基于dsb數(shù)字溫度計(jì)最終修改畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目：基于DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名：屈志喬學(xué) 號(hào)：系 （院）：電子與信息工程系專(zhuān) 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)班 級(jí)：2011級(jí) 指導(dǎo)教師姓名及職稱(chēng)：起止時(shí)間：年 月 年 月目 錄1 緒論11.1 溫度計(jì)的介紹11.2選題的目的和意義、11.2.1選題的目的11.2.2選題的意義22 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)方案22.1 設(shè)計(jì)方案的確立及論證22.1.1 溫度傳感器DS18B20的選擇22.1.2 單片機(jī)STC89C52的選擇33 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)33.1 主控制器33.1.1 STC89C52的介紹43.1.2 DS18B20的介紹103.1.3 DS18B20

2、使用的注意事項(xiàng)173.2 DS18B20與單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)173.3 顯示電路的設(shè)計(jì)183.3.1方案一：數(shù)碼管顯示183.3.2方案二：液晶顯示193.3.3 顯示電路224 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)224.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容224.1.1主程序234.1.2 讀出溫度子程序234.1.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序244.1.4 計(jì)算溫度子程序244.1.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序254.1.6 溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法264.2 匯編源程序264.2.1 DS18B20的各條ROM命令265 調(diào)試及性能分析285.1 系統(tǒng)的調(diào)試285.2 性能分析28致 謝30參考文獻(xiàn)31附錄32基于DS18B20的數(shù)字溫度

3、計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化2008級(jí)1班：羅文釗指導(dǎo)老師：彭昕昀 講師1 緒論1.1 溫度計(jì)的介紹溫度計(jì)是測(cè)溫儀器的總稱(chēng)。根據(jù)所用測(cè)溫物質(zhì)的不同和測(cè)溫范圍的不同，有煤油溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、溫差電偶溫度計(jì)、輻射溫度計(jì)和光測(cè)溫度計(jì)等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的需要，測(cè)溫技術(shù)也不斷地改進(jìn)和提高。由于測(cè)溫范圍越來(lái)越廣，根據(jù)不同的要求，又制造出不同需要的測(cè)溫儀器。下面介紹幾種。氣體溫度計(jì)多用氫氣和氦氣作測(cè)溫物質(zhì)，因?yàn)闅錃夂秃獾囊夯瘻囟群艿?，接近于絕對(duì)零度，故它的測(cè)溫范圍很廣。這種溫度計(jì)精確度很高，多用于精密測(cè)量。電阻溫度計(jì)分為金屬電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體電阻溫度計(jì)，都是

4、根據(jù)電阻值隨溫度的變化這一特性制成的。金屬溫度計(jì)主要有用鉑、金、銅、鎳等純金屬的及銠鐵、磷青銅合金的；半導(dǎo)體溫度計(jì)主要用碳、鍺等。電阻溫度計(jì)使用方便可靠，已廣泛應(yīng)用。它的測(cè)量范圍為-260至600左右。溫差電偶溫度計(jì)是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)用的測(cè)溫儀器。利用溫差電現(xiàn)象制成。兩種不同的金屬絲焊接在一起形成工作端，另兩端與測(cè)量?jī)x表連接，形成電路。把工作端放在被測(cè)溫度處，工作端與自由端溫度不同時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，因而有電流通過(guò)回路。通過(guò)電學(xué)量的測(cè)量，利用已知處的溫度，就可以測(cè)定另一處的溫度。這種溫度計(jì)多用銅康銅、鐵康銅、鎳銘康銅、金鉆銅、鉑銠等組成。它適用于溫差較大的兩種物質(zhì)之間，多用于高溫和低濁測(cè)量。有

5、的溫差電偶能測(cè)量高達(dá)3000的高溫。有的能測(cè)接近絕對(duì)零度的低溫。1.2選題的目的和意義1.2.1選題的目的 利用單片機(jī)STC89C52和溫度傳感器DS18B20設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)計(jì)溫度計(jì)，能夠測(cè)量-55 +125之間的溫度值，用LCD液晶屏直接顯示，誤差在±0.5以?xún)?nèi)，同時(shí)要求使用的元器件數(shù)目最少。通過(guò)這次設(shè)計(jì)能夠更加了解數(shù)字溫度計(jì)的工作原理和熟悉單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，鞏固所學(xué)的知識(shí)。1.2.2選題的意義 單片機(jī)是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的，由于它具有體積小、功能強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化、智能

