基于單總線多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

論文編號(hào)： 華南師范大學(xué)增城學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目：基于單總線多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作多功能多點(diǎn)溫度采集設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 姓 名：唐慶良學(xué) 號(hào)：系 別：計(jì)算機(jī)系專業(yè)班級(jí)：信息管理與信息系統(tǒng) 07信息指導(dǎo)教師：2011年04月20日學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華南師范大學(xué)增城學(xué)院可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密，在_年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名：日期： 年 月 日指導(dǎo)老師簽名：日期： 年 月 基于單總線多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作目錄摘 要IAbstractII1. 背景及研究意義11.1溫度傳感器的發(fā)展?fàn)顩r11.2智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢(shì)11.2.1提高測(cè)溫精度和分辨力11.2.2增加測(cè)試功能21.2.3總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化21.3選題背景和研究意義22. 方案論證比較與選擇32.1 引言32.2方案設(shè)計(jì)32.2.1設(shè)計(jì)方案一32.2.2 設(shè)計(jì)方案二32.2.2 設(shè)計(jì)方案三32.3 方案的比較與選擇43. 硬件設(shè)計(jì)53.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)53.1.1復(fù)位電路53.1.2時(shí)鐘電路63.1.3 最小應(yīng)用系統(tǒng)電路63.2紅外遙控接收電路設(shè)計(jì)73.3溫度傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)73.4 溫度顯示電路84. 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)94.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的一般步驟94.2 軟件實(shí)現(xiàn)思路94.2.1系統(tǒng)主程序流程圖104.3 DS18B20傳感器程序設(shè)計(jì)104.3.1 DS18B20產(chǎn)品特點(diǎn)104.3.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)114.3.3 DS18B20的4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件114.3.4 DS18B20的指令集134.3.5 DS18B20讀取溫度方法144.3.6 DS18B20軟件驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)144.3.7 DS18B20編程注意事項(xiàng)184.4 DS18B20控制與顯示設(shè)計(jì)185. 調(diào)試與小結(jié)205.1 硬件電路測(cè)試小結(jié)205.2 軟件測(cè)試小結(jié)205.3 總結(jié)205.4展望21附圖22程序附錄23參考文獻(xiàn)28致謝29III基于單總線多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作摘 要本課題主要研究基于STC89C52單片機(jī)與單總線DS18B20數(shù)字溫度傳感器的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。它以STC89C52單片機(jī)為主控制芯片,采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)多路溫度的檢測(cè),測(cè)量精度可以達(dá)到0.5。該系統(tǒng)采用了LED16x64點(diǎn)陣顯示模塊，該模塊用于提示當(dāng)前的操作情況,用4位公陽(yáng)極數(shù)碼管顯示溫度，利用兩個(gè)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信，一個(gè)用于控制溫度，一個(gè)用于控制點(diǎn)陣，還運(yùn)用單片機(jī)與PC機(jī)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)DS18B20的序列號(hào)讀??；通過(guò)紅外遙控器控制讀取某一點(diǎn)的溫度，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。