【導讀】隨著時代的進步和發(fā)展，溫度的測試已經(jīng)影響到我們生活、工作、科研、各個領域，已經(jīng)成為一種非常重要的事情,因此設計一個溫度測試的系統(tǒng)勢在必行。本文主要介紹了一個基于89S51單片機的測溫系統(tǒng)，詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，對各部分的電路也一一進行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設定上下限報警溫度，它使用起來相當方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。DS18B20與AT89C51結合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應用前景。因此，精確測量與控制通過外冷器混合溶液的進、出口溫差是指導該生產(chǎn)工藝的一個重要環(huán)節(jié)。

　　

【正文】 , 在條件允許的場合, 盡量采用外供電方式。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。DS18B20與芯片連接電路如圖 16所示：圖 16 DS18B20與單片機的連接外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。站長推薦大家在開發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源方式只多接一根VCC引線。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓VCC 降到3V 時，依然能夠保證溫度量精度。由于DS18B20 只有一根數(shù)據(jù)線，因此它和主機（單片機）通信是需要串行通信，而AT89S51 有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實現(xiàn)。經(jīng)過單線接口訪問DC18B20 必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM 操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均嚴格按照時序。主機發(fā)送（Tx）復位脈沖（最短為480μs 的低電平信號）。接著主機便釋放此線并進入接收方式（Rx）。在檢測到I/O 引腳上的上升沿之后，DS18B20 等待15～60μs,并且接著發(fā)送脈沖（60～240μs 的低電平信號）。然后以存在復位脈沖表示DS18B20 已經(jīng)準備好發(fā)送或接收，然后給出正確的ROM 命令和存儲操作命令的數(shù)據(jù)。DS18B20 通過使用時間片來讀出和寫入數(shù)據(jù)，時間片用于處理數(shù)據(jù)位和進行何種指定操作的命令。它有寫時間片和讀時間片兩種：l 寫時間片：當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時，產(chǎn)生寫時間片。有兩種類型的寫時間片：寫1 時間片和寫0 時間片。所有時間片必須有60 微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1微秒的恢復時間.l 讀時間片：從DS18B20 讀數(shù)據(jù)時，使用讀時間片。當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時產(chǎn)生讀時間片。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少1 微秒；來自DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)在時間下降沿之后的15 微秒內(nèi)有效。為了讀出從讀時間片開始算起15微秒的狀態(tài)，主機必須停止把引腳驅(qū)動拉至低電平。在時間片結束時，I/O 引腳經(jīng)過外部的上_鱯__9L_€%拉電阻拉回高電平，所有讀時間片的最短持續(xù)期為60 微秒，包括兩個讀周期間至少1μs 的恢復時間。一旦主機檢測到DS18B20 的存在，它便可以發(fā)送一個器件ROM 操作命令。所有ROM 操作命令均為8位長。所有的串行通訊，讀寫每一個bit 位數(shù)據(jù)都必須嚴格遵守器件的時序邏輯來編程，同時還必須遵守總線命令序列，對單總線的DS18B20 芯片來說，訪問每個器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化；其次執(zhí)行ROM 命令；最后就是執(zhí)行功能命令(ROM 命令和功能命令后面以表格形式給出)。如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應主機。當然，搜索ROM命令和報警搜索命令，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，要返回初始化?