【正文】 ******************************************************* 函數(shù)聲明 ********************************************************************/ void C8051f007_init(void)。不同的溫度分辨率，所需的溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間也不同，為保證溫度轉(zhuǎn)換的完成，應(yīng)該給予足夠的延時(shí)，轉(zhuǎn)換完成后，應(yīng)重新復(fù)位總線，然后執(zhí)行溫度讀取指令。 DS18B20采用外部供電模式，當(dāng)其執(zhí)行完轉(zhuǎn)換溫度指令（ Convert T）后，可讀取總線，以判 定是否完成溫度轉(zhuǎn)換；如果總線響應(yīng) 1，則完成溫度轉(zhuǎn)換，如果響應(yīng) 0，則正在進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。 (3) 最后拉高總線。 （按照?qǐng)D ）： (1) 首先將 DQ拉低，然后延遲 10us到 15us。 (3) DQ拉低至總線的時(shí)間必須限定在 15us以內(nèi)。 （按照?qǐng)D ）： (1) 首先將 DQ拉低，并延時(shí) 1us左右（延時(shí)時(shí)間不能過長(zhǎng)）。 (2) 然后拉高 DQ并延時(shí) 60us以上。以上操作中，總線的 讀 /寫應(yīng)按時(shí)序圖 。圖 6 為 DS18B20 的 ROM區(qū)分布，在多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)中，可通過讀取 ROM區(qū)的序列號(hào)，選取總線上各個(gè)采集點(diǎn)；在單點(diǎn)采集的系統(tǒng)中，無(wú)需執(zhí)行該操作，可通過指令 SKIP ROM[44H]跳過這一步。 DS18B20 控制步驟如下 ： 當(dāng)開始對(duì) DS18B20進(jìn)行 操作時(shí)，首先應(yīng)該由主控器執(zhí)行圖 。 前已述及，所有訪問 DS18B20 的過程都必須經(jīng)歷以下三個(gè)步驟： ； 命令 (后跟必要的數(shù)據(jù)交換 )； 的功能命令（后跟必要的數(shù)據(jù)交換）。 和 DS18B20 的所有 通信都必須從初始化操作開始，包括 CPU 發(fā)送一個(gè)復(fù)位脈沖以及隨后由 DS18B20 發(fā)送的一個(gè)當(dāng)前脈沖。 DS18B20 的各個(gè)時(shí)序必須嚴(yán)格遵守單總線協(xié)議，以確保數(shù)據(jù)的完整性，具體來說，包括復(fù)位脈沖、當(dāng)前脈沖、寫寫 0、讀 1 和讀 0。 } 溫度測(cè)量程序 溫度測(cè)量子程序使得 CPU 得以正確地與傳感器 DS18B20 進(jìn)行通信。 //增加鍵初始化為 1 WDTCN = 0xde。 //確認(rèn)鍵初始化為 1 KEY_DEC=1。 // 輸出方式為漏極開路 PRT3CF=0xff。 // 輸出方式為漏極開路 PRT1CF=0x00。 //自由 I/O 口 XBR2=0x40。 //c8051f007 時(shí)鐘配置為 2M，允許時(shí)鐘丟失檢測(cè) XBR0=0。 圖 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 圖 微機(jī) 補(bǔ)償晶體振蕩器系統(tǒng)的所有子程序包括溫度測(cè)量程序、 FLASH 存儲(chǔ)程序、 D/A 轉(zhuǎn)換程序、外接按鍵程序及曲線擬合程序都是在單片機(jī)的控制之下協(xié)調(diào)一致的工作的。 （ 2） 曲線擬合階段，完成對(duì) 26個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的曲線擬合，得到曲線擬合參數(shù)，此時(shí)， COUNT值為 28。 COUNT 小于 27 即前 26 次為此階段。 主流程圖主要分三個(gè)階段： （ 1） 標(biāo)定階段，完成對(duì)溫度補(bǔ)償點(diǎn)的控制電壓 U和溫度值的標(biāo)定。總程序主要包括溫度補(bǔ)償程序、曲線擬合程序、 FLASH存儲(chǔ)程序、 D/A轉(zhuǎn)換程序及外接按鍵程序幾部分。采用最小二乘法處理數(shù)據(jù)，講述了最小二乘法的原理及算法分析。 最小二乘法構(gòu)造 的逼近函數(shù)，由于全面而不是孤立地考慮各節(jié)點(diǎn)的影響，因此其曲線擬合原理與函數(shù)插值不同，在曲線擬合問題中，不要求曲線通過所有已知點(diǎn)，只要求得到近似函數(shù)能反映數(shù)據(jù)的基本要求。由該方程組可以唯一地解出系數(shù) 01, ma a a? ， ，然后 代入 m次多項(xiàng)式（ ），即可得到由標(biāo)定數(shù)據(jù)點(diǎn)( , ) , 0 ,1, 2 ,kkx y k n? ? ，所確定的滿足最小平方逼近條件的擬合多項(xiàng)式。式中 ()kky x y? ， S為非負(fù)的關(guān)于 01, ma a a? , 的二次多項(xiàng)式，它必有最小值。 當(dāng)選擇代數(shù)多項(xiàng)式作為逼近函數(shù)時(shí)，用最小二乘法構(gòu)造逼近函數(shù)的方法如下 ：設(shè)有 n+1個(gè)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（ ,kkxy）， k=0,1,2,? ,n,需要求一個(gè) m次的最小 二乘擬合多項(xiàng)式： 20 1 2() mmf x a a x a x a x? ? ? ? ? + () 其中 m=n,一般 m遠(yuǎn)小于 n。二乘法擬合函數(shù)時(shí)，構(gòu)造的函數(shù) f(x)為一些簡(jiǎn)單的函數(shù)的集合，如低次多項(xiàng)式、指數(shù)函數(shù)等。 數(shù)據(jù)擬合的最小二乘法問題是：根據(jù)給定的數(shù)據(jù)（通常稱為結(jié)點(diǎn)（ ,iixy）其中i=0,1,?? ,n） ,構(gòu)造逼近函數(shù) y=f(x),繪制函 數(shù)擬合曲線。按照殘差平方和最小 ( id? 2=min)準(zhǔn)則確定參數(shù)，求得近似函數(shù)的方法稱為最佳平方逼近。在做函數(shù)逼近時(shí)，要求近似函數(shù)應(yīng)盡可能反映給定數(shù)據(jù)點(diǎn)的基本趨勢(shì)，在某種意義下與函數(shù)最“逼近”。 曲線擬合是求近似函數(shù)的一種數(shù)值方法。 常用的數(shù)值逼近方法有多項(xiàng)式插值法 (含拉格朗日插值和牛頓插值 )、埃爾米特插值、分段插值、樣條插值及最小二乘曲線擬合等。 我們?cè)跇?biāo)定過程中，每 5℃設(shè)一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)， 那么在兩個(gè)相鄰測(cè)量點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)就是未知的。由圖 ， AT切晶體諧振器的頻溫特性曲線在寬溫度范圍內(nèi)近似為一條三次曲線， 所以其相應(yīng)的溫度補(bǔ)償曲線 也近似為一條三次曲線 。與數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（ DTCXO） 和最初的（ MCXO） 相比，本章所敘述的微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，功耗低，開機(jī)預(yù)熱時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，使其更具有競(jìng)爭(zhēng)力。介紹了選用的芯片及其各部分硬件電路的設(shè)計(jì)和工作原理。系統(tǒng)電源 接口電路 如圖 所示。比如， 電壓基準(zhǔn)的初始精度必須比單片機(jī)內(nèi)部基準(zhǔn)精度高，噪聲低，溫度系數(shù)小；轉(zhuǎn)換效率的考慮；芯片本身工作電流的考慮，以盡量降低功耗為標(biāo)準(zhǔn)。 采用電源轉(zhuǎn)換芯片 提供 數(shù)字電壓和 模擬電壓 。 (2)壓控晶振電路的 工作電壓為 +6V。 圖 電路 電源接口電路 電源 接口部分是本設(shè)計(jì)的重要組成部分，只有 提供正確 穩(wěn)定 電壓 ， 系統(tǒng)才能正 常工作，其它部分的設(shè)計(jì)也才有效。 S S S3分別接 C8051F007 的 、 、和 端口。 圖 JTAG電路圖 外接按鍵 系統(tǒng) 通過外接按鍵調(diào)節(jié)控制電壓的大小，有增加鍵、減少鍵和結(jié)束鍵三個(gè)鍵構(gòu)成。當(dāng) MCU 單步執(zhí)行或遇到斷點(diǎn)而停止運(yùn)行時(shí)，所有的外設(shè)（ ADC 除外）都停止運(yùn)行，以便保持與指令執(zhí)行同步。不需要額外的目標(biāo) RAM、程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器或通信通道。該 JTAG接口完全符合 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，為生產(chǎn)和測(cè)試提供完全的邊界掃描功能。這種時(shí)鐘切換功能在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許 MCU從一個(gè)低頻率（節(jié)電）外部 晶體源運(yùn)行，當(dāng)需要時(shí)再周期性地切換到高速（可達(dá) 16MHz）的內(nèi)部振蕩器。 MCU內(nèi)部有一個(gè)能獨(dú)立工作的時(shí)鐘發(fā)生器，在復(fù)位后被默認(rèn)為系統(tǒng)時(shí)鐘。除了 VDD監(jiān)視器和復(fù)位輸入引腳以外，每個(gè)復(fù)位源都可以由用戶用軟件禁止。 MCU可有多達(dá) 7個(gè)復(fù)位源：一個(gè)片內(nèi) VDD監(jiān)視器、一個(gè)看門狗定時(shí)器、一個(gè)時(shí)鐘丟失檢測(cè)器、一個(gè)由比較器 0提供的電壓檢測(cè)器、一個(gè)軟件強(qiáng)制復(fù)位、 CNVSTR引腳及 /RST引腳。 CIP51與MCS51TM指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn) 803x/805x的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。見圖 C8051F007的 LQFP 封裝。在使用 JTAG 調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。 片內(nèi) JTAG調(diào)試支持功能允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。 FLASH 存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新 8051 固件。 具有片內(nèi) VDD 監(jiān)視器、 WDT、和時(shí)鐘振蕩器的 MCU 是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。還有 4個(gè)通用的 16位定時(shí)器和 4字節(jié)寬的通用數(shù)字 I/O端口。器件有一個(gè)可編程增益放大器、兩個(gè) 12位 DAC、 一 個(gè)電壓比較器、一個(gè)電壓基準(zhǔn)、一個(gè)具有 32K字節(jié) FLASH存儲(chǔ)器并與 8051兼容的微控制 器內(nèi)核。對(duì) 9位的 分辨率 ， 0、 2 位是未定義的。對(duì) 11 位的分辨率 ， 0位是未定義的。符號(hào)位指示溫度的正、負(fù)：正數(shù) S為 0，負(fù)數(shù) S 為 1。 DS18B20 輸出溫度數(shù)據(jù)通過攝氏度校準(zhǔn) ,對(duì)華氏溫度計(jì)應(yīng)用 ,必須使用一個(gè)查詢表或轉(zhuǎn)換規(guī)定。如果 DS18B20由外部電源供電 （見圖 ） ，在轉(zhuǎn)換溫度命令后控制器能夠發(fā)出“讀時(shí)間隙”；并且 DS18B20通過在溫度轉(zhuǎn)換過程中傳送 0，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束后傳送 1來作出響應(yīng)。 DS18B20 的上升沿是處在一個(gè)低電平的空閑狀態(tài)；用來初始化溫度測(cè)量和 A/D 轉(zhuǎn)換，控制器必須發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 [44h]。溫度傳感器的分辨率 是用戶可配置的9， 10， 11， 12 位，其相對(duì)應(yīng)的增加量為 ℃， ℃， ℃和 ℃ 。 2℃； (最小可為 ℃ )； 750 ms； 非易失性報(bào)警溫度設(shè)置； ： 8pin SO， 8pin μ SOP 和 3pin TO92。 DS18B20的特性 ： ～ ，測(cè)量溫度范圍： 55℃～ +125℃； (寄生電源方式 )； ，只需要一條口線和中央微處理機(jī)進(jìn)行通信； 位的 ROM 中存有唯一代表該器件身份的序列號(hào)，因而能夠允許多 DS18B20 可以同時(shí)掛接到同一條數(shù)據(jù)線上，從而使用一個(gè) CPU 就能控制分布在一個(gè)大面積區(qū)域的多個(gè)DS18B20，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路； 10℃～ +85℃溫度范圍內(nèi)能達(dá)到177。 DS18B20 的性能是新一代產(chǎn)品中最好的，性能價(jià)格比也非常出色?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“ 單 線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)電子產(chǎn)品、過程監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)、溫 度計(jì)或任何溫度傳感系統(tǒng)等。 