基于单片机的温度计设计开发毕业论文.doc

基于单片机的温度计设计开发毕业设计目 录第一章 绪论11.1 温度控制系统设计的背景、发展历史与意义11.2 温度控制系统的目的.21.3 温度控制系统完成的功能2第二章 总体设计42.1方案论证42.1.1题目分析42.1.2温度传感器的选择52.1.3显示器的选择52.1.4报警控制模块62.1.5控制芯片部分62.1.6复位电路的选择72.2总体方案设计8第三章 系统设计分析93.1电源供电模块93.2单片机控制系统93.3温度传感器模块133.4液晶显示模块203.5温控电路与报警电路设计243.6总体系统电路25第四章 软件设计264.1主程序流程与模块分析264.2DS18B20模块程序设计274.3HS1602驱动程序设计314.4温控电路与报警电路程序设计344.5单片机主程序设计384.6完整系统控制程序38附 录49参考文献60致 谢6268 / 70 第一章 绪论本章主要介绍一下温度控制系统发展的背景、目的、发展过程和国外的研究现状，以与本设计的重难点。1.1温度控制系统设计的背景、发展历史与意义随着社会的快速发展，科技的飞跃进步，以与测温仪器在各个领域的应用，智能化已经是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近几年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，例如空调，冰箱等家用电器。但在农用菜棚里面，智能化温度控制研究不多。针对这种实际情况，设计一个适合于菜棚里的温度控制系统，就具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科技中最基本的物理量之一，化学、物理、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、石油、化工、冶金、航空航天、机械制造、酒类生产、粮食存储等领域，温度通常是表征对象和过程状态的最重要的参数。例如，发电厂锅炉的温度须控制在一定的围之；很多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下方能正常进行；炼油过程中，原油须在不同的温度和压力下进行分馏才能得到汽油、煤油、柴油等产品。没有适宜的温度环境，很多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会霉烂变质，酒类的品质就无法保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，对于温度的测量和控制是非常重要的。在国数字温度计的研究起步较晚，在数字温度计的研究上，其发展大致经历了以下3个阶段： 1.以传统的分立式温度传感器（含敏感元件）热电偶传感器为感温元件，通过进行非电量与电量之间的转换进行测温，但是热电偶的体积大，不便于携带。2.以模拟集成温度传感器为测量元件。集成传感器采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或者单片集成温度传感器。它的准确度高，功耗低，读数很方便。3.智能温度传感器。它是微电子技术、计算机技术以与自动测试技术的结晶。智能温度传感器部包含温度传感器、信号处理器、A/D传感器、存储器（或寄存器）以与接口电路。智能温度传感器的特点是能输出温度数据和相关的温度控制量，适配于各种微控制器，并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的。目前温度计的发展比较快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热敏电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等。目前的温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度灵敏度基本上决定了温度计的精度、测量围、控制围以与用途等。传感器的应用极其广泛，目前已经研制出多种新型的传感器。但是，作为应用系统设计人员需根据系统要求选用适当的传感器，并与自己设计的系统相连接，构成性能优良的监控系统。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在许多的电子产品中也用到了温度检测以与温度控制。随着温度控制器件应用围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器件应运而生。1.2温度控制系统的目的本设计的容是温度测量控制系统，控制的对象是温度。温度控制在日常生活以与工业领域中应用相当广泛，比如温室、发酵缸、水池、电源等场所的温度控制。而在以往温度控制是由人工完成的而且没有足够的重视，其实在很多场所温度都需要进行监控以防止发生意外。还有些场合，如果对温度控制得当，能提高效益。针对此问题，本设计的目的是实现一种可连续高精度的温度控制系统，成品应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统，而且能够很好的应用在蔬菜大棚里进行温度控制1。总之，温度控制广泛应用在人们的生产和生活中，人们使用以前的温度计来采集温度，这样不仅控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度很大。即使有些人采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不太理想。