關(guān)鍵詞：溫度測(cè)量；單總線；溫度傳感器；單片機(jī)AbstractThis topic research based on single bus STC89C52 single-chip microcomputer and the digital temperature sensor DS18B20 multi-spot temperature measuring system. It mainly STC89C52 single-chip microcomputer control chip, using digital temperature sensor DS18B20 realize multiple temperature detection and measurement accuracy can reach 0.5 . The system USES LED16x64 dot matrix display module, this module used to indicate current operating conditions, with four male anode digital pipe display temperature, use two SCM realizing double machine communication, one for control temperature, one for control dot matrix, still using MCU and PC communications technologies to achieve the serial number of DS18B20 read; Through reading some infrared temperature control, wireless communications.Key words: Temperature measurement; Single bus; Temperature sensors; Microcontroller291. 背景及研究意義1.1溫度傳感器的發(fā)展?fàn)顩r傳感器主要大體經(jīng)過(guò)了三個(gè)發(fā)展階段：第一階段、模擬集成溫度傳感器。該傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。此種傳感器具有功能單一(僅測(cè)量溫度)、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。第二階段、智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。它的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，需配相應(yīng)的微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。第三階段、數(shù)字溫度傳感器，進(jìn)入21世紀(jì)后，溫度傳感器的發(fā)展趨勢(shì)正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。所以數(shù)字溫度傳感器得以更加廣泛的應(yīng)用。數(shù)字溫度傳感器DS18B20是智能溫度傳感器一種，它將非電模擬量溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出僅需占用 1 位 I/O 端口，能夠直接讀取被測(cè)物體的溫度值。它體積小，電壓適用范圍寬 3 V5 V，用戶還可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn) 912 位的溫度讀數(shù)，即具有可調(diào)的溫度分辨率，因此它的實(shí)用性和可靠性比同類產(chǎn)品更高。1.2智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢(shì)進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。1.2.1提高測(cè)溫精度和分辨力在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1C。目前，國(guó)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是912位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.50.0625C。由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125C，測(cè)溫精度為0.2C。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例，它對(duì)本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為27us、9us。1.2.2增加測(cè)試功能新型智能溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡(jiǎn)便。對(duì)某些智能溫度傳感器而言，主機(jī)(外部微處理器或單片機(jī))還可通過(guò)相應(yīng)的寄存器來(lái)設(shè)定其A/D轉(zhuǎn)換速率(典型產(chǎn)品為MAX6654)，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時(shí)間(典型產(chǎn)品為DS1624)。1.2.3總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBUS總線和SPI總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。1.3選題背景和研究意義溫度的測(cè)量和控制在儲(chǔ)糧倉(cāng)庫(kù)、智能樓宇空調(diào)控制及其它的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。溫度檢測(cè)的傳統(tǒng)方法是使用諸如熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體 PN 結(jié) 如AD590 之類的模擬傳感器經(jīng)信號(hào)取樣電路、放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理，獲取表示溫度值的數(shù)字信號(hào)，再交由微處理器或DSP處理。被測(cè)溫度信號(hào)從敏感元件接收的非電模擬量開始，到轉(zhuǎn)換為微處理器可處理的數(shù)字信號(hào)之間，設(shè)計(jì)者須考慮的線路環(huán)節(jié)較多，相應(yīng)測(cè)溫裝置中元器件數(shù)量難以下降，隨之影響產(chǎn)品的高可靠性及體積微縮化。這樣，由于各種因素會(huì)造成傳輸檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。