【導(dǎo)讀】溫度是生產(chǎn)過程和日常生活中普遍而且很重要的影響因素，經(jīng)常要進(jìn)行溫度的檢測和控制，溫度采集電路采用單總線型數(shù)字式的溫度傳感器DS18B20，DS18B20與AT89S52單片機結(jié)合實現(xiàn)最簡單的溫度檢測與報警系統(tǒng)。集、溫度顯示、報警，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報警溫度。該系統(tǒng)使用起來相當(dāng)方便，尤其是。它的抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量，有著廣泛的應(yīng)用前景。

　　

【正文】 DS18B20 嚴(yán)格的 通信協(xié)議 確保了 數(shù)據(jù) 的 正常 傳輸，該 協(xié)議規(guī)定了 以下幾種 操作 時序： 初始化 時序、讀時序 、寫時序。每一次 對 DS18B20 的操作都需要主機重新對其復(fù)位 ，例如在初始化 DS18B20后執(zhí)行了寫操作，此時若想從 DS18B20中讀取出數(shù)據(jù) ， 那么 主機需 要再次對芯片進(jìn)行初始化操作。DS18B20的 數(shù)據(jù) 與 命 令的傳輸都是低位在 前 [22]。 （ 1） 初始化時序 基于單總線的所有傳輸過程都是以初始化開始的，故對單總線器件的初始化操作尤其重要。初始化 時序如圖 37 所示， 脈 沖使單片機知道，總線上有 1wire 設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。初始化過程如下：主機通過拉低總線 480us以上，產(chǎn)生復(fù) 位脈沖，然后釋放總線。主機釋放總線時，會產(chǎn)生一個上升沿。單總線器件檢測 到上升沿后，延時 1560us，通過拉低總線 60240us來產(chǎn)生 應(yīng)答脈沖。主機接收到從機的應(yīng)答脈沖，說明單總線器件在線。 17 V C CM a s t e r T X “ r e s e t p u l s e ”4 8 0 u s m i n i m u m9 6 0 u s m a x i m u mM a s t e r R x4 8 0 u s m i n i m u mD S 1 8 B 2 0 W a i t s1 5 6 0 u sD S 1 8 B 2 0 T x “ P r e s e n c e p u l s e ”6 0 2 4 0 u sG N D1 W I R EB U SB u s m a s t e r a c t i v e l o wB o t h b u s m a s t e r a n d D S 1 8 B 2 0 a c t i v e l o wD S 1 8 B 2 0 a c t i v e l o wR e s i s t o r p u l l u p 圖 45 初始化命令時序圖 （ 2） DS18B20 的 讀時序 DS18B20的 讀時序分為 讀 0 時序和讀 1 時序兩 個過程 ，其讀時序如圖 46 所示。 當(dāng) 微處理器開始 讀 DS18B20 中的 數(shù)據(jù)時， 微處理器就 把總線拉低 ， 在 將總線拉低至少 15us 后開始 釋放 總線，以便讓微處理器在隨后至少 45us的時間內(nèi)對總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣， 若總線上為高電平讀出 DS18B20中的 數(shù)據(jù) 為“ 0”，若為高電平則讀出的數(shù)據(jù)為“ 1”。由此可見每一位的 讀時序 至 少需要 60us 才能 完成 [17]。 M A S T E R R E A D “ 0 ” S L O T1 u s T r e c ∞M A S T E R R E A D “ 1 ” S L O T1 5 u s 1 5 u s 3 0 u s1 5 u s 1 u s1 W I R E B U SM A S T E R S A M P L E SM A S T E R S A M P L E SV C CG N D圖 46 DS18B20 的讀時序 DS18B20的寫 時序 DS18B20的寫時 序 分為 寫 1時序和寫 0時 序 ，其寫時 序如圖 47所示 [23,24]。 