6、化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要利用單片機(jī)和LCD液晶顯示屏設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字顯示的溫度計(jì)。選題的意義在于通過(guò)這次設(shè)計(jì)可以將平時(shí)在課堂上學(xué)到的關(guān)于單片機(jī)的知識(shí)應(yīng)用與實(shí)踐中，而且更加深入的認(rèn)識(shí)到單片機(jī)在現(xiàn)代生活和生產(chǎn)中的重要性。2 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)方案的確立及論證功能要求：數(shù)字式溫度計(jì)測(cè)溫范圍在-55+125，誤差在±0.5以?xún)?nèi)，采用LCD液晶屏顯示，直接讀取測(cè)溫值。方案論證：2.1.1 溫度傳感器DS18B20的選擇方案一：水銀溫度計(jì) 在生活中我們經(jīng)常看到水銀溫度計(jì)，它只能作為就地監(jiān)督的儀表，用它來(lái)測(cè)量溫度時(shí)，由于讀數(shù)時(shí)用眼睛觀察，主觀因素

7、大，容易造成誤差大，而且不同是水銀溫度計(jì)量程不同，在讀數(shù)前需要看清它的最小分度值，還有它有熱慣性，需要等到溫度計(jì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后才能讀數(shù)，比較麻煩，并且水銀有毒，不小心打破后接觸到水銀，對(duì)人體傷害大，所以危險(xiǎn)性較高。方案二：傳統(tǒng)測(cè)溫元件 傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻。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，其缺點(diǎn)有：硬件電路復(fù)雜；軟件調(diào)試復(fù)雜；制作成本高。方案三：DS18B20傳感器測(cè)溫 本設(shè)計(jì)采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件 DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用三線(xiàn)制與

8、單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有成本低和易使用的特點(diǎn)。2.1.2 單片機(jī)STC89C52的選擇 STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，內(nèi)置看門(mén)狗定時(shí)器，而且STC89C52可降到0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持兩種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)存被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。而且STC89C52的工作電壓為3.3V，因此可以用來(lái)開(kāi)發(fā)三節(jié)5號(hào)電池供電的便攜式產(chǎn)品。和AT89S52單片機(jī)的對(duì)比： STC89C52RC

9、單片機(jī): 8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間； 512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間； 內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間； 可直接使用串口下載。 AT89S52單片機(jī): 8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間； 256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間； 沒(méi)有內(nèi)帶EEPROM存儲(chǔ)空間。因此選用STC89C52更適合。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成；主控制器、測(cè)溫電路和顯示電路。 數(shù)字溫度計(jì)總體設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)框圖如2.1圖所示：DS18B20STC89C52主控制器顯示電路掃描驅(qū)動(dòng) 圖2.1 數(shù)字溫度計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 主控制器單片機(jī)STC89C52具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的特點(diǎn)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，

10、12時(shí)鐘機(jī)器周期和6時(shí)鐘機(jī)器周期可以任意選擇。3.1.1 STC89C52的介紹STC89C52簡(jiǎn)介：STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。實(shí)物如3.1圖所示：STC89C52引腳及特點(diǎn)：STC89C52的引腳如圖3.2所示： 圖3.2 芯片引腳功能1. STC89C52引腳功能說(shuō)明Vcc（40引腳）:電源電壓。V

11、ss（20引腳）：接地。P0端（P0.0P0.7，3932引腳）：P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫(xiě)入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入，在訪(fǎng)問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線(xiàn)。此時(shí)，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1端口（P1.0P1.7，18引腳）：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸

12、入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 此外，P1.0和P1.1還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部技術(shù)輸入(P1.0/T2)和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX),具體如表3.1所示:表3.1 P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能 P2端口(P2.0P2.7,2128引腳);P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口.P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。P2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和16位地址

