畢業(yè)設(shè)計-基于單片機的糧倉溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計論文基于AT89C51單片機的糧倉溫度控制系統(tǒng)系別自動化工程系專業(yè)測控技術(shù)與儀器班級姓名指導(dǎo)教師2009年5月5日基于單片機的糧倉溫度控制系統(tǒng)摘要隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。糧食是人類生存的必需品，溫度是保存好糧食的先決條件，儲存大量的糧食對穩(wěn)定國民經(jīng)濟的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。糧庫一般較大，測量點會很多。糧倉溫度測量方法以及相應(yīng)的智能控制一直是糧食保存的一個重要問題。該系統(tǒng)是以AT89C51單片機和DS18B20數(shù)值溫度傳感器為核心組成的糧倉溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用AT89C51單片機采集了各個溫度點的溫度，實現(xiàn)溫度顯示、報警等功能。它以AT89C51單片機為主控制芯片，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20實現(xiàn)多路溫度的檢測，利用LCD1602液晶顯示器形象直觀的顯示測出的溫度值。本文在確定法設(shè)計方案基礎(chǔ)上，著重論述了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，并且描述了系統(tǒng)電路設(shè)計、硬件設(shè)計框圖及所使用各種芯片功能和特性。通過PROTEUS軟件和KEILC仿真出了該系統(tǒng)。關(guān)鍵詞單片機DS18B20液晶顯示鍵盤報警TEMPERATURECONTROLSYSTEMOFTHEGRANARYBASEDONSINGLECHIPAUTHORMUXIQINGTUTORFANLINAABSTRACTALONGWITHTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERTECHNOLOGYRAPIDDEVELOPMENT,THEMICROCONTROLLEROBTAINEDTHEWIDESPREADAPPLICATIONINEACHDOMAINTHEGRAINISTHEHUMANSURVIVALESSENTIALITEM，THETEMPERATUREISTHEPRECONDITIONOFPRESERVINGTHEGRAINWELL,STORINGUPTHEMASSIVEGRAINPLAYSACRUCIALROLEINTHEDEVELOPMENTOFTHESTABLENATIONALECONOMYPROVISIONROOMISGENERALLYBIG,SOTHEREWILLBEALOTOFMEASUREMENTPOINTSGRAINTEMPERATUREMEASUREMENTMETHODANDTHECORRESPONDINGINTELLIGENTCONTROLOFFOODPRESERVATIONHASBEENANIMPORTANTISSUETHESYSTEMISBASEDONAT89C51SINGLECHIPANDNUMERICALTEMPERATURESENSORDS18B20,WHICHCOMPOSITETHECORETEMPERATURECONTROLSYSTEMTHISSYSTEMHASGATHEREDEACHTEMPERATUREUSINGAT89C51MONOLITHICINTEGRATEDCIRCUIT,WHICHREALIZESFUNCTIONSTEMPERATUREDISPLAYANDALARMFUNCTIONSANDSOONITTAKESAT89C51MONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITASMAINCONTROLCHIP,WHICHUSESDIGITTEMPERATURESENSORDS18B20TOREALIZETHEMULTICHANNELTEMPERATUREDETECTIONSTEMPERATUREVALUEWHICHDETERMINESISDISPLAYEDUSINGTHELCD1602LIQUIDCRYSTALINDIRECTVIEWINGDEMONSTRATIONTHISARTICLEFOCUSESONSYSTEMSSOFTWAREANDHARDWAREDESIGNEMPHATICALLYONTHEFOUNDATIONOFDETERMININGTHEDESIGNOFTHEPROGRAMITDESCRIBESTHESYSTEMCIRCUITDESIGN,THEHARDWAREDESIGNDIAGRAMASWELLASTHEFUNCTIONANDTHECHARACTERISTICOFTHECHIPWHICHISUSEDINTHESYSTEMTHISSYSTEMISSIMULATEDTHROUGHTHEPROTEUSANDKEILCSOFTWAREKEYWORDSSINGLECHIPMICROCOMPUTERDS18B20LIQUIDCRYSTALDISPLAYKEYBOARDWARNING目錄一緒論111背景112設(shè)計的目的和意義113相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外技術(shù)和發(fā)展趨勢2二系統(tǒng)方案設(shè)計421方案設(shè)計432方案論證5三溫度傳感器631溫度傳感器的選型6311傳感器的選擇原則6312溫度傳感器的選擇632溫度上、下限值的設(shè)定原理7四系統(tǒng)硬件設(shè)計841系統(tǒng)工作原理綜述842DS1820與單片機接口電路9421單片機89C51為本系統(tǒng)的核心10422中央處理器AT89C51簡介1343DS18B20簡介及測溫電路設(shè)計16431DS18B20的性能特點17432DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)17433高速暫存存儲器21434DS18B20單總線1一WIRE的基本原理2244液晶顯示電路29441LCD1602主要技術(shù)參數(shù)29442LCD1602的引腳說明30443控制指令說明3045按鍵電路3146報警電路33五軟件功能及框圖3451主程序3452讀出溫度子程序3453溫度轉(zhuǎn)換命令子程序3454計算溫度子程序3455顯示數(shù)據(jù)刷新程序子程序3456按鍵處理子程序34六單片機的抗干擾問題4061干擾因素4062硬件抗干擾措施40621合理選擇元器件40622電源干擾的抑制40623電場、磁場干擾的抑制40624接地技術(shù)40625通道技術(shù)41626布線抗干擾設(shè)計4263軟件抗干擾措施43631數(shù)字濾波器43632軟件冗余43633設(shè)置軟件陷阱43634重要指令冗余43635“看門狗”技術(shù)43結(jié)論45參考資料46致謝47附錄1仿真原理圖48附錄2程序代碼49附錄3英文文獻67一緒論11背景“國以民為本，民以食為天”，“兵馬未動，糧草先行”，這些都充分說明糧食對國家的重要性。