；趩慰偩€上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機發(fā)出的復位脈沖和從機響應的應答脈沖組成。應答脈沖使主機知道，總線上有從機，且準備就緒。在主機檢測到應答脈沖后，就可以發(fā)出ROM 命令。這些命令與各個從機設備的唯一64 位ROM 代碼相關。在主機發(fā)出ROM命令，以訪問某個指定的DS18B20，接著就可以發(fā)出DS18B20支持的某個功能命令。這些命令允許主機寫入或讀出DS18B20便箋式RAM、啟動溫度轉換。軟件實現(xiàn)DS18B20的工作嚴格遵守單總線協(xié)議：(1)主機首先發(fā)出一個復位脈沖，信號線上的DS18B20 器件被復位。(2)接著主機發(fā)送ROM命令，程序開始讀取單個在線的芯片ROM編碼并保存在單片機數(shù)據(jù)存儲器中，把用到的DS18B20 的ROM 編碼離線讀出，最后用一個二維數(shù)組保存ROM 編碼，數(shù)據(jù)保存在X25043中。(3)系統(tǒng)工作時，把讀取了編碼的DS18B20 掛在總線上。發(fā)溫度轉換命令，再總線復位。(4)然后就可以從剛才的二維數(shù)組匹配在線的溫度傳感器，隨后發(fā)溫度讀取命令就可以獲得對應的度值了。在主機初始化過程，主機通過拉低單總線至少480us，來產(chǎn)生復位脈沖。接著，主機釋放總線，并進入接收模式。當總線被釋放后，上拉電阻將單總線拉高。在單總線器件檢測到上升沿后，延時15～60us，接著通過拉低總線60～240us，以產(chǎn)生應答脈沖。寫時序均起始于主機拉低總線，產(chǎn)生寫1 時序的方式：主機在拉低總線后，接著必須在15us之內(nèi)釋放總線。產(chǎn)生寫0 時序的方式：在主機拉低總線后，只需在整個時序期間保持低電平即可(至少60us)。在寫字節(jié)程序中的寫一個bit 位的時候，沒有按照通常的分別寫0時序和寫1 時序，而是把兩者結合起來，當主機拉低總線后在15us 之內(nèi)將要寫的位c 給DO：如果c 是高電平滿足15us 內(nèi)釋放總線的要求，如果c是低電平，則DO＝c這條語句仍然是把總線拉在低電平，最后都通過延時58us 完成一個寫時序(寫時序0或?qū)憰r序1)過程。寫時間時序：當主機把數(shù)據(jù)從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時候，寫時間隙開始。有兩種寫時間隙，寫1 時間隙和寫0 時間隙。所有寫時間隙必須最少持續(xù)60μs，包括兩個寫周期至少1μs 的恢復時間。I/O線電平變低后，DS18B20 在一個15μs 到60μs 的窗口內(nèi)對I/O 線采樣。如果線上事高電平，就是寫1，如果是低電平，就是寫0。主機要生成一個寫時間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平然后釋放，在寫時間隙開始后的15μs 內(nèi)允許數(shù)據(jù)線拉到高電平。主機要生成一個寫0 時間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平并保存60μs。每個讀時隙都由主機發(fā)起，至少拉低總線1us，在主機發(fā)起讀時序之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送0 或1。所有讀時序至少需要60us。源程序: 假設要寫1 B 的數(shù)據(jù), 且數(shù)據(jù)放在A 中。SETB　TEM PDN　　　NOP　　　NOPWRITEDS1820LOP: CLR　TEM PD INMOV R6, 08H 。 延時15 LsDJN Z　　R6, ＄RRC　　A 。 將要寫數(shù)據(jù)存入CMOV TEM PD IN , C 。 將數(shù)據(jù)寫入總線MOV 　R6, 14H 。 延時40 LsDJN Z　R6, ＄SETB　TEM PD IN 。 釋放總線DJN Z　　R7,WR ITEDS1820LO P 。 寫8 位RET讀時間時序：當從DS18B20 讀數(shù)據(jù)時，主機生成讀時間隙。當主機把數(shù)據(jù)從高電平拉到低電平時，寫時間隙開始，數(shù)據(jù)線必須保持至少1μs；從DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在讀時間隙的下降沿出現(xiàn)后15μs 內(nèi)有效。因此，主機在讀時間隙開始后必須把I/O 腳驅(qū)動拉為的電平保持15μs，以讀取I/O 腳狀態(tài)。在讀時間隙的結尾，I/O 引腳將被外部上拉電阻拉到高電平。所有讀時間隙必須最少60μs，包括兩個讀周期至少1μs的恢復時間。源程序: 假設要讀1B 的數(shù)據(jù), 且數(shù)據(jù)放在A 中。READDS1820:MOV 　R7, 08H 。 1 個字節(jié)8 位SETB　　TEM PD INNO PNO PREADDS1820LOO P: CLR　TEM PD INNO P　 SETB　TEM PD IN 。 釋放總線MOV 　　R6, 05H 。 