本文介紹一種基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的主從分布式多路測(cè)溫系統(tǒng)、該系統(tǒng)以單片機(jī)為主機(jī)，數(shù)字溫度傳感器通過(guò)與單片機(jī)P3.7連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，可應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)測(cè)溫、樓宇空調(diào)控制和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、酒窖等領(lǐng)域。2. 方案論證比較與選擇2.1 引言溫度測(cè)量的方案有很多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以及新興的智能型傳感器。對(duì)于控制系統(tǒng)可以采用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)等。2.2方案設(shè)計(jì)2.2.1設(shè)計(jì)方案一采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線形元件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量及顯示，該方案設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單易懂，操作簡(jiǎn)單，且價(jià)格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測(cè)量誤差大。2.2.2 設(shè)計(jì)方案二本方案采用STC89C52單片機(jī)為核心，通過(guò)溫度傳感器AD590采集溫度信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大后，送到A/D轉(zhuǎn)換芯片，最終經(jīng)單片機(jī)檢測(cè)處理溫度信號(hào)。 圖2-1 方案二的框圖如圖2-1，采用該方案技術(shù)已經(jīng)成熟，AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)較煩瑣，而且使用AD590進(jìn)行溫度檢測(cè)必須對(duì)冷端進(jìn)行補(bǔ)償，以減小誤差。2.2.2 設(shè)計(jì)方案三本設(shè)計(jì)運(yùn)用主從分布式思想，由一個(gè)單片機(jī)控制點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)。數(shù)字溫度傳感器采用DS18B20。DS18B20利用單總線的特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在大型工業(yè)及民用常溫多點(diǎn)監(jiān)測(cè)場(chǎng)合。如糧食倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、溫控制生產(chǎn)線之溫度影像檢測(cè)、醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試、空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)、石化、機(jī)械等。系統(tǒng)框圖如2-2與圖2-3： 圖2-2讀取DS18B20框圖 圖2.3系統(tǒng)控制框圖2.3 方案的比較與選擇基于數(shù)字式溫度計(jì)DS18B20的溫度測(cè)量?jī)x的硬軟件開發(fā)過(guò)程是將DS18B20溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了與單片機(jī)的直接接口，從而省去了信號(hào)調(diào)理電路。該儀器電路簡(jiǎn)單、功能可靠、測(cè)量效率高，很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)溫度測(cè)量方法的不足。相對(duì)與方案1，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升。相對(duì)與方案2，硬件電路簡(jiǎn)單，易于操作，具有更高的性價(jià)比，更大的市場(chǎng)。所以我采用方案3完成本設(shè)計(jì)。3. 硬件設(shè)計(jì)本課題研究的多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)是以單片機(jī)和單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20為核心，充分利用單片機(jī)優(yōu)越的內(nèi)部和外部資源及數(shù)字溫度傳感器DS18B20的優(yōu)越性能構(gòu)成一個(gè)完備的測(cè)溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的多點(diǎn)測(cè)量。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制，能夠接收傳感器的溫度數(shù)據(jù)并顯示出來(lái)，可以從用遙控其輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇對(duì)應(yīng)的溫度傳感器，并由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)溫度顯示，利用LED點(diǎn)陣對(duì)你的操作給予提示。本課題設(shè)計(jì)了一種合理、可行的單片機(jī)監(jiān)控軟件，完成測(cè)量和顯示的任務(wù)。由于單片機(jī)具有強(qiáng)大的運(yùn)算和控制功能，使得整個(gè)系統(tǒng)具有模塊化、硬件電路簡(jiǎn)單以及操作方便等優(yōu)點(diǎn)。本課題的整個(gè)系統(tǒng)的電路是由單片機(jī)、顯示電路、紅外遙控接收、DS18B20驅(qū)動(dòng)電路，串口通信等構(gòu)成。