從理論上講國家掌握的糧食越多越好，但從現(xiàn)代經(jīng)濟學的角度看，國家只要能控制住一定數(shù)量的可以靈活支配、質(zhì)量良好的糧食，既可達到“備戰(zhàn)備荒”、宏觀調(diào)控的目的，又可節(jié)省資金用于發(fā)展經(jīng)濟。一般來說糧食存放在糧倉中，大型的糧倉可存放數(shù)以萬計的糧食。而且這些糧食存放的時間有長有短。為了保證存放在糧倉中的糧食不致腐爛變質(zhì)，就必須使糧倉內(nèi)的溫度保持在一定的范圍以內(nèi)。為了達到以上的要求，必不可少的就是既穩(wěn)定又精確的糧情智能測控管理系統(tǒng)。糧情智能測控系統(tǒng)是通過計算機檢測糧食儲備庫中糧食的基本溫度情況，并結(jié)合其他糧情信息（如入倉時間、品種、倉型、天氣狀況等）進行綜合分析。利用微機技術(shù)對糧倉進行監(jiān)控，用戶可方便地構(gòu)造自己需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時候把糧倉現(xiàn)場的信息實時地傳到控制室，管理人員不需要深入現(xiàn)場，就可查看歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化現(xiàn)場作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，增強了國家糧食儲備安全水平，以獲得實時糧倉管理，實現(xiàn)自動化、智能化。本文只闡述糧情溫度檢測，以下所說糧情僅指溫度。但涉及到的一些方法也適合其他糧情檢測情況。在綜合研究國內(nèi)糧庫管理現(xiàn)狀和發(fā)展的前提下，吸收了國內(nèi)多種糧庫糧情溫度測控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗后，我們設(shè)計了自己的糧情溫度智能測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可靠性和高性價比，而且操作維修簡便，具有檢測、數(shù)顯、分析等諸多功能。12設(shè)計的目的和意義科學儲糧是糧食生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，若管理不當，糧食發(fā)霉或生蟲會造成極大浪費。糧庫管理中最重要的問題是監(jiān)測糧堆中的溫度變化。糧庫一般由幾十個甚至上百個由水泥或鋼板構(gòu)成的圓型倉組成，倉高20一30M?，F(xiàn)在，我國在糧倉建設(shè)上己實現(xiàn)規(guī)范化，但是監(jiān)測手段一直未能實現(xiàn)同步現(xiàn)代化。我國許多儲備糧庫每年都因測控設(shè)備的不完善而導(dǎo)致部分糧食霉變，許多大型儲備糧庫的測控設(shè)備仍需高價進口，因此國家準備在未來的幾年內(nèi)對全國所有的糧庫進行翻新和改造工作，要求規(guī)范糧庫管理，實現(xiàn)糧庫管理現(xiàn)代化。影響儲糧安全的最主要因素是糧堆內(nèi)的溫度，這就要求能有一種有效的、低成本的儀表來實現(xiàn)監(jiān)測控制功能，使得管理人員能夠方便有效地進行監(jiān)控操作。如果用單片機作為前沿機對現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集，通過對采集的數(shù)據(jù)進行分析（溫度設(shè)定，實時溫度顯示，報警電路）然后通過單片機串行口控制電機啟停進行溫度控制。利用單片機技術(shù)對糧倉進行檢控，用戶可以方便地夠造自己所需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時候把糧倉現(xiàn)場的信息實時地傳到控制室，管理人員不進入現(xiàn)場就可以按照所需的溫度要求對糧倉內(nèi)的溫度情況進行控制，提高了生產(chǎn)效率，增強了糧倉內(nèi)存儲安全，獲得了糧倉的實時管理，實現(xiàn)自動化，智能化。微機測量是微機設(shè)計的第一步，是微機測量技術(shù)的現(xiàn)場部分，即測量糧倉中的溫度，并使用單片機對測量的數(shù)據(jù)進行處理并對糧倉內(nèi)的溫度進行控制。13相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外技術(shù)和發(fā)展趨勢糧情檢測技術(shù)是科學保糧的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著電子技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)的進步和發(fā)展，計算機的應(yīng)用范圍日益擴大，計算機被應(yīng)用于糧情監(jiān)控系統(tǒng)。初期，以銅電阻，熱敏電阻作為傳感器件，通過檢測電阻的變化來反映糧食溫度的變化，為糧食保管提供參考依據(jù)。但此工作靠人工測量，效率低，準確性差。在糧食部門各級領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷和糧食行業(yè)科技主管部門的大力支持下，在糧食行業(yè)內(nèi)、外廣大科技工作者近30年的共同努力下，糧情檢測技術(shù)不斷完善、提高、并日趨成熟，逐步形成了樣式繁多的糧情檢測系統(tǒng)，為安全、科學儲糧起到了積極作用。目前國內(nèi)己有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品，品種繁多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，但其基本功能無外乎糧倉內(nèi)外溫濕度檢測、糧食內(nèi)部溫度檢測及分析、通風機械的控制等幾項，鑒于糧食儲藏的特殊性，系統(tǒng)功能的重點放在了儲糧內(nèi)部溫度的檢測和分析上。糧情監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采用的溫度傳感器的不同進行如下分類（1）熱敏電阻以溫度變化導(dǎo)致阻值的變化為工作原理的熱敏電阻，因其具有成本低、體積小、簡單、可靠、響應(yīng)速度快、容易使用等特點，成為國內(nèi)糧情檢測系統(tǒng)中采用最多的溫度傳感器。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)較高，室溫通常也較高，因此其自身發(fā)熱較小，信號調(diào)節(jié)較為簡單。但熱敏電阻也存在缺點，如是互換性差、溫度與輸出阻值之間呈非線性關(guān)系。（2）數(shù)字式溫度傳感器數(shù)字式溫度傳感器的種類也不少，但用于糧情測控系統(tǒng)的溫度傳感器主要是DALLAS的DS18X20系列溫度傳感器，其溫度檢測范圍為55125，檢測精度為05。DS18X20采用1WIRETM接口，封裝形式有PR35和SSOP16兩種，糧情測控系統(tǒng)中采用的是PR35封裝。DS18X20采用9個位表示測溫點的溫度值，每個DS18X20內(nèi)部都設(shè)置有一個單一的序列號，因此可以使多個DS18X20共存于同一根數(shù)據(jù)傳輸線上。