【正文】 74SPI3℃55~+1258MAX65751Wire℃55~+1258DS18201Wire℃55~+12580~100DS18B201Wire℃55~+12580~100，分辨力可編程測(cè)溫層總線(xiàn)由AT89C52單片機(jī)進(jìn)行控制，單片機(jī)完成對(duì)總線(xiàn)上所有DS18B20發(fā)布命令和接收數(shù)據(jù)。單片機(jī)在獲取溫度數(shù)據(jù)后需要進(jìn)一步和PC機(jī)通信。這層總線(xiàn)結(jié)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的傳輸，所以稱(chēng)之為溫度傳輸層總線(xiàn)。AT89C52單片機(jī)P1口的8條口線(xiàn)作為8條單總線(xiàn)，每條單總線(xiàn)上掛接DS18B20，因此完全可以滿(mǎn)足此系統(tǒng)溫度場(chǎng)測(cè)量的需要。℃采樣速率：≤30分鐘硬件平臺(tái):微型計(jì)算機(jī)采用普通的PC機(jī)軟件平臺(tái)(1)Windows操作系統(tǒng)(2)應(yīng)用軟件①溫度數(shù)據(jù)的采集與處理②數(shù)據(jù)的串行通信與存儲(chǔ)功能在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨率只能達(dá)到1℃。由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨率數(shù)字溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，℃，測(cè)溫精度為177。為了提高多通道數(shù)字溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用調(diào)整逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。新型數(shù)字溫度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256Byte的E^2PROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶(hù)的短信息。數(shù)字溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)大模式，操作非常簡(jiǎn)便。數(shù)字溫度控制器適配各種微控制器，構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng)。目前，數(shù)字溫度傳感器的總線(xiàn)技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線(xiàn)主要有單線(xiàn)(lwire)總線(xiàn)、I^2C總線(xiàn)、SM BUS總線(xiàn)和SPI總線(xiàn)。數(shù)字溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適合各種微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。集成溫度傳感器(如AD590、DS18B20等)使用方便，信號(hào)易于調(diào)理，它們的測(cè)溫范圍普遍窄，一般在200℃以下，基本可以滿(mǎn)足要求。但需要采用電路或軟件設(shè)計(jì)等修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響，使用不便。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高,性能穩(wěn)定,使用方便，測(cè)量范圍為200℃~600℃，完全滿(mǎn)足要求，考慮到鉑電阻的測(cè)量精確度是最高的，但在價(jià)格方面偏貴，所以本課題最終選擇DS18B20作為實(shí)際應(yīng)用的溫度傳感器。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單、能耗低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。它通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9Bit至12Bit的數(shù)字值讀數(shù)方式，能將溫度值轉(zhuǎn)化為9Bit和12Bit的數(shù)字量。并且能準(zhǔn)確地讀取溫度信號(hào),進(jìn)而后續(xù)處理。 DS18B20性能參數(shù)介紹DS18B20溫度傳感器特點(diǎn)如下：(1)獨(dú)特的單線(xiàn)接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊。(3)實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫，簡(jiǎn)單地多點(diǎn)分布式測(cè)溫應(yīng)用。(5)可通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)供電。(6)數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶(hù)可以從9位到12位選擇。T092封裝的DS18B20溫度傳感器的引腳排列見(jiàn)圖22所示。表22 DS18B20引腳功能描述8引腳封裝09封裝符號(hào)說(shuō)明51GND接地。對(duì)于單線(xiàn)操作：漏極開(kāi)路。工作與寄生電源模式時(shí)VDD必須接地。圖23 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20的測(cè)溫原理DS18B20的測(cè)溫原理如圖24所示，它運(yùn)用了一種將溫度直接轉(zhuǎn)換為頻率的時(shí)鐘計(jì)數(shù)法。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)值。圖24 DS18B20測(cè)溫原理框圖 DS18B20自動(dòng)搜索算法由于系統(tǒng)使用了多片DSl8B20構(gòu)成溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)，因此，如何準(zhǔn)確、有效地對(duì)每一溫度傳感器進(jìn)行尋址成為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)核心問(wèn)題。由于TH寄存器具有掉電不丟失數(shù)據(jù)功能，因此，便把每片DSl8B20的唯一64位注冊(cè)碼及其編號(hào)一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。然后，將確定好編號(hào)的溫度傳感器接入單線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，利用DS18B20特有的單線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)搜索功能，即可搜尋到每片DSl8B20的注冊(cè)碼，再利用該注冊(cè)碼和相應(yīng)的ROM操作指令，即可從每片DSl8B20的TH寄存器中讀出相應(yīng)的設(shè)定編號(hào)，實(shí)現(xiàn)每片DSl8B20的尋址功能。