【正文】 用。自帶 LED 顯示模塊，顯示 4 位 到 16位不等。該類儀表可很好的滿足單個(gè)用戶單點(diǎn)測(cè)量的需要。 針對(duì)目前市場(chǎng)的現(xiàn)狀，本課題提出了一種可滿足要求、可擴(kuò)展的并且性價(jià)比高的單片機(jī)多路測(cè)溫系統(tǒng)。目前溫度傳感器有模擬和數(shù)字兩類傳感器，為了克服模擬傳感器 與微處理器接口時(shí)需要信號(hào)調(diào)理電路和 A／ D轉(zhuǎn)換器的弊端，大多數(shù)多點(diǎn)測(cè) 溫控制系統(tǒng)采用數(shù)字傳感器，并大大方便了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 在傳統(tǒng)的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往采用模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣就不可避免地遇到諸如引線誤差補(bǔ)償、多點(diǎn)測(cè)量中的切換誤差和信號(hào)調(diào)理電路的誤差等問題；而其中某一環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，就可能造成整個(gè)系統(tǒng)性能的下降。美國(guó) Dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，具有獨(dú)特的單總線接口，僅需要占用一個(gè)通用 I/0端口即可完成與微處理器的通信；在 10～ +85℃ 溫度范圍內(nèi)具有 ? 0． 5℃ 精度；用戶可編程設(shè)定 9～ 12位的分辨率。 本課題的任務(wù) 本課題主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度進(jìn)行多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量并準(zhǔn)確顯示。 設(shè)計(jì)一種合理、可行的3 單片機(jī)監(jiān)控軟件，完成 多點(diǎn)測(cè)量和顯示的 任務(wù)， 并 編寫硬件底層驅(qū)動(dòng)程序。該系統(tǒng)能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)點(diǎn)的溫度進(jìn)行測(cè)量采集，通過 LCD1602 進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。對(duì)于控制系統(tǒng)可以采用計(jì)算機(jī)、 單片機(jī)等。 圖 21 DS18B20 多 I/O 口連接方案 設(shè)計(jì)方案二 方案二 DS18B20 單線連接方案 ，就是三個(gè) DS18B20 連接到單片機(jī)的一個(gè) I/0 口上，這種方案只用到單片機(jī)的一個(gè) I/O 口，大 大的節(jié)約了單片機(jī) I/O 口資源。方案二的框圖如圖 所示。方案二是四 DS18B20D 的四個(gè)DQ 端接到單片機(jī)的一個(gè) I/O 口。但是在軟件上時(shí)序就增加了難度，需要添加讀 ROM 序列號(hào)程序，搜索 ROM 序列號(hào)程序，匹配 ROM序列號(hào)程序。 第三章 硬件設(shè)計(jì) STC89C52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理 STC89C52 單片機(jī) DS18B20 DS18B20 LCD1602 液晶顯示 鍵盤選擇 DS18B20 5 器，俗稱單片機(jī)。 STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和 TXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖 (a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。晶體振蕩頻率可以在～ 12MHz 之間選擇，電容值在 5～ 30pF 之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號(hào)。 （ a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （ b）外部方式時(shí)鐘電路 圖 時(shí)鐘電路 （ 1）復(fù)位操作 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 表 一 寄存器的復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H 6 SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0P3 FFH SCON 00H （ 2）復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過 4us才能完成復(fù)位操作。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào) (RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 （ a） 所示。 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種 。 本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖 （ c） 按鍵脈沖復(fù)位 方式。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào) PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。 P0 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ STC89C52 主要功能 如表 二 所示。 