3.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 在當(dāng)今新科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的年代里，單片機(jī)的應(yīng)用已越來(lái)越受到人們的重視，它被廣泛的應(yīng)用于家電、醫(yī)療、智能儀表、工業(yè)自動(dòng)化等各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)，是將計(jì)算機(jī)的基本部分微型化，使之集成在一塊芯片上的微機(jī)。目前市場(chǎng)上較為流行的單片機(jī)有Intel公司和Philip公司的8051系列單片機(jī)Motorola 公司的M 6800系列單片機(jī)。本系統(tǒng)使用宏晶公司的STC89C52進(jìn)行系統(tǒng)控制。3.1.1復(fù)位電路無(wú)論哪種單片機(jī)，都會(huì)涉及到復(fù)位電路。如果復(fù)位電路不可靠，在工作中就有可能出現(xiàn)“死機(jī)”，“程序走飛”等現(xiàn)象。所以，一個(gè)單片機(jī)復(fù)位電路的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。復(fù)位操作完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。本復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位功能，由一個(gè)電解電容和一個(gè)按鍵組成，具體電路如圖3-1： 圖3-1 復(fù)位電路圖3.1.2時(shí)鐘電路89C52單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAX2外接晶體振蕩器，就夠成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用6MHZ、12MHZ或24MHZ。內(nèi)部振蕩器方式如下。如圖3.7，電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為5-30PF。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定。外部振蕩方式是把已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)，這種方式適于用于用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持一致。具體電路如下： 圖3-2 時(shí)鐘原理圖3.1.3 最小應(yīng)用系統(tǒng)電路有了復(fù)位電路與時(shí)陣電路就可以構(gòu)成單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)了，單片機(jī)的I/O在做輸入輸出用時(shí)需要接上拉電阻，但51單片機(jī)的P1、P2、P3口就已經(jīng)在內(nèi)部接了上拉電阻就，外部就不需要接，而當(dāng)你需要用P0口時(shí)就必須得接上拉電阻才能用，具體情況如圖3-3：圖3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2紅外遙控接收電路設(shè)計(jì)紅外遙控器是電子設(shè)備常見的輸入裝置，作為人們與電子設(shè)備交流的重要途徑，一旦出錯(cuò)，將影響到電子設(shè)備的整體使用，所以接收電路雖然簡(jiǎn)單，但接收電路的穩(wěn)定性、可靠性，應(yīng)引起足夠的重視。本系統(tǒng)紅外輸入設(shè)置是用一個(gè)普通遙控器，而接收具體電路如圖3-4: 圖3-4 紅外接收電路3.3溫度傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)DS18B20溫度傳感器的主要特點(diǎn)就是單總線，電路接法簡(jiǎn)單，不用別的復(fù)雜的輔助電路只要一個(gè)10K的上拉電阻，一個(gè)I/O口就可以將多個(gè)18B20接在一條總線下，就實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)的功能了，一條總線上最多可以接2的64次平方個(gè)18B20，這里我們只用到了8溫度傳感器，電路簡(jiǎn)單并節(jié)省資源，具體如圖3-5：圖3.5 DS18B20原理圖3.4 溫度顯示電路本系統(tǒng)的溫度顯示主要是用到四位共陽(yáng)極數(shù)碼管，電路應(yīng)用簡(jiǎn)單方便，具體電路如下圖3-6：圖3-6數(shù)碼管顯示原理圖4. 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括功能模塊劃分、程序流程確立、模塊接口設(shè)計(jì)以及程序代碼編寫。我們依據(jù)系統(tǒng)的功能要求，將整體軟件系統(tǒng)分割成若干個(gè)獨(dú)立的程序模塊。這些程序模塊可以是幾條語(yǔ)句的集合、功能函數(shù)或程序文件。隨后，根據(jù)各程序模塊的實(shí)現(xiàn)功能寫出流程，一般需要寫出具體的實(shí)現(xiàn)功能描述。程序代碼通常采用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言（C語(yǔ)言）編寫，本系統(tǒng)采用的是C語(yǔ)言。4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的一般步驟統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，先要對(duì)本課題硬件有一個(gè)熟練的掌握，知道系統(tǒng)的組成，數(shù)據(jù)的傳輸，信號(hào)是如何被控制的，以及信號(hào)的顯示。然后進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，先搞清楚各個(gè)部分的子程序及他們的流程圖，然后進(jìn)行C語(yǔ)言編程，最后將它們系統(tǒng)的編程。