每片DSl8B20有唯一的64位注冊(cè)碼，存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器(ROM)中，其結(jié)構(gòu)如下：表23 TH寄存器MSB64位注冊(cè)碼LSB8位CRC校驗(yàn)碼48位序列號(hào)8位家庭碼其中低8位是產(chǎn)品的工廠(chǎng)代碼(DSl8B20為28H)，接著是每個(gè)器件的唯一序號(hào)，共48位，最高8位是前56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。只有與64位注冊(cè)碼嚴(yán)格相符的DS18B20，才能對(duì)后續(xù)的操作作出反應(yīng)。搜索算法首先通過(guò)復(fù)位和在線(xiàn)應(yīng)答脈沖時(shí)序?qū)尉€(xiàn)總線(xiàn)上的所有DS18B20復(fù)位。搜索命令發(fā)出之后，開(kāi)始實(shí)際的搜索過(guò)程。按照單總線(xiàn)的特性，當(dāng)所有DS18B20同時(shí)應(yīng)答主機(jī)時(shí),結(jié)果相當(dāng)于全部被發(fā)送數(shù)據(jù)位的邏輯“與”。從兩次讀到的數(shù)據(jù)位可以對(duì)注冊(cè)碼的第1位作出幾種判斷，如表24所列。如果DS18B20中注冊(cè)碼的當(dāng)前位的值與該數(shù)據(jù)位匹配，則繼續(xù)參與搜索過(guò)程；若DS18B20的當(dāng)前位與之不匹配，則該器件轉(zhuǎn)換到等待狀態(tài)并保持等待狀態(tài),直到下一個(gè)復(fù)位信號(hào)到來(lái)。按照這種搜索算法進(jìn)行下去,最終除了唯一一個(gè)DS18B20外，所有DS18B20將進(jìn)入等待狀態(tài)，經(jīng)過(guò)最后一輪檢測(cè)就可得到最后保留未進(jìn)入等待狀態(tài)的DS18B20的注冊(cè)碼。表24 兩次數(shù)據(jù)位與結(jié)論對(duì)照表位（實(shí)際值）位（補(bǔ)碼）結(jié)論00當(dāng)前位既有0，又有1，存在差異01當(dāng)前位均為010當(dāng)前位均為111總線(xiàn)上沒(méi)有器件響應(yīng)DS18B20內(nèi)部存儲(chǔ)器如圖25所示。DS18B20的高速暫存寄存器的存儲(chǔ)分配圖：圖25 DS18B20高速暫存寄存器的存儲(chǔ)分配圖高速便箋式存儲(chǔ)器中的第4個(gè)字節(jié)為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度轉(zhuǎn)換的分辨率。通過(guò)對(duì)這兩位進(jìn)行不同的編程，可設(shè)定不同的溫度分辨率和最大轉(zhuǎn)換時(shí)間，詳見(jiàn)表25。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間之間權(quán)衡考慮。表25 設(shè)定分辨率和最大轉(zhuǎn)換時(shí)間R1R0DS18B20的工作模式溫度分辨率/℃最大轉(zhuǎn)換時(shí)間（ms）009011010113751112750當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第0、1字節(jié)。DS18B20工作在12位模式下，溫度字節(jié)的位定義如下：SSSSS2^62^52^4MSB 高字節(jié) LSB 2^32^22^12^02^12^22^32^4MSB 低字節(jié) LSB其中S為符號(hào)位，S為0時(shí)代表溫度值為正，S為1時(shí)代表溫度值為負(fù)?？傆行蛔兂?0位。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算=當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，乘以相應(yīng)的溫度分辨率即可，當(dāng)S=1時(shí)，先把16位二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)碼后轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)，然后乘以相應(yīng)的溫度分辨率并在前面加上負(fù)號(hào)即可。表26 DS18B20溫度與數(shù)字輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系溫度（℃）數(shù)字輸出（二進(jìn)制）數(shù)字輸出（十六進(jìn)制）+1250000 0111 1101 000007D0+850000 0101 0101 00000550+0000 0001 1001 00010191+0000 0000 1010 001000A2+0000 0000 0000 1000000800000 0000 0000 000000001111 1111 1111 1000FFF81111 1111 0101 1110FF5E1111 1110 0110 1111FE6F551111 1100 1001 0000FC90非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶(hù)設(shè)定的報(bào)警上、下限。若TTH或TTL，則將該器件的報(bào)警標(biāo)志置位，并對(duì)總線(xiàn)命令者發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。DS18B20通過(guò)嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。除了應(yīng)答脈沖，其余信號(hào)均由主CPU控制。時(shí)序用于傳輸數(shù)據(jù)位和指定何種操作的命令字。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線(xiàn)器件作為從設(shè)備。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20為用戶(hù)提供了5個(gè)ROM命令和6存儲(chǔ)器命令，而具體命令信息的傳送，則主要通過(guò)初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序三個(gè)基本時(shí)序單元的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。由微控制器向DS18B20發(fā)送相應(yīng)命令，完成對(duì)溫度傳感器的操作。單線(xiàn)總線(xiàn)上的所有處理過(guò)程均從初始化開(kāi)始。 圖26 DS18B20初始化時(shí)序波形圖初始化開(kāi)始時(shí)CPU首先發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，將單線(xiàn)總線(xiàn)上所有DS18B20復(fù)位；然后釋放單線(xiàn)總線(xiàn)，改成接收狀態(tài)，單線(xiàn)總線(xiàn)被上拉電阻R拉成高電平。