單片機課程設計溫度采集與顯示

1、單片機課程設計1、課程設計目的(1)利用單片機及相應溫度傳感器設計單檢測節(jié)點或多檢測節(jié)點數(shù)字溫度計(2)精度誤差：0.5攝氏度以內(nèi)；測溫范圍：10-50攝氏度(3)led數(shù)碼管或lcd直接顯示(4)完成對設計系統(tǒng)測試2、數(shù)字溫度計正文 摘要:隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個領域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術，本文主要介紹了一個基于89c52單片機的測溫系統(tǒng)，詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器ds18b20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，對各部分的電路也一一進行介紹，該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)溫度采集和顯示，并

2、可根據(jù)需要任意設定上下限報警溫度，使用起來相當方便，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈颓度肫渌到y(tǒng)中，作為其at89c52結合最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應用前景。本文將介紹一種基于單片機往制的數(shù)字溫度計，本溫度計屬于多功能溫度計，可以設置上下報警溫度，當溫度不在設置范圍內(nèi)時，可以報警。關鍵詞:單片機，數(shù)字控制，溫度計，dsibb20, at89c522.1引言隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會對各種信息參數(shù)的準確度和精確度的要求都有了幾何級的增長，而如何準確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術)、信息傳輸(通信技術)和信息處理

3、(計算機技構中，傳感器屬于信息技術的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術，在我國各領域己經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器模擬集成溫度傳感器智能溫度傳感器目前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世的，它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術（ate）的結晶，特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控制器(mcu)。社會的

4、發(fā)展使人們對傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機的基礎上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，本文將介紹智能集成溫度傳感器ds18b20的結構特征及控制方法，并對以此傳感器，at89c52單片機為控制器構成的數(shù)字溫度測量裝置的工作原理及程序設計作了詳細的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計相比，其具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫要求比較準確的場所，或科研實驗室使用。該設計控制器使用atmbl公司的at89c52單片

5、機，測溫傳感器使用dallas公司ds18b20，用液晶來實現(xiàn)溫度顯示。2.2系統(tǒng)方案論證該系統(tǒng)主要由溫度測量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，實現(xiàn)的方法有很多種，下面將列出一種在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的實現(xiàn)方案：2.2.1系統(tǒng)設計方案數(shù)字溫度芯片ds18b20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化.便于單片控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。ds18b20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計ds18b20和微控制器at89c52構成的溫度測量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號，可直接與計算機連接。這樣，測溫系統(tǒng)的結構就比較簡單體積也不大。采用51單片機控制，軟件編程的自由度大，可通過控制

6、工作，還可以與pc機通信上傳數(shù)據(jù)，另外at89c52在工業(yè)控制上也有著廣泛的應用，編程技術及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 該系統(tǒng)利用at89c52芯片控制溫度傳感器ds18b20進行實時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設定上下限報警溫度該系統(tǒng)擴展性非常強，它可以在設計中加入時鐘芯片ds1302以獲取時間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時顯示時間，并可以利用at24c16芯片作為存儲器件，以此來對某些時間點的溫度數(shù)據(jù)進行存儲，利用鍵盤來進行調(diào)時和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過max232芯片與計算機的rs232接口進行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數(shù)據(jù)。2.2.1.1 數(shù)字溫度計

7、設計方案論證由于本設計是測溫電路，可以使用溫度傳感器利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，在其內(nèi)部進行a/d轉換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，將被測溫度顯示出來，這種設計不需要用到a/d轉換電路，感溫電路比較容易，所以采用了溫度傳感器ds18b20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉換，就可以滿足設計要求。2.2.2 方案的總體設計框圖溫度計電路設計總體設計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機at89c52,溫度傳感器采用ds18b20，用3位led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。 單片機 溫度傳感器led顯示溫度時鐘震蕩溫度報警單片機復位 圖l

8、 總體設計方框圖2.3系統(tǒng)器件的選擇和性能介紹2.3.1單片機的性能介紹at89c52單片機為40引腳雙列直插式封裝。引腳排列和邏輯符號如圖2所示：各引腳功能簡單介紹vcc:供電電壓gnd:接地p0口:p0口為一個8位漏級開路雙向1/o口，每個管腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳寫“1”時，被定義為高阻態(tài)輸入。po能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位. 在flash編程時，po口作為原碼輸入口，當flash進行校驗時，po輸出原碼，此時po外部電位必須被拉高p1口:p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向1/0口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流.p1口管腳寫入“1

