畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)

1、摘要 溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人們生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)，在工 業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在工業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測(cè)量，因 此研究溫度的測(cè)量方法和控制具有重要的意義。 本論文介紹了一種以單片機(jī)12為主要控制器件，以 ds18b20345為 溫度傳感器的新型數(shù)字溫度計(jì)。主要包括硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)程序的設(shè) 計(jì)。硬件電路主要包括主控制器，測(cè)溫控制電路和顯示電路等，主控制器 采用單片機(jī) stc89c52，溫度傳感器采用美國 dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 ds18b20，顯示電路采用 8 位共陰極 led 數(shù)碼管6，74hc5957為驅(qū)動(dòng)的動(dòng) 態(tài)掃描直讀顯示。系統(tǒng)程序主要包括主程序，測(cè)溫子

2、程序和顯示子程序等。 ds18b20 新型單總線數(shù)字溫度傳感器是 dallas 公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度 傳感器,集溫度測(cè)量和 a /d 轉(zhuǎn)換于一體 ,直接輸出數(shù)字量,具有接口簡單、 精度高、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。 由于采用了改進(jìn)型智能溫度傳感器 ds18b20 作為檢測(cè)元件，與傳統(tǒng)的 溫度計(jì)相比,本數(shù)字溫度計(jì)減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用 的特點(diǎn)。ds18b20 溫度計(jì)還可以在高溫報(bào)警、遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測(cè)溫控制等方面 進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，具有很好的發(fā)展前景。此外，還介紹了系統(tǒng)的調(diào)試和性能 分析。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)關(guān)鍵詞：單片機(jī);stc89c52;stc89c52;溫度傳感器溫度傳感器;

3、ds18b20;ds18b20;單總線單總線 the design of ds18b20 digit thermometer abstract temperature is a basic parameters of the environment, peoples lives and the environment are closely related to temperature. in the course of industrial production immediate need for temperature measurement in industrial producti

4、on has to do with temperature measurement, the study of the temperature measurement and control is of great significance. the paper introduced one kind new digital thermometer that take the micro controller unit as the primary control component and take ds18b20 as the temperature sensor. mainly incl

5、uded the design of the hardware electric circuit and the design of the system program .the hardware electric circuit mainly included the master controller, the temperature measured electric circuit and the display circuit and so on, the master controller used micro controller unit stc89c52, the temp

6、erature sensor used ds18b20 which the american dallas semiconductor company produces, the display circuit used 8 altogether anodes led numerical code tube by the dynamic scanning method straight to read the demonstration.uln2803a- driven dynamic scan showed straight time. temperature control circuit

7、 from temperature sensors and preset temperature value compared alarm circuit components, when measured temperature greater than preset temperature value, issued warning signal that the bright light emitting diodes. the system program mainly included the master routine, the temperature subroutine, t

8、he data renovates subroutine and so on. ds18b20 is a digital temperature sensor of single bus .it is producted by dallas cooperation . ds18b20 assembles temperature measure and a /d converter, exports digital signal directly, operation easily, better precise, protecting disturb, running steably and

9、so on. becausused the advanced version intelligence temperature sensor ds18b20 as the examine part, compared with the traditional thermometer, this digital thermometer reduced the exterior hardware electric circuit, has characteristic that the low cost and was easy to use. the ds18b20 thermometer al

10、so may used to the high temperature warning, the long-distance range multi- spots temperature measured aspect and so on temperature control carries on the application development, has the very good prospects for development. in addition, introduced the system debugging and the performance analysis.

11、keywords: microcontroller unit ; stc89c52; temperature sensor; ds18b20; 1-wire 目錄目錄 摘要 i abstract .ii 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及方案分析 .1 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求.1 1.2 設(shè)計(jì)總體方案及方案論證.1 1.3 溫度測(cè)量的方案與分析.1 1.31 芯片選擇 .1 1.32 實(shí)現(xiàn)方法簡介 .2 1.33 方案設(shè)計(jì) .2 第二章 芯片簡介 .4 2.1 stc89c52 芯片簡介 .4 2.11 引腳功能說明 .4 2.2 ds18b20 簡介 .7 2.21 芯片簡介 .7 2.22 ds18b20

