【正文】 象的實(shí)時(shí)溫度，提供AT89C51 。本課題硬件電路設(shè)計(jì)的較為簡(jiǎn)要，在電路的調(diào)試方面不算困難，而系統(tǒng)的程序應(yīng)該是核心的核心。高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線和接地要合理。單片機(jī)除體積小、功耗低等特點(diǎn)外，最大的優(yōu)勢(shì)在于高性能價(jià)格比。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡(jiǎn)化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等。（2） 把“單片機(jī)系統(tǒng)”－“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。 （4） 把“四路單總線”區(qū)域中的對(duì)應(yīng)的DQ端子連接到“單片機(jī)系統(tǒng)”。溫度傳感器感受到外部環(huán)境的溫度，通過“串行通訊”方式，可以方便的使用單總線接口。同時(shí)數(shù)碼管的其他接口和單片機(jī)的P0口相連。同時(shí)本設(shè)計(jì)中采用了復(fù)位電路，在正常狀態(tài)下本復(fù)位電路用處不大，但當(dāng)出現(xiàn)死機(jī)等狀態(tài)時(shí)，復(fù)位鍵可以在CPU不需要重起的情況下，復(fù)位成功。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。AT89C51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM), 32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器(即專用寄存器POP3)、一個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。在無片外擴(kuò)展的存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)端口的每一位都可以作為雙向通用I/0端口使用。各自特點(diǎn)如下：(1) PO口為雙向8位三態(tài)I/0口，它既可作為通用I/O口，又可作為外部擴(kuò)展時(shí)的數(shù)據(jù)總線及低8位地址總線的分時(shí)復(fù)用口。輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性。(2) PI口為8位準(zhǔn)雙向1/0口，內(nèi)部具有上拉電阻，一般作通用1/0口使用，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線，作為輸入時(shí)，鎖存器必須置1。(3) P2口為8位準(zhǔn)雙向1/0口，內(nèi)部具有上拉電阻，可直接連接外部1/0設(shè)備。一般作為外部擴(kuò)展時(shí)的高8位地址總線使用。作為通用1/0口時(shí)，功能與P1口相同，常用第二功能。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，89C51 ，用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器， 。該脈沖序列可用作外部時(shí)鐘源或作為定時(shí)脈沖源使用。若=0，則允許使用片內(nèi)R0M。其他情況下PSEN線均為高電平封鎖狀態(tài)。圖3 AT89C51引腳圖 時(shí)鐘晶振電路和復(fù)位電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)是單片機(jī)內(nèi)部各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，控制器按照指令的功能產(chǎn)生一系列在時(shí)間上有一定次序的信號(hào)，控制相關(guān)的邏輯電路工作，實(shí)現(xiàn)指令的功能。時(shí)鐘晶振電路和復(fù)位電路見圖4。傳感器所測(cè)量的非電量是處在不斷的變化之中，傳感器能否將這些非電量的變化不失真地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量，取決于傳感器的輸入一輸出特性。傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入與輸出值之間的關(guān)系。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量靜態(tài)信號(hào)時(shí)，由于被測(cè)量不隨時(shí)間變化，測(cè)量和記錄過程不受時(shí)間限制。傳感器能測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力用動(dòng)態(tài)特性表示。傳感器動(dòng)態(tài)特性的性能指標(biāo)可以通過時(shí)域、頻域以及試驗(yàn)分析的方法確定，其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)如:最大超調(diào)量、上升時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、頻率響應(yīng)范圍、臨界頻率等。但是，除了理想情況以外，實(shí)際傳感器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)不會(huì)具有相同的時(shí)間函數(shù)，由此引起動(dòng)態(tài)誤差。并且多個(gè)DS18B20可以并接到多個(gè)地址線上與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。與其它溫度傳感器相比，DS18B20具有以下特性: （1）全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。（3）最高12位分辨率，176。（4）12 位分辨率時(shí)的最大工作周期為 750 毫秒。C ~+125176。F ~+257176。（7）多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。DS18B20常用的封裝有TO92和8引腳的SOIC封裝，如圖5所示:圖5 DS18B20的封裝和引腳對(duì)圖5中DS18B20的引腳功能說明如下:NC:空引腳，不連接外部信號(hào)。DQ:數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳。 