13、的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“MOVXDPTR”指令）時(shí)，P2送出高8位地址。在訪(fǎng)問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“MOVXR1”指令）時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容，在整個(gè)訪(fǎng)問(wèn)期間不會(huì)改變。 在對(duì)Flash ROM編程和程序校驗(yàn)期間，P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3端口（P3.0P3.7，1017引腳）：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。P3作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一個(gè)電流。 在對(duì)Flash ROM編程或程序校驗(yàn)時(shí)，P3還接收一些控制

14、信號(hào)。 P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，如表3.2所示：表3.2 P3口引腳復(fù)用功能RST（9引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來(lái)完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，RST引腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無(wú)效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG (30引腳):地址鎖存控制信號(hào)(ALE)是訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳（PROG ）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外

15、部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無(wú)效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位（地址位8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器在外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 PSEN（29引腳）：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89C51RC從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP（31引腳）：訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。

16、為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA必須接GND。注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。2.特殊功能寄存器 STC89C52除了有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1之外,還增加了一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的控制與狀態(tài)位位于T2CON，如表3.3所示：表3.3 特殊功能寄存器T2CON的描述T2CON 地址=0C8H 可位尋址 復(fù)位值=00H定時(shí)

17、器2是一個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。通過(guò)設(shè)置特殊功能寄存器T2CON中的C/T2位，可將其作為定時(shí)器或計(jì)數(shù)器（特殊功能寄存器T2CON的功能說(shuō)明如表3.4所示）。表3.4 定時(shí)/計(jì)數(shù)器2控制器寄存器各位功能說(shuō)明 定時(shí)器2有3種操作模式：捕獲、自動(dòng)重新裝載（遞增或遞減計(jì)數(shù)）和波特率發(fā)生器，這3種模式由T2CON中的位進(jìn)行選擇，如表3.5所示： 表3.5 定時(shí)器2工作方式3.STC89C52單片機(jī)的主要特征（1）增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。（2）工作電壓:5.5V3.3V(5V單片機(jī))/3.8V2.0V(3V單片機(jī))。（3）工作頻

18、率范圍:040MHz,相當(dāng)于普通8051的080MHz,實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。（4）用戶(hù)應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)。（5）片上幾成512字節(jié)RAM。（6）通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線(xiàn)擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。（7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶(hù)程序，數(shù)秒即可完成一片。（8）具有EEPROM功能。（9）具有看門(mén)狗功能。（10）共有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T

19、2。（11）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。（12）通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART。（13）工作溫度范圍;-40+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）。（14）PDIP封裝。4. STC89C52單片機(jī)的工作模式（1）掉電模式：典型功耗0.1A，可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序。（2）空閑模式：典型功耗2mA。（3）正常工作模式：典型功耗4mA7mA。（4）掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備。3.1.2 DS18B20的介紹1.DS18B20簡(jiǎn)介Dalla

20、s的最新單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)稱(chēng)新的“一線(xiàn)器件”體積更小、使用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。Dallas半導(dǎo)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(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器。一線(xiàn)總線(xiàn)獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18b20、DS1822“一線(xiàn)總線(xiàn)”數(shù)字化溫度傳感器同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，測(cè)量溫度范圍為-55+125，在-10+85范圍內(nèi)，精度為±0.5。DS1822的精度較差為±2?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)

21、場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。其實(shí)物圖如3.3圖所示：圖3.3 DS18B20的實(shí)物管腳分布圖2.DS18B20引腳及特點(diǎn) （1）引腳功能說(shuō)明GND是地址信號(hào)；DQ是數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，開(kāi)漏單總線(xiàn)接口引腳，當(dāng)被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線(xiàn)方式時(shí)接地）。（2）DS18B20功能特點(diǎn)采用單總線(xiàn)技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根I/O線(xiàn)，在一根線(xiàn)上可以?huà)旖佣鄠€(gè)DS18B20。每只DS18B20具有一個(gè)獨(dú)有的，不可

