学位论文-—基于c语言的时钟日历和温度传感器设计.doc

摘 要本设计应用AT89S52芯片作为核心，采用C语言进行编程，实现以下功能：小时、分、秒、年、月、日、星期的显示和实时温度检测。该设计的电子时钟系统由时钟电路、LCD显示电路、按键调整电路和温度检测电路四部分组成。使用时钟芯片DS1302完成时钟日期的功能，以LCD1602为显示器，同时利用温度传感器DS18B20测量周围环境温度，并且可以依靠按键随时对日期时间进行调整。我们共设计四个按键，一个模式键，也就是我们用来选定被修改的数字的，两个调整键，一个“加”键和一个“减”键，当按下模式键，选定要调整的数字的时候，“加”、“减”可以帮我们调到所需的状态，还有一个复位键，显示精度为1秒。设计还提供三位实时温度检测并显示，其显示精度为0.1。关键词：AT89S52；时钟日历芯片DS1302；温度传感器DS18B20AbstractThe design is applied with AT89S52 chip as the core, use C program language, to achieve the following functions: hours, minutes, seconds, and the year, month, date display, real-time temperature sensing. The design of electronic clock contains electronic clock circuit, LCD display circuit, buttons and temperature detection circuit adjustment circuit four parts. Use the clock date clock chip DS1302 completed features to display by LCD1602, while using the temperature sensor DS18B20 measuring ambient temperature, and rely on keys to adjust at, date, time at any time. We have designed four buttons, one mode key, this key help we chose the number that are need to modify, and two adjustment key, one plus key, one minus key. After press the mode button, select the time to be adjusted, add or sub the number to the desired state there is a certain key, press the OK button to enter the normal clock mode after adjusted. This design provides both temperature sensing and display real-time. Key words:AT89S52；Clendar Clock Chip DS1302；Temperature sensor DS18B20目 录第1章 概述11.1 单片机的定义和特点11.2 单片机的发展现状和发展趋势21.3 编程语言的选择3第2章 基于单片机的电子时钟硬件设计52.1 MCU的选择与AT89S52简介52.2 时钟电路的设计82.3 环境温度采集电路的设计122.4 显示电路的设计162.5 按键电路的设计172.6 复位电路的设计182.7 本章小结19第3章 基于单片机的电子时钟软件设计203.1 主程序设计203.2 实时时钟日历子程序设计203.3 本章小结23第4章 系统调试244.1 单片机基础电路与显示电路的调试244.2 DS1302电路的调试244.3 环境温度采集电路与按键电路的调试254.4 硬件调试结果254.5 本章小结26结论27参考文献28致 谢30附录1 总设计原理图、PCB图31附录2 程序32II第1章 概述 目前单片机渗透到了我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及远程控制玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域中的机器人、智能仪表、医疗器械了。单片机具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等优点，因而在许多行业都得到了广泛应用，并且在诸多领域中都发挥了无可比拟的巨大作用。1.1 单片机的定义和特点1.1.1 单片机的定义单片机即单片微型计算机，是把中央处理器、存储器、定时/计数器、输入输出接口都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用于工业控制领域。单片机的芯片内仅由CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。1.1.2 单片机的特点单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。