【正文】 流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過顯示電路，就可以將被測溫度顯示出來。系統(tǒng)主要包括對(duì)ADC0809的數(shù)據(jù)采集，溫度的測量，此外還有復(fù)位電路，晶振電路，啟動(dòng)電路等。系統(tǒng)框圖如圖21所示。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。在0~100℃時(shí)，最大線形偏差小于1℃。這樣，測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單，體積也不大。既可以單獨(dú)對(duì)多DS18B20控制工作，還可以與PC機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外，AT89C52在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng)，它可以在設(shè)計(jì)中加入時(shí)鐘芯片以獲取時(shí)間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時(shí)顯示時(shí)間，并可以利用AT89C52芯片作為存儲(chǔ)器件，以此來對(duì)某些時(shí)間點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，利用鍵盤來進(jìn)行調(diào)時(shí)和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過芯片與計(jì)算機(jī)的接口進(jìn)行串口通信，方便的采集和整理時(shí)間溫度數(shù)據(jù)[11]。方案二的測溫裝置電路簡單、精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便、軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，故本次設(shè)計(jì)采用了方案二。利用溫度傳感器DS18B20可以直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的特性，模擬溫度值經(jīng)過DS18B20處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并與設(shè)置的溫度報(bào)警限比較，超過限度后通過揚(yáng)聲器報(bào)警[13]。系統(tǒng)框圖如圖22所示。2. 溫度傳感器溫度傳感器采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器。便于單片機(jī)處理及控制，在0~100℃，時(shí)，最大線形偏差小于1℃，采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸，可直接與計(jì)算機(jī)連接。獲得的數(shù)據(jù)可以通過芯片與計(jì)算機(jī)的接口進(jìn)行串口通信，方便的采集和整理時(shí)間溫度數(shù)據(jù)。顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用資源比較少，只用P3口的RXD和TXD串口發(fā)送和接收，顯示比較清晰。AT89C52是一種帶8KB的閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)，AT89C52是一種高效微控制器。AT89C52引腳排列如圖31所示。 (2) 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器。 (4) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年。 (6) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定。(8) 32可編程I/O線。 (10) 5個(gè)中斷源。 (12) 低功耗的閑置和掉電模式。 3. 管腳說明VCC：供電電壓。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開路雙向I/O口，每個(gè)管腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。表31 P3口的一些特殊功能口口管腳備選功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0（外部中斷0）/INT1（外部中斷1）T0（記時(shí)器0外部輸入）T1（記時(shí)器1外部輸入）/WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫選通控制”輸出）/RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀選通控制”輸出）RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平（接VCC端）時(shí)，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。DS18B20測量溫度范圍為55℃~+125℃，在10~+85℃范圍內(nèi)，精度為177。DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后依然保存。DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，與TTL電平兼容。因?yàn)槊恐籇S18B20都可以設(shè)置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。圖32 DS18B20引腳排列 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL及配置寄存器。圖33 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1. 64位ROM。表32 64位ROM標(biāo)識(shí)8位循環(huán)冗余檢驗(yàn)48位序列號(hào)8位分類編號(hào)（10H）MSB LSBMSB LSBMSB LSB開始8位表示產(chǎn)品分類編號(hào)，接著48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位為前56位的CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。2. 溫度傳感器。通過軟件編程可將55~125℃范圍內(nèi)的溫度值按9位、10位、11位、12位的分辨率進(jìn)行量化，以上的分辨率都包括一個(gè)符號(hào)位，℃、℃、℃、℃，℃。當(dāng)接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示，存儲(chǔ)在高速緩存器RAM的第0，1字節(jié)中，二進(jìn)制數(shù)的前5位是符號(hào)位。溫度數(shù)據(jù)格式如表33所示。表34是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。高速暫存RAM包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前2個(gè)字節(jié)是測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)是TH和TL的易失性拷貝，第5個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。它的字節(jié)定義如表35所示。表35 DS18B20字節(jié)定義TM R1 R0 1 1 1 1 1 DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率，詳見表36（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。在單線端口條件下，必須先建立ROM 操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作。(2) 匹配ROM。(4) 跳過ROM。成功執(zhí)行完一條ROM 操作序列后，即可進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作，控制器可以提供6條存儲(chǔ)器和控制操作指令中的任一條。測量結(jié)果放在DS18B20的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出?？梢杂靡粭l存儲(chǔ)器操作命令對(duì)TH和TL 進(jìn)行寫入，對(duì)這些寄存器的讀出需要通過暫存器。4. 配置寄存器。DS18B20工作是按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值，它是高速緩存器的第5個(gè)字節(jié)。圖34 DS18B20測溫原理圖 圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，并重新開始對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程的非線形性，直到溫度寄存器達(dá)到被測溫度值。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：(1) 每一次讀寫之前都必須要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位。(3) 最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。 DS18B20使用的注意事項(xiàng)DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、用線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 1. 較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀/寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 2. 在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。 3. 連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。因此，在用DS18B20進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過程。然后，通過AT89C52單片機(jī)芯片對(duì)送來的測量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。其中，DS18B20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機(jī)相連，它獨(dú)立地完成溫度測量以及將溫度測量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。圖36 時(shí)鐘電路~24MHz之間選擇。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)每次開始工作，CPU和系統(tǒng)中的其他部件都必須要有一個(gè)確定的初值，即復(fù)位狀態(tài)。圖37 復(fù)位電路單片機(jī)RST引腳是高電平有效。在單片機(jī)工作后，如果還想再次復(fù)位，只需按下開關(guān)，單片機(jī)就能重新變成復(fù)位狀態(tài)。 接口電路的設(shè)計(jì)DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱?，所以它不能顯示圖形。1602LCD引腳與功能如下表37所示。5R/WR/W為讀寫信號(hào)線，高電平1時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平0時(shí)進(jìn)行寫操作。1602LCD的特性如下：(1) +5V電壓，對(duì)比度可調(diào)。(3) 提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。(5) 內(nèi)建有160個(gè)57點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。表38 1602的控制指令序號(hào)指令RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D01清零顯示00000000012光標(biāo)返回000000001—3置輸入模式00000001I/DS4先是開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移動(dòng)000001S/CR/L——6預(yù)置功能00001DLNF——7字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM10讀寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM度數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 指令1：清零顯示，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置。高電平表示有效，低電平則無效。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開，低電平表示關(guān)；C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)；B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令。N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置，地址：字符地址*8+字符行數(shù)(將一個(gè)字符分成5*8點(diǎn)陣，一次寫入一行，8行就組成一個(gè)字符)。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址。指令10：寫數(shù)據(jù)。 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用軟件處理報(bào)警，利用發(fā)光二級(jí)管報(bào)警電路，當(dāng)溫度超過設(shè)定范圍時(shí)，則二極管發(fā)光報(bào)警。圖39 報(bào)警電路連接圖23 第4章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) Proteus軟件1. Proteus簡介Proteus軟件是英國LABCENTER electronics公司出版的EDA工具軟件。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。Proteus軟件的特點(diǎn)是：(1) 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合，具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、各種單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真。如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等，調(diào)試非常方便。(4) 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。2. 四大功能模塊(1) 智能原理圖設(shè)計(jì)（ISIS）豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件。 　　智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間。 　　可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個(gè)性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。 　　超過27000個(gè)仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計(jì)仿真器件，LABCENTER也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件?！　∝S富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、