溫度傳感器特性 1) 適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍在 ～ ，在寄生電源方式下可有數(shù)據(jù)線供電。 3) 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。 5) 測(cè)溫范圍 55℃～ +125℃，在 10℃～ +85℃時(shí)精度為177。 6) 可編程分辨率為 9～ 12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨率溫度分別為 ℃， ℃， ℃和℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 8) 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 2) 軸瓦、缸體、紡織、空調(diào)等狹小空間工業(yè)設(shè)備測(cè)溫和控制。 4) 供熱、制冷管道熱量計(jì)量、中央空調(diào)分戶熱能計(jì)量等。 圖 實(shí)物圖 DS18B20 有兩種封裝：三角 TO92直插式（用的最多、最普遍的封裝）和八角 SOIC貼片式，封裝引腳見圖 。 （ a） DS18B20 To92 (b)DS18B20 八角 SOIC 圖 DS18B20 引腳封裝圖 表 DS18B20 引腳定義 引腳 定義 GND 電源負(fù)極 DQ 信號(hào)輸入輸出 VDD 電源正極 NC 空 10 ① DS18B20寄生電源供電方式 如下面圖 (a)所示，在寄生電源供電方式下， DS18B20從單線信號(hào)線上汲取能量：在信號(hào)線 DQ處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里，在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。 因此， 該 電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測(cè)溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。 ② DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式 改進(jìn)的寄生電源供電方式如下面圖 (b)所示，為了使 DS18B20 在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 E2 存儲(chǔ)器操作時(shí)，用 MOSFET 把 I/O線直接拉到 VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到 E2 存儲(chǔ)器或啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多 10μS 內(nèi)把 I/O 線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉狀態(tài)。 ③ DS18B20 的外部電源供電方式 如下面圖 (c)所示， 在外部電源供電方式下， DS18B20工作電源由 VDD引腳接入， 其 VDD端用 3～ ， 此時(shí) I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè) DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。 11 (a) 外部電源供電方式 (c) 寄生電源供電 方式 (b) 寄生電源強(qiáng)上拉供電方式 圖 硬件電路連接好以后，單片機(jī)需要怎么樣工作才能將 DS18B20中的溫度數(shù)據(jù)讀取出來呢？ 下面將給出詳細(xì)分析。讀 DS18B20 溫度傳感器 ROM 的編碼（即 64 位地址）。發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 DS18B20 并使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS18B20 的讀 /寫做準(zhǔn)備。用于確定掛接在同一總線上 DS18B20的個(gè)數(shù)，識(shí)別 64 位 ROM地址，為操作個(gè)器件做好準(zhǔn)備。忽略 64 為 ROM 地址，直接向 18B20 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令，適用于一個(gè)12 從機(jī)工作。執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的芯片才做出響應(yīng)。 表 64位光刻 ROM各位定義 64位光刻 ROM 中的序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看做該 DS18B20 的地址序列碼。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一條總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。當(dāng)主機(jī)需要對(duì)眾多在線 DS18B20 中的某一個(gè)進(jìn)行操作時(shí)，首先應(yīng)將主機(jī)逐個(gè)與 DS18B20 掛接，讀出其序列號(hào)；然后再將所有的 DS18B20 掛接到總線上，單片機(jī)發(fā)出匹配 ROM命令（ 55H），緊接著主機(jī)提供的 64位序列（包括 DS18B20的 48位序列號(hào)）之后的操作就是針對(duì)該 DS18B20 的。 1) 44H— 溫度轉(zhuǎn)換。結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié)的 RAM 中。