4.2 軟件實(shí)現(xiàn)思路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)步驟主要包括系統(tǒng)程序和流程圖，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的要求，完成溫度的測(cè)量與控制必須經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：?jiǎn)纹瑱C(jī)接受傳感器的溫度信號(hào)，通過(guò)數(shù)碼管將其顯示出來(lái)，并向主機(jī)（另一個(gè)控制LED點(diǎn)陣的單片機(jī)）接收一個(gè)提示信號(hào)，實(shí)現(xiàn)讀取某一點(diǎn)的溫度。系統(tǒng)總框架圖如圖4-1： 圖4-1系統(tǒng)總框架圖4.2.1系統(tǒng)主程序流程圖圖4-2系統(tǒng)主程序流程圖4.3 DS18B20傳感器程序設(shè)計(jì)DS18B20數(shù)字溫度傳感器是DALLAS公司生產(chǎn)的1Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛多這樣的數(shù)字溫度傳感器，十分方便。4.3.1 DS18B20產(chǎn)品特點(diǎn)l 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。l 在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。l 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。l 測(cè)量溫度范圍在55.C到125.C之間。l 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。l 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。TO92封裝的DS18B20的引腳排列見右圖，其引腳功能描述見表4-1： 引腳功能表4-1序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)字輸入輸出引腳,開漏單總線接口引腳,當(dāng)使用寄生電源時(shí),可向電源提供電源3VDD可選擇的VDD引腳,當(dāng)工作于寄生電源時(shí),該引腳必須接地4.3.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20的內(nèi)部框圖下圖4-3所示。64位ROM存儲(chǔ)器件獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。暫存器包含兩字節(jié)（0和1字節(jié)）的溫度寄存器，用于存儲(chǔ)溫度傳感器的數(shù)字輸出。暫存器還提供一個(gè)字節(jié)的上線警報(bào)觸發(fā)（TH）和下線警報(bào)觸發(fā)（TL）寄存器（2和3字節(jié)），和一個(gè)字節(jié)的配置寄存器（4字節(jié)），使用者可以通過(guò)配置寄存器來(lái)設(shè)置溫度轉(zhuǎn)換的精度。暫存器的5、6和7字節(jié)器件內(nèi)部保留使用。第八字節(jié)含有循環(huán)冗余碼（CRC ）。使用寄生電源時(shí)，DS18B20不需額外的供電電源；當(dāng)總線為高電平時(shí)，功率由單總線上的上拉電阻通過(guò)DQ引腳提供；高電平總線信號(hào)同時(shí)也向內(nèi)部電容CPP充電，CPP在總線低電平時(shí)為器件供電。圖4-3 DS18B20的內(nèi)部框圖4.3.3 DS18B20的4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。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)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。表4-2 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表TEMPERATUREDIGITAL OUTPUTDIGITAL OUTPUT+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90HDS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)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。配置寄存器表4-3配置寄存器0R1R011111低五位一直都是1，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）表4-4 R1與R0確定傳感器分辨率設(shè)置表R1R0傳感器精度/bit轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms00993.750110187.5101137511127504.3.4 DS18B20的指令集前面提及單總線器件的ROM命令，在主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出ROM命令。這些命令與各個(gè)DS18B20設(shè)備的唯一64位ROM代碼相關(guān)。允許主機(jī)在單總線上連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，指定操作某個(gè)DS18B20設(shè)備。這些命令還允許主機(jī)能夠檢測(cè)到總線上有多少個(gè)從機(jī)設(shè)備，以及其設(shè)備類型或者有沒有設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。從機(jī)設(shè)備可能支持5種ROM命令(實(shí)際情況與具體型號(hào)有關(guān))，每種命令長(zhǎng)度為8位。主機(jī)在發(fā)出功能命令之前，必須發(fā)送合適的ROM命令。