延時10 LsDJN Z　　R6, ＄MOV 　　C, TEM PD N 。 采樣總線數(shù)據(jù)MOV 　　R6, 14H 。 延時40 LsDJN Z　　R6, ＄RRC　　A 。 采樣數(shù)據(jù)存入ASETB　TEM PD IN 。 釋放總線DJN Z　R7, READDS1820LOO P 。 采樣下一位MOV R6, 14H 。 延時40 LsDJN Z　　R6, ＄RET讀/寫時序如圖 17如下：圖 17 DS18B20的讀寫時序圖復位時序：復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16～60 微秒左右，后發(fā)出60～240 微秒的存在低脈沖，主CPU 收到此信號表示復位成功。源程序: 其中TEM PD IN 定義為DS18B20 的數(shù)據(jù)管腳, 主機為A T89C2051。N ITDS1820: SETB　TEM PD NNO PNO PCLR　TEM PD NMOV 　R6, 0A 0H 。 延時640 LsDJN Z　R6, ＄MOV 　R6, 0A 0HDJN Z　R6, ＄SETB　TEM PD N 。 釋放總線MOV 　R6, 32H 。 延時100 Ls, 等待回應DJN Z　R6, ＄MOV 　R6, 3CHLOO P1820: MOV 　C, TEM PD N 。 采樣總線信號JC　　N ITDS1820OU TDJN Z　　R6,LOO P1820MOV 　　R6, 064HDJN Z　　R6, ＄SJM P　　N ITDS1820RETIN ITDS1820OU T: SETB　TEM PD NRET復位時序如圖18所示：圖18 復位時序圖結 論此次畢業(yè)設計是我大學生涯當中非常重要的一段時光，在這段時間里從最初的選題，開題到寫論文直到完成論文。其間，查找資料，老師指導，與同學交流，反復修改論文，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。通過這次實踐，鍛煉了設計實踐能力，、此次畢業(yè)設計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。 這次畢業(yè)設計收獲很多，比如學會了查找相關資料相關標準，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的制作能力。 終于完成了我的單片機課程設計，雖然沒有完全達到設計要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設計放了很多心血進去，高興之余不得不深思呀！在本次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，比如缺乏綜合應用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。由于時間有限，未能完成全部安裝與調(diào)試工作，對設計結果沒有作出最后的檢驗，也感到遺憾。這次實踐是對自己大學三年所學的一次大檢閱，使我明白自己知識還很不全面。馬上要畢業(yè)了，自己的求學之路還很長，以后更應該在工作實踐中不斷學習，努力使自己 成為一個對社會有所貢獻的人。單片機課程設計重點就在于軟件算法的設計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，只有我們?nèi)ピ囍隽耍拍苷嬲恼莆?，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我 們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。參考文獻[1] 盧艷軍．單片機基本原理及應用系統(tǒng)［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2005.[2]陳明熒．8051單片機課程設計實訓教材［M］．北京：清華大學出版社，2004． [3] 蔡美琴．MCS8051單片機系統(tǒng)及其應用［M］．北京：高等教育出版社，2004.[4] [J].電子技術與應用，2000[5] 李 [J].2005 [6] 王勇 葉敦范.《基于AT89S51 的便攜式實時溫度檢測儀》[J].選自《儀表技術與傳感器》.2006[7] 吳興惠. 傳感器與信號處理[M]. [8] [M].[9]AT89s51中文資料.[10]DS18B20中文資料.致謝本設計論文是在溫新竹老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到設計的最終完成，溫老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。自從論文開篇以來，溫老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向溫老師致以誠摯的謝意和崇高的意。在論文即將完成之際，我的內(nèi)心卻無法平靜，從最初的選題開始，和同學經(jīng)過深入的探討，感謝他們在這段時間內(nèi)給我發(fā)幫助，沒有你們的幫助就不會讓我學到這么多東西，在這里請接受我誠摯的謝意! 附錄：電路仿真圖