基于單片機的溫度控制系統的設計_畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 這是 12位轉化后得到的 12位數據，存儲在 DS18B20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，只要將測到的數值乘于 ；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測到的數值需要取反加 1再乘于 。 例如＋ ℃的數字輸出為 0191H，－ ℃的數字輸出為 FF6FH。 表 24 DS18B20溫度值格式表 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte 23 22 21 20 2 1? 2 2? 2 3? 24? bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 第三章 芯片功能簡介 9 MS Byte S S S S S 26 25 24 （ 2） 高低溫報警觸發器 TH和 TL DS18B20 溫度傳感器的內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器 TH、 TL 和結構寄存器。 （ 3）配置寄存器 該字節各位的意義如下 表 25 所示。 表 25:配置寄存器結構 TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 “ 1” ， TM 是測試模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶不要去改動。 R1 和R0 用來設置分辨率，如下表 26 所示（ DS18B20 出 廠時被設置為 12 位） 。 （ 4）高速暫存器是一個 9字節的存儲器。開始兩個字節包含被測溫度的數字量信息；第 5字節分別是 TH、 TL、配置寄存器的臨時拷貝，每一次上電復位時被刷新；第 8字節未用，表現為全邏輯 1；第 9字節讀出的是前面所有 8個字節的 CRC碼，可用來保證通信正確。高速暫存器 RAM結構圖如下表 27所示 。 表 26 溫度分辨率設置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉換時間 0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms 1 1 12 位 750ms 3. DS18B20的工作時序 DS18B20的一線工作協議流程是：初始化→ ROM操作指令→存儲器操作指令→數據傳輸。 其工作時序 ][3 包括初始化時序、寫時序和讀時序，如圖 44 （ a）（ b）（ c）所示。 表 27 DS18B20暫存寄存器分布 寄存器內容 字節地址 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 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 淮安信息職業技術學院畢業設計論文 10 CRC 校驗值 8 DS18B20等待 DS18B20Tx產生 15us—16us 脈沖 60240 主機復位脈沖 VCC 480usTX960us 主機 Rx min480us 1Wire Bus GND 圖 24 （ a）初始化時序 主機控制 DS18B20 完成任何操作之前必須先初始化，即主機發一復位脈沖(最短為 480us 的低電平 )，接著主機釋放總線進入接收狀態， DS18B20 在檢測到I/O 引腳上的上升沿之后，等待 1560us 然后發出存在脈沖 (60240us 的低電平 )。 寫時間片：將數據從高電平拉至低電平，產生寫起始信號。在 15us 之內將所需寫的位送到數據線上，在 15us 到 60us 之間對數據線進行采樣，如果采樣為高電平，就寫 1，如果 為低電平，寫 0 就發生。在開始另一個寫周期前必須有 1us以上的高電平恢復期。 讀時間片 :主機將數據線從高電平拉至低電平 1us 以上，再使數據線升為高電平，從而產生讀起始信號。主機在讀時間片下降沿之后 15us 內完成讀位。每個讀周期最短的持續期為 60us,各個讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平恢復期。 主機寫“ 0”時隙 主機寫“ 1”時隙 VCC 60usTX120us 1ustxcc∞ 1Wire Bus GND DS18B20 采樣 1us DS18B20 采樣 15us MIN TYP MAX MIN TYP MAX 15us 30us 15us 15us 30us 圖 24（ b）寫時序 VCC 主機讀“ 0”時隙 主機讀“ 1”時隙 1Wire Bus GND 主機采樣 1us 15us 15us 30us 主機采樣 15us 圖 24（ c）讀時序 4. DS18B20與單片機的典型接口設計 圖 25 以 MCS－ 51 系列單片機為例，畫出了 DS18B20 與 微處理器的典型連接 ]4[ 。圖 25（ a）中 DS18B20 采用寄生電源方式，其 VDD 和 GND 端均接地，圖 25（ b）中 DS18B20 采用外接電源方式，其 VDD 端用 3V～ 電源供電。 