【正文】 . 《 基于 DS18B20 的單總線多路溫度采集系統(tǒng) 》 [研究生論文 ].《傳感器世界》， 2020 年， 30： 25~29 [8] 劉淼 .《基于 DS18B20 的溫度控制 器設(shè)計》 [N].《西安外事學(xué)院學(xué)報》，2020 年， 4： 92~95 [9] 沙占友，范志廣 .《由 DS18B20 組成的單線數(shù)字溫度計原理與應(yīng)用》 [G].《電測與儀表》， 1999 年， 36： 10~15 [10] Zheng Zhe.《 Design of Radar Signal Simulator Based on VirtexⅡ Series FPGA》《 Journal of Beijing institute of Technology》， 2020， 15： 106~110 [11] 百 度文 庫 ， ， [12] 道客巴巴 ， [13] 百度百科 ， 河北大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 24 致 謝 在畢業(yè)設(shè)計的學(xué)習(xí)過程，得到了指導(dǎo)老師唐予軍老師的悉心指導(dǎo)和無私幫助。因此 ,系統(tǒng)既可以由電池供電，作為一個單獨的溫度控制設(shè)備，又可以與各種電氣設(shè)備封裝到一起作為設(shè)備的一部分，這樣相當(dāng)于設(shè)備本身就 可以監(jiān)控自己的工作溫度，操作者也可以實時查看當(dāng)前環(huán)境溫度值，并且當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生異常時系統(tǒng)可以自動控制設(shè)備停止工作。 本系統(tǒng)簡單易操作，也有很強的實際意義。文中對每個部分的功能實現(xiàn)過程做了詳細介紹，完成了課題既定任務(wù)。仿真結(jié)果如下圖所示 ： 圖 46 環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度時 仿真 結(jié)果 河北大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 22 5 結(jié)論 本文詳細介紹了基于單片機 AT89C51 的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計方案與軟硬件實現(xiàn)。此時，若將設(shè)定的溫度下限值調(diào)整為高于此時環(huán)境溫度，及此時電氣設(shè)備工作在不 正常狀態(tài)，則此時 LED 液晶顯示屏應(yīng)顯示出錯，揚聲器發(fā) 出聲音，指示燈閃爍同時高壓電氣設(shè)備停止工作。 仿真結(jié)果如下圖所示： 圖 44 改變設(shè)定溫度的上限值 設(shè)定溫度的下限值，將溫度的下限值改為 30℃。 查看設(shè)定溫度范圍上的、下限值 查看設(shè)定的溫度上、下限值，本系統(tǒng)設(shè)定的 TH 為 85℃， TL 為 25℃。系統(tǒng)工作正常，且數(shù)字傳感器DS18B20 測得的溫度值處于設(shè)定的溫度范圍之內(nèi)， LED 顯示屏顯示測得的溫度值。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。 除了現(xiàn)實存在的儀器外， Proteus 還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能 更多。 Proteus 可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、 SPI調(diào)試器、 I2C 調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。 具有 強大的原理圖繪制功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量或寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。目前支持的單片機類型有： 68000 系列、 8051系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。具有模擬電路仿真、數(shù) 字電路仿真、單片機及外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、SPI 調(diào)試器、鍵盤及 LCD 系統(tǒng)仿真的功能。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺。它不僅具有 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。當(dāng)實測溫度在設(shè)定的溫度范圍之內(nèi)時， LCD 顯示“！”，同時點亮指示燈。主要流程為：當(dāng)實測溫度大于溫度報警值 TH 的設(shè)定值時， LCD 顯示“＞ H” ,并使指示燈閃動 ,蜂鳴器發(fā)出報警聲 ,同時控制電氣設(shè)備停止工作。每次開機時自動從 DS18B20 中讀出溫度報 警。主要流程為：按下 K1 鍵查看溫度報警值，按下 K3 鍵返回。 （ 11）指令 11：讀數(shù)據(jù)。高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或數(shù) 據(jù)，若為低電平則表示不忙。 （ 9） 讀忙信號和光標(biāo)地址。 （ 7） 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 河北大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 17 N:低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示。 （ 6） 指令 6：功能設(shè)置命令。 （ 5） 指令 5：光標(biāo)或顯示移位。 B：控制光標(biāo)是否閃爍。 C： 控制光標(biāo)的開與關(guān)。 D:控制整體顯示的開與關(guān)。高電平表示有效，低電平則無效。高電平右移，低電平左移。 （ 3） 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置。 LCD 液晶顯示模塊 程序設(shè)計 液晶顯示模塊在使用時首先還要進行初始化，初始化流程為： （ 1） 清屏 （ 2） 功能設(shè)置 河北大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 16 （ 3） 顯示與不顯示設(shè)置 LED 液晶顯示模塊的程序控制是通過操作命令完成的，共有 11 條指令， 如下表 所示： 表 31 LCD 液晶控制命令 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清屏 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)歸位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 輸入模式 設(shè)置 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示與不顯示設(shè)置 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或屏幕內(nèi)容以為選擇 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 功能設(shè)置 0 0 0 0 1 DL * * 7 CGRAM 地址設(shè)置 0 0 0 1 CGRAM 地址 8 DDRAM 地址設(shè)置 0 0 1 DDRAM 地址 9 讀忙標(biāo)志和計數(shù)器地址設(shè)置 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫 DDRAM或 CGROM 1 0 要寫的數(shù)據(jù) 11 讀 DDRAM或 CGROM 1 1 讀出的數(shù)據(jù) 控制指令說明： （ 1） 指令 1：清空顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 5 數(shù)字傳感器 DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，單片機控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行初始化，初始化成功后發(fā)送一條 ROM指令，最后發(fā)送 RAM 指令。 （ 7） 讀 DS18B20 得到 1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。 （ 5） 將數(shù)據(jù)線置高電平“ 1”。 （ 3） 將數(shù)據(jù)置低電平“ 0”。 4 數(shù)字傳感器 DS18B20 讀操 作子程序設(shè)計 該子程序主要功能為將溫度的低位、高位從 DS18B20 中讀出并分別存入內(nèi)存單元，程序主要流程如下： （ 1） 將數(shù)據(jù)線置高電平“ 1”。 （ 7） 重復(fù) (2)(6)的操作直到 8 位數(shù)據(jù)傳送完為止。 （ 5） 延時 100 微秒。 （ 3） 延時 18 微秒。 3 數(shù)字傳感器 DS18B2O 數(shù)據(jù)寫入操作子程序設(shè)計 數(shù)字傳感器 DS18B2O 數(shù)據(jù)寫入操縱子程序主要流程如下： （ 1） 確定寫入數(shù)據(jù)為 8位，清零標(biāo)志位。 （ 8） 延時 214 微秒。 （ 6） 延時等待，若初始化成功則應(yīng)產(chǎn)生一個由 DS18B20 返回的低電平“ 0”說明 DS18B20 存在，反之則 DS18B20 不存在。 （ 4） 延時 860 微秒。 （ 2） 較短延時。因此，要實現(xiàn) 溫度的準(zhǔn)確采集，需要結(jié)合 DS18B20 的初始化時序、溫度傳感器寫時序和溫度傳感器讀時序，才可以將所需的命令寫入和讀出，完成溫度的實時、準(zhǔn)確采集。然后編寫溫度轉(zhuǎn)換子程序，將溫度轉(zhuǎn)換命令寫入 DS18B20 中。初始化、匹配 ROM、讀暫存器、 CRC 校驗、溫度格式轉(zhuǎn)換、保存溫度值以及顯示溫度等其他處理。 系統(tǒng)總的程序流程圖如 下 圖 所示： 河北大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 12 圖 31 系統(tǒng)程序流程圖 系統(tǒng)主程序的設(shè)計 系統(tǒng)主程序的主要功能是負責(zé)單片機內(nèi)存和 LCD 液晶顯示屏的初始化設(shè)置及測試、數(shù)字傳感器 DS18B20 溫度的讀出及各個子程序的調(diào)用。 