12、 外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu).8 2.24 ds18b20 的工作時(shí)序.11 2.25 ds18b20 與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì).12 226 ds18b20 的各個(gè) rom 命令 .13 2.3 74hc595 簡介.15 2.31 芯片簡介 .15 2.32 74hc595 特點(diǎn)：.15 2.33 引腳圖及各引腳功能.16 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) .17 3.1 主控制電路和測(cè)溫控制電路原理圖 .17 3.2 驅(qū)動(dòng)電路與顯示電路模塊原理圖 .17 第四章 軟件編程與功能調(diào)試 .19 4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).19 4.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路.19 4.2.2 系統(tǒng)程序流圖 .20 4.3 系統(tǒng)的程

13、序.23 第四章 仿真分析與實(shí)物制作 .51 4.1 protues 軟件簡介 .51 4.2 實(shí)物制作.51 第五章 總結(jié) .52 致謝 .53 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及方案分析 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的溫度測(cè)量系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)的功能為： （1）測(cè)量溫度值精度為1。 （2）系統(tǒng)允許的誤差范圍為 1以內(nèi)。 （3）系統(tǒng)可由用戶預(yù)設(shè)溫度值，測(cè)溫范圍為55125。 1.2 設(shè)計(jì)總體方案及方案論證 在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測(cè)及控制，傳統(tǒng)的測(cè)溫元 件有熱電偶和熱點(diǎn)阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng) 的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試

14、復(fù)雜，制作成 本高。 本數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)采用美國 dallas 半導(dǎo)體公司繼 ds18b20 之后推出的 一種改進(jìn)智能溫度傳感器 ds18b20 作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為 55125，最大分辨率可達(dá) 0.0625。ds18b20 可以直接讀出被測(cè)量 的溫度值，而采用 3 線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本 和易使用的特點(diǎn)。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由 5 個(gè)模塊組成：主控制器 stc89c52，溫度傳感器 ds18b20，驅(qū)動(dòng)顯示電路。數(shù)字溫度計(jì)總體電路框圖 如圖 1-1 所示。 圖 1-1 總體電路圖 ds18b20 傳感器 顯示電 路 stc89c52 1.3 溫度測(cè)

15、量的方案與分析 1.31 芯片選擇 本設(shè)計(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)采用芯片 ds18b20， ds18b20 是 dallas 公司的最新 單線數(shù)字溫度傳感器，它的體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)，ds18b20 是世 界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，具有一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì) 的特點(diǎn)。采用智能溫度傳感器 ds18b20 作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為 55125，最大分辨率可達(dá) 0.0625。ds18b20 可以直接讀出被測(cè)量 的溫度值，而且采用 3 線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成 本和易使用的特點(diǎn)。 1.32 實(shí)現(xiàn)方法簡介 ds18b20 采用外接電源方式工作，一線測(cè)溫的一線與 st

16、c89c5289的 p3.7 連并加上上拉電阻使其工作，測(cè)出的數(shù)據(jù)存放在寄存器 10h-12h 中，將數(shù)據(jù) 經(jīng)過 bcd 碼轉(zhuǎn)換后送 led 顯示。具體實(shí)現(xiàn)步驟見軟件設(shè)計(jì)章節(jié)。 1.控制部分 單片機(jī) stc89s52 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口 就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用，系統(tǒng)應(yīng)用 三節(jié)電池供電。 2. 顯示部分 顯示電路采用 6 位共陰 7 段 led 數(shù)碼管，采用 74hc595 移位寄存器進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)，其中一個(gè)數(shù)碼管顯示通道數(shù)，另外 5 個(gè)數(shù)碼管顯示該通道的溫度值，實(shí)現(xiàn) 實(shí)時(shí) 測(cè)量。 3. 溫度采集部分 ds18b20 溫度傳感器是美

17、國 dallas 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智 能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫。這 一部分主要完成對(duì)溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由 ds18b20 數(shù)字溫度傳感器及 其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 把采集到的溫度通過數(shù) 據(jù)引腳傳到單片機(jī)的 p1.0 口，單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。此部分只用到 ds18b20 和單片機(jī)，硬件很簡單方案設(shè)計(jì) 。 1.33 方案設(shè)計(jì) 方案一： p1.0-p1.7 各與一個(gè) ds18b20 相連，實(shí)現(xiàn) 8 通道自動(dòng)溫度檢測(cè)系 統(tǒng)；其中一個(gè)數(shù)碼管顯示通道號(hào)，另外五個(gè)顯示溫度。 方案二：p2.5 與兩個(gè) ds18b