18 M A S T E R W R I T E “ 0 ” S L O T6 0 u s TX” 0 1 2 0 u s1 u s tR E CM A S T E R W R I T E “ 1 ” S L O TV C CG N D1 5 u s 1 5 u s 3 0 u s1 5 u s1 5 u s3 0 u s 1 u sD S 1 8 B 2 0 S A M P L E SM I N T Y P M A XD S 1 8 B 2 0 S A M P L E SM I N T Y P M A X1 W I R E B U S圖 47 DS18B20 的寫時序 從圖中可以看出 DS18B20的寫時序至少為 60us，而且在 寫 0與 寫 1時序 上 有些不同 。當(dāng)寫周期開始時，主機把總線拉低 1us表示寫周期開始。 當(dāng)要寫 0時，總線 則繼續(xù)被拉低到至寫周期結(jié)束 ；當(dāng)要 寫 1時序時，單總線被拉低 1us之后便可 釋放總線 ，主機將在隨后的時間內(nèi)對總線進(jìn)行采樣，若 總線維持高電平，則向 DS18B20寫入 1。 19 第 5 章 溫度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體構(gòu)成 本系統(tǒng)通過溫度傳感器將現(xiàn)場溫度傳至單片機，并將采集到的溫度與用戶設(shè)定的目標(biāo)溫度，進(jìn)行比較是否超越極限以此控制蜂鳴器自動報警，從而達(dá)到檢測溫度的目的，其主要由溫度采集 模塊 、LED顯示 模塊 、鍵盤輸入 模塊以 及報警 模塊 等組成。系統(tǒng) 硬件 結(jié)構(gòu)框圖如圖 51所示。 斜 斜 斜斜 斜 斜 斜 斜斜 斜L E D 斜 斜 斜斜 斜 斜 斜 圖 51 系統(tǒng)硬件框圖 單片機復(fù)位電路 常用 的兩種復(fù)位電路 單片機在啟動時都需 要復(fù)位， 復(fù)位的目的 以使 單片機 從初態(tài)開始工作 。并且這個初始狀態(tài)是可預(yù)知的 狀態(tài)， AT89S52 單片機的 復(fù)位信號是從 RST 引 腳輸入 的， 當(dāng) 單片機在 正常工 作狀態(tài) 時， 如果RST 引腳上 出現(xiàn)一 個高電平并維持 至少 2 個機器周期， 那么單片機將響 應(yīng) 復(fù)位信號 并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有 兩種： 按 鍵 復(fù)位和上電復(fù)位 。 按鈕復(fù)位需要人為 在復(fù)位輸入端 RST加 上 高電平 。 本設(shè)計采用的是 是在 RST端和正 電源 Vcc之間接一個按鈕 ，并接一個 10K的電阻來分壓。 當(dāng)按下 按鍵后 ， Vcc 的 +5V電壓 就會直接加到 RST端。 按鈕復(fù)位的電路如 圖 52 所示。由于人 按鍵時的 動作 比較緩慢，可以滿足兩個機器周期的要求， 所以，完全能夠 實現(xiàn)單片機的 復(fù)位 。 S2R210K+ C31 0 U FV C CR E S E T 圖 52 按鍵復(fù)位電路 20 單片機復(fù)位后的狀態(tài) 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的 第一步，使單片機回到默認(rèn)的初始狀態(tài) 。 S52 單片機的復(fù)位 也是 由 RESET 引腳來控制的，此引腳與高電平相接達(dá)到 2 個機器周期以上 ， S52 單片機 自動 進(jìn)入 復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下 等 待，直到 RESET 引腳 的電平變 為低 電平后，再開始 檢查 EA 管腳的電平信號 ，若為高電平則執(zhí)行單片機內(nèi)部的程序代碼，若為低電平則取 執(zhí)行外部 擴展的 程序。 S52單片機復(fù)位后進(jìn) 入初始化狀態(tài)， 其復(fù)位后 寄存器的狀 態(tài)見表 51所 示。 表 51 復(fù)位后特殊功能寄存器狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) A 00H TMOD 00H B 00H TCON 00H PSW 00H TH0 00H SP 007H TL0 00H OPL 00H TH1 00H OPH 00H TL1 00H P0— P3 FFH SBUF 不定 IP ***00000B SCON 00H IE 0***00000E PCON 0******B 上表 說明：表中符 號 *為隨 機狀 態(tài) 。 