【正文】 .......................................................... 35 成品圖片 ............................................................................................... 35 第 5 章 總結(jié)與展望 .................................................................................................. 38 附錄 程序 ................................................................................................................... 41 1 第 1 章 緒論 單片機是一種與我們生活息息相關(guān)的控制器，它存在于許多地方，例如：電子手表、掌上游戲機、數(shù)碼相機、錄音筆、電視機遙控器等等 。通過單片機 人們 的生活 將會 變得更加方便、快捷。 市場上傳統(tǒng)的機械式電熱水器控制精度低、可靠性差， 甚至 存在 一定 的危險隱患 。而 智能化家用 電熱水器正是 適應(yīng)現(xiàn)代化智能家用電器趨勢而出現(xiàn)。 TX1C 單片機 實驗 開發(fā)板簡介 XT1C 單片機開發(fā)板是哈爾濱市天祥電子綜合多年開發(fā)經(jīng)驗，在原 TX1B基礎(chǔ)上，經(jīng)過精心設(shè)計開發(fā)出的多功能 51 單片機開發(fā)平臺。 TX 系列單片機開發(fā)板可完全作為各種 51 單片機的開發(fā)板，用匯編語言或者C 語言對其進行編程。 本文將使用 TX1C 開發(fā)板完成數(shù)字化電熱水器的設(shè)計。系統(tǒng)以高性價比的 AT89C51 單片機為核心，由鍵盤輸入、 DS18B20 溫度采集、數(shù)碼管顯示電路 、電源時鐘復(fù)位電路、雙向可控硅驅(qū)動電路 MOC304雙向可控硅 TLC336A 組成加熱器控制電路。 單片機的 P0 口連接 74HC573 鎖存器 ，這樣可以節(jié)約單片機端口 ， 即 可 多次操作 P0 口，使其 既 能控制 數(shù)碼管的片選，又能控制數(shù)碼管的位選，從而節(jié)省的單片機的外部接口，擴展了功能。 時鐘復(fù)位電路 見圖 所示 ， RET 連接單片機的 RESET 接口， 主要完成單片機的復(fù)位 功能。 加熱模塊 見圖 所示 ， MOC3041 芯片的 2 號接口 連接 單片機的 P2^2 口 。 圖 加熱模塊 數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管 簡介 單片機系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管 LED(Light Emitting Diode)顯示器、 液晶 CD(Liquid Crystal Display)顯示器、 CRT 顯示器等。 使用 LED 顯示器時，要注意區(qū)分這兩種不同的接法。七段數(shù)碼管加上一個小數(shù)點，共計 8 段。本設(shè)計采用的 TXC1 實驗板是采用共陰 LED 顯示器，根據(jù)電路連接圖顯示 十六 進制數(shù)的編碼 見 表 所示 。 有兩點 需要 注意，第一點是要哪一個數(shù)碼管亮，第二 點 是亮的數(shù)碼管顯示什么數(shù)字。 段選在程序中由 duan 表示 ，單片機上是 P2^6 端口 ，與位選相同，操作時使 P2^6 呈現(xiàn)高電平，這時 P0 的八個端口對數(shù)碼管的操作決定了亮的幾個數(shù)碼管顯示什么數(shù)字， P0 操作完成后使 P2^6 呈現(xiàn)低電平，這樣段選就已鎖定。 圖 單片機與數(shù)碼管的硬件連接 首先選擇位選，再選擇段選。 可以直接設(shè)置數(shù)碼管顯示 各 數(shù)字 的十六進制 ， 即 P0 口應(yīng)賦的十六進制，以便操作。 選擇位選與選擇片選的過程 相當 快時，顯示在人眼中就是一排易于識別的十進制數(shù)字 ，這就是數(shù)碼管的動態(tài)顯示。 P2^7 賦低電平時 , 74HC573 芯片將記住最近一次 L 端口是高電平時芯片輸入端的 8 位，并將其輸出，當輸入端變化時，輸出端不變化。 圖 74HC573 芯片的連接 以下數(shù)碼管顯示部分程序。 wei=1。//wein 打開后 是低電平亮 wei=0。 P0=0x00。 P0=table[dis[i]]。 delay(1)。 P0=0x00。 要注意的是位選（程序中的 wei 變量） ，位選 是低電平時選擇該數(shù)碼管亮。 鍵盤輸入設(shè)計 鍵盤輸入方法 本設(shè)計中使用的是矩陣式鍵盤， 見 圖 所示。 S20 代表確認數(shù)字，按下后即可確認要輸入數(shù)字的某一位。因此可以如此操作，對圖中第二行、第三行、第四行諸行進行掃描。依次循環(huán)掃描三行 即可 時時檢測是否有鍵按下。 圖 抖動 示意圖 如果不去除抖動的話， 人們 手指按下的瞬間單片機已經(jīng)開始檢測，這時電壓還未降到穩(wěn)定閉合狀態(tài)所以不能檢測到按下， 同理不管是按下，還是是松手都會有 這樣 的情況出現(xiàn)， 不利于 操作，所以 應(yīng)該加入去抖操作， 圖中 右側(cè)是硬件去除抖動，除了硬件去抖以外還可以利用軟件去抖 。具 9 體程序如下： while(temp!=0xf0) { delay(5)。 temp=P3。0xf0。 具體按 下后的操作可以在后一個 while 循環(huán)中書寫。 10 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可 以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8 個，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實現(xiàn)多點測溫。在使用中不需要任何外圍元件，測量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送。 負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 DS18B20 的外形及管腳排列 見 圖 所示 。 DS18B20 的初始化與讀寫操作 1. DS18B20 的初始化 （ 1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平 “1”； （ 2） 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點） ； （ 3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平 “0”； （ 4） 延時 750 微秒（該時間的時間范圍可以從 480 到 960 微秒） ； （ 5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平 “1”； （ 6） 延時等待（如果初始化成功則在 15 到 60 毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由 DS18B20 所返回的低電平 “0”。 11 DS18B20 的的初始化 見 圖 所示。 在這里要注意的是（ 3），寫數(shù)據(jù)時時 1bit 單獨傳送，這里有兩種情況。 