18、20 相連，p2.6 與另外兩個(gè) ds18b20 相連。用 一個(gè)開關(guān)顯示不同通道的溫度。其中顯示部分用 max72191011驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)數(shù)碼 管。方案比較:雖然方案二硬件系統(tǒng)比較簡單，但是軟件部分比較復(fù)雜。另外 鑒于現(xiàn)在的水平，故選擇比較簡單的方案一。 第二章 芯片簡介 2.1 stc89c52 芯片簡介 stc89c52 是美國 atmel 公司生產(chǎn)的低電平，高性能 cmos 8 位單片機(jī)，片 內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(perom)和 256 bytes 的隨機(jī)存取 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram ),器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)， 與標(biāo)準(zhǔn) mc

19、s-51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (cpu)和 flash 存儲(chǔ)單元，32 個(gè)可編程 i/o 口線, 3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器, 低 功耗空閑和掉電模式。功能強(qiáng)大的 stc89c52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制 應(yīng)用場(chǎng)合。 2.11 引腳功能說明 （1）vcc:電源電壓 （2）gnd:地 （3） p0 口：p0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 i/o 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù) 用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) ttl 邏輯門電路，對(duì) 端口 p0 寫“1”時(shí)可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分

20、時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低 8 位) 和數(shù)據(jù)總線復(fù)位，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 （4）p1 口:p1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 的輸出緩沖級(jí)可 驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè) tte 邏輯門電路。對(duì)端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉 電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上 拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(ill)。 與 at89c51 不同之處是，p1.0 和 p1.1 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 的外部 計(jì)數(shù)輸入(p 1.0/t2)和輸入(p 1.1/t2ex ),參見表 4-1。 flash 編程和程序校驗(yàn)期間，p1 接收低 8

21、 位地址。 表 2-1 p1.0 和 p1.1 的第二功能 引 腳 號(hào) 功能特性 p1.0 t2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入） ，時(shí)鐘輸出 p1.1 t2ex（定時(shí)/計(jì)數(shù) 2 捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制） （5）p2 口:p2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 的輸出緩沖級(jí) 可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè) ttl 邏輯門電路。對(duì)端口 p2 寫“1” ，通過內(nèi)部的 上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存 在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(ill)。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行 mov

22、x dptr 指令)時(shí)，p2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器(如執(zhí)行 movx ri 指令)時(shí)，p2 口輸出 p2 鎖存器的內(nèi)容。 （6）p3 口:p3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口。p3 口輸出緩沖 級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè) ttl 邏輯門電路。對(duì) p3 口寫入“1”時(shí)，它們 被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的 p3 口將用上拉 電阻輸出電流(ill)。 p3 口除了作為一般的 i/o 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 4- 2 所示。 （7）rst:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周

23、期以上高 電平將使單片機(jī)復(fù)位。 表 2-2 p3 口的第二功能 端口引 腳 第二功能 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 （外中斷 0）int0 p3.3 （外中斷 1）int1 p3.4 t0（定時(shí)/計(jì)數(shù) 0） p3.5 t1（定時(shí)/計(jì)數(shù) 1） p3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）wr p3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）rd （8）/vpp:外部訪問允許。欲使 cpu 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器(地址為 0000h-ea ffffh ) 。端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位 lb1 被編程，ea 復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存端狀態(tài)。ea 如端為高電平(接 vc

24、c 端)，cpu 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。ea flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v 的編程允許電源 vpp，當(dāng)然這必須 是該器件是使用 12v 編程電壓 vcc 。 （9）xtal1: :振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 （10）xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。 （11）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： stc89c52 有 256 個(gè)字節(jié)的內(nèi)部 ram,80h-ffh 高 128 個(gè)字節(jié)與特殊功能寄存 器(sfr)地址是重疊的，也就是高 128。 字節(jié)的 ram 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但在物理上它們是分開的。 當(dāng)一條指令訪問 7fh 以上的內(nèi)部地址單元時(shí)，指令中使用的