9、后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。圖2 at89c52單片機引腳圖p2口:p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，p2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當p2口用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特

10、殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口:p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入，“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流(ill)，也是由于上拉的緣故，p3口也可作為at89c52的一些特殊功能口：p3.0 rdx(串行輸入口)p3.1 rdx(串行輸出口)p3.2 into(外部中斷0)p3.3 into(外部中斷1)p3.4 t0(記時器0外部輸入)p3.5 tl(記時器1外部輸入)p3.6 wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)p3.7 rd（外部

11、數(shù)據(jù)存儲器讀選通) 同時p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst:復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog:當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，al王端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部偷出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfrbeh地址上置0。此時，ale只有在執(zhí)行movx或movc指令時ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如

12、果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。psen: 外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期psen兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的psen信號將不出現(xiàn).ea/vpp:當ea保持低電平時，訪問外部rom；注意加密方式1時，ea將內(nèi)部鎖定為reset；當ea端保持高電平時，訪問內(nèi)部rom。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源(vpp)。 xtal1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入xtal2:來自反向振蕩器的輸出。 2.3.2溫度傳感器的選擇和性能介紹這里采用dallas公司的數(shù)字溫度傳感器ds18b20作為測溫元件 2

13、.3.2.1 ds18b20性能介紹dallas最新單線數(shù)字溫度傳感器ds18b20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟。dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器ds18b20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為-55+125攝氏度，可編程為9位12位轉換精度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，分辨率設定參數(shù)以及用戶設定的報警溫度存儲在eeprom中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出:其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生:多個ds18b20可以并聯(lián)到3根或2根線上，cpu只需一根端

14、口線就能與諸多ds18b20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 ds18b20的性能特點如下: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ds18b20支持多點組網(wǎng)功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫ds18b20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0-5.5v，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電測溫范圍-55+1

15、25，在-10+85時精度為+/-0.5零待機功耗可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快用戶可定義報警設置報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度(溫度報警條件)的器件測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給cpu，同時可傳送crc校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作以上特點使dsisb20非常適用與多點、遠距離溫度檢測系統(tǒng)。dsisb20

16、內(nèi)部結構主要由四部分組成:64位光刻rom、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器th和tl、配置寄存器。ds18b20的管腳排列、各種封裝形式如圖4.2所示，dq為數(shù)據(jù)輸?shù)遁敵鲆_.開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源;gdn為地信號；vdd為可選擇的vdd引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。其電路圖3所示： 圖 3外部封裝形式和傳感器電路圖2.3.2.2 ds18b20使用中的注意事項ds18b20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題: ds18b20從測溫結束到將溫度值轉換成數(shù)字量需要一定的轉換時

17、間，這是必須保證的，不然會出現(xiàn)轉換錯誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示85。在實際使用中發(fā)現(xiàn)，應使電源電壓保持在5v左右，若電源電壓過低，會使所測得的溫度精度降低。較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于ds1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對ds1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果在使用pl/m、c等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對ds1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。在ds18b20的有關資料中均未提及單總線上所掛ds18b20數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個ds18b20，在實際應用中并非如此，當單總線上所掛ds18b20超過8個時，

18、就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。在ds18b20測溫程序設計中，向ds18b20發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待ds18b20的返回信號，一旦某個ds18b20接觸不好或斷線，程序讀該ds18b20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)，這一點接和軟件設計時也要給予一定的重視。 2.3.2.3 ds18b20內(nèi)部結構圖4為ds18b20的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光rom單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器(內(nèi)含便箋式ram)，用于存儲用戶設定的溫度上下限值的th和tl觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼(crc)發(fā)生器等七部分

19、。ds18b20采用3腳pr-35封裝或8腳soil封裝，其內(nèi)部結構框圖如圖4所示： 圖4 ds18b20內(nèi)部結構64位rom的結構開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的crc檢驗碼，這也是多個ds18320可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器th和tl，可通過軟件寫入報警上下限。 ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存ram和一個非易失性的可電擦除的eeram。高速暫存ram的結構為8字節(jié)的存儲器，結構如圖3所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)th和tl的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第5個字節(jié)，為