DS18B20的功能命令如表4-5: 表4-5DS18B20的功能命令指令協(xié)議功能讀ROM33H讀DS18B20中的編碼(即64位地址)符合ROM55H發(fā)出此命令后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問(wèn)單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS18B20,使之做出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS18B20的讀寫做準(zhǔn)備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位ROM地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過(guò)ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20V 溫度轉(zhuǎn)換命令，適用于單個(gè)DS18B20工作報(bào)警搜索命令0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)廟宇值上限或下限的片子才做出響應(yīng)溫度轉(zhuǎn)換44H啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為500ms(典型為200ms),結(jié)果寫入到內(nèi)部9字節(jié)RAM中讀暫存器BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3、4字節(jié)寫上、下溫度數(shù)據(jù)命令，緊該溫度命令之后，傳達(dá)兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將RAM中第3、4字內(nèi)容復(fù)制到E2PROM中重調(diào)E2PROM0B8H將E2PROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3、4字節(jié)讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20發(fā)送“0”，外部供電時(shí)DS18B20發(fā)送“1”4.3.5 DS18B20讀取溫度方法DS18B20有兩種應(yīng)用方法，一種是一條總線上只掛了一個(gè)DS18B20。另外一種是一條總線上掛有多個(gè)DS18B20，兩種應(yīng)用的讀取溫度的方法大致一樣，只有一些指令發(fā)送不一樣而已，下面給出兩種讀取方法的步驟：（1）單點(diǎn)讀取法 復(fù)位 發(fā)出“跳過(guò)ROM指令”0xcc 發(fā)出“溫度轉(zhuǎn)換指令”0x44 判忙（忙時(shí)數(shù)據(jù)線上為0） 復(fù)位 發(fā)出“跳過(guò)ROM指令”0xcc 發(fā)出“讀暫存器指令”0xbe 讀取兩個(gè)字節(jié)，分別是溫度值的低字節(jié)與高字節(jié) 復(fù)位，操作結(jié)束（2）多點(diǎn)讀取法 復(fù)位 發(fā)出“匹配64位ROM指令”0x55 發(fā)出64位ROM碼 發(fā)出“溫度轉(zhuǎn)換指令”0x44 判忙（忙時(shí)數(shù)據(jù)線上為0） 復(fù)位 發(fā)出64位ROM碼 發(fā)出“讀暫存器指令”0xbe 讀取兩個(gè)字節(jié)，分別是溫度值的低字節(jié)與高字節(jié) 復(fù)位，操作結(jié)束4.3.6 DS18B20軟件驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)DS18B20在一根I/O線上讀寫數(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，只有嚴(yán)格遵守通訊協(xié)議才能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有時(shí)序均以主機(jī)為Master，單總線器件為Slave，每次數(shù)據(jù)的傳輸均從主機(jī)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，則在寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。本課題的溫度測(cè)量與讀取軟件流程如圖4-4： 圖4-4 溫度測(cè)量程序流圖 DS18B20的復(fù)位時(shí)序 圖4-5 DS18B20復(fù)位時(shí)序主要程序如下：void ds1820rst()/ds1820復(fù)位* unsigned char x=0;DQ = 1; /DQ復(fù)位delay_18B20(4); /延時(shí)DQ = 0; /DQ拉低delay_18B20(100); /精確延時(shí)大于480usDQ = 1; /拉高delay_18B20(40); DS18B20的讀時(shí)序 圖4-6 DS18B20讀時(shí)序DS18B20的讀時(shí)序是主機(jī)先把單總線拉低，在之后的l5s內(nèi)必須釋放單總線，以便將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20完成一個(gè)讀時(shí)序至少需要60s。讀時(shí)序主要子函數(shù)如下： unsigned char ds1820rd()/讀數(shù)據(jù) unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i0;i-) DQ = 0; /給脈沖信號(hào) dat=1; DQ = 1; /給脈沖信號(hào) if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat); DS18B20的寫時(shí)序圖4-7 DS18B20寫0時(shí)序與寫1時(shí)序主要程序如下：void ds1820wr(uchar wdata)/寫數(shù)據(jù)unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; wdata=1; 單總線上讀取單個(gè)DS18B20溫度DS18B20復(fù)位后，就可以編程控制讀到其內(nèi)部RAM所采集到的溫度值(通過(guò)P3.7)，并且讀取數(shù)據(jù)時(shí)低位在前，高位在后。