25、尋址方式是不 同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高 128 字節(jié)。 ram 還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功 能寄存器。 （12）中斷： stc89c52 共有 6 個(gè)中斷向量:兩個(gè)外中斷（int0 和 int1） ，3 個(gè)定時(shí)器中 斷(定時(shí)器 0, 1, 2)和串行口中斷。 （13）時(shí)鐘振蕩器: stc89c52 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 xtal1 和 xtal2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。 這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振 蕩器，振蕩電路參見圖 4-1（a）圖所示。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容

26、c1、c2 接在放大器的反饋回路中 構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，對(duì)外接電容 c1、c2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容 量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度 及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pf 士 10pf，而如果 使用陶瓷諧振器，建議選擇 40pf 士 l0pf。 (14) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 要想使單片機(jī)正常工作單片機(jī)最少包含的部分。如下圖: 圖 2-1：最小系統(tǒng) 2.2 ds18b20 簡介 2.21 芯片簡介 （1） 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0 v5.5v，在寄生電源方式下可由 數(shù)據(jù)線供電。 （2） 獨(dú)特的單線接口方式，ds18b20

27、 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即 可實(shí)現(xiàn)微處理器與 ds18b20 的雙向通訊。 （3） ds18b20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成 在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 （4） 測(cè)溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5。 （5） 可編程的分辨率為 912 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、0.25、 0.125和 0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 （6） 在 9 位分辨率時(shí)最多在 93.75ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12 位分辨率時(shí)最 多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 （7） 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給 cpu

28、，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。 （8） 負(fù)壓特性：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。 2.22 ds18b20 外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示，主要由 4 部分組成：64 位 rom、溫度傳 感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 th 和 tl、配置寄存器。ds18b20 的外形及管 腳排列如 2-3 及引腳定義如表 2-1. 圖 2-2 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) c i/o vdd 圖 2-3 ds18b20 的管腳排列 64 位 rom 和單線 接 口 高速緩存 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器和控制器 8 位 crc 生成器 溫度傳感器

29、低溫觸發(fā)器 tl 高溫觸發(fā)器 th 配置寄存器 電 源 檢 測(cè) 表 2-1 ds18b20 引腳定義： 序號(hào)名稱引腳功能描述 1gnd 地信號(hào) 2dq 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用 著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 3vdd 可選擇的 vdd 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必 須接地。 （1） 64 位 rom 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，每個(gè) ds18b20 的 64 位序列號(hào)均不相同。64 位 rom 的循環(huán)冗余校驗(yàn) 碼。rom 的作用是使每一個(gè) ds18b20 中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用

30、 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。ds18b20 溫度格式表 2-2 如下所示。 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 ds18b20 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 25.0625的數(shù)字輸出為 0191h，25.0625的數(shù)字輸出為 ff6fh。 表 2-2 ds18b20 溫度

31、值格式表 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 ls byte 2 3 2 2 212 0 2 1 2 2 2 3 2 4 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 ms byte s ssss 2 6 2 5 2 4 （2）高低溫報(bào)警觸發(fā)器 th 和 tl 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。 （3）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下表 2-3 所示。 表 2-3:配置寄存器結(jié)

32、構(gòu) tmr1r011111 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 用來設(shè)置分辨率，如下表 4-6 所示（ds18b20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位）。 （4）高速暫存器是一個(gè) 9 字節(jié)的存儲(chǔ)器。開始兩個(gè)字節(jié)包含被測(cè)溫度的數(shù)字 量信息；第 3、4、5 字節(jié)分別是 th、tl、配置寄存器的臨時(shí)拷貝，每一次上電 復(fù)位時(shí)被刷新；第 6、7、8 字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯 1；第 9 字節(jié)讀出的是前 面所有 8 個(gè)字節(jié)的 crc 碼，可用來保證通信正確。高速暫存器 ram 結(jié)構(gòu)

33、圖如下 表 2-4 所示。 表 2-4： 溫度分辨率設(shè)置表 r1r0 分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 00 9 位 93.75ms 01 10 位 187.5ms 10 11 位 375ms 11 12 位 750ms 2.24 ds18b20 的工作時(shí)序 ds18b20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化rom 操作指令存儲(chǔ)器操作指 令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序如圖 2-4 （a）（b）所 3 示。 表 2-5： ds18b20 暫存寄存器分布 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 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