单片机应用在检测、控制领域中，具有如下特点：1、体积小、控制功能强、成本低。因而可以方便地组装各种智能式控制设备和仪器，做到机、电、仪一体化。2、易扩展。很容易构成各种规模的应用系统，为应用系统的设计和生产带来极大方便。3、可靠性好、使用温度范围宽。在各种恶劣的环境下都能可靠的工作，这是其他机种无法比拟的。4、种类多，型号全。很多单片机厂家逐年扩大适应各种需要，有针对性地推出一系列型号产品，使系统开发工程师有很大的选择余地。大部分产品有较好的兼容性，保证了已开发产品能顺利移植，较容易地使产品进行升级换代。5、低功耗。现在新型单片机的功耗越来越小，供电电压从5V降低到了3.2V，甚至1V，工作电流从mA降到A级，工作频率从十几兆可编程到几十千赫兹。特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待、暂停、睡眠、空闲、节电等。6、可以采用C语言开发环境，具有友好的人机互交环境。大多数单片机都提供基于C语言开发平台，并提供大量的函数供使用，这使产品的开发周期、代码可读性、可移植性都大为提高。1.2 单片机的发展现状和发展趋势1.2.1 单片机的发展现状单片机技术在不断的发展，它反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。在这几方面，较为典型地说明了数字单片机的技术水平。在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。下面分别就这三个方面说明单片机的技术进步状况。 1、内部结构的进步 单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D转换器，D/A转换器，串行通信接口，Watchdog电路，LCD控制器等。有的单片机为了构成控制网络或形成局部网，内部含有局部网络控制模块CAN。例如，Infineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90。因此，这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制，系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。 为了能在变频控制中方便使用单片机，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路，这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在这些单片机中，脉宽调制电路有6个通道输出，可产生三相脉宽调制交流电压，并内部含死区控制等功能。 特别引人注目的是：现在有的单片机已采用所谓的三核（TrCore）结构。这是一种建立在系统级芯片（System on a chip）概念上的结构。这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路（ASIC）。这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。这是目前单片机最大的进步之一。这些单片机都是高档单片机，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位结构，工作频率一般在60MHz以上。 2、功耗、封装及电源电压的进步 现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。而单片机的封装水平也大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。在这种形势中，Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。这是PIC12CXXX系列。它含有0.52K程序存储器，25128字节数据存储器，6个I/O端口以及一个定时器，有的还含4道A/D ，完全可以满足一些低档系统的应用。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可以在3.35.5V的条件下工作。而一些厂家，则可以生产出在2.26V的条件下工作的单片机。 3、工艺上的进步 现在的单片机基本上采用CMOS技术，但已经大多数采用了0.6um以上的光刻工艺，有个别的公司，如Motorola公司则已采用0.35um甚至是0.25um技术。这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。1.2.2 单片机的发展趋势单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势：1、可靠性及应用越来越水平高，和互联网连接已是一种明显的走向；2、所集成的部件越来越多，NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图像部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了。如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路；3、功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。