20、配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。ds18b20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖5所示。低5位一直為1，tm是工作模式位，用于設置ds18b20在工作模式還是在測試模式，ds18b20出廠時該位被設置為0，用戶要去改動，r1和ro決定溫度轉換的精度位數(shù)，來設置分辨率。 圖5 ds18b20字節(jié)定義 表1 ds18b20溫度轉換時問表 由表1可見，ds18b20溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。高速暫存ram的第6、7, 8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)

21、讀出前面所有8字節(jié)的crc碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性當ds18b20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625/ lsb形式表示。表2 lsb和msb的位定義當符號位s=0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制;當符號位s=1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表3是一部分溫度值對應的二進制溫度數(shù)據(jù)。ds18b20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與ran中的th,

22、 t l字節(jié)內(nèi)容作比較。若t th或ttl，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應。因此，可用多只ds18b20同時測量溫度并進行報警搜索。 在64位rom的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼(crc)。主機rom的前56位來計算crc值，井和存入ds18b20的crc值作比較，以判斷主機收到的rom數(shù)據(jù)是否正確。ds18020的測溫原理是這樣的器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率隨溫度變化明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，ds18b2

23、0就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度側量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55c所對應的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1i溫度寄存器中，計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55c所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振所產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的數(shù)值減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振所產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到0時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)器門仍未關閉就重復上述

24、過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。 表3 一部分溫度對應值表ds18b20有六條控制命令，如表所示:指令約定代碼操作說明溫度轉換44h啟動ds18b20進行溫度轉換讀暫存器beh讀暫存器9個字節(jié)內(nèi)容寫暫存器4eh將數(shù)據(jù)寫入暫存器的th, tl字節(jié)復制暫存器48h把暫存器的th, tl字節(jié)寫到e2rah1中重新調(diào)e2ramb8h把e2rah1中的th, tl字節(jié)寫到暫存器th, tl字節(jié)讀電源供電方式b4h啟動ds18b20發(fā)送電源供電方式的信號給主cpu 2.3.2.4 ds18b20的通信協(xié)議 ds18b20器件要求采用嚴格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號類型:復位脈

25、沖，應答脈沖時隙；寫0，寫1時隙；讀0，讀1時隙。a)復位和應答脈沖時隙每個通信周期起始于微控制器發(fā)出的復位脈沖，其后緊跟ds18b20發(fā)出的應答脈沖，在寫時隙期間，主機向ds18b20器件寫入數(shù)據(jù)，而在讀時隙期間，主機讀入來自ds18b20的數(shù)據(jù)。在每一個時隙，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。b)寫時隙當主機將單總線dq從邏輯高拉到邏輯低時，即啟動一個寫時隙，所有的寫時隙必須在60120us完成，且在每個循環(huán)之間至少需要1us的恢復時間。時隙期間，微控制器在整個時隙中將總線拉低;而寫1時隙期間，微控制器將總線拉低，然后在時隙起始后15us之釋放總線。c)0讀時隙ds18b20器件僅在主機發(fā)出讀時隙時，

26、才向主機傳輸數(shù)據(jù)。在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生時隙，以便ds18b20能夠傳輸數(shù)據(jù)。每個讀時隙都由主機發(fā)起，至少拉低總線1us。在主機發(fā)起讀時隙之后，ds18b20器件才開始在總線上發(fā)送0或1，若ds18b20發(fā)送1，則保持總線為高電平。若發(fā)送為0，則拉低總線當發(fā)送0時，ds18b20在該時隙結束后，釋放總線，由上拉電阻將總線拉回至高電平狀態(tài)ds18b20發(fā)出的數(shù)據(jù)，在起始時隙之后保持有效時間為15us。另外，由于ds18b20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要，系統(tǒng)對ds18b20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為:初使化ds18b20(發(fā)復位脈沖) 發(fā)r

27、om勸能命令 發(fā)存儲器操作命令 處理數(shù)據(jù)。2.3.3 ds18b20溫度傳感器與單片機的接口電路ds18b20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時ds18b20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖5所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的ds18b20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個mosfet管來完成對總線的上拉。 當s18b20處于寫存儲器操作和溫度a/d轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時問最大為10us。采用寄生電源供電方式時vdd端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的.圖5 ds18b20與單片機連接2.4 系