單線總線技術(shù)單線總線，即1wire技術(shù)是DS18B20的一個(gè)特點(diǎn)。單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。由于 DS18B20 是在一根I/O 線上讀數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。 DS18B20的讀寫時(shí)序 對(duì)DS18B20的使用，多采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。 其工作過程為:主機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖，待”0”電平大于480μs后，復(fù)位DS18B20，在 DS18B20所發(fā)響應(yīng)脈沖由主機(jī)接收后，主機(jī)再發(fā)讀ROM命令代碼33H，然后發(fā)一個(gè)脈沖(15μs)，并接著讀取DS18B20序列號(hào)的一位。DS18B20格的協(xié)定來確保數(shù)據(jù)的完整性。開始先對(duì)DS18B20初始化，后繼以存在脈沖的復(fù)位脈沖表示DS 18B20已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收給出正確的ROM命令和存貯器操作命令的數(shù)據(jù)。接著總線主機(jī)便釋放此線并進(jìn)入接收方式(Rx)。在檢測(cè)到1/0引腳上的上升沿之后，DS18B20等待1560μs并且接著發(fā)送存在脈沖(60240μs的低電平信號(hào))。圖7 DS18B20的內(nèi)部框圖圖8 DS18B20測(cè)溫原理圖 DS18B20的測(cè)溫原理如圖8所示。高溫度系數(shù)振蕩是一個(gè)振蕩頻率對(duì)溫度很敏感的振蕩器，為計(jì)數(shù)器2提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。C，每當(dāng)計(jì)數(shù)器1從預(yù)置數(shù)開始減計(jì)數(shù)到0時(shí)，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1176。初始時(shí)，計(jì)數(shù)器1預(yù)置的是與55176。以后計(jì)數(shù)器1每一個(gè)循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。計(jì)數(shù)器1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度外使溫度寄存器存值增加1176。圖中比較器的作用是以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。C進(jìn)行比較，176。176。C,溫度寄存器的最低位就進(jìn)位后置0。C，四舍五入最大量化誤差為士1/2LSB，176。轉(zhuǎn)換完成后的溫度就以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0、1字節(jié)。C/LSB形式表示。表1是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值。C）輸出的二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制碼+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+0000 0000 0000 10000008H00000 0000 000 00000000H1111 1111 1111 1000FFF8H251111 1110 0110 1111FE6FH551111 1100 1001 0000FC90H 另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，即異步通信，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)DS18B20溫度傳感器的測(cè)溫誤差：在0——70176。 176。C。LED、LCD顯示器有兩種顯示結(jié)構(gòu)：段顯示（7段、米字型等）和點(diǎn)陣顯示（588點(diǎn)陣）。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管的段選必須接一個(gè)8位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼。此方法的優(yōu)點(diǎn)是占用CPU時(shí)間少，顯示便于監(jiān)測(cè)和控制。動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。 使用LED顯示器時(shí)，要注意區(qū)分這兩種不同的接法。七段數(shù)碼管加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，共計(jì)8段。LED采用發(fā)光二極管顯示字段。他有兩種結(jié)構(gòu)，共陽極和共陰極。共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管正極相連，當(dāng)二極管的負(fù)極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。圖9 LED封裝圖（共陰極、共陽極）一般的在使用LED顯示器時(shí)，工作電流約為5——10 mA/段，這樣當(dāng)LED處于全亮狀態(tài)時(shí)，工作電流約為40——80mA左右。溫度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在這里就是指單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)是采用C語言來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的，主要包括顯示子程序,復(fù)位程序,寫程序讀程序，中斷響應(yīng)等。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。有兩種類型的寫時(shí)序:寫1時(shí)序和寫0時(shí)序。在1/0線由高電平變?yōu)榈碗娖街驞S18B20在15s至60s的窗口之間對(duì)1/0線采樣。