【正文】 方案選擇 6 3 硬件電路設(shè)計 7 STC 單片機(jī)簡介 10 復(fù)位電路 10 晶振電路 11 LED 顯示與單片機(jī)接口 11 按鍵 12 DS18B20 數(shù)字溫度計 13 DS18B20 的新性能 13 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 14 高速暫存存儲器 17 DS18B20 的使用方法 19 DS18B20 工作原理 20 4 軟件設(shè)計 22 系統(tǒng)軟件介紹 22 總程序流程圖 23 5 設(shè)計調(diào)試 24 應(yīng)用 ISIS 軟件仿真電路 24 應(yīng)用 KEIL 軟件進(jìn)行程序調(diào)試 25 實物調(diào)試 25 結(jié) 論 26 參考文獻(xiàn) 27 致 謝 28 附錄一：源程序 29 附錄二：電路原 理圖 39 附錄三：英文資料及翻譯 40 1 引言 含有微處理器、存儲器、輸入 /輸出電路及一些諸如中斷控制器、定時器 /計數(shù)器等資源的集成電路芯片，它包含了作為一個計算機(jī)所必需的基本部件，在外部只需添加少許的外圍器件就可以組成完整的計算機(jī)實現(xiàn)控制目的，這樣的器件通常稱為單片機(jī)或微型控制器 因而，此設(shè)計具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實意義和實用價值。根據(jù)美國儀器學(xué)會的調(diào)查，1990 年，溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。真正把溫度變成電信號的傳感器是 1821 年由德國物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，這就是后來的熱電偶傳感器。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、 PN 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。 溫度傳感器使用范圍廣數(shù)量多，居各種傳感器之首。接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導(dǎo)及對流原理達(dá)到熱平衡。但對于運動的、熱容量比較小的及對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將會產(chǎn)生很大的誤差。 LED 數(shù)碼顯示管上，單片機(jī)可直接控制打印監(jiān)測數(shù)據(jù)。但其中所采用的溫度傳感器直接輸出為模擬電壓信號，該信號在傳輸過程中易損耗，影響系統(tǒng)精度，且傳輸距離較近，需要經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換芯片才能被單片機(jī)接收。 近年來，伴隨微處理器芯片和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，為了簡化系統(tǒng)設(shè)計并降低成 本，各公司及科研機(jī)構(gòu)開始致力于相關(guān)領(lǐng)域的探索，使得溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的實現(xiàn)成為可能。因此單總線技術(shù)具有線路簡單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點。同時各軟件公司開發(fā)的可視化軟件開發(fā)工 具，更是向著效率高、功能強大的方向努力，從而為獲得良好的用戶界面奠定了基礎(chǔ)。例如：美國 DALLAS 公司生產(chǎn)DS18B20 來顯示溫度?？梢詫崿F(xiàn)時間的顯示，而且每個時間的初值可以改變，獨立完成系統(tǒng)的分析、設(shè)計和程序編寫，記錄開發(fā)過程中的問題及解決辦法，有原理圖。 ：采用 AT24C02。 基本的單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)的定時中斷 單片機(jī)的外圍電路 外部按鍵輸入裝置 數(shù)碼管 LED 顯示裝置 方案論證 方案一：利用單片機(jī)的定時器完成定時要求。時間長短通過按鍵調(diào)節(jié)。串口用來對單片機(jī)在線編程。 該系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為定時器的時間基準(zhǔn)，經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖。 T2 減計數(shù)器工作方 式同 T1。工作方式同 T T2，如此循環(huán)，便能實現(xiàn)該設(shè)計功能。 方案一： 優(yōu)點是利用單片機(jī)的定時器定時，時間精確、穩(wěn)定、可靠，并可以利用單片機(jī)的功能很好地進(jìn)行時間的顯示、指示，輸出。該方案還有一個好處就是成本低。 缺點是使用單片機(jī)要求寫程序。 方案二： 優(yōu)點是該方案應(yīng)用穩(wěn)定的高頻脈沖信號作為定時器的時間基準(zhǔn)，可以說也有同單片機(jī)一樣的精確、穩(wěn)定、可靠的輸出時間，且對軟件編寫要求不高，能很好地實現(xiàn)設(shè)計要求的功能。由于元器件比較多，所以相對來說實物的成本也比較高。 通過對以上設(shè)計方案比較，該設(shè)計選用方案一進(jìn)行設(shè)計。 圖 STC 單片機(jī)的內(nèi)部框圖 STC89S52 系列單片機(jī)是兼容 8051 內(nèi)核的單片機(jī)，是高速、低功耗的新一代8051 單片機(jī)， 12 時鐘 /機(jī)器周期可反復(fù)設(shè)置，最新的 D 版本內(nèi)部集成 810 專用復(fù)位電路。 RC/RD+系列為真正的看門狗，默認(rèn)為關(guān)閉（冷啟動），啟動后無法關(guān)閉，可放心省去外部看門狗。用戶程序是用ISA/IAP 機(jī)制寫入，一邊校驗一邊寫，無讀出命令，徹底無法解密。 ； 6 時鐘 /機(jī)器周期或 12 時鐘 /機(jī)器周期可任意設(shè)置；在系統(tǒng)可 編程，無需編程器，可遠(yuǎn)程升級；可供應(yīng)內(nèi)部集成 810 專用復(fù)位電路，原復(fù)位電路可以保留，也可以不用，不用時 RESET 引腳直接短接到地。由于可以將程序直接下載進(jìn)單片機(jī)查看運行結(jié)果，故也可以不用仿真器。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。 XTAL2 接外部晶體的另一個引腳。采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)懸浮不連接。當(dāng)振蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。即使不訪問外部存儲器， ALE 端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的 1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。然而要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。 如果需要的話，通過對專用寄存（ SFR）區(qū)中 8EH 單元的 D0 位置數(shù)，可禁止 ALE操作。另外，該引 腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，該設(shè)定禁止 ALE 位無效。當(dāng)AT89S51/LV51 由外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）時，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN有效（既輸出 2 個脈沖）。 /EA/Vpp 外部訪問允許端。然而要注意的是，如果保密位 LB1 被編程，復(fù)位時在 內(nèi)部會鎖存 /EA 端的狀態(tài)。 在 Flash 存儲器編程期間，該引腳也用于施加 12V 的編程允許電源 Vpp（如果選用 12V 編程）。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 輸入，對端口寫 1 時，又可作高阻抗輸入端用。 在 Flash 編程時， P0端口接收指令字節(jié) ；而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。 3．輸入 /輸出引腳 ～ 、 ～ 、 ～ 和 ～ P1 端口（ ～ ） P1 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。