要判斷溫度的正負(fù)。前 5 個(gè)字符為符號位，這 5 位同時(shí)變化，我們只需要判斷 11 位就可以了。 前 5 位為 1 時(shí)，讀取的溫度為負(fù)值，且測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘以 才得到實(shí)際溫度值。 前 5 位為 0時(shí)，讀取溫度位為正值，只需要將數(shù)值乘 即可。 下面是 DS18B20 的工作時(shí)序簡介 (1)初始化時(shí)序圖 圖 33 初始化時(shí)序圖 ① 先將數(shù)據(jù)線置高電平 1。 ② 延時(shí)（時(shí)間要求不是很嚴(yán)格，但 最好盡可能短 ）。 ③ 數(shù)據(jù)線拉倒低電平 0。 ④ 延時(shí) 800181。s(時(shí)間可以在 480181。s~960181。s 中選 ) ⑤ 數(shù)據(jù)線拉高到電平 1。 ⑥ 延時(shí)等待。如果初始化成功則在 15~60181。s 內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由 DS18B20 返回的低電平0。這個(gè)可以確定它的 存在。 ⑦ 如果 CPU讀到數(shù)據(jù)線上的低電平后，還要進(jìn)行延時(shí)，時(shí)間從發(fā)出高電平算起不少于 480181。s。 ⑧ 將數(shù)據(jù)線再次拉到低電平后結(jié)束。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁 共 36 頁 （ 2） DS18B20 的寫和讀數(shù)據(jù) 寫時(shí)序圖： 圖 34 DS18B20 讀時(shí)序圖 ① 數(shù)據(jù)線先置低電平 0。 ② 延時(shí)確定的時(shí)間為 15181。s。 ③ 按從低位到高位的順序發(fā)送數(shù)據(jù) ④ 延時(shí)時(shí)間為 45181。s。 ⑤ 數(shù)據(jù)線拉倒高電平 1。 ⑥ 重復(fù)前面五步，直到發(fā)送完整一個(gè)字節(jié)。 ⑦ 最后將數(shù)據(jù)線拉高到 1。 讀時(shí)序圖： 圖 35 讀時(shí)序圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 12 頁 共 36 頁 圖 36 控制器讀 1 的詳細(xì)時(shí)序 圖 37 芯片資料推薦的控制器讀 1時(shí)序 結(jié)合上面 35,36， 37 圖，我們可以知道 ① 將數(shù)據(jù)線拉高到 1。 ② 延時(shí) 2181。s。 ③ 將數(shù)據(jù)線拉低到 0. ④ 延時(shí) 5181。s。（時(shí)間大于 1181。s） ⑤ 將數(shù)據(jù)線拉高到 1. ⑥ 延時(shí) 4181。s。 ⑦ 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到下一個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 ⑧ 延時(shí) 30181。s。 ⑨ 重復(fù)以上所有步驟，直到讀取完一個(gè)字節(jié)。 顯示模塊 數(shù)碼管簡介 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 13 頁 共 36 頁 為了顯示方便和節(jié)省成本，溫度的顯示我們采用共陰單位數(shù)碼管顯示。首 先簡單說明共陰數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如圖 38 圖 38 共陰數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)