【正文】 示管上的溫度也會(huì)相應(yīng)地減 少 “ 1” 度，如果我們在 99度時(shí)按下 “ +” 按鈕，顯示管就會(huì)跳到 0 度，當(dāng)顯示管顯示 0 度時(shí)，我們再按下“ ”按鈕，溫度就會(huì)跳到 99 度 33 33 ，就采取相應(yīng)措施（加熱，制冷），電路中就顯示相對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)，對(duì)應(yīng) LED 發(fā)光二極管就會(huì)點(diǎn)亮。如此周而復(fù)始，就在電路的輸出端 3腳得到一個(gè)周期性的矩形波，通過單片機(jī)的外部中斷口可以檢測這個(gè)矩形波并得到其頻率，頻率的計(jì)算公式如下： f=1/(Td+Tu)=1/(2*RH4+RH3)* CHS0001*㏑ 2 進(jìn)而得到電容值的計(jì)算公式： CHS0001=1/(2*RH4+RH3)*f*㏑ 2 這樣就能得到測濕電容 CHS0001的電容值并與濕度一一對(duì)應(yīng)起來了。電容 HS0001放電所需時(shí)間為： Td=RH4*CHS0001*㏑ 2 當(dāng)放電結(jié)束時(shí)， VCC5將通過 RH RH4向電容 HS0001充電。 如圖，當(dāng)電路通電時(shí)，電容 HS0001 被充電。由于本設(shè)計(jì)的測量濕度的電路采用電容式測濕傳感器。 24 24 例如當(dāng) DS18B20 采集到 55℃ 的實(shí)際 溫度 后，輸出為 FC90H，則應(yīng)先將 11位數(shù)據(jù)位取反加 1得 370H（符號(hào)位不變，也不作為計(jì)算），則： 實(shí)際 溫度 =370H╳0 .0625=880╳=55 .0℃ 。 表 32 DS18B20暫存器字節(jié)分配 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制 表示 符號(hào)位（ 5位） 數(shù)據(jù)位（ 11位） +125 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 07D0H + 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0191H + 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 00A2H + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0008H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 FFF8H 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 FF5EH 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 FE6FH 55 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 FC90H 上表是 DS18B20 溫度 采集轉(zhuǎn)化后得到的 12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 DS18B20 的兩個(gè)8bit的 RAM中，二進(jìn)制中的前面 5位是符號(hào)位，如果測 得的 溫度 =0，這 5位為0，只要將測到的數(shù)值 * 時(shí)溫度 ；如果 溫濕度 0，這 5位為 1，測到的數(shù)值需要取反 +1再 * 溫濕度 。 當(dāng)給器件發(fā)布溫度 轉(zhuǎn)換命令后，二字節(jié)補(bǔ)碼形式 的被轉(zhuǎn)換溫度的補(bǔ)碼就會(huì)被保存在 高速暫存存儲(chǔ)器 第 0和 1個(gè) 字節(jié)。 Read Power Supply（讀電源） [B4H] 對(duì)于在此命令發(fā)送至 DS18B20之后所發(fā)出的第一讀數(shù)據(jù)的時(shí)間片 當(dāng)此命令發(fā)給 DS18B20之后 ，器件就會(huì)根據(jù)其供電電源的方式，發(fā)出“ 0” =寄生電源供電， 23 23 “ 1” =外部電源供電 的對(duì)應(yīng)信號(hào)。這 個(gè)操作在器件一上電后就會(huì)執(zhí)行 ，因此只要器件一上電，暫存存儲(chǔ)器內(nèi) 會(huì)得到之前保存的溫度 觸發(fā)器的值。 