DS18X20內(nèi)部分為4個部分1、64位序列號；2、保存臨時數(shù)據(jù)的8字節(jié)片內(nèi)RAM；3、保存永久數(shù)據(jù)的2字節(jié)EEPROM；4、溫度傳感器。采用數(shù)字式溫度傳感器糧情測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與采用熱敏電阻糧情測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致相同，只是用測控單元替代了智能分機、擴充接線器替代了溫度分線器。測控單元與智能分機的區(qū)別在于沒有用于將溫度信號數(shù)字化的A/D轉(zhuǎn)換電路，取而代之的是1WIRETM總線與上層通信總線之間的通信轉(zhuǎn)換電路，如果系統(tǒng)選用了數(shù)字式濕度傳感器則測控單元將完全由數(shù)字電路組成，而智能分機是由數(shù)字電路和模擬電路兩部分構(gòu)成的，這將使測控單元的電路設(shè)計更為容易。采用DS18X20溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)的測溫電纜與熱敏電阻測溫電纜大不相同，該測溫電纜最多只需3根導(dǎo)線即可連接多個DS18X20溫度傳感器。最為簡潔的結(jié)構(gòu)是利用DS18X20可以通過數(shù)據(jù)線供電的特點，在測溫電纜中只放置兩根平行的細鋼絲繩即可連接多個DS18X20溫度傳感器，這樣不僅使測溫電纜的制造簡便、成本下降，而且提高了測溫電纜的抗拉強度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點使得采用DS18X20溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)更適用于高大糧倉（諸如淺圓倉、立筒倉）的應(yīng)用環(huán)境，可以解決高大糧倉在不需重新安裝測溫電纜的情況下更換測溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對位置。由于這種溫度傳感器的價格比熱敏電阻高出許多，所以DS18X20溫度傳感器糧情測控系統(tǒng)在房式倉中應(yīng)用時不如熱敏電阻糧情測控系統(tǒng)更具有性能價格比的優(yōu)勢。（3）光纖傳感器光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展的新技術(shù)，也是工業(yè)中用的最多的光纖傳感器之一。目前研究的光纖溫度傳感器主要有輻射式溫度傳感器、半導(dǎo)體吸收式溫度傳感器、光纖熱色傳感器等。光纖溫度傳感器的精度更高，但成本較貴。二系統(tǒng)方案設(shè)計21方案設(shè)計方案一該案由單片機、模擬溫度傳感器AD590、運算放大器、AD轉(zhuǎn)換器、LCD顯示電路、集成功率放大器、報警器組成。該方案采用模擬溫度傳感器AD590作為測溫元件，傳感器測量的溫度變化轉(zhuǎn)換成電流的變化，再通過電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化，使用運算放大器交給信號進行適當?shù)姆糯?，最后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號，傳給單片機，單片機將溫度值進行處理之后用LCD顯示，當溫度值超過設(shè)定值時開始報警。如圖21所示模擬溫度傳感器運算放大器AD轉(zhuǎn)換鍵盤單片機LCD顯示模塊集成功放報警器圖21方案一溫度測量系統(tǒng)方案框圖方案二該方案使用了AT89C51單片機作為控制核心，以智能溫度傳感器DS1820為溫度測量元件，采用多個溫度傳感器對多點溫度進行檢測，通過鍵盤模塊對溫度上、下限設(shè)置，超過其溫度值就報警。顯示電路采用LCD1602模塊，使用單片機直接驅(qū)動蜂鳴器構(gòu)成報警電路。如圖12所示溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器鍵盤單片機LCD液晶顯示電路報警電路圖22方案二溫度測量系統(tǒng)方案框圖32方案論證方案一采用模擬溫度傳感器，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過運算放大器傳給處理器。它控制雖然簡單，但電路復(fù)雜，不容易實現(xiàn)對多點溫度測量和監(jiān)控。由于采用了多個分立元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，不容易出現(xiàn)誤差，測量結(jié)果不是很準確，因此本方案并不可取。方案二采用智能溫度傳感器DS1820，它直接輸入數(shù)字量，精度高，電路簡單，只需要模擬DS1820的讀寫時序，根據(jù)DS1820的協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換的溫度。此方案硬件電路簡單，但程序設(shè)計復(fù)雜一些，但是在課題外對DS1820、字符型液晶顯示有所了解，而且曾經(jīng)在網(wǎng)上看過此類程序設(shè)計，并且我們已經(jīng)使用開發(fā)工具KEIL用匯編語言對系統(tǒng)進行了程序設(shè)計，用仿真軟件PROTEUS對系統(tǒng)進行了仿真，達到了預(yù)期的效果。由此可見，此方案的可行性，體現(xiàn)了技術(shù)的先進性，經(jīng)濟上也沒有任何問題。綜上所述，本課題應(yīng)當采用方案二對系統(tǒng)進行設(shè)計。三溫度傳感器31溫度傳感器的選型311傳感器的選擇原則要進行一個具體的測量工作，首先要考慮用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可以選用，哪一種原理的傳感器更為適合，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下具體問題量程的大小被測位置對傳感器體積的要求測量方式是接觸式的還是非接觸式的信號的引出方法傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格是否能承受。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。傳感器的具體指標有靈敏度，頻率響應(yīng)特性，線性范圍，穩(wěn)定性，精度等。這些參數(shù)并不是要求越高越好，因為要求越高不僅會帶來成本的提高，也會帶來信號處理的難度，噪音等問題。在滿足檢測系統(tǒng)要求的前提下我們一般選擇價格便宜和簡單的傳感器。312溫度傳感器的選擇美國DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線“接口的溫度傳感器，而新的“一線器件”DS18B20體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟。單線數(shù)字溫度傳感器，可以直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，以供單片機處理，克服了傳統(tǒng)的模擬式溫度傳感器不僅需要設(shè)計信號調(diào)理電路，還要經(jīng)過復(fù)雜的校準和標定過程，測量精度難以保證的缺點，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。