在很多行业中对温度的要求较高，因为工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产的可靠进行造成影响，甚至造成操作人员的安全。为了避免这类缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量和控制设备。本设计因为采用了新型单片机对温度进行实时控制，以其测量精度高，操作简单。价格低廉，可运行性强等优点，特别适用于医疗2，生活，工业生产等方面的温度测量与控制。1.3温度控制系统完成的功能本设计目的是对温度进行实时监测与控制，设计的温控系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动报警，蜂鸣器报警，同时红灯亮。当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，蜂鸣器报警，同时红灯亮。当温度下降到适当温度时，停止降温。温度在上下限温度之间时，绿灯亮，执行机构不执行。LCD1602即时显示温度，精确到小数点一位。本设计是一个数字温度测量和控制系统，能测环境的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。本设计重点是对温度控制系统的软件设计，各个模块子程序的编程原理，特别是液晶显示器，温度传感器的软件编程。难点在温度传感器的原理分析，由于DS18B20为单总线器件，硬件的简单势必造成软件的巨大开销，这就需要严格的按照传感器复位、读写时序图来编写程序。本论文首先介绍一下该温度控制系统的总体设计，从对题目的分析到温度传感器、液晶显示器的、控制芯片的选择以与各个模块的比较。最终确定本设计所用的芯片。然后接着介绍了系统的软件分析，各个模块的软件编程分析，以与各个模块的电路连接图。其中包括电源模块，温度传感器模块，液晶显示模块和控制芯片部分。最后介绍一下本设计的软件设计思路，以与各个模块的软件分析。其中包括温度传感器模块，液晶显示模块温度处理模块，报警控制模块以与整体程序。第二章 总体设计本章主要介绍一下本设计的总体情况从对题目的分析到温度传感器、液晶显示器的、控制芯片的选择以与各个模块的比较。最终确定本设计所用的芯片。2.1方案论证2.1.1题目分析本节主要对毕业设计的题目进行了分析，根据要实现的具体功能，综合比较了几种设计方法，提出了实现系统功能的最正确方案。温度测量方法按感温元件是否与被测介质接触, 可分成接触式和非接触式两大类。 接触式测温是使温度敏感元件和被测温度的对象相接触, 当被测温度与感温器件达到热平衡时, 温度敏感元件就与被测温度对象的温度相等。这类温度传感器具有结构简单，工作可靠，精度较高，稳定性好，价格低廉等诸多优点。这类测温方法的温度传感器主要有: 基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度传感器，基于导体或半导体的电阻值随温度变化的电阻式温度传感器，基于热电效应的热电偶式温度传感器。 非接触式测温方法是利用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。物体辐射能量的大小与温度有关,并以电磁波形式向四周辐射,当选择适宜的接收检测装置时,就可测得被测对象发出的热辐射能量并转换成可测量或显示的各种信号, 实现温度的测量。这类测温方法的传感器主要有光电高温传感器、光纤高温传感器、红外辐射温度传感器等。非接触式温度传感器理论上不存在热接触式温度传感器的测量滞后以与在温度围上的限制,可测高温、有毒、腐蚀、固体与运动物体、液体表面的温度, 不干扰被测温度场, 但精度比较低, 使用不太方便。题目分析本设计是一个数字温度显示控制系统，能测量环境温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。温度控制在日常生活以与工业领域中应用相当广泛，比如温室、发酵缸、水池、电源等场所的温度控制。而在以往温度控制是由人工完成的而且没有足够的重视，其实在很多场所温度都需要进行监控以防止发生意外。还有些场合，如果对温度控制得当，能提高效益。针对此问题，本设计的目的是实现一种可连续高精度的温度控制系统，成品应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统，而且能够很好的应用在蔬菜大棚里进行温度控制。根据本设计的要求，要利用温度传感器显示实时温度。当温度高于设定的温度时，蜂鸣器发出响声提示，并执行降温处理。当温度低于设定的温度时，蜂鸣器发出响声对其进行提示。同时要求能设定温度。毕业设计的主要任务是能对温度进行自动的检测与简单控制。设计中采用单片机来控制温度，因此要有温度的采集电路，显示电路，温控电路，报警电路，复位电路等几个部分3。 本系统方案上要进行单片机的选择，外部晶振的选择，复位电路的选择，温度传感器的选择，显示模块的选择，报警电路的选择。2.1.2温度传感器的选择方案一：采用热敏电阻即可满足测温要求，但热敏电阻精度太低，重复性和可靠性都较差，对于精度要求较高的测温并不适用，而且采用热敏电阻要求复杂的电路和算法，增加了设计的复杂度。方案二：采用数字单片智能温度传感器DS18B20是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线具有独特而且经济的特点，而现在新一代的“DS18B20”体积更小、更灵活、更经济，可充分发挥“一线总线”的长处。 采用专用的数字化温度传感器（DS18B20）测温，数字化温度传感器有接口简单、直接数字量输出以与精确度高等优点。DS18B20是DALLAS公司研发的最新单线数字温度传感器，它是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特且经济的特点，使用户可以轻松地组建传感器网络，它的测量温度围为55125，在1085围，精度为±0.5。