34、器 4 保留 5 保留 6 保留 7 crc 校驗(yàn)值 8 圖 2-4（a）初始化時(shí)序 ds18b20 等待 ds18b20tx 產(chǎn) 生 15us16us 脈沖 60-240 主機(jī)復(fù)位脈沖 vcc 480ustx960us 主機(jī) rx min480us 1-wire bus gnd 主機(jī)控制 ds18b20 完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖 (最短為 480us 的低電平)，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)，ds18b20 在檢測(cè) 到 i/o 引腳上的上升沿之后，等待 15-60us 然后發(fā)出存在脈沖(60-240us 的低 電平)。 寫時(shí)間片：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信

35、號(hào)。在 15us 之內(nèi) 將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在 15us 到 60us 之間對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采 樣為高電平，就寫 1，如果為低電平，寫 0 就發(fā)生。在開始另一個(gè)寫周期前必 須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。 讀時(shí)間片:主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 1us 以上，再使數(shù)據(jù)線升為 高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號(hào)。主機(jī)在讀時(shí)間片下降沿之后 15us 內(nèi)完成讀位。 每個(gè)讀周期最短的持續(xù)期為 60us,各個(gè)讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平 恢復(fù) 圖 2-4（b）寫時(shí)序 主機(jī)寫“0”時(shí)隙 主機(jī)寫“1”時(shí)隙 vcc 60ustx120us 1ustxcc25mhz 2. 標(biāo)準(zhǔn)串行（spi）

36、接口 3. cmos 串行輸出，可用于多個(gè)設(shè)備的級(jí)聯(lián) 4. 低功耗：ta =25時(shí)，icc=4a（max） 2.33 引腳圖及各引腳功能 表 2-6 引腳功能 管腳編號(hào)管腳名管腳定義功能 1,2,3,4， 5,6,7,15 qa-qh 三態(tài)輸出管腳 8,16gnd,vcc 電源地，電源端 9,10sqh,sclr 串行數(shù)據(jù)輸出管腳 , 清零端 11sck 數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘線 12rck 數(shù)據(jù)輸出時(shí)鐘線 13oe 輸出使能 14si 數(shù)據(jù)線 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 3.13.1 主控制電路和測(cè)溫控制電路原理圖111213 主控制電路由 stc89c52 及外圍元件構(gòu)成，測(cè)溫電路由 ds18b20

37、。stc89c52 是此硬件電路設(shè)計(jì)的核心，通過 stc89c52 的管腳 p10-p17 與 8 個(gè) ds18b20 相 連，控制溫度的讀出和顯示。6 個(gè)數(shù)碼管與單片機(jī)的 p1 口相連，其中數(shù)碼管 1 顯示通道數(shù)，其他數(shù)碼管顯示這一通道所在的溫度值，從而實(shí)現(xiàn) 8 通道實(shí)時(shí)顯 示功能。硬件電路的功能都是與軟件編程相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。具體電路原理圖如 下圖 3-1 所示。 圖 3-1 主控制電路和測(cè)溫控制電路原理圖 3.2 驅(qū)動(dòng)電路與顯示電路模塊原理圖 驅(qū)動(dòng)電路由 74hc595 組成，通過網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào) p00-p07 與單片機(jī)相連，通過 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)與顯示電路數(shù)碼管相連，實(shí)現(xiàn)位控制功能。具體電路如下圖 3

38、-2 所示。 顯示部分由 6 個(gè)數(shù)碼管組成，其中一個(gè)數(shù)碼管顯示通道數(shù)，另外 5 個(gè)數(shù) 碼管顯示該通道的溫度，并且這 5 個(gè)數(shù)碼管分別和 74hc595 的輸出端相連。從 而達(dá)到實(shí)時(shí)顯示的目的。 圖 3-2 驅(qū)動(dòng)電路與顯示原理圖 第四章 軟件編程與功能調(diào)試 4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1415 4.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還 必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多 由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬 件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處 理等

39、。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與 s51 系列單片 機(jī)相對(duì)應(yīng)的 51 匯編語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。 程序設(shè)計(jì)語言16有三種：機(jī)器語言、匯編語言和高級(jí)語言。機(jī)器語言是機(jī) 器唯一能“懂”的語言，用匯編語言或高級(jí)語言編寫的程序（稱為源程序）最 終都必須翻譯成機(jī)器語言的程序（成為目標(biāo)程序） ，計(jì)算機(jī)才能“看懂” ，然后 逐一執(zhí)行。 高級(jí)語言是面向問題和計(jì)算過程的語言，它可通過于各種不同的計(jì)算機(jī)， 用戶編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語句的功 能強(qiáng)，常常一個(gè)語句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語言編制程序的 速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，但是