對(duì)于 DS18B20 寫0 時(shí)序和寫1 時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫0 時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20 能夠在15us 到45us 之間能夠正確地采樣IO 總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1 時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。 for(i=0。i++) { if((mand amp。 Delay_15us(6)。 _nop_()。 } else//寫1 { DQ=0。 _nop_()。 Delay_15us(6)。 //右移1位 循環(huán)8次 }} 從DS18B20讀數(shù)據(jù)當(dāng)從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)產(chǎn)生讀時(shí)序。數(shù)據(jù)線必須保持在低邏輯電平至少1微秒。因此，為了讀出從讀時(shí)序開始算起15微秒的狀態(tài)主機(jī)必須停止把1/0引腳驅(qū)動(dòng)至低電平，在讀時(shí)序結(jié)束時(shí)，1/0引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回至高電平。unsigned char readdatafromds18b20(void){ unsigned char i。 unsigned char temp。 for(i=0。i++) { temp=_cror_(temp,1)。 _nop_()。 DQ=1。 Delay_15us(4)。//接收1 } else { temp=temp|0x00。}CPU在處理某一事件A時(shí)，發(fā)生了另一事件B請(qǐng)求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生）；CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B（中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)）；待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一過程稱為中斷 。以上三條同時(shí)滿足時(shí)，CPU才有可能響應(yīng)中斷。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器TMOD不能進(jìn)行位尋址，只能用于字節(jié)傳送指令設(shè)置定時(shí)器工作方式，低半字節(jié)定義為定時(shí)器0，高半字節(jié)定義為定時(shí)器1。 TMOD=0x01。//中斷時(shí)間500微秒 TL0=(65536500)%256。 EA=1。//初始化程序 Write mand to ds18b20(0xcc)。 )。//啟動(dòng)定時(shí)器 主程序流程圖 圖10 系統(tǒng)程序流程圖程序開始先進(jìn)行初始化，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位操作，然后發(fā)送檢波信號(hào)，若系統(tǒng)檢測(cè)到采樣信號(hào)，然后調(diào)用子程序：DS18B2O的初始化、讀取數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)。程序應(yīng)按照嚴(yán)格的時(shí)序進(jìn)行，以保證數(shù)據(jù)的完整性。5 結(jié) 論本文針對(duì)溫度檢測(cè)存在的問題將多種信息處理技術(shù)和單總線技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套實(shí)時(shí)、全面、科學(xué)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)。單片機(jī)與溫度傳感器之間采用單總線通信標(biāo)準(zhǔn)，用簡(jiǎn)單、高效的通信電路實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的讀取。當(dāng)然，由于時(shí)間限制，本系統(tǒng)還不夠完善，尚需進(jìn)一步改進(jìn)。本設(shè)計(jì)中由于采用了AT89C51單片機(jī)，性能可靠電路簡(jiǎn)單，適于批量生產(chǎn), 而且溫度傳感器DS18B20轉(zhuǎn)化溫度的方法非常簡(jiǎn)潔且精度高、測(cè)試范圍較廣。2006[3] 電路詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社,1993[4] [J].北京：淮陰工學(xué)學(xué)報(bào)，2002 [5] [M].電子工業(yè)出版社. [6] ，高等教育出版社[7] [M].上海：電子工業(yè)出版社,2007[8] [M].北京：清華大學(xué)出版社，2006[9] 金偉正. 單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用[ J] . 儀表技術(shù)與傳感器, 2000( 7) : 42 43.[10][M]. 2006[11](第四版）清華大學(xué)出版社[12] [M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002[13] [J].電子技術(shù)用,2001(1):11. [14] [M].北京：航空航天大學(xué)出版社,2006[15]通過致謝致謝在論文完成之際，本人特向我的指導(dǎo)教師陳老師致以衷心的感謝，導(dǎo)師陳老師給予了我熱心的關(guān)懷和淳淳教誨，在學(xué)業(yè)和生活各方面都勉勵(lì)和指導(dǎo)我。 通過學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和查閱大量的資料，我在理論方面有了很大的收獲，實(shí)踐能力也有了飛速提高。 附錄附錄A 軟件仿真圖附圖1 軟件仿真圖附錄B 系統(tǒng)程序include include //_nop_()。//sbit LEDD=P2^1。//共陰數(shù)碼管顯示0~F /* 共陰LED段碼表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 */ uchar code ditab[16]={0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,