由于我們是在一天總線上掛了多個(gè)DS18B20，所以在對(duì)那個(gè)傳感器進(jìn)行讀溫度時(shí)，必須先向單總線上寫DS18B20的序列號(hào)，才能完成讀溫度操作，讀出數(shù)據(jù)后，還需判斷讀到的溫度是正值還是負(fù)值，當(dāng)溫度值為正值時(shí)，直接將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制溫度值;當(dāng)溫度值為負(fù)值時(shí)先將二進(jìn)制補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制溫度值。向DS18B20寫序列號(hào)程序：void changds18b20_1(uchar pds18bnum88,uchar aa) uchar i; ds1820rst();delay(1); ds1820wr(0x55); delay(1); for(i=0;i8;i+) ds1820wr(pds18bnumaai); 讀取DS18B20溫度并轉(zhuǎn)換程序段：read_temp1()/讀取溫度值并轉(zhuǎn)換uchar a,b;ds1820rst(); changds18b20_1(ds18b20num,countnum-1);ds1820wr(0x44);/啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換ds1820rst(); changds18b20_1(ds18b20num,countnum-1);ds1820wr(0xbe);/讀取溫度a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue=8;tvalue=tvalue|a; if(tvalue32)/檢測(cè)引導(dǎo)碼bitnum=0; irdatabitnum=irtime; irtime=0; bitnum+; if(bitnum=33) bitnum=0; irrecok=1;startflag=0; else startflag=1;irtime=0; (2)顯示程序：顯示程序主要是將讀取到的溫度將其在數(shù)碼管上顯示出來(lái)，主要程序如下： void disp_temper(uint temper)/溫度值顯示 uchar temper_ge,temper_shi,temper_bai;temper_ge=temper%10;temper_shi=temper%100/10;temper_bai=temper/100;if(tflag=1)D4=0;P0=0xbf;delay(5);D4=1;D3=0;P0=tabtemper_bai;delay(5);D3=1;D2=0;P0=tabtemper_shi+10;delay(5);D2=1;D1=0;P0=tabtemper_ge;delay(5);D1=1;（3）主函數(shù)：主函數(shù)是一個(gè)程序執(zhí)行的開始，主要是控制總個(gè)程序的運(yùn)行的開始，主要程序代碼如下：void main()uint temper1; it0send();ds1820rst(); delay(1); ds1820wr(0xcc);/跳過(guò)讀序列號(hào) ds1820wr(0x44);/啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換delay(200); while(1)temper1=read_temp1(); disp_temper(temper1);5. 調(diào)試與小結(jié)5.1 硬件電路測(cè)試小結(jié) 本課題通過(guò)分析對(duì)比各種不同的溫度傳感器，選定DS18B20，這種單總線數(shù)字溫度傳感器的通信方式比較獨(dú)特，軟件編寫要求的比較新穎，特點(diǎn)突出。用其構(gòu)建的系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)：硬件連線簡(jiǎn)單，省去了使用模擬傳感器要進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換等工作，由于它的級(jí)聯(lián)功能，一條總線可掛接多個(gè)傳感器測(cè)量不同位置的溫度，根據(jù)DS18B20唯一的序號(hào)識(shí)別不同傳感器在各自位置的溫度。硬件電路的簡(jiǎn)單是以軟件的復(fù)雜為代價(jià)的，所以在程序編寫和調(diào)試的過(guò)程中稍微粗心就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，包括時(shí)間延時(shí)不夠，設(shè)置參數(shù)的類型有誤，按鍵子程序放置位置不妥等錯(cuò)誤。需要注意的是, 在系統(tǒng)安裝及工作之前應(yīng)將主機(jī)逐個(gè)與DS1820 掛接,以讀出其序列號(hào)。另外，由于DS1820 單線通信功能是分時(shí)完成的,遵循嚴(yán)格的時(shí)隙概念,因此, 系統(tǒng)對(duì)DS1820 和各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行,即:初始化DS1820 (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)。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，每一個(gè)自帶地址，大大減少了系統(tǒng)的電纜數(shù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。5.2 軟件測(cè)試小結(jié)本設(shè)計(jì)的軟件程序用是的C語(yǔ)言編程，它的可讀性非常強(qiáng)，容易理解，擺脫了難度的機(jī)器語(yǔ)言（匯編語(yǔ)言）跟進(jìn)時(shí)代的發(fā)展腳步，這也是本次設(shè)計(jì)的一大優(yōu)越點(diǎn)之一。程序在設(shè)計(jì)當(dāng)中遇到了很困難，有時(shí)候是數(shù)據(jù)設(shè)置有問(wèn)題。