初始化過(guò)程的時(shí)序波形如圖26所示。圖27 初始化流程圖DS18B20初始化子程序：。寫(xiě)時(shí)序包括兩種類(lèi)型:寫(xiě)1時(shí)序，寫(xiě)0時(shí)序。DS18B20在I/O線(xiàn)變?yōu)榈碗娖胶蟮?5~60us的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行采樣。主CPU在開(kāi)始寫(xiě)1周期時(shí)，必須將I/O線(xiàn)拉至低電平，然后再釋放，15us內(nèi)將I/O線(xiàn)拉成高電平。當(dāng)主CPU將I/O線(xiàn)從高電平拉成低電平時(shí)，就作為一個(gè)讀周期的開(kāi)始，并且I/O線(xiàn)保持低電平的時(shí)間至少為l us。在此期間，主CPU應(yīng)釋放I/O線(xiàn)，使之處于輸入狀態(tài)以便讀取數(shù)據(jù)。讀取一位數(shù)據(jù)至少需要60us時(shí)間，并且在兩位數(shù)據(jù)之間至少要有l(wèi) us的恢復(fù)期。圖28 讀寫(xiě)時(shí)序圖寫(xiě)DS18B20流程圖：圖29 寫(xiě)時(shí)序流程圖寫(xiě)DS18B20子程序。圖211 DS18B20兩種供電方式寄生電源方式下，DS1SB20的VDD端和GND端都接地，只用一根單總線(xiàn)和主機(jī)通信及獲取電源。可見(jiàn)寄生電源方式可以省掉一根電源線(xiàn)，大大較低了布線(xiàn)的成本，但是當(dāng)總線(xiàn)上節(jié)點(diǎn)較多且同時(shí)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí),容易造成供電不足且所需的轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。所以本系統(tǒng)采用外接電源供電方式。AT89S52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CM0ssbit單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用AMTEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳，它集Flash程序存儲(chǔ)器即可在線(xiàn)編程(ISP)編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，且芯片價(jià)格便宜，因此，近年來(lái)得到了極其廣泛的應(yīng)用。圖213 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖214 單片機(jī)引腳圖AT89S52結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：(l)、8位CPU；(2)、片內(nèi)震蕩及時(shí)鐘電路；(3)、32根I/O線(xiàn)；(4)、外部存儲(chǔ)器尋址范圍ROM、RAM各64K；(5)、2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；(6)、5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；(7)、全雙工串行接口。這種結(jié)構(gòu)與通用微機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)不同，一般微機(jī)只有一個(gè)存儲(chǔ)器邏輯空間，可隨意安排ROM或RAM，訪(fǎng)存時(shí)用同一種指令，這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為普林斯頓型。AT89S52片內(nèi)有256Kb數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和4KB的程序存儲(chǔ)器ROM。也就是最多可以在外部擴(kuò)展2*64KB存儲(chǔ)器。圖215 單片機(jī)存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)圖 DM1602液晶顯示器簡(jiǎn)介論文采用DM1602液晶顯示器作為顯示器。該模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等。主要技術(shù)參數(shù)如表28所示，接口信號(hào)說(shuō)明如下表29所示。圖216 1602外形尺寸接下來(lái)介紹DM1602液晶顯示器的程序設(shè)計(jì)。(注：1為高電平、0為低電平)。圖219 液晶顯示流程圖：。向1602液晶模塊寫(xiě)入顯示信息DISPLCD：MOV LCD，01H ；寫(xiě)指令01H，清屏LCALL ENABLEMOV LCD，38H ；寫(xiě)指令38H，設(shè)定LCD為16*2顯示5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口LCALL ENABLEMOV LCD，0FH ；寫(xiě)指令0FH，顯示、光標(biāo)、閃爍ONLCALL ENABLEMOV LCD，06H ；寫(xiě)指令06H，光標(biāo)輸入方式增量移位LCALL ENABLE。AT89S52的10腳(RXD)和11腳(TXD)提供了一個(gè)串行接口,采用TTL電平標(biāo)準(zhǔn)。因此需要一個(gè)設(shè)備進(jìn)行兩個(gè)串口標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換，論文采用MAXIM公司生產(chǎn)的Max232轉(zhuǎn)換芯片，該芯片能將通信信號(hào)從TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232標(biāo)準(zhǔn)電平，圖220為Max232芯片引腳圖。表211 RS232引腳定義引腳號(hào)符號(hào)方向功能1DCD輸入數(shù)據(jù)載體檢測(cè)2TXD輸出發(fā)送數(shù)據(jù)3RXD輸入接收數(shù)據(jù)4DTR輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好5GND信號(hào)地6DSR輸入數(shù)據(jù)通訊設(shè)備好7RTS輸出請(qǐng)求發(fā)送8CTS輸入清除發(fā)送9RI輸出振鈴指示第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及程序編程第3章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及程序編程本章重點(diǎn)介紹將DS18B20應(yīng)用在單總線(xiàn)上組成測(cè)溫層，并設(shè)計(jì)了穩(wěn)壓電源電路、DS18B20與單片機(jī)的連接電路、PC與單片機(jī)的連接電路、外圍電路等以及軟件編程。小功率穩(wěn)壓電源的組成可以用圖31表示，它是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四