另外，DS18B20“一線總線“數(shù)字化溫度傳感器同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線“接口采用單根信號線，既可以傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。與其他數(shù)字溫度傳感器相比具有線路簡單硬件開銷少，成本低、便于擴展等優(yōu)點。DS18B20的測量溫度范圍為55C125C，在1085C范圍內(nèi),精度為05C。DS1822的精度較差為2C?，F(xiàn)場溫度直接以一線總線“的數(shù)字方式傳輸，與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V55V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率，精度為05C。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。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的性能價格比也非常出色DS1822與DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡化版本。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2C，適用于對性能要求不高，成本控制嚴格的應(yīng)用，是經(jīng)濟型產(chǎn)品。繼“一線總線“的早期產(chǎn)品后，DS18B20開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。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)濟的測溫系統(tǒng)。32溫度上、下限值的設(shè)定原理利用制冷機產(chǎn)生的冷量對自然空氣進行冷卻降溫、除濕,再通過風機及糧倉內(nèi)的通風管道使冷卻后的空氣穿過糧堆,使糧食溫度降到15C以下進行低溫儲藏的一項科學、先進的糧食儲藏技術(shù)。運用該技術(shù)可使糧食的低溫儲藏不受氣候條件的影響,即使在炎熱的夏季或雨季都可實現(xiàn)。目前在發(fā)達國家特別是西歐國家已獲得了廣泛的應(yīng)用,對于保證糧食品質(zhì),安全儲藏糧食起著重要的作用。利用機械制冷方法將糧溫降到515C進行低溫儲藏是一種科學、先進的儲糧方式,具有以下特點（1）與常溫儲藏相比,低溫儲藏使糧食的呼吸活動大大減弱,可延緩糧食的陳化,保持糧食的新鮮度并降低儲糧自然減量損失。糧食在10C時儲藏,由于呼吸產(chǎn)生的干物質(zhì)損失要比在20C和30C時儲藏少4倍和15倍。（2）當糧溫達到13C時,害蟲的繁殖和活動就基本停止,糧溫降至10C時完全停止。因此低溫儲藏可以避免糧食遭受蟲害而造成的損失。在一些西歐國家,低溫儲糧已不需要進行化學藥劑熏蒸殺蟲,從而改善了糧庫工人的工作環(huán)境,避免殘留藥劑對人們身體健康的危害。（3）因為霉菌等微生物喜溫,所以低溫儲糧使霉菌的活動基本停止,可有效地防止糧食發(fā)生霉變。（4）對糧食進行機械制冷降溫,使得糧食在高于安全水分時儲藏成為可能,因此可以提高儲糧和加工單位的效益。對于稻谷,最適合的碾磨水分是15左右,但常溫下稻谷儲藏的安全水分是13514,加工前需進行人工增濕,使稻谷易于產(chǎn)生爆腰,碾磨的整米率下降。若采用人工冷卻降溫方法,稻谷可在15水分下安全儲藏見表31,從而提高稻谷碾磨的整米率,同時減少儲糧水分減量損失。在西班牙的一個碾米廠,采用機械制冷低溫儲藏稻谷后提高整米率20。對于10000噸的糧食儲量,在15的水分下儲藏,可減少儲糧單位水分減量損失116173噸。表31糧溫為10C時糧食水分與安全儲藏期的關(guān)系糧食水分糧食安全儲藏期月120155812155175610175185461852001420023005223025002505四系統(tǒng)硬件設(shè)計41系統(tǒng)工作原理綜述基于單片機的單總線多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)以AT89C51為中心期間，以KEIL為系統(tǒng)程序開發(fā)平臺，以匯編語言進行程序設(shè)計，以PROTEUS作為仿真軟件設(shè)計而成的。系統(tǒng)主要由溫度傳感器、液晶顯示電路、鍵盤、報警電路組成，電路圖如附錄XXXX一所示。DS1820是智能溫度傳感器，它的輸入、輸出采用數(shù)字量，通過單總線，接收主機發(fā)送的命令，根據(jù)DS1820內(nèi)部的協(xié)議進行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)值以串口形式發(fā)給主機，主機按照通訊協(xié)議用一個IO口模擬DS1820時序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）給DS1820，并讀取溫度值，在內(nèi)部進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，用字符型液晶顯示模塊顯示各點的溫度值。在系統(tǒng)啟動之時，可以通過按鍵設(shè)置各點溫度的上限值和下限值，當某點溫度超過設(shè)置值時，報警器開始報警，從而實現(xiàn)了對各點溫度實時監(jiān)控。每個DS1820有自己的序列號，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上接了4個DS1820，通過CRC校驗，對各個DS1820的ROM進行尋址，地址符合的DS1820才作出響應(yīng)，接收足跡命令，向主機發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。采用這種DS1820尋址技術(shù)，使系統(tǒng)硬件電路更加簡單。DS1820雖然有測溫簡單的特點，單在實際應(yīng)用中應(yīng)注意一下幾點1較小的硬件開銷需要相對復(fù)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(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。2在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820，在實際應(yīng)用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，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(shè)計時要加以注意。3連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50M時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150M，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。