由于DS18B20采用的是單總線技術(shù)，所以在對(duì)它復(fù)位、寫指令、讀數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)時(shí)間的要求控制是非常嚴(yán)格的，為了調(diào)試出準(zhǔn)確的時(shí)間，我花了很多時(shí)，經(jīng)過(guò)不斷差資料，最后終于調(diào)出我想要的結(jié)果。5.3 總結(jié)經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的不斷學(xué)習(xí)和努力，在老師的諄諄教導(dǎo)下，在其他老師及同學(xué)們的熱心幫助與指導(dǎo)下，基于單片機(jī)的單總線多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，基本完成了老師所規(guī)定的各項(xiàng)工作任務(wù)。通過(guò)這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)了不少的知識(shí)，發(fā)現(xiàn)自己的知識(shí)還很欠缺，還有很多知識(shí)沒有掌握.通過(guò)這次設(shè)計(jì)我明白了學(xué)習(xí)是個(gè)不斷積累的過(guò)程，在生活和工作中應(yīng)當(dāng)不斷的積累，才能提高自己。學(xué)會(huì)了怎樣查閱資料和利用工具書，以及熟練地使用KEIL開發(fā)工具。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我更加深刻地認(rèn)識(shí)到只有將書本與具體的實(shí)踐相結(jié)合，才會(huì)有真正的收獲，才能鞏固自己的所學(xué)，認(rèn)識(shí)到自己的不足。5.4展望采用單總線技術(shù)比用傳統(tǒng)的方案具有較高的性能價(jià)格比。而且,可以看出該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：適用于低速測(cè)控場(chǎng)合，測(cè)控對(duì)象越多越顯示其優(yōu)越性；硬件施工、維修方便；抗干擾性能好，可靠性高；軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀,易于掌握。因此,積極推廣單總線技術(shù)的應(yīng)用會(huì)有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。單總線技術(shù)以其線路簡(jiǎn)單、硬件開銷少、成本低廉、軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便而有著無(wú)可比擬的應(yīng)用前景?；趩慰偩€技術(shù)能較好地解決傳統(tǒng)識(shí)別器普遍存在的攜帶不便、易損壞、易受腐饋、易受電磁干擾等不足，可應(yīng)用于高度安全的門禁、身份識(shí)別等領(lǐng)域。其通信可靠簡(jiǎn)單，很容易實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)可靠性高。系統(tǒng)配置規(guī)范控制功能具有預(yù)想性，變動(dòng)控制方案容易。具有較高的性價(jià)比。因此單總線技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景，是值得關(guān)注的一個(gè)發(fā)展領(lǐng)域。附圖程序附錄#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit DQ=P37;sbit D4=P27;sbit D3=P26;sbit D2=P25;sbit D1=P24; sbit key1=P33; sbit key2=P34;uint tvalue;/溫度值 uchar code tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10; uchar countnum;uchar tflag,flagdat,t,hh1,ds18b20_wei;/溫度正負(fù)標(biāo)志uchar tt,kk;uchar irtime,startflag,bitnum,irrecok,irprook,findir,ir_id;uchar code tabir42=0,1,0,3,0,4,0,6;uchar irdata33;uchar ircode4;uchar disp8;uchar code ds18b20num88=0x28,0x38,0x0e,0x3b,0x02,0x00,0x00,0x63, 0x28,0x5b,0x2e,0xc7,0x02,0x00,0x00,0x62, 0x28,0x50,0x39,0xc7,0x02,0x00,0x00,0xb7, 0x28,0x24,0x3e,0xc7,0x02,0x00,0x00,0xa2, 0x28,0x82,0x47,0xc7,0x02,0x00,0x00,0xd2, 0x28,0x99,0x4a,0xc7,0x02,0x00,0x00,0x9d, 0x28,0x3f,0x4d,0xc7,0x02,0x00,0x00,0x22, 0x28,0x73,0xf3,0x3a,0x02,0x00,0x00,0x2b ; void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); /*溫度傳感器程序*/void delay_18B20(uint i)/延時(shí)1微秒 while(i-);void ds1820rst()/ds1820復(fù)位* uchar x=0;DQ = 1; /DQ復(fù)位delay_18B20(4); /延時(shí)DQ = 0; /DQ拉低delay_18B20(100); /精確延時(shí)大于480usDQ = 1; /拉高delay_18B20(40); uchar ds1820rd()/讀數(shù)據(jù) uchar i=0;uchar dat = 0;for (i=8;i0;i-) DQ = 0; /給脈沖信號(hào) dat=1; DQ = 1; /給脈沖信號(hào) if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat)