【正文】 時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 (2)與 HD44780 相兼容的芯片時序表如下： 表 53 讀狀態(tài) 輸入 RS=LR/W=H E=H 輸出 D0— D7=狀態(tài)字 寫指令 輸入 RS=LR/W=L D0— D7=指令碼 E=高脈沖 輸出 無 讀數(shù)據(jù) 輸入 RS=HR/W=H E=H 輸出 D0— D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=HR/W=L D0— D7=數(shù)據(jù) E=高脈沖 輸出 無 (3)基本操作時序表 [1] 讀寫操作時序如圖 52和 53所示： 圖 52 讀操作實現(xiàn) 圖 53 寫操作時序 [1] 張毅剛 .新編 MCS51單片機應用設計 [M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版， 2021 22 第 22 頁 共 54 頁 地址映射及標準字庫表 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖 54 是 1602 的內(nèi)部顯示地址。 圖 54 1602LCD 內(nèi)部顯示地址 1602 液晶模塊內(nèi)部 的字符發(fā)生存儲器（ CGROM）已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，如圖 1058 所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 DS18b20 溫度傳感器 DS18B20 的簡介 溫度傳感器的種類眾多，在應用與高精度、高可靠性的場合時 DALLAS（達拉斯）公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器當仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得 DS18B20 更受歡迎。對于我們普通的電子愛好者來說， DS18B20的優(yōu)勢更是我們學習單片機技術和開發(fā)溫度相關的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應用可以拓寬您對單片機開發(fā)的思路。其管腳圖如圖 39 所示。 （ 1）獨特的單線接口方式： DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 2）在使用中不需要任何外圍元件 （ 3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +~ + V。 （ 4）測溫范圍： 55 ~+125 ℃。固有測溫分辨率為 ℃。 （ 5）通過編程可實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （ 6）用戶可自設定非易失性的報警上下限值。 （ 7）支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 （ 8）負壓特性，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 內(nèi)部結構如圖 所示。主要由 4 部分組成： 64 位 ROM、溫度傳感器、 23 第 23 頁 共 54 頁 非揮發(fā) 的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 ROM中的 64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，每個 DS18B20 的 64位序列號均不相同。64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X^8＋ X^5＋ X^4＋ 1）。 ROM 的作用是使每一個DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 圖 55 DS18B20 內(nèi)部結構 圖 56 DS18B20 管腳排列 DS18b20 初始化操作流程 DS18b20 單線通信功能是分時完成的，且有嚴格的時隙概念，因而時序很重要，對其操作的程序設計必須嚴格按照時序的先后次序與延時時間，才能保障對其操作的可靠實現(xiàn)。有 DS18B20 的操作協(xié)議，根據(jù) DS18B20 的初始化時序、寫時序、讀時序要求，設計出對操作的通用初始化子程序模塊、寫字節(jié)程序模塊、讀字節(jié)程序模塊。以下選取初始化子程序的說明其設計。 （ 1） DS18B20 的初始化 ： 初始化時序如圖 57所示。 具體步驟： 圖 57 DS18B20 初始化時序 ① 先將數(shù)據(jù)線置高電平 “1” 。 ② 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點） ③ 數(shù)據(jù)線拉到低電平 “0” 。 ④ 延時 750微秒（該時間的時間范圍可以從 480 到 960 微秒）。 24 第 24 頁 共 54 頁 ⑥ 數(shù)據(jù)線拉到高電平 “1” 。 ⑦ 延時等待（如果初始化成功則在 15 到 60毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由 DS18B20 所返 回的低電平 “0” 。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應注意不能無限的進行 等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制）。 ⑧ 若 CPU 讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平 “ 0” 后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的 高電平算起（第（ 5）步的時間算起）最少要 480 微秒。 ⑨ 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平 “1” 后結束。 （ 2） DS18B20 的寫操作 ： 圖 58 DS18B20 寫時序 具體步驟： ① 數(shù)據(jù)線先置低電平 “0” 。 ② 延時確定的時間為 15微秒。 ③ 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。 ④ 延時時間為 45 微秒。 ⑤ 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。 ⑥ 重復上（ 1）到（ 6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 ⑦ 最后將 數(shù)據(jù)線拉高。 （ 3） DS18B20 的讀操作 圖 59 DS18B20 讀時序 25 第 25 頁 共 54 頁 具體步驟： ① 將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 ② 延時 2微秒。 ③ 將數(shù)據(jù)線拉低 “0” 。 ④ 延時 15微秒。 ⑤ 將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 ⑥ 延時 15微秒。 ⑦ 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到 1 個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。 ⑧ 延時 30微秒。 DS18B20 與單片機的典型接口設計 以 MCS51單片機為例，中采用寄生電源供電方式， 口接單線總線為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供 足夠的電流，可用一個 MOSFET 管和 89C51 的 來完成對總線的上拉。當 DS18B29 處于寫存儲器和溫度 A/D 變換操作時，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 和 GND 端均接地。由于單線只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。主機控制 DS18B20 完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟：初始化、 ROM 操作指令、存儲器操作指令。假設單片機系統(tǒng)所用的晶體管晶振頻率為 12MHZ，根據(jù) DS18B20 的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫三個子程序：INTI 為初始化子程序， WRITE 為寫子程序， READ 為讀子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始，實際在實驗中不用這種方式，只要在數(shù)據(jù)線上加一個上拉電阻 ，另外兩個引腳分別接電源和地。 數(shù)據(jù)采集電路的設計 數(shù)據(jù)采集電路主要由數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集水溫的溫度。溫度傳感器的單總線 (1Wire)與單片機的 I／ O連接， 是單片機的高位地址線。 P3 端口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O，每個端口都有第二功能，其輸出緩沖級可驅動 (吸收或 輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。對該端口寫“ 1”，可通過內(nèi)部上拉電阻將其端 口拉至高電平，此時可作為輸入口使用，這是因為內(nèi)部存在上拉電阻，某一引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 6 系統(tǒng)原理圖及 PCB 圖 系統(tǒng)原理圖 從功能模塊上來系統(tǒng)分有：主機電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、電源電路、控制執(zhí)行電路。各個模塊電路通過主機電路控制，協(xié)調一致的進行工作。完成對被測物體的溫度控制，如圖 61所示。具體系統(tǒng)原理圖見附錄一。 26 第 26 頁 共 54 頁 圖 61 系統(tǒng) PCB 圖 在 PCB圖的布局時，根據(jù)電路特點進行了原件的合理擺放，原件封裝大小、和焊盤的設置都進行相關確 認之后用手動進行布線，其中為了節(jié)省空間，將晶振電路放到了單片機的底座下，這樣既節(jié)省了空間也使電路看起來更加美觀，如圖 62所示。具體 PCB圖見附錄二。 圖 62 7 軟件設計 在微機測控系統(tǒng)中，軟件與硬件都是非常重要。系統(tǒng)的軀體是硬件，靈魂則是軟件，硬件電路在系統(tǒng)中設計好之后，軟件是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的主要方式，而且測控系統(tǒng)的性能 27 第 27 頁 共 54 頁 很大程度上是由軟件設計實現(xiàn)的。為了達到系統(tǒng)的要求，編制軟件時一般要符合以下基本要求： 一、易理解性、易維護性 要達到易理解和易維護等指標；在軟件的設計方 法中，結構化設計是最好的一種設計方法，這種設計方法是由整體到局部，然后再由局部到細節(jié)，先考慮整個系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，確定整體目標，然后把這個目標分成一個個的任務，任務中可以分成若干個子任務，這樣逐層細分，逐個實現(xiàn)。 二、實時性 實時性是電子測量系統(tǒng)的普遍要求；即要求系統(tǒng)及時響應外部事件的發(fā)生，并及時給出處理結果。近年來，由于硬件的集成度與運算速度的提高，配合相應的軟件，實時性比較容易滿足設計要求。 三、準確性 準確性；準確性 準確性對整個系統(tǒng)具有重要意義，尤其是測量系統(tǒng)，系統(tǒng)要進行一定 量的運算，算法的正確性和準確性對結果有著直接的影響，因此在算法的選擇、計算的精度等方面都要符合設計的要求。 四、可靠性；是系統(tǒng)軟件最重要的指標之一，作為能夠穩(wěn)定運行的系統(tǒng)，抗干擾技術的應用是必不可少的，最起碼的要求是在軟件受到干擾出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)還能恢復正常工作。 系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、功能實現(xiàn)模塊和運算控制模塊。 軟件組成 由于整個系統(tǒng)軟件相對比較龐大，為了便于編寫、調試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用了模塊化的設計。即整個控制軟件由許多獨立的小模塊組成，它們之間通 過軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)關系緊湊，模塊之間數(shù)據(jù)關系松散的原則，按功能形成模塊化結構。系統(tǒng)的軟件主要由主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制算法模塊等組成。主模塊的功 能是為其余幾個模塊構建整體框架及初始化工作數(shù) 據(jù)采集模塊的作用是將轉換的數(shù)字量采集并儲存到存儲器中數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進行一系列的處理，下面就介紹本系統(tǒng)幾個主要的程序模塊。 主程序模塊 主程序模塊要做的主要工作是上電后對系統(tǒng)初始化和構建系統(tǒng)整體軟件框架，其中初始化包括對單片機的初始化、 LCD1602 液晶屏初始化， DS18B20 初始化，以及對各器件初始化等。然后等待溫度設定，剛開始會給液晶屏的溫度由程序已經(jīng)設定好初始化數(shù)據(jù)，然后對鍵盤進行掃描，檢測判斷系統(tǒng)運行鍵是否按下，若檢測到相關的鍵盤有按下，則相當于給單片機一個輸入指令，說明系統(tǒng)運行，則依次調用各個相關模塊，并