上 表中 A為 00H，表 明已被清零； PSW為 00H， 表明工作寄存器組為 0組 ； SP為 07H， 表明堆棧指針指向片內(nèi) RAM 地址為 07 單元的內(nèi)存 ， 根據(jù)堆棧操作先入后出法則，第一個被推入到堆棧的 數(shù)據(jù)存儲在地址單元為 08H 中。 P0 至 P3 中的數(shù)據(jù)為 FFH， 表明已向各端口置位，此時各端口既可用于輸入又可用于輸出； IP＝ ***00000B，表明 各個中斷源處于 低優(yōu)先級； IE＝ 0***00000B，表明各個 中斷均被關(guān)斷 。 另外 復(fù)位后的 21個特殊 功能寄存器 狀態(tài)為確定值。期中 程序計數(shù) 器 PC為 0000H，單片機復(fù)位后將 從 地址為 0000H單元開始執(zhí)行。單片機初次啟動 后，片內(nèi) RAM為隨機值 。 時鐘電路 時鐘電路跟復(fù)位電路一樣是單片機必須具備的電路，兩者構(gòu)成了單片機的最小系統(tǒng)。 單片機內(nèi)部是由許多的 邏輯器件 組成的，這些邏輯器件彼此之間默契的配合需要按照嚴(yán)格的節(jié)拍來操作，這種節(jié)拍就是 時序， 單片機的時序可以由內(nèi)部時鐘提供或者由外部的晶振提供。而本設(shè)計的時鐘電路就可以為單片機的 正常工作提供時序 ， 若 沒有時鐘電路，單片機就無法工 作。在本設(shè)計中 采用由外 21 部方式產(chǎn)生時鐘的方法形成時鐘電路，如 圖 53所示。 C1 30pC2 30pY112 M H ZX1X2 圖 53 時鐘電路 溫度采集 電路 本次設(shè)計所采用的溫 度傳感器為 dallas半導(dǎo)體 公司的數(shù)字 化溫度傳感器 ds18b20，它 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器?！耙痪€總線”體積更小，使用電壓更寬、更經(jīng)濟、全部傳感器元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路里 。 DS18B20 可以程序設(shè)定 9～ 12位 的分辨率 ，可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的 報警溫度存儲在EEPROM中， 掉電后依然保存。 在 硬件上， DS18B20與單片機有兩種接法。一種是 VCC接外部電源， GND接地， I/O口與單片機；另一種則是用寄生電源供電。 I/O口線要接 5KΩ 左右的上拉電阻。本設(shè)計 采用的是后一種方法。如圖 54所示，把 DS18B20的數(shù)據(jù)線 與單片機 的 相連，再加上上拉電阻 [25]。 圖 54 溫度測量電路 LED 顯示電路 單片機 I/O的應(yīng)用最典 型的 就 是通過 I/O口與 LED數(shù)碼 管構(gòu)成顯示電 路， 本設(shè)計 LED顯示 模 塊電 路如下圖 55所 示。 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R E S T9P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17X T A L 218X T A L 119GND20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39V C C40U1A T 89S 52123U3D S 18B 20V C CR1 22 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 5/ M O S I6P 1. 6/ M I S O7P 1. 7/ S C K8R E S T9P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40U1 A T 89 S 52dp1g2f3e4d5c6b7a89dp1g2f3e4d5c6b7a89dp1g2f3e4d5c6b7a89dp1g2f3e4d5c6b7a89P N P P N P P N P P N PP 10 P 11 P 12 P 13R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8V C C 圖 55 LED 顯示 電路 報警電路 此設(shè)計選擇了 蜂鳴器 ，因為 比 起 揚聲器 來 使用起來 更 簡單，只要按照極性要求加上合適的 直 流電壓，就可以 使蜂鳴器發(fā)出 聲音 。 當(dāng) 溫度高于或者低于 用戶 設(shè)定的溫度上下限時。蜂鳴器就發(fā)出聲音來