28、統(tǒng)整體硬件電路2.4.1 主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，單片機主板電路等，見附錄。其中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時led數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示。2.4.2 顯示電路顯示電路是使用74hc373鎖存器和74ls138譯碼器分別控制段選和位選，利用動態(tài)顯示。好處是led數(shù)碼管數(shù)量大時，電路簡單。2.4.3 溫度報警電路本設計的發(fā)揮部分，是加入了報警，如果我們所設計的系統(tǒng)是監(jiān)控某一設備，當設備的溫度超過我們所設定的溫度值時，系統(tǒng)會產(chǎn)生報警.報警時由單片機產(chǎn)生一定頻率的脈沖，由p2.7引腳輸出，p2.7外接一只

29、pnp的三極管來驅(qū)動楊聲器發(fā)出聲音，以便操作員來維護，從而達到報警的目的。如下圖. 圖6 溫度報警電路2.5 系統(tǒng)軟件2.5.1 程序分析主機發(fā)送(tx)一復位脈沖（最短為480 us）的低電平信號。接著主機使釋放此線并進入接收方式(rx)總線經(jīng)過4.7k的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測到i/引腳上的上升沿之后,ds18b20等待1560us并且接著發(fā)送脈沖(60240us的低電平信號)。然后以存在復位脈沖表示dsi8b20已經(jīng)推備好發(fā)送或接收，然后給出正確的rom命令和存儲操作命令的數(shù)據(jù)。ds1sb20通過使用時間片來讀出和寫入數(shù)據(jù)時間片用于處理數(shù)據(jù)位和進行何種指定操作的命令。它有寫時間片

30、和讀時間片兩種：寫時間片：當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時，產(chǎn)生寫時間片，有兩種類型的寫時間片:寫1時間片和寫0時間片。所有時間片必須有60微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為l微秒的恢復時間。讀時間片:從dsi8b20讀數(shù)據(jù)時，使用讀時間片。當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時產(chǎn)生讀時間片。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少1微秒來自ds18b20的輸出數(shù)據(jù)在時間下降沿之后的15微秒內(nèi)有效。為了讀出從讀時間片開始算起15ms的狀態(tài)，主機必須停止把引腳驅(qū)動拉至低電平。在時間片結束時，i/o引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回高電平.所有讀時向片的最短持續(xù)期為60微秒,包括兩個讀周期間至少

31、lus的恢復時間。一旦主機檢測到dsi8b20的存在，它便可以發(fā)送一個rom操作命令，所有rom操作命令均為8位長。所有的串行通訊，讀寫每一位數(shù)據(jù)都必須嚴格遵守器件的時序邏輯來編程，同時還必須遵守總線命令序列,對單總線的ds18b20芯片來說，訪問每個器件都要遵守下列命令序列:首先是初始化，其次執(zhí)行rom命令；最后是執(zhí)行功能命令(rom命令和功能命令后面以表格形式給出)。如果出現(xiàn)序序混亂，則單總線器件不會響應主機。當然，搜索rom命令和報警搜索命令、在執(zhí)行兩者中任何一條命令后，要返回初始化。2.5.2 各程序設計與實現(xiàn)2.5.2.1 主程序主程序需要調(diào)用5個子程序，各模塊程序功能如下:ds18

32、b20復位程序：每次重新從ds18b20讀數(shù)據(jù)時需要系統(tǒng)復位ds18b20寫命令程序：ds18b20有六條控制命令，通過此程序來進行控制ds18b20ds18b20讀1字節(jié)程序：從引腳接收數(shù)據(jù)并保存數(shù)據(jù)讀出溫度程序:對ds18b20進行讀數(shù)據(jù)，并進行處理溫度數(shù)據(jù)處理程序:向5個led送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分其中因為ds18b20有兩個，所以前4個子程序分別有兩個，對應相應的ds18b20。主流程圖見圖7。其中主程序的源程序為：void main()dp=1;while(1)for(w1=0;w15;w1+)for(w2=0;w250;w2+)init1();p2=3;p0=0x06;temp=