由于本系統(tǒng)是規(guī)模較小的單片機微控制系統(tǒng)，所需的編程量不大，同時本系統(tǒng)對位控制要求很高，要解決大量的邏輯控制問題，因此本系統(tǒng)采用匯編語言進行編程。 高級語言與計算機的硬件結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)無關(guān)，它有更強的表達能力，可方便地表示數(shù)據(jù)的運算和程序的控制結(jié)構(gòu)，能更好的描述各種算法，而且容易學(xué)習(xí)掌握。匯編語言是機器語言中地址部分符號化的結(jié)果，或進一步包括宏構(gòu)造 。 程序設(shè)計語言有三種：機器語言、匯編語言和高級語言。并且許多用硬件需要很多復(fù)雜的電路才能實現(xiàn)系統(tǒng)，采用軟件編程可以輕松完成。電路原理圖如 下 圖所示 ： 圖 26 報警模塊電路設(shè)計 按鍵模塊電路設(shè)計 該模塊實現(xiàn)當(dāng)前環(huán)境溫度值的查詢及溫度 范圍上下限值的設(shè)定，本系統(tǒng)采用由四個按鍵與單片機 相連實現(xiàn)。在電氣設(shè)備工作電路中由 220V 高壓 電源供電，由白熾燈模擬正在工作的電氣設(shè)備。 本系統(tǒng)中采用繼電 器來完成該模塊， 繼電 器是以 小電流控制大電流的一種自動開關(guān) 。 LM016L 與單片機的通信可以采用四位或八位并行通信，本系統(tǒng)采用八位并行通信。本系統(tǒng)的顯示電路采用了單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的LM016L 液晶顯示模塊。數(shù)字傳感器 DS18B20 將采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳遞給單片機的 口，單片機接受溫度并進行相應(yīng)的處理得到當(dāng)前環(huán)境的相對穩(wěn)定的溫度值并存儲。單片機的復(fù)位采用上電復(fù)位電路。 單片機工作的時鐘基準(zhǔn)由時鐘模塊提供，本系統(tǒng)中時鐘模塊采用 22PF 的電容和 12MHZ 的晶振組成。系統(tǒng)的整體電路框圖如 下 圖所示 ： 圖 21 系統(tǒng)整體電路框圖 主控模塊電路設(shè)計 主控部分是系統(tǒng)的核心，本系統(tǒng)的主控部分采用 AT89C51 單片機進行設(shè)計，該芯片體積小，與外圍電路的連接也簡單，安裝方便。 GND I/O DS18B20 1 2 3 UDD PR35 封裝 NC 1 8 2 7 3 6 4 5 VCC NC NC NC I/O GND NC SOSI 封裝 河北大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 6 2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計 該系統(tǒng)主要通過 DS18B20 數(shù)字傳感器進行電氣設(shè)備工作環(huán)境的溫度采集，通過單片機與傳感器的通信將當(dāng)前溫度值采集到單片機，經(jīng)過單片機的處理得到當(dāng)前環(huán)境中 一個比較穩(wěn)定的溫度值，然后單片機將處理后的溫度值傳遞給顯示電路進行顯示。另一種由內(nèi)部寄生電源供電，此時 VDD 與 GND 接地 ,I/O 口與單片機的 I/O 相連。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖 .所示： 圖 13 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 的外部引腳及接線 DS18B20 的外部引腳圖如 下圖 所示 ： 河北大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 5 圖 13 DS18B20 引腳分布圖 DS18B20 與單片機的連接有兩種方式。不需要轉(zhuǎn)換電路，直接輸出溫度值。 河北大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 4 數(shù)字傳感器 DS18B20 的介紹 本系統(tǒng)采用 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來進行溫度采集，它具有體積小、精度高、接口方便等特點，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)及軍事領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器中，是新一代適配微處理器的智能傳感器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口： P3口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL河北大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 3 門電流。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于