第三章 芯片功能簡介 11 (a) 寄生電源工作方式 (b) 外接電源工作方式 圖 25 電源工作方式圖 5． DS18B20的各個 ROM命令 （ 1） Read ROM [33H] 這個命令允許總線控制器讀到 DS18B20的 8位系列編碼，惟一的序列號的 8位CRC碼。只有在總線上存 在單只 DS18B20的時候才能用這個命令。如果總線上有不止一個從機，當所有從機試圖同時傳送信號時就會發生數據沖突（漏極開路連在一起形成“與”的效果）。 （ 2） Match ROM [55H] 這是個匹配 ROM命令，后跟 64位 ROM序列，讓總線控制器在多點總線上定位一只特定的 DS18B20。只有和 64位 ROM序列完全匹配的 DS18B20才能響應隨后的存儲器操作。所有和 64位 ROM序列不匹配的從機都將等待復位脈沖。這條命令在總線上有單個或多個器件時都可以使用。 （ 3） Skip ROM [0CCH] 這個命令允許總線控 制器不用提供 64位 ROM編碼就使用存儲器操作命令，在單點總線情況下，可以節省時間。如果總線上不止一個從機，在命令之后緊跟著發一條讀命令，由于多個從機同時傳信號。總線上發生數據沖突（漏極開路連在一起形成“與”的效果）。 （ 4） Search ROM [0F0H] 當一個系統初次啟動時，總線控制器并不知道單線總線上有多少個器件或它們的 64位 ROM編碼。搜索 ROM命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機的 64位編碼。 （ 5） Alarm Search [0ECH] 這條命令的流程和 Search ROM相同。然而，只 有在最近一次測溫后遇到符合報警條件的情況， DS18B20才會響應這條命令。報警條件定義為溫度高于 TH或低于 TL。只要 DS18B20不掉電，報警狀態將一直保持，直到再一次測得的溫度值達不到報警條件。 （ 6） Write Scratchpad[4EH] 這個命令向 DS18B20的暫存器 TH和 TL中寫入數據。可以在任何時刻發出復位命令來中止寫入。 （ 7） Read Scratchpad[0BEH] 淮安信息職業技術學院畢業設計論文 12 這個命令讀取暫存器的內容。讀取將從第 1字節開始，一直進行下去，直到第 9（ CRC）字節讀完。如果不想讀完所有字節，控制器可以在任何時 刻發出復位命令來中止讀取。 （ 8） Copy Scratchpad[48H] 這個命令把暫存器的內容拷貝到 DS18B20的 E2 ROM存儲器里，即把溫度報警觸發器字節存入非易失性存儲器里。如果控制器在這條命令之后跟著發出讀時間隙，而 DS18B20又忙于把暫存器拷貝到 E存儲器， DS18B20就會輸出一個 0，如果拷貝結束的話， DS18B20輸出 1。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令后立即啟動強上拉，并最少保持 10ms。 （ 9） Convert T[44H] 這個命令啟動一次溫 度轉換而無需其他數據。溫度轉換命令被執行，而后DS18B20保持等待狀態。如果控制器在這條命令之后跟著發出時間隙，而 DS18B20有忙于做時間轉換的話， DS18B20將在總線上輸出一個 0，若溫度轉換完，則輸出 1。如果使用寄生電源，總線控制器必須在發出這條命令后立即啟動強上拉，并最少保持 500ms以上時間。 （ 10） Read E2 [0B8H] 這條命令把 觸發器里的值拷貝回暫存器。這種拷貝操作在 DS18B20上電時自動執行，這樣一上電暫存器里馬上存在有效的數據了。若在這條命 令之后發出讀數據隙，器件會輸出溫度轉換忙的標識： 0為忙， 1為完成。 （ 11） Read Power Supply[0B4H] 若把這條命令發給 DS18B20后發出讀時間隙，器件會返回它的電源模式： 0為寄生電源， 1為外部電源。 第四章 系統硬件電路的設計 13 第四章 .系統硬件電路的設計 主控制電路和測溫控制電路原理圖 主控制電路由 AT89C52 及外圍元件構成，測溫電路由 DS18B 預置數電路和報警電路組成。 AT89C52 是此硬件電路設計的核心，通過 AT89C52 的管腳 與 DS18B20 相連，控制溫度的讀出和顯示。預置數電路由兩個按 鍵和兩個數碼管組成，兩個按鍵分別與 AT89C52 的管腳 和 相連。報警電路很簡單，只有一個發光二極管，與 AT89C52 的 管腳相連，若實際測量的溫度值大于預置溫度值，則發光二極管亮，即為報警標志。硬件電路的功能都是與軟件編程相結合而實現的。具體電路原理圖如下圖 31 所示。 圖 31主控制電路和測溫控制電路原理圖 驅動電路模塊原理圖 驅動電路由 ULN2803A 組成，通過網絡標號 P20P27 與單片機相連，通過網絡標號 C0C7 與顯示電路數碼管相連，實現位控制功能。具體電路如下圖 22所示。 淮安信息職業技術學院畢業設計論文 14 圖 32 驅動電路原理圖 圖 33 顯示電路原理圖 顯示模塊原理圖 采用動態顯示方案， 設計中使用八個共陰極數碼管作為顯示載體，通過八路并口傳輸，共使用了十六個 I/O口。顯示時采用循環移位法，即八位數碼管依次循環點亮，利用人眼睛的視覺暫留效果達到連續顯示，主程序每運行一遍便調用一次顯示子程序，將數據顯示出來。 顯示電路由八位共陰極的數碼管組成，通過網絡標號 A、 B、 C、 D、 E、 F、G、 DP等與 AT89C52的 P1口相連，由八個 136歐的電阻驅動，實現段