4在DS1820測溫程序設(shè)計中，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，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。42DS1820與單片機接口電路DS1820可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS1820的1管腳接地，2腳作為信號線接單片機的I/O口，電源與數(shù)字輸入管腳間需接一個47K的電阻，3管腳接電源，如圖41所示。另一種是寄生電源方式，如圖42所示。單片機端口接單片機總線，為保證在有效的DS1820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DS18B20處于些存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10S。采用寄生電源供電方式時VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送端接口必須是三態(tài)的。單片機VCCDQGNDVCC47K圖41DS18B20采用電源供電方式的電路圖單片機VCCVCCDS18B20DS18B20DS18B2047K圖42DS18B20采用寄生電源的電路圖421單片機89C51為本系統(tǒng)的核心單片機是把微機主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計算機。由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計的，故又叫單片控制器SINGLECHIPMICROCONTROLLER。通常，一個微計算機由微型計算機與外部設(shè)備組成，而微型計算機則包括微處理器CPU，存儲器存放指令或數(shù)據(jù)的ROM,RAM等，輸出/輸入口I/O口及其它功能部件如定時/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)等。它們通過地址總線AB,數(shù)據(jù)總線DB和控制總線CB連接起來。通過輸入/輸出口線與外部設(shè)備及外圍芯片相連。CPU中配置有指令系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)中配有駐機監(jiān)控程序，系統(tǒng)操作軟件及用戶應(yīng)用軟件。由于單片機是把微型計算機主要集成在一塊芯片上，故可以把單片機看成一個不帶外部設(shè)備的微計算機。相當于一個沒有顯示器，沒有鍵盤，不帶監(jiān)控程序的單板機。其結(jié)構(gòu)如圖43所示時鐘復(fù)位CPUROMRAM定時計數(shù)器中斷系統(tǒng)I/O口外部設(shè)備圖43微型計算機結(jié)構(gòu)圖單片該系統(tǒng)所用單片機為MCS51系列單片機，其管腳分類及引腳功能分類如圖44所示控制口線/PESN片外取指控制、ALE（地址鎖存控制）、/EA（片外存儲器選擇、RESET復(fù)位控制。電源及時鐘VCC，VSS；XTAL1、XTAL2圖44MCS51系列單片機引腳圖其應(yīng)用特性I/O口線不能都用作用戶I/O口線。除8051/8751真正可完全為用戶使用的1/O口線只有P1口，以及部分作為第一功能使用時的P3口。I/O口的驅(qū)動能力，PO口可驅(qū)動8個TTL門電路，P1,P2,P3則只能驅(qū)動4個TTL門。P3口是雙重功能口，其雙重功能由管腳圖可見。三總線結(jié)構(gòu)單片機和管腳除了電源復(fù)位，時鐘接入，用戶1/O口外，其余管腳都是為了實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設(shè)置的。這些管腳構(gòu)成了三總線形式，即1地址總線AB。地址總線寬度為16位，因此其外部存儲器直接尋址范圍為64K字節(jié)。16位地址總線由PO口經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址AOA7P2口直接提供高8位地址A8A15。2數(shù)據(jù)總線DB。數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由PO口提供。3控制總線CB。由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨立控制線RESET,/EA,ALE,/PSEN組成。AT89C51是ATMEL公司的8位FLASH單片機系列，這個系列單片機的最大特點是在片內(nèi)含有FLASH存儲器，因此，在應(yīng)用中有廣泛的前景和用途，特別是在便攜式，省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。89系列單片機若干優(yōu)點1內(nèi)部含F(xiàn)LASH存儲器，在系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易進行程序修改，大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，同時，在系統(tǒng)工作過程中能有效保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不會影響到信息的保存2與80C51插座兼容，用相同引腳的89系列單片機可直接取代80C51的單片機。3靜態(tài)時鐘方式，89系列單片機采用靜態(tài)的時鐘方式所以可以節(jié)省電能，這對于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。4錯誤編程亦無廢品產(chǎn)生，一般的OTP產(chǎn)品，一旦編程編誤即成廢品，而89系列的單片機內(nèi)部采用了FLASHMEMORY，所以錯誤編程之后仍可重新編程，直到正確為止，故不存在廢品。5可進行反復(fù)系統(tǒng)試驗，用89系列單片機設(shè)計的系統(tǒng)，可以反復(fù)進行系統(tǒng)試驗，每次試驗可以編入不同的程序，這樣保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計達到最優(yōu)，而且，隨用戶的需要和發(fā)展，還可以修改，使系統(tǒng)不斷能追隨用戶的最新要求。89C51在89系列單片機中屬標準型單片機，它和MCS51系列單片機兼容。內(nèi)部有4K可重復(fù)編程的FLASHMEMORY，可進行1000次擦寫操作，全靜態(tài)工作為033MHZ，有三級程序存儲器加密鎖定，有內(nèi)部含128256字節(jié)的RAM,32條可編程的110端口，有2個16位定時器/計數(shù)器，有通用串行接口，有低電壓空閑及電源下降方式。中斷有6級。