如果用的是 寄生電源，總線控制器必須在發(fā)送此命令后立刻上拉 保持 500ms，讓此命令執(zhí)行完畢 。 當(dāng)執(zhí)行溫度 轉(zhuǎn)換命令 后 ， DS18B20 會(huì)保持待機(jī)狀態(tài) 。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令發(fā)出后立即起動(dòng)強(qiáng)上拉并最少保持 10ms，讓此命令執(zhí)行完畢 。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時(shí)間隙，而 DS18B20 又正在忙于把數(shù)據(jù)復(fù)制到存儲(chǔ)器的過程中 ， DS18B20就會(huì)輸出一個(gè) 0， 表示正處于忙碌狀態(tài)。 Copy Scratchpad（復(fù)制暫存存儲(chǔ)器） [48H] 此 條命令 就是將 暫存器的內(nèi)容 復(fù)制 到 DS18B20 的 E2存儲(chǔ)器里 保存起來 ， 也即 是 把 溫度 報(bào)警觸發(fā)字節(jié) 這個(gè)數(shù)據(jù)寫 存儲(chǔ)器 中。從字節(jié) 0開始，一直進(jìn)行下去，直到第 9（字節(jié) 8， CRC）字節(jié)讀完。接下來寫入的兩個(gè)字節(jié)將被存到暫存器中的地址位置 2和 3。告警觸發(fā)器值貯存在 EEPROM 內(nèi)的觸發(fā) 22 22 器值。但是， 此命令僅是在溫度 測量出現(xiàn) 報(bào) 警（溫度 高于 TH 或低于 TL） 的情況下 開始運(yùn)作 。 而 搜索 ROM命令 則可以令 總線控制器 采取 排除法 逐一 識(shí)別總線上的所有從機(jī)的 64位編碼 從而找出正確的器件 。如果在總線上存在多于一個(gè)的從屬器件而且在 Skip ROM命令之后發(fā)出讀命令，那么由于多個(gè)從片同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，會(huì)在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉會(huì)產(chǎn)生線與的效果）。此命令在總線上有單個(gè)或多個(gè)器件的情況下均可使用。只有與 64位 ROM序列嚴(yán)格相符的 DS18B20才能對(duì)后繼的存貯器操作命令作出響應(yīng)。如果總線上 有多個(gè) 的 附 屬器件存在，那么 當(dāng)這些 從片企圖同時(shí)發(fā)送 數(shù)據(jù) 時(shí) 會(huì)產(chǎn)生 數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象（漏極開路會(huì)產(chǎn)生線與的結(jié)果）。這些命令列表如下： 讀 ROM [33H] 該 命令允許總線主機(jī)讀 DS18B20的 8位產(chǎn)品系列編碼， 因?yàn)槊總€(gè)傳感器都有唯一的 48位序列號(hào)，以及 8位的 CRC，這是每個(gè)傳感器的出廠 ID。存在脈沖 的作用就是 讓總線控制器知 21 21 道 DS1820 的狀態(tài)，并且可以準(zhǔn)備操作 。 DS18B20工作過程一般遵循以下協(xié)議：初始化 —— ROM操作命令 —— 存儲(chǔ)器操作命令 —— 處理數(shù)據(jù) ① 初始化 總線 上的所有處理 都是由 初始化序列開始。測量結(jié)果存入 溫度 寄存器中。當(dāng)計(jì)數(shù) 閥門開啟 時(shí)， DS18B20進(jìn)行 進(jìn)行計(jì)數(shù)運(yùn)算 ， 其 開通時(shí)間由高 溫濕度 系數(shù)振蕩器決定 其 開通時(shí) 間。 DS18B20其擁有特殊的溫度測量技術(shù)。最終 ，我們就可以通過讀取溫度寄存器上的值來知道最終的溫度，寄存器最后一位代表 ，四舍五入后誤差為 溫度 寄存器中 用 8位通過 二進(jìn)制補(bǔ)碼形式 來表明溫度 值 ，而溫度的 符號(hào)位 就是最高位 。 DS18B20內(nèi)部的比較器 的取值則是通過 四舍五入 算法取溫度寄存器最低有效位。 為了使得振蕩器的溫度特性保持原來非線性一致， 斜率累加器提供的預(yù) 設(shè)值也只能隨溫度 相應(yīng)變化。 初始化時(shí) ，計(jì) 算 器 1的預(yù)設(shè)值 是與 55℃ 相對(duì)應(yīng)。