33、read_temperature1();display1();for(w3=0;w35;w3+)for(w4=0;w450;w4+)init2();p2=3;p0=0x5b;temp=read_temperature2();display2();2.5.2.2 ds18b20復位程序每次重新從ds18b20讀數(shù)據(jù)時都需要系統(tǒng)復位，這是為了防止原來的操作影響新的數(shù)據(jù)的正確性。且因為at89c52工作在12m晶振下，機器周期大約為600us。復位時序：復位要求主cpu數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放。ds18b20收到信號后等待1660us左右，后發(fā)出60240us的存在低脈沖，主cpu收到此信號表

34、示復位成功。復位流程圖見圖8.源程序:void init1()dq1=1;delay(8);dq1=0;delay(80); dq1=1;delay(15); 圖7 主流程圖 圖8 復位流程圖2.5.2.3 ds18b20寫命令程序?qū)憰r序均起始于主機拉低總線，產(chǎn)生寫1時序的方式：主機在拉低總線后，接著必須在15us之內(nèi)釋放總線。產(chǎn)生寫0時序的方式:在主機拉低總線后，只需在整個時序期間保特低電平即可（至少60us）。在寫字節(jié)程序中的寫一位的時候，沒有按照通常的分別寫0時序和寫1時序，而是把兩者結合起來，當主機拉低總線后在15us之內(nèi)將要寫的位c給dq。如果c是高電平，滿足15us內(nèi)釋放總線的要求

35、；如果c是低電平，則dq=0這條語句仍然是把總線拉在低電平，最后都通過延時58us,完成一個寫時序（寫時序o或?qū)憰r序1)過程.寫時間時序:當主機把數(shù)據(jù)從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時候，寫時間隙開始，有兩種寫時間隙，寫1時間隙和寫0時間隙。所有寫時間隙必須最少持續(xù)60us，包招兩個寫周期至少1us的恢復時間。i/o線電平變低后，ds18b20在一個15us到60us的窗口內(nèi)對i/o線采樣。如果線上是高電平，就寫1.如果是低電平，就寫0.主機要生成一個寫0時間隙，必須把數(shù)據(jù)緩拉到低電平然后釋放，在寫時間隙開始后的15us內(nèi)允許數(shù)據(jù)線拉到高電平。主機要生成一個寫0時間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平并保存

36、60us。每個讀時隙部由主機發(fā)起，至少拉低總線1us，在主機發(fā)起讀時序之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送0或1。所有讀時序至少需要60us。寫命令流程圖見圖9。源程序:假設要寫1b的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)放在dat中/向1-wire 總線上寫1個字節(jié)void write_byte1(int dat) /寫一個字節(jié)for(i=0;i=1;delay(4);2.5.2.4 ds18b20讀1字節(jié)程序讀時間時序：當從ds18b20讀數(shù)據(jù)時，主機生成讀時間隙。當主機把數(shù)據(jù)從高電平拉到低電平時，寫時間隙開始，數(shù)據(jù)線必領保持至少1us;從ds18b20輸出的數(shù)據(jù)在讀時間隙的下降沿出現(xiàn)后15us內(nèi)有效.因此，主機在讀

37、時間隙開始后必須把i/o腳驅(qū)動拉為的電平保持l5us，以讀取i/o腳狀態(tài)。在讀時間隙的結尾，i/o引腳將被外部上拉電阻拉到高電平。所有讀時間隙必須最少60us,包括兩個讀周期至少1us的恢復時間。讀數(shù)據(jù)流程圖見圖10。源程序:從總線上取1個字節(jié)int read_byte1() /讀一個字節(jié)for(k=0;k=1;dq1=1; /釋放總線if(dq1)value=value|0x80;delay(4);return value;圖10 讀數(shù)據(jù)流程圖 圖9 寫命令流程圖2.5.2.5讀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)，在讀出時需進行crc校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫

38、。把讀到的數(shù)據(jù)分別轉化成整數(shù)部分和小數(shù)部分。當符號位為1，即溫度為零下時，進行報警程序。其程序流程圖如圖11所示.源程序：int read_temperature1() /讀溫度函數(shù)init1();write_byte1(0xcc); /跳過rom命令write_byte1(0x44); /寫轉換指令delay(300);init1();write_byte1(0xcc);write_byte1(0xbe); /寫讀溫度指令lsb=read_byte1();msb=read_byte1();ss=msb&0x0f8;if(ss=0x00)msb4; /整數(shù)部分elsedp=0;delay(50