22、修改的64位序列號(hào)，根據(jù)序列號(hào)訪(fǎng)問(wèn)地應(yīng)的器件。低壓供電，電源范圍從3.05.5V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線(xiàn)竊取電源（寄生電源方式）。測(cè)溫范圍為-55+125，在-10+85范圍內(nèi)誤差為±0.5。可編輯數(shù)據(jù)為912位，轉(zhuǎn)換12位溫度時(shí)間為750ms（最大）。用戶(hù)可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度。報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件。DS18B20的分辨率由用戶(hù)通過(guò)EEPROM設(shè)置為912位。DS18B20可將檢測(cè)到溫度值直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過(guò)串行通信的方式與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。3.DS1

23、8B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能 DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如3.5圖所示，主要包括：寄生電源，溫度傳感器，64位ROM和單總線(xiàn)接口，存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器RAM，用于存儲(chǔ)用戶(hù)設(shè)定溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器，存儲(chǔ)與控制邏輯，8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等7部分。如圖3.4所示：圖3.4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）64位激光ROM 每一個(gè)DS18B20包括一個(gè)唯一個(gè)64位長(zhǎng)的ROM編碼。64位ROM的位結(jié)構(gòu)如下圖3.5所示。開(kāi)始的8位是單線(xiàn)產(chǎn)品系列編碼（DS1820編碼是10h）；接著的48位是每個(gè)器件唯一的系列號(hào)；最后的8

24、位是開(kāi)始56位CRC檢驗(yàn)碼。64位ROM和ROM操作控制部分允許DS18B20作為一個(gè)單線(xiàn)器件工作并遵循“單線(xiàn)總線(xiàn)系統(tǒng)”一節(jié)中所詳述的單線(xiàn)協(xié)議。知道ROM操作協(xié)議被滿(mǎn)足，DS18B20控制部分的功能是不可訪(fǎng)問(wèn)的。單線(xiàn)總線(xiàn)主機(jī)必須首先操作五種ROM操作命令之一：1、Read ROM（讀ROM），2、Match ROM（匹配（ROM），3、Search ROM（搜索ROM），4、Skip ROM（跳過(guò)ROM），或5、Alarm Search（告警搜索）。在成功地執(zhí)行了ROM操作序列之后DS18B20特定的功能便可訪(fǎng)問(wèn)，然后總線(xiàn)上主機(jī)可提供六個(gè)存儲(chǔ)器和控制功能命令之一。8位檢驗(yàn)CRC 48位序列號(hào)

25、8位工廠代碼（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB圖3.5 64位ROM結(jié)構(gòu)框圖（3）運(yùn)用報(bào)警信號(hào) 在DS18B20完成溫度變換之后，溫度值與貯存在TH和TL內(nèi)的觸發(fā)值相比較。因?yàn)檫@些寄存器僅僅是8位，所以0.5位在比較時(shí)被忽略。TH或TL的最高比較位直接對(duì)應(yīng)于16位溫度寄存器的符號(hào)位。如果溫度測(cè)量的結(jié)果高于TH或低于TL，那么器件內(nèi)告警標(biāo)志將置位。每次溫度測(cè)量更新此標(biāo)志。只要告警標(biāo)志置位，DS18B20將對(duì)告警搜索命令做出響應(yīng)。這允許并聯(lián)接許多DS18B20，同時(shí)進(jìn)行溫度測(cè)量。如果某處溫度超過(guò)極限，那么可以識(shí)別出正在告警的器件并立即將其讀出而不必讀出非告警的器件。（4）C

26、RC產(chǎn)生 DS18B20有一存貯在64位ROM的最高有效字節(jié)內(nèi)的8位CRC?？偩€(xiàn)上的主機(jī)可以根據(jù)64位ROM的前56位計(jì)算機(jī)CRC的值并把它與存貯在DS18B20內(nèi)的值進(jìn)行比較以決定ROM的數(shù)據(jù)是否已被主機(jī)正確地接收。CRC的等效多項(xiàng)式函數(shù)為：CRC=X8+X5+X4+1 （公式3.1） DS18B20也利用與上述相同的多項(xiàng)式函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)8位CRC值并把此值提供給總線(xiàn)的主機(jī)以確認(rèn)數(shù)據(jù)字節(jié)的傳送。在使用CRC來(lái)確認(rèn)數(shù)據(jù)傳送的每一種情況中，總線(xiàn)主機(jī)必須使用上面給出的多項(xiàng)式函數(shù)計(jì)算CRC的值并把計(jì)算所得的值或者與存貯在DS18B20的64位ROM部分中的8位CRC值（ROM讀數(shù)），或者與DS18B2