讀內(nèi)部 RAM 中 9字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的 3 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。將 RAM中第 2,3字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 E2ROM 中。 6) B4H— 讀供電方式。寄生供電時(shí)， DS18B20 發(fā)送 0；外接電源供電時(shí)， DS18B20 發(fā)送 1。 表 高速暫存器 RAM 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫度值低位（ LSB） 0 13 溫度值高位（ MSB） 1 高溫限值（ TH） 2 低溫限值（ LT） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 校驗(yàn)值 8 高速 暫存器 RAM 由 9 個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器組成?？呻姴脸鯡2ROM 又包括溫度觸發(fā)器 TH 和 TL，以及一個(gè)配置寄存器。 表 溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式 DS18B20 在出廠時(shí)默認(rèn)配置為 12 位，其中最高位為符號(hào)位，即溫度值共 11 位，單片機(jī)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，一次會(huì)讀 2字節(jié)共 16 位，讀完后將低 11 位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)后再乘以 便為所測(cè)的實(shí)際溫度值。前 5 個(gè)數(shù)字為符號(hào)位，這 5 位同時(shí)變化，我們只需要判斷 11 位就可以了。前 5位為 0 時(shí)，讀取的溫度為正值，且溫度為正值時(shí)，只要將測(cè)得的數(shù)值乘以 即可得到實(shí)際溫度值。 2) 延時(shí)（該時(shí)間要求不 是很嚴(yán)格，但是要盡可能短一點(diǎn)）。 4) 延時(shí) 750us（該時(shí)間范圍可以在 480us～ 960us）。 6) 延時(shí)等待。但是應(yīng)注意，不能無限地等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)判斷。 8) 將數(shù)據(jù)線再次拉到高電平 1后結(jié)束。 2) 延時(shí)確定的時(shí)間為 15us。 4) 延時(shí)時(shí)間為 45us。 6) 重復(fù) 1）～ 5）步驟，直到發(fā)送完整個(gè)字節(jié)。 ③ DS18B20 讀數(shù)據(jù)時(shí)序圖如圖 圖 讀數(shù)據(jù)時(shí)序圖 1) 將數(shù)據(jù)線拉高到 1。 3) 將數(shù)據(jù)線拉低到 0。 5) 將數(shù)據(jù)線拉高到 1。 7) 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 9) 重復(fù) 1）～ 7）步 驟，直到讀取完一個(gè)字節(jié)。單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器 PC=0000H，即指向程序存儲(chǔ)器 0000H 單元，使 CPU 從首地址重新開始執(zhí)行程序。 時(shí)鐘電路通過單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接定時(shí)元件 12M 的晶振，電容 C1 和C2 一般去 30pF左右，主要作用是幫助振蕩器起震。 17 顯示電路設(shè)計(jì) LCD1602 顯示電路原理圖 如圖 所示 圖 LCD1602 顯示電路 此部分為 LCD1602 顯示電路，通過 10K 可調(diào)電阻可以調(diào)節(jié) 1602 背光顯示亮度。 按鍵電路設(shè)計(jì) 四個(gè)獨(dú)立按鍵電路圖 如圖 所示 圖 按鍵電路 每個(gè)獨(dú)立按鍵接一個(gè) I/O 口構(gòu)成獨(dú)立按鍵，前三個(gè)按鍵 S4～ S6分別三個(gè) DS18B20，S7 按 下時(shí)為全三個(gè) DS18B20 溫度全顯示。 圖 DS18B20 接口電路 單總線型 DS18B20 溫度傳感器采用一個(gè) DS18B20 接一個(gè) I/O 口的形式，大大簡(jiǎn)化了程序編寫難度，通過排針可外接電源供電。程序設(shè)計(jì)語言是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換信息的最基本工具，可分為機(jī)器語言、匯編語言和高級(jí)語言。用機(jī)器語言編寫的程序成為機(jī)器語言程序或者指令程序（機(jī)器碼程序）。用機(jī)器語言編寫程序不易記憶、不易查錯(cuò)、不易修改。這樣就出現(xiàn)了另一種程序語言 — 匯編語言。匯編語言不像高級(jí)語言（如 BASIC） 那樣通用型強(qiáng)，而是屬于某種計(jì)算機(jī)所獨(dú)有，與計(jì)算機(jī)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 以上兩種語言都是低級(jí)語言。這使得匯編語言程序不能移植，使用不便；其次，要使用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)必須了解所使用 CPU硬件的結(jié)構(gòu)與性能，對(duì)程序設(shè)計(jì)人員有較高的要求。 Keil C51是美國(guó) Keil Software公司 出品的 51系列兼容單片機(jī) C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)