39、);dp=1;p2=7;p0=table0;msb=0x00;return msb; 圖11 讀溫度程序流程圖2.5.2.6 溫度數(shù)據(jù)處理程序溫度數(shù)據(jù)處理部分在硬件上使用74hc373鎖存器和74ls138譯碼器分別控制段選和位選，利用動態(tài)顯示。好處是led數(shù)碼管數(shù)量大時，電路簡單。而軟件部分則通過向74ls138譯碼器發(fā)送信號選中某個led后再將相應的數(shù)據(jù)發(fā)給74hc373鎖存器進行顯示。本設計運用了5個led，其中第1個為兩個ds18b20的序號，第2個顯示“”，后三個為溫度，其中最后一位為小數(shù)部分。如當前1號ds18b20所測得的溫度為30.5，則顯示“130.5”。而且，當溫度不在10

40、50之間時，蜂鳴器響且燈亮。源程序：void display1() /顯示函數(shù)while(msb50)dp=0;delay(50);dp=1;p2=7;p0=table0;read_temperature1();p2=4;p0=0x40;delay_50us(5);p2=5;p0=tabletemp/10+1;delay_50us(5);p2=6; /整數(shù)部分顯示p0=tabletemp%10+1|0x80;delay_50us(5);lsb=lsb&0x0f;p2=7;p0=tablelsb%10+1; /小數(shù)部分顯示delay_50us(5);2.5.3 整體源程序#includesbit

41、 dq1=p13;sbit dq2=p14;/溫度輸入口sbit dp=p12;int table=0xff,0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,i,k,value,msb,lsb,temp,ss,w1,w2,w3,w4;void delay_50us(int m)int j;for(;m0;m-)for(j=5;j0;j-);void delay(int t)while(t-);/*ds18b20復位函數(shù)*/void init1()dq1=1;delay(8);dq1=0;delay(80); /大約600u秒，在12m晶振下d

42、q1=1;delay(15);/*ds18b20寫命令函數(shù)*/向1-wire 總線上寫1個字節(jié)void write_byte1(int dat) /寫一個字節(jié)for(i=0;i=1;delay(4);/*ds18b20讀1字節(jié)函數(shù)*/從總線上取1個字節(jié)int read_byte1() /讀一個字節(jié)for(k=0;k=1;dq1=1; /釋放總線if(dq1)value=value|0x80;delay(4);return value;/*讀出溫度函數(shù)*/int read_temperature1() /讀溫度函數(shù)init1();write_byte1(0xcc); /跳過rom命令write_

43、byte1(0x44); /寫轉換指令delay(300);init1();write_byte1(0xcc);write_byte1(0xbe); /寫讀溫度指令lsb=read_byte1();msb=read_byte1();ss=msb&0x0f8;if(ss=0x00)msb4; /整數(shù)部分?elsedp=0;delay(50);dp=1;p2=7;p0=table0;msb=0x00;return msb;/*溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)*/void display1() /顯示函數(shù)while(msb50)dp=0;delay(50);dp=1;p2=7;p0=table0;read_temp

44、erature1();p2=4;p0=0x40;delay_50us(5);p2=5;p0=tabletemp/10+1;delay_50us(5);p2=6; /整數(shù)部分顯示p0=tabletemp%10+1|0x80;delay_50us(5);lsb=lsb&0x0f;p2=7;p0=tablelsb%10+1; /小數(shù)部分顯示delay_50us(5);/*ds18b20復位函數(shù)*/void init2()dq2=1;delay(8);dq2=0;delay(80); /大約600u秒，在12m晶振下dq2=1;delay(15);/*ds18b20寫命令函數(shù)*/向1-wire 總線上寫1個字節(jié)void write_byte2(int dat) /寫一個字節(jié)for(i=0;i=1;delay(4);/*ds18b20讀1字節(jié)函數(shù)*/從總線上取1個字節(jié)int read_byte2() /讀一個字節(jié)for(k=0;k=1;dq2=1; /釋放總線if(dq2)value=value|0x80;delay(4);return value;/*讀出溫度函數(shù)*/int read_temperature2() /讀溫度函數(shù)init2();write_byte2(0xcc); /跳過rom命令write_byte2(0x44); /寫轉換指令delay(300);init2();wr