1.3 编程语言的选择在1972年，美国贝尔实验室的D.M.Ritchie在B语言的基础上最终设计出了一种新的语言，他取了BCPL的第二个字母作为这种语言的名字，这就是C语言。在众多的程序设计语言中，C语言简洁紧凑，语言表达能力强，其结构化的流程控制有助于编制结构良好的程序。C语言程序经编译后生成的目标程序代码效率高，几乎可以与汇编语言媲美。C语言既具备高级语言使用方便、接近自然语言和数学语言的特性，同时也具备对计算机硬件系统的良好操纵和控制能力。C语言可移植性好，一个C语言源程序可以不做改动，或者稍加改动，就可以从一种型号的计算机移转到另外一种型号的计算机上编译运行。因此，C语言被广泛应用于各类系统软件和应用软件的开发。所以本系统以C语言进行软件设计，增加了程序的可读性和可移植性，便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁了。1.4 本文的主要内容本文设计出基于单片机的万年历LCD显示。论文的主要研究内容为:第1章为概述，叙述了单片机的定义和特点，还介绍了单片机的发展趋势和发展特点等。第2章为单片机的电子时钟硬件设计，本章介绍了电子时钟和电子钟能够采集温度，所以还需要温度采集电路以及硬件电路的情况。第3章为基于单片机的电子时钟软件设计，简单介绍了主程序设计和实时时钟日历子程序设计。第4章为系统调试，介绍了单片机基础电路调试、显示电路的调试、DS1302电路的调试、环境温度采集电路的调试、按键电路的调试等。第2章 基于单片机的电子时钟硬件设计电子时钟至少包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电路等四部分，另外，本设计要求该电子钟能够采集温度，所以还需要温度采集电路，硬件电路框图如图2-1。MCU显示器DS1302时钟温度传感器DS18B20键盘+5V电源图2-1 硬件电路框图该系统使用AT89S52单片机为核心微控制器，通过读取时钟日历芯片DS1302和温度传感器DS18B20的数据，完成电子时钟的主要功能时钟/日历和环境温度采集，使用比直观的LCD1602显示，同时显示年月日，星期，时分秒以及环境温度值。键盘是为了完成时钟/日历的校准。整个电路使用了+5V电源供电。 2.1 MCU的选择与AT89S52简介目前在单片机系统中，应用比较广泛的微处理器芯片主要为8XC5X系列的单片机，该系列单片机均采用标准MCS-51内核，硬件资源相互兼容，品类齐全、性能稳定、体积小、价格底、货源充足、调试和编程方便，所以应用较为广泛。例如AT89S52单片机是一款低功耗、低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8KB（可经受1000次擦写周期）的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器（EPROM），器件采用CMOS工艺和ATMEL公司的高密度，非易失性存储器（NURAM）技术制造，其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，片内的FLASH存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储编程器来编程。因此，AT89S52是一种功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便的应用在各个控制领域。AT89S52具有以下主要性能：1.8KB可改编程序FLASH存储器；2.全表态工作：024HZ；3.256X8字节内部RAM；4.32个外部双向输入，输出（I、O）口；引脚说明如图2-2。图22 AT89S52引脚说明引脚功能说明如下：VCC：电源电压。GND：地。P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据线复用口。作为输出口时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端。在访问外部数据储存器或程序储存器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。FLASH编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序储存器或16位地址的外部数据储存器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据储存器（例如执行MOVXRI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和其他控制信号。P3口：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。P3除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，具体功能说明如表2-1。P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校的控制信号。RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。