现场温度直接以“一线总线”的数字形式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等领域，DS18B20支持35.5V的电压变化围，使系统设计更灵活、更便宜、更方便、体积更小。DS18B20可以程序设置912位的分辨率，精度为±0.5，分辨率设定以与用户设定的报警温度存储在E2PROM中，掉电以后依然保存。因此，本方案选择DS18B20作为温度测量传感器。2.1.3显示器的选择方案一、 LED显示器采用动态数码管显示。其优点是显示时间较为清晰，远距离也能看见，而且价格便宜，一个四位动态数码管才四块钱，大大节省了成本。缺点是电路接线较多，显示容少，只能显示数字，显示字符有限。LED虽然价格便宜，但是在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被LCD所取代。方案二、 LCD液晶屏采用LCD液晶显示屏进行显示。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要23V就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，而且同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码管LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗的应用系统中得到了广泛的应用。优点为：1.显示质量高，由于液晶显示器的每个点收到信号后就一直保持着那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。如图2-1：图2-1 1602的显示实物图2数字式接口，液晶显示器传输都是数字式的，和单片机的接口连接也很方便。3功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗是在部电极和驱动IC上，因而耗电量比其他器件小很多。虽然LCD显示器的价格比数码管要贵些，且容易烧毁，须加限流电阻，但它的显示效果好，成为当今显示器的主流，考虑到显示与成本，所以本设计采用LCD 作为显示器。2.1.4报警控制模块 方案一、采用语音芯片实现语音的提示。语音芯片优点是能输出各种录制好的声音，输出容较为丰富。缺点是电路复杂，价钱贵，而且要先录制才能播放。方案二、采用蜂鸣器输出双频音提示。优点是电路简单，价钱便宜。考虑成本与本设计只需要一种功能的提示，用简单的蜂鸣器电路已经足够，应选方案二。2.1.5控制芯片部分由于单片机技术在各个领域得到了越来越广泛的应用，世界上许多集成电路的生产厂家相继推出了各种类型的单片机，而在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术以与高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用领域的主要市场，成为国单片机应用领域中的主流。由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能较强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，这为我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，使得数据的传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。由于是芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达到最大优化，工作也相当稳定。MCS-51的优点是价钱便宜，I/O口较多，程序空间大。因此，测控系统中，使用51单片机成为最理想的选择。以MCS-51技术核心为主导的单片机已成为很多厂家、电气公司竞相选用的对象，并以此为基核，推出许多与MCS-51有极好兼容性的CHMOS单片机，同时增加了一些新的功能,综合考虑所以选用51基核的STC89C52RC。2.1.6复位电路的选择当MCS -5l系列单片机的复位引脚9脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就要执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就会处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式，即上电复位和开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。是在加电的瞬间电容通过充电来实现的。常用的上电复位电路如以下图2-2所示。图中电容C和电阻R对电源+5V来说构成了微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，由于单片机等效电阻的作用，不用图中电阻R，也能达到上电复位的操作功能。图2-2 上电复位电路图开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。常用的开关复位电路如以下图2-3所示。上电后，由于电容C1的充电作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在程序运行当中时，按下复位键后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电和开关复位的操作。