40、本系統(tǒng)卻選用了匯編語言。原因在于， 本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機(jī)微控制系統(tǒng)，使用匯編語言 可以不用像高級(jí)語言那樣占用較多的存儲(chǔ)空間，適合于存儲(chǔ)容量較小的系統(tǒng)。 同時(shí)，本系統(tǒng)對(duì)位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問題。 mcs51 指令系統(tǒng)的指令長度較短，它在存儲(chǔ)空間和執(zhí)行時(shí)間方面具有較 高的效率，編成的程序占用內(nèi)存單元少，執(zhí)行也非常的快捷，與本系統(tǒng)的應(yīng)用 要求很適合。而且 mcs51 指令系統(tǒng)有豐富的位操作（或稱位處理）指令，可 以形成一個(gè)相當(dāng)完整的位操作指令子集，這是 mcs51 指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)之 一。對(duì)于要求反應(yīng)靈敏與控制及時(shí)的工控、檢測(cè)等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)以及要求體積 小

41、、系統(tǒng)小的許多“電腦化”產(chǎn)品，可以充分體現(xiàn)出匯編語言簡明、整齊、執(zhí) 行時(shí)間短和易于使用的特點(diǎn)。 本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、復(fù)位應(yīng)答子程序、寫入子程 序、以及有關(guān) ds18b20 的程序（初始化子程序、寫程序和讀程序） 4.2.2 系統(tǒng)程序流圖 系統(tǒng)程序17主要包括主程序，讀出溫度子程序，復(fù)位應(yīng)答子程序，寫入子 程序等。 1）主程序 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理 ds18b20 的測(cè)量的 當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每 1s 進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度， 其程序流程見圖 4-1 所示。 通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開存放在不

42、同 的兩個(gè)單元中，然后通過調(diào)用顯示子程序顯示出來圖 4-1 主程序流程圖 開始 調(diào)用溫度子程 序 數(shù)字溫度變換 程序 顯示子程序 圖 4-2 讀出溫度子程序 2）讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 ram 中的 9 字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行 crc 校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。 ds18b20 的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能 達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來的是高位在后低位在前，共有 12 位數(shù)， 小數(shù) 4 位，整數(shù) 7 位，還有一位符號(hào)位。 3）復(fù)位、應(yīng)答子程序 圖 4-3 復(fù)位、應(yīng)答子程序 跳過 rom 匹配命令 寫入子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令

43、顯示子程序(延時(shí)) 寫入子程序 寫入子程序 ds18b20 復(fù)位、應(yīng)答子程 序 ds18b20 復(fù)位、應(yīng)答子程 序 跳過 rom 匹配命令 讀溫度命令子程序 終 止 4）寫入子程序 圖 4-4 寫入子程序 開始 p1.0 口清 0 延時(shí) 537us p1.0 口置 1 標(biāo)志位置 1 50us 是否有低電 平 有 234us 低電 平 p1.0 口置 1 終止 標(biāo)志位置 1 是 否 4.3 系統(tǒng)的程序 clr p3.7 main:mov 38h,#00h mov 39h,#00h mov 3ah,#00h mov 3bh,#00h lcall get_temper lcall temprro m

44、ov p2,#06h lcall pro ;- 進(jìn)位 c 清 0 p1.0 清 0 延時(shí) 12us 帶進(jìn)位右移 延時(shí) 46us p1.0 置 0 r2 是否為 0 終止 開始 mov 38h,#00h mov 39h,#00h mov 3ah,#00h mov 3bh,#00h lcall get_temper2 lcall temprro mov p2,#5bh lcall pro ;- mov 38h,#00h mov 39h,#00h mov 3ah,#00h mov 3bh,#00h lcall get_temper3 lcall temprro mov p2,#4fh lcall p