表2-1 P3口的第二功能表端口引脚第二功能P3.0RXD(穿行输出口)P3.1TXD(穿行输入口)P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器0)P3.6WR(外部数据写选通)P3.7RD(外部数据读选通)即使不访问外部存储器，ALE仍以是时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此他可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT80C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序储存器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（Vcc端），CPU则执行内部程序储存器中的指令。FLASH储存器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12v编程电压。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.2 时钟电路的设计实现电子时钟的功能方案有很多种，常用的有用芯片555实现，直接编程实现，也就是通过编程由单片机内部产生时钟的数据。本设计要求时钟电路能够显示日历和时间，对一般的芯片的实现方法，这难免会给编程带来极大的麻烦，而DS1302就可以自己依靠单独的晶振电路，产生这些数据，并存储到内部的存储器中，而我们要做的工作就是，不断的读出这些数据，并转换成显示器可识别的有效的数据，送到显示器上显示。这样一款强大的时钟芯片，不但占用的硬件资源少，而且其精确性、实时性也是相当的可观。所以本设计选用DS1302来实现时钟电路。2.2.1 DS1302简要说明DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。DS1302的外接晶振采用普通32.768kHz晶振。2.2.2 DS1302引脚说明DS1302封装和引脚参照图2-3。图2-3 DS1302封装和引脚DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc22.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK为时钟输入端。具体的引脚说明如表2-2。表2-2 DS1302引脚功能说明引脚号名称功能1VCC1备份电源输入2X132.768KHZ输入3X232.768KHZ输出4GND地5RST控制移位寄存器/复位6I/O数据输入/输出7SCLK串行时钟8VCC2主电源输入2.2.3 DS1302控制字和读写时序说明 在编程过程中要注意DS1302的读写时序，DS1302是SPI总线驱动方式，它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如表2-3。控制字的作用是设定DS1302的工作方式，传送字节数等。每次数据的传输都是由控制字开始。1. 第7 位：控制字的最高有效位，如果它为0,则不能把数据写入到DS1302中。2. 第6位：如果为0,则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据。表2-3 DS1302的控制字节1RAM CKA4A3A2A1 A0RD WR第7位第6位第5位第4位第3位第2位第1位第0位3第5位：（A4A0）用A4A0表示，定义片内寄存器和RAM的地址。定义如下：当第6位为0时，定义时钟和其他寄存器的地址。A4A006,顺序为秒、分、时、日、月、星期、年的寄存器。当A4A07,为芯片写保护寄存器地址。当A4A08,为慢速充电参数选择寄存器。当A4A031,为时钟字节方式选择寄存器。当第6位为1时，定义RAM的地址，A4A0030,对应各子地址的RAM，地址31对应的是RAM多字节方式选择寄存器。4. 第0位（最低有效位）：如果为0,表示进行写操作，为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出。在控制字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302.数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。DS1302的数据读写方式有两种，一种是单字节操作方式，一种是多字节操作方式。每次仅写入一个字节数据称为单字节操作，每次对时钟/日历的8字节或31字节RAM进行全体写入或读出的操作称为多字节操作方式。当以多字节方式写时钟寄存器时，必须按数据传送的顺序依次写入8个寄存器。但是，当以多字节方式写RAM时，不必写所有31字节，不管是否写了全部31字节，所写的第一个字节都将传送到RAM。为了启动数据的传输，CE引脚信号应由低变高，当把CE驱动到逻辑1的状态时，SCLK必须为逻辑0,数据在SCLK的上升沿串行输入，无论是读同期还是写周期，也无论传送方式是单字节还是多字节，都要通过控制字指定40字节的哪个将被访问，在开始8个时钟同期把命令字（具有地址和控制信息的8位数据）装入移位寄存器之后，另外的时钟在读操作时输出 数据，在写操作时输入数据，所有的数据在时钟的下降沿变化。