422中央處理器AT89C51簡介（1）AT89C51具有以下幾個特點AT89C51與MCS51系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容；片內(nèi)有4K字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器；全靜態(tài)工作，工作范圍OHZ24MHZ；三級程序存儲器加密；128X8位內(nèi)部RAM；32位雙向輸入輸出線；兩個16位定時器/計數(shù)器；五個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級；一個全雙工的異步串行口；間歇和掉電工作方式。（2）AT89C51的串行接口1數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF中直接尋址的專用寄存器。在物理上它對應(yīng)兩個寄存器，一個發(fā)送寄存器和一個接收寄存器CPU寫SBUF就是修改發(fā)送寄存器讀SBUF就是讀取接收寄存器。接收器是雙緩沖的，以防出現(xiàn)兩幀數(shù)據(jù)重疊。發(fā)送時不用雙緩沖，因為發(fā)送時CPU是主動的，不會產(chǎn)生寫重疊的問題。2串行口控制寄存器SCON串行口控制寄存器SCON格式如表41D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8T1R1表41串行口控制寄存器SCON格式AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內(nèi)有4K字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器，能重復(fù)寫入/擦除100。次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與MCS51系列單片機在引腳和指令系統(tǒng)上完全兼容，不僅可以完全代替MCS51系列單片機，而且能使系統(tǒng)具備許多MCS51系列產(chǎn)品沒有的功能。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長度小于4K，四個1/O口全部提供給用戶?？捎?V電壓編程，而且擦寫時間僅需10MS，僅為8751/87C51的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不必拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬27V6V，全靜態(tài)工作，工作頻率寬，在OHZ24HZ內(nèi)，比8751/87C51等51系列的6MHZ12MHZ更具靈活性，系統(tǒng)能快能慢。AT89C51提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。（3）時鐘設(shè)置與CPU時序振蕩器151系列單片機片內(nèi)含有一個高增益的反向放大器，通過XTAL1、XTAL2外接反饋元件的晶體便成為自激振蕩器，接法如圖45，晶體成感性，與C1、C2構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。振蕩器的振蕩頻率主要取決于晶體；電容的值則是微調(diào)作用，通常取30PF左右。單片機30PF30PFC1C2XTAL1XTAL2圖45外接晶體接法CPU時序2振蕩器輸出的震蕩脈沖經(jīng)2分頻成為內(nèi)部時鐘信號，用作單片機內(nèi)部各功能不見按時序協(xié)調(diào)工作的控制信號。其周期也成為時鐘周期（或則狀態(tài)周期）。6個時鐘周期構(gòu)成一個機器周期。指令周期以機器周期為單位。若采用6MHZ晶振，則單指令周期和雙指令周期執(zhí)行時間分別為2S和4S，ALE引腳輸出的脈沖周期為1S。（4）復(fù)位方式為確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠的運行，復(fù)位電路是必不可少的一部分。復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機電路工作需要供電電源為5V士5，即475525V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當VCC超過475V以及晶休振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號撤除，微機電路開始工作。微機電路在運行中受到干擾后，容易出現(xiàn)CPU程序“跑飛”盲目運行甚至出現(xiàn)死機現(xiàn)象。此時復(fù)位信號有效，使微機系統(tǒng)重新恢復(fù)正常運行。這種監(jiān)視CPU運行的電路稱為WATCHDOG電路。51系列單片機的復(fù)位（RST）引腳只要出現(xiàn)10MS以上的高電平，單片機就會實現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后程序的入口地址為0000H，單片機工作在寄存器0組，堆棧在片內(nèi)RAM的08H單元建立，P0P3口輸出全為1，中斷系統(tǒng)禁止工作。與其它計算機一樣，51系列單片機系統(tǒng)常常有上電復(fù)位和操作復(fù)位兩種方法。所謂上電復(fù)位，是指計算機上電瞬間，要在RST引腳上出現(xiàn)寬度大于10MS三萬正脈沖，使計算機進入復(fù)位狀態(tài)，復(fù)位靠外部電路實現(xiàn)，常見的復(fù)位電路如圖46所示。上電時5V電源經(jīng)R對C3充電，C3上電壓建立的過程就是負脈沖的寬度，經(jīng)倒相后，RST上出現(xiàn)正脈沖使單片機實現(xiàn)上電復(fù)位。按鈕按下同樣使RST實現(xiàn)高電平，實現(xiàn)了操作復(fù)位。圖46常見復(fù)位電路43DS18B20簡介及測溫電路設(shè)計美國MAXIM公司的子公司DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，在內(nèi)部使用了板ON一BOARD專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三級管的集成電路內(nèi)。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用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?，F(xiàn)在，新一代的DS18BZO體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點。