45、ro ;- mov 38h,#00h mov 39h,#00h mov 3ah,#00h mov 3bh,#00h lcall get_temper4 lcall temprro mov p2,#66h lcall pro ;- mov 38h,#00h mov 39h,#00h mov 3ah,#00h mov 3bh,#00h lcall get_temper5 lcall temprro mov p2,#6dh lcall pro ;- mov 38h,#00h mov 39h,#00h mov 3ah,#00h mov 3bh,#00h lcall get_temper6 lcall

46、temprro mov p2,#7dh lcall pro ;- mov 38h,#00h mov 39h,#00h mov 3ah,#00h mov 3bh,#00h lcall get_temper7 lcall temprro mov p2,#07h lcall pro ;- mov 38h,#00h mov 39h,#00h mov 3ah,#00h mov 3bh,#00h lcall get_temper8 lcall temprro mov p2,#7fh lcall pro ljmp main ;=chl1 get_temper: setb p1.0h ; 定時(shí)入口 bcd:

47、lcall init_1820 jb 00h,s22 ljmp bcd ; 若 ds18b20 不存在則返回 s22: lcall delay1 mov a,#0cch ; 跳過 rom 匹配-0cc 命令 lcall write_1820 mov a,#44h ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 lcall write_1820 nop lcall delay1 cba:lcall init_1820 jb 00h,abc ljmp cba abc:lcall delay1 mov a,#0cch ; 跳過 rom 匹配 lcall write_1820 mov a,#0beh ; 發(fā)出讀溫度命令 lca

48、ll write_1820 lcall read_18200 ;read_1820 ret ;= read_1820: mov r2,#8 re1: clr c setb p1.0h nop nop clr p1.0h nop nop nop setb p1.0h mov r3,#7 djnz r3,$ mov c,p1.0h mov r3,#23 djnz r3,$ rrc a djnz r2,re1 ret ;= write_1820: mov r2,#8 clr c wr1: clr p1.0h mov r3,#6 djnz r3,$ rrc a mov p1.0h,c mov r3,#

49、23 djnz r3,$ setb p1.0h nop djnz r2,wr1 setb p1.0h ret ;= read_18200: mov r4,#2 ; 將溫度高位和低位從 ds18b20 中讀出 mov r1,#31h ; 低位存入 30h(temper_l),高位存入 31h(temper_h) re00: mov r2,#8 re01: clr c setb p1.0h nop nop clr p1.0h nop nop nop setb p1.0h mov r3,#7 djnz r3,$ mov c,p1.0h mov r3,#23 djnz r3,$ rrc a djnz

50、r2,re01 mov r1,a dec r1 djnz r4,re00 ret ;= init_1820: setb p1.0h nop clr p1.0h mov r0,#250 tsr1: djnz r0,tsr1 ; 延時(shí) 520us setb p1.0h mov r0,#25h ;96us-25h tsr2: djnz r0,tsr2 jnb p1.0h,tsr3;如 d0 為低則復(fù)位成功，ds18b20 存在 ljmp tsr4 ; 延時(shí) tsr3: setb 00h ; 置標(biāo)志位,表示 ds1820 存在 ljmp tsr5 tsr4: clr 00h ; 清標(biāo)志位,表示 ds1

51、820 不存在 ljmp tsr7 tsr5: mov r0,#06bh ;200us tsr6: djnz r0,tsr6 ; 延時(shí) tsr7: setb p1.0h ;拉高總線 ret ;= get_temper2: setb p1.1h ; 定時(shí)入口 bcd2: lcall init_18202 jb 00h,s222 ljmp bcd2 ; 若 ds18b20 不存在則返回 s222: lcall delay1 mov a,#0cch ; 跳過 rom 匹配-0cc 命令 lcall write_18202 mov a,#44h ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 lcall write_18202

52、 nop lcall delay1 cba2:lcall init_18202 jb 00h,abc2 ljmp cba2 abc2:lcall delay1 mov a,#0cch ; 跳過 rom 匹配 lcall write_18202 mov a,#0beh ; 發(fā)出讀溫度命令 lcall write_18202 lcall read_182002 ;read_1820 ret ;= read_18202: mov r2,#8 re12: clr c setb p1.1h nop nop clr p1.1h nop nop nop setb p1.1h mov r3,#7 djnz r