所有写入或读出操作都是向芯片发送一个命令字节。对于单字节操作，包括命令字节在内，每次为2个字节，需要16个时钟，对于时钟/日历多字节模式操作，每次为7个字节，需要72个时钟，而对于RAM多字节模式操作，每次则为32字节，需要多达256个时钟，这里仅给出单字节读写时序,多字节操作方式与其类似，只是且而跟的字不止一个。2.2.4 DS1302片内寄存器说明通过控制字对DS1302片内的寄存器进行寻址之后，即可就所选中寄存器的各位进行操作。片内各寄存器用各位的功能定义如表2-4。表2-4片内各寄存器各位的功能定义表读寄存器写寄存器BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0范围81H80HCH10秒秒005983H82H10分分005985H84H12/24010时时112AM/PM02387H86H0010日日13189H88H0010月月1128BH8AH00000周日178DH8CH10年年00998FFH8EHWP0000000_DS1302有关日历、时间的寄存器共有10个，时钟/日历包含在其中的7个写/读寄存器内，这个寄存器分别是秒、分、小时、日、月、星期和年。 小时寄存器（85H、84H）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为12小时制式时，位5为“0”表示AM，为“1”表示PM。在24小时制式下，位5是第二个10小时位（2023时）。秒寄存器（81H、80H）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当该位置为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。一般在设置时钟时，可以停止工作，设定完之后，再启动其工作。控制寄存器（8FH、8EH）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0，在任何片内时钟/日历寄存器和RAM，在写操作之前，WP位必须为0位，否则将不可写入。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。因此，通过置写保护位，可以提高数据的安全性。2.2.5 时钟电路与单片机的连接根据DS1302引脚功能说明和程序要求将其按图2-4接入电路。图2-4单片机与时钟芯片DS1302连接图该硬件电路设计简单，抗干扰能力强。如图，AT89S52单片机P1.2直接接DS1302的RST端，上电后，AT89S52的P1.2脚自动输出高电平。P1.1作为串行时钟接口，P1.0作为时钟数据的I/O。DS1302采用双电源供电，平时由+5V电源供电，当+5V电源之后，由图中+3V备用电源供电。特别需要注意X1和X2两端连接的晶振，该晶振频率为32.768KHz。2.3 环境温度采集电路的设计随着技术的发展，电子时钟不在单一的只用来显示时间，人们在其上面增加了相应的附属功能，比如：多功能闹钟、温度、湿度等等。但在我看来了温度提醒着我们穿衣保暖，关系着我们的身体健康。所以我认为温度是最为实用的外加功能。2.31 温度传感器选择在日常生活中和工农业生产中常要用到温度检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻，一般用来测量中高温，输出的是电压，将其转换成对应的二进制温度码值，需要较多的硬件支持，硬件电路复杂，软件调试较为复杂，制作成本高。通过编程，DS18B20可以实现912位温度读数，信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从单片机到DS18B20仅需要一条线。读写和完成温度变换所需要的电源可由数据线本身提供，而无需外部电源。测量范围为-55+125摄氏度，增量为0.5度，电源电压范围为+3V+5.5V。2.3.2 DS18B20简介DS18B20是DALLAS公司生产的单线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。 每一个DSl820包括一个唯一的64位长的序号 该序号值存放在DSl820 内部的ROM(只读存贮器)中 开始8位是产品类型编码(DSl820编码均为10H) 接着的48位是每个器件唯一的序号，最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验)码。DSl820中还有用于贮存测得的温度值的两个8位存贮器RAM编号为0号和1号。1号存贮器存放温度值的符号。如果温度为负，则1号存贮器8位全为1，否则全为0。0号存贮器用于存放温度值的补码。LSB(最低位)的1表示0。5贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以2就得到被测温度值。具体引脚说明如图2-5，功能如表2-5。图2-5 DS18B20引脚与封装表2-5 DS18B20引脚说明序号名称引脚功能1GND接地2DQ数据输入/输出引脚：开漏单总线接口引脚；当被用到寄生电源下，也可向器件提供电源3VDD可选择的VDD引脚，当工作于寄生电源时，此引脚必须接地2.3.3 DS18B20控制字和读写时序说明DS18B20是1-wire单线器件，它在一根数据线上实现数据的双向传输，这就需要一定的协议来对读写数据提出严格的时序要求，AT89C51单片机并不支持单线传输。