431DS18B20的性能特點（1）獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通訊；（2）在DS18B20中的每個器件上偶有獨一無二的序列號，因此多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；（3）實際應(yīng)用中不需要任何外部器件即可實現(xiàn)（4）可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3055V；（5）零待機功耗（6）數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇（7）用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置（8）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（9）負溫度特性，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、432DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)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的管腳排列如圖47所示引腳定義1DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；2GND為電源地；3VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。圖47DS18B20的管腳排列圖DS18B20采用3角PR35封裝或8角SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖48所示64位ROM和單線接口電流檢測存儲器和控制器高速緩存存儲器8位CRC生成器溫度敏感元件低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器TH配置寄存器圖48DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件（1）光刻ROM中的64位序列號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（CRCX8X5X41）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。（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位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以00625/LSB形式表達，其中S為符號位。表42DS18B20溫度值格式表BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0LSBYTEBIT15BIT14BIT13BIT12BIT11BIT10BIT9BIT8MSBYTE2223212021222324SSSSS262524這是12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00625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00625即可得到實際溫度。例如125的數(shù)字輸出為07D0H，250625的數(shù)字輸出為0191H，250625的數(shù)字輸出為FF6FH，55的數(shù)字輸出為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。表43DS18B20溫度數(shù)據(jù)表TEMPERATUREDIGITALOUTPUTBINARYDIGITALOUTPUTHEX125000001111101000007D0H8500000101010100000550H25062500000001100100010191H10125000000001010001000A2H05000000000000100000008H0000000000000000000000H051111111111111000FFF8H101251111111101011110FF5EH2506251111111001101111FE6EH551111110010010000FC90HTHEPOWERONRESETVALUEOFTHETEMPERATURERESISTERIS85THE（4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如表44所示表44配置寄存器結(jié)構(gòu)低五位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）分辨率設(shè)置如表45所示表45溫度值分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位9375MS0110位1875MS1011位375MS1112位750MS由表45可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間比較長，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。TMR1R011111433高速暫存存儲器高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表46所示。當溫度轉(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)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表1所示。對應(yīng)的溫度計算當符號位S0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當S1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。表43是對應(yīng)的一部分溫度值。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。表46DS18B20暫存寄存器分布根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預(yù)定的操作。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1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。表47ROM指令表指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS1820ROM中的編碼（即64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的DS1820使之作出響應(yīng)，為下一步對該DS1820的讀寫作準備。寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位0溫度值高位1高溫限值TH2低溫限值TL3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC檢驗8搜索ROM0F0H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。為操作各器件作好準備。跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。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)。表48RAM指令表指令約定代碼功能溫度變換44H啟動DS1820進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時最長為500MS（典型為200MS）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。讀暫存器0BEH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3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48H將RAM中第3、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中。重調(diào)EEPROM0B8H將EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3、4字節(jié)。讀供電方式0B4H讀DS1820的供電模式。寄生供電時DS1820發(fā)送“0”，外接電源供電DS1820發(fā)送“1”。434DS18B20單總線1一WIRE的基本原理1概述單總線LWIRE均是MAXIM全資子公司DALLAS的一項專有技術(shù)。與目前多數(shù)標準串行數(shù)據(jù)通信方式，如SPI/I2C/CROWIRE不同，它采用單根信號線，既傳輸時鐘，又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向，它具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等諸多優(yōu)點。1一WIRE單總線適用于單個主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設(shè)備。當只有一個從機位于總線上時，系統(tǒng)可按照單節(jié)點系統(tǒng)操作而當多個從機位于總線上時，則系統(tǒng)按照多節(jié)點系統(tǒng)操作。為了較為全面地介紹單總線系統(tǒng)，將系統(tǒng)分為三個部分討論硬件結(jié)構(gòu)命令序列和信號方式信號類型和時序。DS18B20的測溫原理圖如圖49所示斜率累加器預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器1計數(shù)比較器預(yù)置溫度寄存器減到0增加高溫度系數(shù)振蕩減法計數(shù)器2減到0停止圖49DS18B20測溫原理圖圖49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)晶振隨溫度變化其晶振頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，進而完成溫度測量。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55所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1、溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預(yù)置減到時，溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，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2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。圖410中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，知道溫度寄存器仍達到被測溫度值。2命令序列典型的單總線命令序列如下第一步初始化第二步ROM命令跟隨需要交換的數(shù)據(jù)第三步功能命令跟隨需要交換的數(shù)據(jù)。每次訪問單總線器件，必須嚴格遵守這個命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應(yīng)主機。但是，這個準則對于搜索ROM命令和報警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。1初始化基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機知道，總線上有從機設(shè)備，且準備就緒。2ROM命令在主機檢測到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出ROM命令。這些命令與各個從機設(shè)備的唯一64位ROM代碼相關(guān)，允許主機在單總線上連接多個從機設(shè)備時，指定操作某個從機設(shè)備。這些命令還允許主機能夠檢測到總線上有多少個從機設(shè)備以及其設(shè)備類型，或者有沒有設(shè)備處于報警狀態(tài)。從機設(shè)備可能支持5種ROM命令實際情況與具體型號有關(guān)，每種命令長度為8位。主機在發(fā)出功能命令之前，必須送出合適的ROM命令。ROM命令主要包括搜索0F0H、讀ROM33H、匹配ROM55H、跳越ROM0CCH、報警搜索0ECH。3功能命令在主機發(fā)出ROM命令，以訪問某個指定的單總線器件，接著就可以發(fā)出單總線器件支持的某個功能命令。功能命令主要包括轉(zhuǎn)換溫度44H、讀暫存器0BEH、寫暫存器4EH、復(fù)制暫存器48H、回讀EEPROM0B8H、讀供電方式0B4H等。3信號方式所有的單總線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(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫O、寫1、讀0和讀1。所有這些信號，除了應(yīng)答脈沖以外，都由主機發(fā)出同步信號。并且發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前，這一點與多數(shù)串行通信格式不同多數(shù)為字節(jié)的高位在前。4軟件程序設(shè)計主機控制DSL8820完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。單片機系統(tǒng)所用晶振頻率為110592MHZ，根據(jù)DSL8820的初始化、寫和讀時序，分別編寫3個子程序TXRESET為初始化子程序，WRBYTE為寫命令或數(shù)據(jù)子程序，RDBYTE為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始。單片機實現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度值程序的流程如圖410所示。假設(shè)單片機系統(tǒng)所用的晶振頻率為12MHZ，根據(jù)DSL8820的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫了三個子程序INT為初始化子程序，WRITE為寫命令或數(shù)據(jù)子程序，READ為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始。DATEQUP10INTCLREAINTL0SETBDATMOVR2，200INTL1SETB