53、3,$ mov c,p1.1h mov r3,#23 djnz r3,$ rrc a djnz r2,re12 ret ;= write_18202: mov r2,#8 clr c wr12: clr p1.1h mov r3,#6 djnz r3,$ rrc a mov p1.1h,c mov r3,#23 djnz r3,$ setb p1.1h nop djnz r2,wr12 setb p1.1h ret ;= read_182002: mov r4,#2 ; 將溫度高位和低位從 ds18b20 中讀出 mov r1,#31h ; 低位存入 30h(temper_l),高位存入 31

54、h(temper_h) re002: mov r2,#8 re012: clr c setb p1.1h nop nop clr p1.1h nop nop nop setb p1.1h mov r3,#7 djnz r3,$ mov c,p1.1h mov r3,#23 djnz r3,$ rrc a djnz r2,re012 mov r1,a dec r1 djnz r4,re002 ret ;= init_18202: setb p1.1h nop clr p1.1h mov r0,#250 tsr12: djnz r0,tsr12 ; 延時(shí) 520us setb p1.1h mov

55、r0,#25h ;96us-25h tsr22: djnz r0,tsr22 jnb p1.1h,tsr32;如 d0 為低則復(fù)位成功，ds18b20 存在 ljmp tsr42 ; 延時(shí) tsr32: setb 00h ; 置標(biāo)志位,表示 ds1820 存在 ljmp tsr52 tsr42: clr 00h ; 清標(biāo)志位,表示 ds1820 不存在 ljmp tsr72 tsr52: mov r0,#06bh ;200us tsr62: djnz r0,tsr62 ; 延時(shí) tsr72: setb p1.1h ;拉高總線 ret ;= get_temper3: setb p1.2h ; 定

56、時(shí)入口 bcd3: lcall init_18203 jb 00h,s223 ljmp bcd3 ; 若 ds18b20 不存在則返回 s223: lcall delay1 mov a,#0cch ; 跳過 rom 匹配-0cc 命令 lcall write_18203 mov a,#44h ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 lcall write_18203 nop lcall delay1 cba3:lcall init_18203 jb 00h,abc3 ljmp cba3 abc3:lcall delay1 mov a,#0cch ; 跳過 rom 匹配 lcall write_18203 mov

57、 a,#0beh ; 發(fā)出讀溫度命令 lcall write_18203 lcall read_182003 ;read_1820 ret ;= read_18203: mov r2,#8 re13: clr c setb p1.2h nop nop clr p1.2h nop nop nop setb p1.2h mov r3,#7 djnz r3,$ mov c,p1.2h mov r3,#23 djnz r3,$ rrc a djnz r2,re13 ret ;= write_18203: mov r2,#8 clr c wr13: clr p1.2h mov r3,#6 djnz r3

58、,$ rrc a mov p1.2h,c mov r3,#23 djnz r3,$ setb p1.2h nop djnz r2,wr13 setb p1.2h ret ;= read_182003: mov r4,#2 ; 將溫度高位和低位從 ds18b20 中讀出 mov r1,#31h ; 低位存入 30h(temper_l),高位存入 31h(temper_h) re003: mov r2,#8 re013: clr c setb p1.2h nop nop clr p1.2h nop nop nop setb p1.2h mov r3,#7 djnz r3,$ mov c,p1.2h

59、 mov r3,#23 djnz r3,$ rrc a djnz r2,re013 mov r1,a dec r1 djnz r4,re003 ret ;= init_18203: setb p1.2h nop clr p1.2h mov r0,#250 tsr13: djnz r0,tsr13 ; 延時(shí) 520us setb p1.2h mov r0,#25h ;96us-25h tsr23: djnz r0,tsr23 jnb p1.2h,tsr33;如 d0 為低則復(fù)位成功，ds18b20 存在 ljmp tsr43 ; 延時(shí) tsr33: setb 00h ; 置標(biāo)志位,表示 ds18

60、20 存在 ljmp tsr53 tsr43: clr 00h ; 清標(biāo)志位,表示 ds1820 不存在 ljmp tsr73 tsr53: mov r0,#06bh ;200us tsr63: djnz r0,tsr63 ; 延時(shí) tsr73: setb p1.2h ;拉高總線 ret ;= get_temper4: setb p1.3h ; 定時(shí)入口 bcd4: lcall init_18204 jb 00h,s224 ljmp bcd4 ; 若 ds18b20 不存在則返回 s224: lcall delay1 mov a,#0cch ; 跳過 rom 匹配-0cc 命令 lcall w