因此，必须采用软件的方法来模拟单线的协议时序。主机操作单线器件DS18B20必须遵循下面的顺序。1.初始化单线总线上的所有操作均从初始化开始，初始化过程如下。主机通过拉低单线480us以上，产生复位脉冲，然后释放该线，进入RX接收模式。主机释放总线时，会产生一个上升沿。单线器件DS18B20检测到该上升沿后，延时15-60us，通过拉低总线6024us来产生应答脉冲，主机接收到从机的应答脉冲后，说明有单线器件在线。2.ROM操作命令一旦总线主机检测对应答脉冲，便可以发起ROM操作命令。共有5位ROM操作命令。详细说明如下表2-6。表2-6 ROM操作命令与说明命令类型命令字节功能说明Read rom33H此命令读取激光ROM的64位，只能用于总线上单个DS18B20的情况下，多挂则会发生冲突Match rom（匹配rom）55H此命令后跟64位ROM序列号，寻址多挂总线上的DS18B20。只有序列号完全匹配的DS18B20才能响应后面的内存操作命令，其他不匹配的将等待复位脉冲。此命令可用于单挂或多挂接总线。Skip rom（跳过rom）CCH此命令用于单挂接总线系统时，可以无需提供64位ROM序列号皆可运行内存操作命令。如果总线上挂多挂DS18B20,并且在此命令后执行读命令，将会发生数据冲突。Scarch rom（搜索rom）F0H主机调用此命令，通过一个排除法过程，可以识别出总线上所有器件的ROM序列号。Alarm rom（警报rom）ECH此命令流程图和scarch rom命令相同，但是DS18B20只有在最近的一次温度测量时满足了告警触发条件，才会响应此命令。3.内存操作命令在成功执行了ROM操作命令之后，才可以使用内存操作命令。主机可以提供6种内存操作命令，如表2-7。4.数据处理DS18B20要求有严格的时序来保证数据的完整。在单线DQ上，存在复位脉冲、应答脉冲、写“1”、写“0”、读“1”、读“0”几种信号类型。其中，除了应答脉冲之外，均由主机产生。而数据位读写则是通过使用读、写时隙实现的。首先了解写时隙。当主机将数据线从高平拉至低电平时，产生2种类型的写时隙：写“1”和“0”。所有写时隙必须在60s以上（即由高拉低后持续60s以上），各个写时隙之间必须保证最短1us的恢复时间。DS18B20在DQ线变低后的15s60s的端口对DQ进行采样，如果为高电平，就为写“1”；如果为低电平，就为写“0”。对于主机产生写“1”时隙的情况，数据线必须先被拉低，然后释放，在写时隙开始后的15s，允许DQ线拉至高电平。对于主机写“0”时隙的情况，DQ线必须被拉至低电平至少保持低电平60s。再来了解一下读时隙。当主机从DS18B20读数据时，把数据线从高电平拉至低电平，产生读时隙。数据线DQ必须保持低电平至少1s，来自DS18B20的输出数据在读时隙下降沿之后15s内有效。因此，在此15s内，主机必须停止将DQ引脚置低。在读时隙结束时，DQ引脚通过外部上拉电阻拉回高电平。所有的读时隙最短必须持续60s，各个读时隙之间必须保证最短1s的恢复时间。表2-7 内存操作命令与说明命令类型命令字节功能说明Write Scratchpad（写暂存器）4EH此命令写暂存器中地址24的3个字节（TH、TL和配置寄存器）在发起复位脉冲之前，3个字节都必须要写。Rrad Scratchpad（读暂存器）BEH此命令读取暂存器内容，从字节0一直读取到字节8。主机可以随时发起复位脉冲以停止此操作。Copy Scratchpad（复制暂存器）48H此命令将暂存器中的内容复制进E2RAM，以便将温度告警触发字节存入非易失内存。如果在此命令后产生读时隙，那么只要器件在进行复制就会输出0，复制完成后，再输出1。Convenrt T（温度转换）44H此命令开始温度转换操作。如果在此命令后主机产生读时隙，那么只要器件在进行温度转换就会输出0，转换完成后在输出1。Recall E2（重调E2存储器）B8H将存储在E2RAM中的温度告警触发值和配置寄存器值重新拷贝到暂存器中，此重调操作在DS18B20加电时自动产生。Read Power Supply（读供电方式）B4H主机发起此命令后每个读数据时隙内，DS1820发信号通知它的供电方式：0为寄生电源方式，1为外部供电方式。所有的读写时隙至少需要60s，且每个独立的时隙之间至少需要1s的恢复时间。在写时序中，主机将在拉低总线15s内释放总线，并向DS18B20写“1”。若主机拉低总线后能保持60s的低电平，则向单总线器件写“0”。DS18B20仅在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时隙，以便DS18B20能传输数据。特别需要注意的是，与DS18B20配套使用的是频率为11.0592Mhz单片机晶振，这决定了指令运行时间，在软件设计将根据指令运行时间编写各种延时程序。2.3.4 温度采集电路与单片机的连接本设计中使用DS18B20温度传感器进行环境温度采集和转化，其与单片机的连接图如图2-6所示。图2-6 单片机与DS18B20连接图AT89S52单片机的P2.0脚接DS18B20的I/O脚，作为数据的读入和写出。电阻R11作为DS18B20的I/O口的上拉电阻，在读时隙结束时，I/O引脚将通过此上拉电阻拉回到高电平。要想使DS18B