芯片上電后，溫度寄存器被設(shè)置成 55 度，計(jì)算器 1 會(huì)從預(yù)設(shè)數(shù)進(jìn)行減法運(yùn)算直到最后數(shù)值為零，而溫度寄存器的值則做加法運(yùn)算，整個(gè)過程不斷重復(fù)地進(jìn)行。低溫振蕩器為計(jì)算器 1 提供穩(wěn)定頻率的計(jì)數(shù)脈沖，高溫振蕩器則為計(jì)算器 2 提供頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。 溫濕度采集電路 溫度采集電路如圖 310 所示： 圖 310 溫濕度采集電路 溫度傳感器 DS18B20 作為整個(gè)溫度采集電路中的核心部件，在圖 310 中用U2 表示，下面將詳細(xì)介紹它的參數(shù)和用法。溫濕度指示燈詳細(xì)電路圖如下圖 39 顯示。 指示燈電路 為了便于分辨出哪個(gè)溫濕度數(shù)值是屬于實(shí)時(shí)還有預(yù)設(shè)值，本設(shè)計(jì)加入了兩個(gè)表示實(shí)時(shí)值以及預(yù)設(shè)值的發(fā)光二極管，當(dāng)標(biāo)有預(yù)設(shè)值的發(fā)光二極管點(diǎn)亮即是當(dāng)前顯示 的是預(yù)設(shè)值。 另外，如果按鍵操作安排在主程序（后臺(tái)程序）或鍵盤中斷（外部中斷）子程序中，我們可以在程序中設(shè)定時(shí)間，在按鍵按下抖動(dòng)這段時(shí)間內(nèi)執(zhí)行兩次中斷，從而得到按鍵穩(wěn)定那段時(shí)間。因此， 僅僅需要檢測出輸入線上的電平狀態(tài)就可以推斷出是哪個(gè)按鍵按下了。 按鍵輸入在電子設(shè)計(jì)中普遍存在，用來控制系統(tǒng)程序執(zhí)行時(shí)的輸入輸出控制或者其他特殊的要求。在電路設(shè)計(jì)中，如果按鍵開關(guān)比較多的話，適宜軟件消抖，即是在檢測到按鍵按下的信號(hào)后，我們的程序先運(yùn)行一段 12~15ms 的延時(shí)子程序，讀取按鍵的電平，判斷開關(guān)是否閉合，如果閉合就符合我們的需求。只有我們電路把 按鍵的電位讀取出來即可。 理 想 按 鍵 電 壓 波 形按 下 釋 放實(shí) 際 按 鍵 電 壓 波 形前 沿抖 動(dòng)后 沿抖 動(dòng)穩(wěn) 定 閉 合 18 18 圖 37 按鍵抖動(dòng)電壓波形 我們?yōu)榱说玫揭粋€(gè)穩(wěn)定的按鍵開關(guān)輸入信號(hào)就需要考慮當(dāng)按鍵按下以及按鍵抖動(dòng)這段時(shí)間的影響。實(shí)際證明，由于按下按鍵時(shí)兩個(gè)接觸片的機(jī)械作用，按鍵開關(guān)從剛開始接觸到穩(wěn)定的接觸是要經(jīng)過 10ms以內(nèi)的短暫時(shí)間，而這段時(shí)間我們就稱為抖動(dòng)時(shí)間。 17 17 a) b) 圖 36 開關(guān)電路 本設(shè)計(jì)的溫濕度設(shè)定允許和退出按鍵是選用如圖 36 中 a)所示的設(shè)計(jì)，低電平為進(jìn)入溫濕度設(shè)定，高電平為退出溫濕度設(shè)定。 開關(guān)鍵盤設(shè)計(jì) 指撥開關(guān) 在控制界面上通常都有指撥開關(guān) ,用 ON 作標(biāo)記，如果將開關(guān)撥到 ON 就是把電路接通，反之就是斷開 電路。圖中有 2 個(gè)七段 LED 數(shù)碼管，它們的公共端 2 分別接到單片機(jī)的 、 口，單片機(jī)的這 2 個(gè) I/O 口輸出位選信號(hào)用于動(dòng)態(tài)掃描。對(duì)于共陰極數(shù)碼管，因?yàn)榘藗€(gè)陰極已經(jīng)和地連接一起了，只有我們控制好每個(gè)管的陽極就能得到相應(yīng)的數(shù)字。顯示代碼或字段碼則是控制數(shù)碼管顯示字符的各字段代碼的統(tǒng)稱。 15 15 本次設(shè)計(jì)所用的到的共陰極數(shù)碼管的引腳如圖 34 所示，有 10 個(gè)引腳分布在外部，作為公共端接地的 1 和 6 引腳連通。我們需要時(shí)刻了解管子的排列才能更好的知道數(shù)碼管顯示數(shù)字的組成。當(dāng)這七個(gè)二極管按順序組成 8 字型時(shí)，則有兩種 連接方式。 七段 LED 數(shù)碼管的原理 通常我們所見的數(shù)碼顯示管都是有 8 個(gè)發(fā)光二極管中的七個(gè)進(jìn)行排列而成的?？紤]到本設(shè)計(jì)需要較多的端口用做其他用途，所以動(dòng)態(tài)掃描的方法首先被采用。但是相對(duì)來說，它就要占用比較多的端口。 圖 33 硬件復(fù)位 電路 顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示電路概述 顯示的話，通常都是通過數(shù)碼管顯示，而顯示又分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描。 值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位電路和軟件復(fù)位兩種功能，由上面 14 14 所述的硬件復(fù)位之后的各狀態(tài)可知，寄存器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，該功能實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟件復(fù)位功能。接通電源就是上電復(fù)位，當(dāng)上電后，電路不斷為 C1充電，在圖中電路在 5V電源，電容，電阻 R1還有地之間形成一個(gè)通路，由于在 R1上產(chǎn)生電壓降，所以單片機(jī)的 RST腳上為高電平，在電容充電一段時(shí)間后，此時(shí) C1 處可視為斷路，單片機(jī) RST腳處電壓逐漸降為 0V，即處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)完成上電復(fù)位 ，程序從 0000H開始執(zhí)行。其電路圖如圖 33所示。圖中 f=12MHz，則單片機(jī)的時(shí)鐘周期為 1/12μs 。電路中兩個(gè)電容 30pF的電容 C C2：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。 13 13 圖 32 外部振蕩電路 出于成本以及元件的通用性，我們選用石英晶體振蕩器。按閉合“溫濕度設(shè)定”開關(guān)進(jìn)入預(yù)期溫濕度的設(shè)定，按“ +”，“ ”按鈕來加減溫濕度 。圖中有兩個(gè)七段共陰數(shù) 碼管，它的字段碼信號(hào)端口接到單片機(jī)的 ~，公共端接單片機(jī)的 ?！皩?shí)時(shí)溫濕度”和“設(shè)定溫濕度”分別用兩個(gè)發(fā)光二極管表示，表示當(dāng)前數(shù)碼管顯示的是實(shí)時(shí)溫濕度還是設(shè)定溫濕度，若要顯示實(shí)時(shí)溫濕度就實(shí)時(shí)溫濕度發(fā)光二極管點(diǎn)亮，若要顯示預(yù)設(shè)溫濕度就預(yù)設(shè)溫濕度發(fā)光二極管點(diǎn)亮。如果“ heat”燈點(diǎn)亮表示加熱系統(tǒng)在工作；如果“ cool”燈點(diǎn)亮表示制冷系統(tǒng)在工作。單片機(jī)的 口接溫濕度傳感器。 ，一般設(shè)計(jì)都會(huì)預(yù)留輸入輸出接口，方便功能的添加以及以后更新的需求 。如果有更多的數(shù)據(jù)需要處理，則應(yīng)配置足夠的 RAM，如 626 62256等。 ，由于 89C51軟件的內(nèi)部 RAM 不多，當(dāng)要增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力時(shí)，會(huì)覺得不夠用。 。在電路設(shè)計(jì)中，也要考慮到以后系統(tǒng)升級(jí)更新?lián)Q代的需求。如果是到了實(shí)際生產(chǎn)的話，效果更顯著。由于近年來電子電路技術(shù)的高速發(fā)展，集成度高的各種芯片也不斷問世，這使得硬件設(shè)計(jì)的工作變得更少，但是也不能說完全舍棄了硬件設(shè)計(jì)這個(gè)部位。而軟件設(shè)計(jì)則是一貫到底的。 11 11 3 智能恒溫箱的硬件設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)概述 本課題設(shè)計(jì)主要分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。若再想查 看預(yù)期溫濕度顯示需再次按下“顯示切換”按鍵。 。 。單片機(jī)把自己保存的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較。單片