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是 DALLAS 公司最新的單線數(shù)字式溫度傳感器。這是世界上第一片支持“ 單 線總線”接口的溫度傳感器 DS1820 的新一代改進(jìn)型產(chǎn)品。 我們分析電路圖可以看出壓控晶振電路是共集電容三點(diǎn)式振蕩電路，共基頻率放大電路，簡(jiǎn)稱為共集 共基電路。 圖 圖中 C4,C12,C13是有選擇范圍的，選擇條件是根據(jù)設(shè)計(jì)要求而定。可以判定，按這種規(guī)定連接的三點(diǎn)式振蕩器電路必定滿足 相位起振和平衡條件。 本設(shè)計(jì)用到的主振電路是其結(jié)構(gòu)與電容三點(diǎn)式相似，電容三點(diǎn)式振蕩電路又稱考畢茲振蕩電路，圖 為電容三點(diǎn)式原理圖。否則，無(wú)論其它部分工作得怎樣好，補(bǔ)償精度設(shè)計(jì)的多么高，都沒 有什么意義。 主振電路分析 在 溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的設(shè)計(jì)中 ,主振級(jí)電路的設(shè)計(jì)是個(gè)關(guān)鍵。 振蕩電路包括主振級(jí)電路、 頻 率 放大電路 。 圖 頻率溫度特性曲線 壓控晶振電路概述 壓控晶振電路 的基本功能是把直流電能轉(zhuǎn)變成具有一定頻率與幅度和一定穩(wěn)定性的交流電能，這 種轉(zhuǎn)換是在石英晶體的參與下進(jìn)行的。 晶體振蕩器的選擇 本系統(tǒng)中，我們采用 AT 切晶體振蕩器，標(biāo)稱頻率為 10MHz,因?yàn)楹推渌行偷木w振蕩器相比，在寬溫范圍內(nèi)， AT切晶體振蕩器溫度頻差小，易于制作，且價(jià)格低廉。 圖 系統(tǒng)性能指標(biāo) 本方案中，微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器的設(shè)計(jì)指標(biāo)為： 該晶振振蕩頻率在 40℃至 +85℃范圍內(nèi)都能夠得到誤差補(bǔ)償； 溫度采集誤差為177。 18B20把采集到的溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，該數(shù)字量 經(jīng)過單總線接口送入 CPU； D/A 轉(zhuǎn)換把 CPU 所給的補(bǔ)償電壓輸出至壓控晶振電路； Flash 存儲(chǔ)用來儲(chǔ)存標(biāo)定值；鍵盤用于溫度標(biāo)定控制。當(dāng)曲線擬合結(jié)束后，系統(tǒng)對(duì)溫度實(shí)時(shí)采集，根據(jù)曲線擬合函數(shù)即可得到需要補(bǔ)償?shù)目刂齐妷?，進(jìn)而得出標(biāo)稱頻率。標(biāo)定過程為：在 40℃～85℃范圍內(nèi)，每 5℃設(shè)一個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，共 26 個(gè)點(diǎn)。在后面幾節(jié)中將對(duì)各個(gè)部分詳細(xì)介紹。 小結(jié) 本章主要對(duì)課題的研究背景、研究意義、國(guó)內(nèi)外 相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、研究?jī)?nèi)容以及本論文的結(jié)構(gòu)做出了 簡(jiǎn)要的 說明 。第五章 主要介紹了程序調(diào)試的環(huán)境，及各個(gè)子程序的調(diào)試過程 。第三章介紹補(bǔ)償電壓的算法和補(bǔ)償原理。 論文結(jié)構(gòu) 本文 分六個(gè)章節(jié)來 敘述： 第一章 緒論，介紹了課題背景、研究意義、國(guó)內(nèi) 外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和研究?jī)?nèi)容 。 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 研究?jī)?nèi)容 用 C8051F007 和 18b20 實(shí)現(xiàn)晶體振蕩器在 40℃～ 85℃的溫度范圍內(nèi)頻率按給定的誤差趨近于標(biāo)稱頻率 f0 技術(shù)指標(biāo)： 該晶振振蕩頻率在 40℃至 +85℃范圍內(nèi)都能夠得到誤差補(bǔ)償； 溫度采集誤差為177。國(guó)內(nèi)并未見微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器實(shí)用品的報(bào)道。 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀 目前國(guó)外的高端微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器通常采用 SC切雙 C 模振蕩器，用直接數(shù)字頻率合成