當需要傳送 “0”時，單片機應(yīng)該給 DS18B20 芯片的 DQ 接口賦低電平，并且持續(xù)拉低最少 60 微妙，然后將 DQ 釋放為高電平，再延時約 15 秒即可。 12 圖 DS18B20 的寫操作時序圖 3. DS18B20 的讀操作 （ 1） 將數(shù)據(jù)線拉高 “1”； （ 2）延時 2 微秒 ； （ 3）將數(shù)據(jù)線拉低 “0”； （ 4）延時 15 微秒 ； （ 5）將數(shù)據(jù)線拉高 “1”； （ 6）延時 15 微秒 ； （ 7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理 ； （ 8）延時 30 微秒 ； 這里只要按以上操作將狀態(tài)位的各各 bit 按順序儲存好即可 。 圖 DS18B20 的 讀 操作時序圖 DS18B20 的指令與格式 DS18B20 溫度格式圖見圖 所示。 例如 +125℃ 的數(shù)字輸出為 07D0H， +℃ 的數(shù)字輸出為 0191H，℃ 的數(shù)字輸出為 FE6FH， 55℃ 的數(shù)字輸出為 FC90H 。配置寄存器， 該字節(jié)各位的意義見 表 所示。 其分配 見表 所示， 當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字 節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0 和第 1 個字節(jié)。對應(yīng)的溫度計算：當符號位 S=0 時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當 S=1 時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。 表 DS18B20 暫存寄存器分布 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 14 溫度值低位 （ LS Byte） 0 溫度值高位 （ MS Byte） 1 高溫限值（ TH） 2 低溫限值（ TL） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC校驗值 8 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機（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 進行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20進行預(yù)定的操作。 ROM 指令表見表 所示， RAM指令表見表 所示。 搜索 ROM 0FOH 用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個數(shù)和識別 64 位 ROM 地址。 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 發(fā)溫度變換命令。 警告搜索命令 0ECH 執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。結(jié)果存入內(nèi)部 9字節(jié) RAM中。 復(fù)制暫存器 48H 將 RAM中第 3 、 4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM 中。 讀供電方式 0B4H 讀 DS1820的供電模式。 DS18B20 寄生電源供電方式 DS18B20 測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。 獨特的寄生電源方式有三個好處： 1. 進行遠距離測溫時，無需本地電源 ； 2. 可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取 ROM； 3. 電路更加簡潔，僅用一根 I/O 口實現(xiàn)測溫 。 因此， 這種 電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用供電系統(tǒng)中。 圖 DS18B20 寄生電源供電方式 DS18B20 改進的 寄生電源供電方式 DS18B20 寄生電源強上拉供電方式電路圖 ， 改進的寄生電源供電方式見 圖 所示，為了使 DS18B20 在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當進行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 E2 存儲器操作時，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 存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多 10μS 內(nèi)把 I/O 線轉(zhuǎn)換到強上拉狀態(tài)。 圖 改進的寄生電源供電方式 注意：在 見 圖 所示、見 圖 所示 寄生電源供電方式中， DS18B20的 VDD 引腳必須接地 。 DS18B20 傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。 18 圖 外部供電方式單點測溫電路 在本次設(shè)計中 采用外部電源供電方式 ， 連接方法 見圖 所示。 DS18B20 寄生電源供電方式 外部供電方式的多點測溫電路圖見圖 ， 外部電源供電方式是DS18B20 最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強， 而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮 DS18B20 寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源 19 電壓 VCC 降到 3V 時，依然能夠保證溫度量精度。 P3=0xfd。 temp=tempamp。 while(temp!=0xf0) { temp=P3。 break。 break。 break。 break。 temp=tempamp。//****0000 } 21 } 在這里使用了 _crol_函數(shù)，所以頭文件中要增加 include，這里包括去抖和松手檢測。 DS18B20 溫度傳感器設(shè)計 連接好電路以后，就可以開 始 設(shè)計 DS18B20 的軟件 環(huán)節(jié) 。 void dsstart() { unsigned int i。 i=100。 ds=1。 while(i0) i。如以下子函數(shù)。 while(ds)。 //檢測到應(yīng)答脈沖 i=4。 } 以下兩個子函數(shù)為讀取的數(shù)據(jù)時用到的。 bit readbit()//讀取一個 bit 22 { unsigned int i。 ds=0。 //延時約 8us, 符合協(xié)議要求至少保持 1us ds=1。 i++。 i=8。 //延時約 64us, 符合讀時隙不低于 60us 要求 return b。 uchar date,a。date=0。 date=(a7)|(date1)。 } return date。用于操控 DS18B20。 23 uchar a。 b=0。a8。0x01。 if(bit2)//寫入 1 { ds=0。 ds=1。b8。 } else//0 { ds=0。b8。 ds=1。b++。現(xiàn)在只要調(diào)用這些函數(shù)，來操控 DS18B20 使其能夠按協(xié)議規(guī)