27、0中計(jì)算得到的8位CRC值（在讀暫存存貯器中時(shí)，它作為第九個(gè)字節(jié)被讀出），進(jìn)行比較。CRC值的比較和是否繼續(xù)操作都由總線(xiàn)主機(jī)來(lái)決定。當(dāng)存貯在DS18B20內(nèi)或由DS18B20計(jì)算得到的CRC值與總線(xiàn)主機(jī)產(chǎn)生的值不相符合時(shí)，在DS18B20內(nèi)沒(méi)有電路來(lái)阻住命令序列的繼續(xù)執(zhí)行。（5）存貯器 DS18B20的存貯器由一個(gè)高速暫存（便箋式）RAM和一個(gè)非易失性、電可擦除EEPROM組成，后者存貯高溫度和低溫度觸發(fā)器TH和TL。暫存存貯器有助于在單線(xiàn)通信時(shí)確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)首先寫(xiě)入暫存存貯器，在那里它可以被讀回。當(dāng)數(shù)據(jù)被校驗(yàn)之后，復(fù)制暫存存貯器的命令把數(shù)據(jù)傳送到非易失性EEPROM。這一過(guò)程確保了更

28、改存貯器時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為9字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如3.6圖所示。前2字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息。第3和第4字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)刷新。第5字節(jié)為配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)個(gè)位的定義如3.7圖所示，其中，低5位一直為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(hù)不要去改動(dòng)；R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來(lái)設(shè)置分辨率，其定義方法見(jiàn)表3.6：表3.6 DS18B20分辨率R1 R0 分辨率

29、/位 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms0 0 9 93.750 1 10 187.51 0 11 3751 1 12 750表3.6 DS18B20分辨率的定義和規(guī)定 由表3.6可見(jiàn)，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長(zhǎng)，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。 圖3.6 高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖 高速暫存的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)是前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。如表3.7所示：表3.7 配置寄存器位定義當(dāng)DS18B20接受到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符

30、號(hào)擴(kuò)張的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在暫存RAM的第1、2字節(jié)中。 單片機(jī)可以通過(guò)單線(xiàn)接口讀出數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)是，低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625/LSB形式表示。溫度值格式如圖3.7所示：低字節(jié) 高字節(jié) 圖3.7 溫度數(shù)據(jù)值格式 圖中，S表示符號(hào)位。當(dāng)S=0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。表3.8是部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度表示數(shù)據(jù)。表3.8 DS18B20溫度與表示值對(duì)應(yīng)表 DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較，若TTH或TTL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志

31、位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令做出響應(yīng)。因此，可用多個(gè)DS18B20同時(shí)測(cè)得溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。 在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值，并與存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。4.DS18B20的測(cè)溫原理 如圖3.8所示，圖中低溫度系數(shù)振蕩器的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。圖3.8 DS18B20測(cè)溫原理圖 圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系

32、數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，并重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如此循環(huán)，知道減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度計(jì)數(shù)器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。圖3.9中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程的非線(xiàn)形性，直到溫度寄存器達(dá)到被測(cè)

33、溫度值。另外，DS18B20單線(xiàn)通信功能是分時(shí)完成的，有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀/寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（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)。3.1.3 DS18B20使用的注意事項(xiàng)DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線(xiàn)少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： (1)較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程

34、序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS1820操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 (2)在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線(xiàn)上所掛DS1820數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以?huà)烊我舛鄠€(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線(xiàn)上所掛DS1820超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 (3)連接DS1820的總線(xiàn)電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線(xiàn)電纜改為雙絞線(xiàn)帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線(xiàn)帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線(xiàn)分布電容使信號(hào)波形

35、產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS1820進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線(xiàn)分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。 (4)在DS1820測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線(xiàn)，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。3.2 DS18B20與單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì) DS18B20可以采用兩種供電方式：一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的第1引腳接地，第2引腳作為信號(hào)線(xiàn)，第3引腳接電源；另外一種是寄生電源供電方式，如圖3.9所示。單片機(jī)端口接單

36、線(xiàn)總線(xiàn)，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線(xiàn)的上位。圖3.9 DS18B20采用寄生電源的電路圖當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線(xiàn)上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最長(zhǎng)為500ms。采用寄生電源供電方式時(shí)，VDD和GND端接地。由于單線(xiàn)制只有一根線(xiàn)，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。3.3 顯示電路的設(shè)計(jì)3.3.1方案一：數(shù)碼管顯示數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等

37、等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線(xiàn)GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成

38、“8”字型的器件，引線(xiàn)已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃和公共電極。如圖3.10所示：圖3.10 八段數(shù)碼管圖數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線(xiàn)控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮

39、。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.3.2方案二：液晶顯示1602LCD液晶簡(jiǎn)介1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它有若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的

40、間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱耍运荒茱@示圖形。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16×2，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。1602LCD的特性（1）+5V電壓，對(duì)比度可調(diào)。（2）內(nèi)含復(fù)位電路。（3）提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。（4）有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM。（5）內(nèi)建有160個(gè)5×7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。（6）8個(gè)可由用戶(hù)自定義的5×7的字符發(fā)生器CGROM。（7）字符型LCD1602通常有14條引腳線(xiàn)或16條引腳線(xiàn)的LCD，多出來(lái)的2條線(xiàn)是

41、背光電源線(xiàn)VCC（15腳）和地線(xiàn)（16腳），如表3.9所示：表3.9 液晶1602引腳表1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如下表3.10所示：表3.10 1602的控制指令 指令1：清顯示，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移，S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍

42、。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。R/L，高向左，低向右。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為8位總線(xiàn)，低電平時(shí)為4位總線(xiàn) N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。（有些模塊是 DL：高電平時(shí)為8位總線(xiàn)，低電平時(shí)為4位總線(xiàn)）指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置，地址：字符地址*8+字符行數(shù)。(將一個(gè)字符分成5*8點(diǎn)陣，一次寫(xiě)入一行，8行就組成一個(gè)字符)指令8：置顯示地址，第一行為：80H8FH,第二行為：C0HCFH。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊

43、不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫(xiě)數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。3.3.3 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路如圖3.11所示：圖3.11 1602液晶接線(xiàn)圖液晶屏的軟件編程控制操作主要包含初始化，寫(xiě)指令和寫(xiě)數(shù)據(jù)三個(gè)部分。凡是寫(xiě)到液晶屏內(nèi)部，用來(lái)控制液晶屏顯示的內(nèi)容都屬于指令。寫(xiě)入到液晶屏后能直接顯示出來(lái)的結(jié)果就屬于數(shù)據(jù)。兩種方案相比較，硬件方面方案二明顯比方案一簡(jiǎn)單，而且手工制作容易實(shí)現(xiàn)，而且液晶顯示具有穩(wěn)定性，不容易出現(xiàn)硬件出錯(cuò)。軟件方面，兩種方案的軟件設(shè)計(jì)都比較容易實(shí)現(xiàn)。綜上所述，方案二適合本設(shè)計(jì)，所以采用方案二。4 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子

44、程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。4.1.1主程序 主程序主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出處理DS18B20的測(cè)量溫度值。溫度測(cè)量每1秒進(jìn)行一次。主程序流程圖如圖4.1所示：開(kāi)始調(diào)用顯示子程序是否到一秒是否初次上電讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新初始化發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令圖4.1 主程序流程圖4.1.2 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)須進(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(xiě)。讀出溫度子程序流程圖如圖4.2所示：圖4.2 讀出溫度子程序流程圖4.1.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，

45、當(dāng)采用12位分辨率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms。在本程序設(shè)計(jì)中，采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖4.3所示：發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令結(jié)束圖4.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖4.1.4 計(jì)算溫度子程序 計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定。計(jì)算溫度子程序流程圖如圖4.4所示：圖4.4 計(jì)算溫度子程序流程圖4.1.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高數(shù)據(jù)顯示位為0時(shí)，將符號(hào)顯示位移入下一位。顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖如圖4.5所示：圖4.5 顯示

46、數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖4.1.6 溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法 從DS18B20讀取出的二進(jìn)制值必須轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制值，才能用于字符的顯示。DS18B20的轉(zhuǎn)換精度為912位，為了提高精度采用12位。在采用12位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，溫度寄存器里的值是以0.0625為步進(jìn)的，即溫度值為寄存器里的二進(jìn)制值乘以0.0625，就是實(shí)際的十進(jìn)制溫度值。 通過(guò)觀察表4.1可以發(fā)現(xiàn)，一個(gè)十進(jìn)制與二進(jìn)制間有很明顯的關(guān)系，就是把二進(jìn)制的高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一字節(jié)，這個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制化為十進(jìn)制后，就是溫度值的百、十、個(gè)位字節(jié)，所以二進(jìn)制值范圍是0F，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制小數(shù)就是0.0625的倍數(shù)（015倍）。這樣需要4位的數(shù)

47、碼管來(lái)表示小數(shù)部分。實(shí)際應(yīng)用不必這么高的精度，采用1位數(shù)碼管來(lái)顯示小數(shù)，可以精確到0.1。表4.1 二進(jìn)制與十進(jìn)制的近似對(duì)應(yīng)關(guān)系表4.2 源程序4.2.1 DS18B20的各條ROM命令 （1）Read ROM33H。這條命令允許總線(xiàn)控制器獨(dú)到DS18B20的8位系列編碼、唯一的序列號(hào)和8位CRC碼。只要在總線(xiàn)上存在單只DS18B20時(shí)，才能使用該命令。如果總線(xiàn)上有不止一個(gè)從機(jī)，則當(dāng)所有從機(jī)試圖同時(shí)傳送信號(hào)時(shí)就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開(kāi)路連在一起形成相“與”的效果）。（2）Match ROM55H.這是一條匹配ROM命令,后跟64位ROM序列,讓總線(xiàn)控制器在多點(diǎn)總線(xiàn)上定位一只特定的DS18B20.

48、只有與64位ROM序列完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)隨后的存儲(chǔ)器操作.所有與64位ROM序列不匹配的從機(jī)都將等待復(fù)位脈沖.這條命令在總線(xiàn)上有單個(gè)或多個(gè)器件時(shí)都可以使用.(3)Skip ROM0CCH.這條命令允許總線(xiàn)控制器不用提供64位ROM編碼就使用存儲(chǔ)器操作命令,在單點(diǎn)總線(xiàn)情況下,可以節(jié)省時(shí)間.如果總線(xiàn)上不止一個(gè)從機(jī),則在Skip ROM命令之后跟著發(fā)一條讀命令.由于多個(gè)從機(jī)同時(shí)傳送信號(hào),所以總線(xiàn)上就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突(漏極開(kāi)路下拉效果相當(dāng)于相“與”)。（4）Search ROM0F0H。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)初次啟動(dòng)時(shí)，總線(xiàn)控制器可能并不知道單線(xiàn)總線(xiàn)上有多少個(gè)器件或它們的64位ROM編碼。搜索ROM命

49、令允許總線(xiàn)控制器用排除法識(shí)別總線(xiàn)上的所有從機(jī)的64位編碼。（5）Alarm Search0ECH。這條命令的流程與Search ROM相同。然而，只有在最近一次測(cè)溫后遇到符合報(bào)警條件的情況下，DS18B20才會(huì)響應(yīng)這條命令。報(bào)警條件定義為溫度高于TH或低于TL。只要DS18B20不掉電，報(bào)警狀態(tài)將一直保持，直到再一次測(cè)得的溫度值達(dá)不到報(bào)警條件。（6）Write Scratchpad4EH。這條命令向DS18B20的暫存器TH和TL中寫(xiě)入數(shù)據(jù)?？梢栽谌魏螘r(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令來(lái)中止寫(xiě)入。（7）Read Scratchapad0BEH。這條命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從第一字節(jié)開(kāi)始，一直進(jìn)行下去，知道第

50、九字節(jié)（CRC）讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，則控制器可以在任何時(shí)間發(fā)出復(fù)位命令來(lái)中止讀取。（8）Copy Scratchpad48H。這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到DS18B20的E²PROM存儲(chǔ)器里，即把溫度報(bào)警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲(chǔ)器里。如果總線(xiàn)控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時(shí)間隙，而DS18B20又忙于把暫存器拷貝到E²PROM存儲(chǔ)器，則DS18B20就會(huì)輸出一個(gè)0；如果拷貝結(jié)束，則DS18B20輸出1。如果使用寄生電源，則總線(xiàn)控制器必須在這條命令發(fā)出后立即啟動(dòng)強(qiáng)上拉，并最少保持10ms。（9）Convert T44H。這條命令啟動(dòng)一次溫度轉(zhuǎn)換而無(wú)需其他數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換

51、命令被執(zhí)行后DS18B20保持等待狀態(tài)。如果總線(xiàn)控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時(shí)間隙，而DS18B20又忙于做時(shí)間轉(zhuǎn)換，則DS18B20將在總線(xiàn)上輸出0；如果溫度轉(zhuǎn)換成功，則輸出1。如果使用寄生電源，則總線(xiàn)控制器必須在發(fā)出這條命令后立即啟動(dòng)強(qiáng)上拉，并保持500ms以上時(shí)間。（10）Recall E²0B8H。這條命令把報(bào)警觸發(fā)器里的值拷貝回暫存器。這種拷貝操作在DS18B20上電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行，這樣器件一上電暫存器里馬上就存在有效的數(shù)據(jù)了。若在這條命令發(fā)出之后發(fā)出讀數(shù)據(jù)隙，器件會(huì)輸出溫度轉(zhuǎn)換忙的標(biāo)識(shí)：0表示忙；1表示完成。（11）Read Power Supply0B4H。若把這條命令發(fā)

52、給DS18B20后發(fā)出讀時(shí)間隙，器件會(huì)返回它的電源模式0:0表示寄生電源；1表示外部電源。5 調(diào)試及性能分析5.1 系統(tǒng)的調(diào)試硬件調(diào)試比較簡(jiǎn)單，首先檢查電路的焊接是否正確，然后可以用萬(wàn)用表測(cè)試或通電檢測(cè)。軟件程序使用keil2軟件進(jìn)行編程與編譯，Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。下載軟件使用的是STC-ISP，STC-ISP是一款單片機(jī)下載編程燒錄軟件，是針對(duì)STC系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，可下載到STC89系列和12C2052型單片機(jī)。如下圖5.1所示：圖

53、5.1 STC-ISP的操作界面圖5.2 性能分析 性能測(cè)試可用制作的溫度計(jì)和已有的成品溫度計(jì)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量比較。由于DS18B20的精度很高，所以誤差指標(biāo)可以限制在±0.5以?xún)?nèi)。 另外，-55+125的測(cè)量范圍使得該溫度計(jì)完全適合一般的應(yīng)用場(chǎng)合，其低壓供電特性可以做成電池供電的手持電子溫度計(jì)。 DS18B20溫度計(jì)還可以在高低溫報(bào)警、遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測(cè)溫控制等方面進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)注意一下問(wèn)題： DS18B20工作時(shí)電流高達(dá)1.5mA，總線(xiàn)上掛接點(diǎn)數(shù)較多且同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)要考慮增加總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)，可用單片機(jī)端口在溫度轉(zhuǎn)換時(shí)導(dǎo)通一個(gè)MOSFET供電。 連接DS18B20的總線(xiàn)電纜是有長(zhǎng)度限制的，因此在用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線(xiàn)分布電容和阻抗匹配等問(wèn)題。 在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)。一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或短線(xiàn)，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接