對端口寫 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。 在對 Flash編程和程序驗證時， P1 接收低 8 位地址。P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。 P2 作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在對 Flash 編程和程序驗證期間， P2 也接收高位地址和一些控制信號。P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。 P3 作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當(dāng)于短路，于是 RST 引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，RST 端電壓慢慢下降到一定程度，即為低電平，單片機(jī)開始正常工作。在滿足單片機(jī)可靠復(fù)位的前提下該復(fù)位電路的優(yōu)點在于降低復(fù)位引腳的對地阻抗，可以顯著增強單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力。具體如下所示： 圖 復(fù)位電路 晶振電路 單片機(jī)的晶振 電路是一種典型的電路，分為內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種方式。該電容的典型值為 30Pf,該設(shè)計選用 22PF. 圖 晶振電路 LED 顯示與單片機(jī)接口 常用的 LED 顯示器有七段（或 8 段， 8 段比 7 段多了一個小數(shù)點“ dp”段）。該設(shè)計中選用的是共陰極。當(dāng)某個發(fā) 光二極管的陽極為高點平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被顯示。 7 段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點位，共計 8 段，因此提供給 LED 顯示器的段碼正好一個字節(jié)。未按下時對單片機(jī)輸入一個高電平， 按下后輸入一個低電平。 鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如 果高電平表示斷開的話，那么低電平則表示閉合，所以通過對行線電平的高低狀態(tài)的檢測，便可以確認(rèn)按鍵按下與否。前十個按鍵分別表示 09，第十一個按鍵為確定鍵，第十二個按鍵為左移鍵可以用來調(diào)時間，第十三個按鍵為調(diào)時，第十四個按鍵為調(diào)鬧鈴鍵，第十五個按鍵為鬧鈴開，第十六個按鍵為調(diào)溫度鍵。一線總線特而且經(jīng)濟(jì)的特點，使用戶可輕松地組 建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 C~+125176。 C 范圍內(nèi) ,精度為177。 C。 2176?，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。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V~ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更 靈活、方便。 DS18B DS1822 的特性 DS18B20 可以程序設(shè)定 9~12 位的分辨率，精度為177。 C。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數(shù)的 EEPROM，精度降低為177。 C，適用于對性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用， 是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。 DS18B20 和 DS1822 使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)。 ； 3 ?可編程的分辨率為 9~12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 、 、 和 ； ?負(fù)壓特性：電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不 能正常工作。 DS18B20 的管腳排列如下 : 圖 DS18B20 外形圖 引腳定義： 1 DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； 2 GND 為電源地； 3 VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC X8+X5+X4+1）。 （ 2） ?DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補碼讀數(shù)形式提供，以 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度。 表 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表 DIGITALOUTPUT binary DIGITALOUTPUT hex +125 ℃ 0000 0111 1101 0000 07D0h +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550h +℃ 0000 0001 1001 0001 0191h + ℃ 0000 0000 1010 0010 00a2h +℃ 0000 0000 0000 1000 0008h 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000h ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8h ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6Fh 55℃ 1111 1110 1001 0000 FC90h （ 3） DS18B20 溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存 RAM和一個非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。當(dāng)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(dāng)符號位 S 0 時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S 1 時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進(jìn)制值。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。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 收到此信號表示復(fù)位成功。 搜索 ROM 0F0H 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。 告警搜索命令 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 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 的使用方法由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire總線協(xié)議方式 ，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89S51單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有時序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先對于 DS18B20的讀時序分為讀 0時序和讀 1時序兩個過程對于 DS18B20 的讀時隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15 秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20 工作原理 DS18B20 是直接數(shù)字式高精度溫度傳感器，其內(nèi)部含有兩個溫度系數(shù)不同的溫敏振蕩器，其中低溫度系數(shù)振蕩器相當(dāng)于標(biāo)尺，高溫度系數(shù)振蕩器相當(dāng)于測溫元件，通過不斷比較兩個溫敏振蕩器的振