根据实际操作的经验，本设计采用常用的开关复位电路如下：图2-3 开关复位电路2.2总体方案设计本系统电源模块采用二极管整流和常用的7805和7812三端集成稳压芯片，控制芯片采用单片机STC89C52RC，采用三点式电容震荡电路为单片机提供振荡源，复位电路采用常用的开关复位电路，温度传感器采用单总线DS18B20传感器，显示模块采用流行的LCD1602液晶显示器，报警控制模块用蜂鸣器。 第三章 系统设计分析本章主要介绍一下各个模块的软件编程分析，以与各个模块的电路连接图。包括电源模块，温度传感器模块，液晶显示模块和控制芯片部分。3.1电源供电模块电子产品中，常见的三端稳压集成芯片有正电压输出的78 ×× 系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成芯片，只有三条引脚输出，分别是输入端、公共接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013型号的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件较少，电路部还有过流、过热与调整管的保护电路，使用起来方便、可靠，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字就代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为9V。由于三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。 电源模块电路图3-1如下：图3-1 电源模块电路图3.2单片机控制系统1.采用外部晶振11.0592MHz，如下图三点式电容振荡电路：目前三点式振荡电路主要分为电感三点式和电容三点式振荡电路。 电感三点式振荡电路是指原边线圈的3个端口分别接在晶体管的3个电极。又称为电感反馈式振荡电路或者哈特莱振荡电路。其特点是： （1）易起振。 （2）调节频率方便。采用可变电容可以获得较宽的频率调节围，一般用于产生几十赫兹以下的正弦波。（3）输出波形较差。 电容三点式振荡电路是指两个电容的3个端口分别接在晶体管的3个电极。又称为电容反馈式振荡电路或者科皮兹式振荡电路。其特点是： （1）输出波形较好。这是由于反馈电压取自电容，而且电容对于高次谐波阻抗较小。 （2）振荡频率较高，一般可达到100MHz以上。 （3）调节电容可以改变振荡频率，但会影响到起振条件。因此，这种电路适用于固定频率的振荡。综合考虑这里选择电容三点式振荡电路如以下图3-2：图3-2 电容三点式振荡电路2. 单片机控制原理单片机引脚图如下3-3: 图3-3 单片机引脚图其中(1) 电源引脚VCC和GNDVCC（40脚）：电源端，为+5V。GND（20脚）：接地端。(2) 外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL2（18脚）：接外部晶体和微调电容一端。在89C51片它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体的固有频率。如果采用外部时钟电路，则该引脚悬空。要检查89C51的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出。XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端。在片，它是振荡电路反相器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚输入外部时钟脉冲。(3) 控制信号引脚RST、ALE、和RST（9脚）：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期（24个始终振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。ALE/ (30脚)：地址锁存允许输出端/编程脉冲输入端，上电正常工作时,连续输出振荡器频率的1/6正脉冲信号。 (29脚)：外部程序存储器读选通，输出信号访问片外ROM时,输出负脉冲作为读ROM选通。常连接到片外ROM芯片的输出允许端（OE）作外部ROM的读选通信号。/Vpp (31脚)：外部程序存储器地址使能输入/编程电压输入端.平常,接“1”时，CPU访问片4KB的ROM，当地址超4KB时，自动转向片外ROM中的程序。当接“0”时，CPU只访问片外ROM。第2功能Vpp对8751编程时，编程电压输入端。(4) 下面介绍4个输入/输出端口引脚 P0、P1、P2、P34个8位的并行输入/输出端口，共32个引脚。作为通用输入/输出端口，P0、P2和P3端口又各自有第2功能。通用输入/输出端口，准双向口：作输入时要先对锁存器写“1”。P0端口（P0.0P0.7，第3932脚）： 漏极开路的准双向口，输出能驱动8个74LS类型的负载。P1端口（P1.0P1.7，第18脚）：部带上拉电阻的准双向口，输出能驱动4个74LS负载。P2端口（P2.0P2.7，第2128脚）：部带上拉电阻的准双向口，输出能驱动4个74LS负载。P3端口（P3.0P3.7，第1017脚）：部带上拉电阻的准双向口，输出能驱动4个74LS负载。P0、P2、P3端口的第二功能P0端口：在CPU访问外部存储器或I/O接口时，P0口分时提供低8位地址(A0-A7)和8位数据(D0-D7)总线。这时，需要一个8位锁存器，利用ALE(地址锁存允许)来锁存P0口低8位地址信号。P2端口：在CPU访问外部存储器或I/O接口时，P2口提供高8位地址(A8-A15)的总线信号。P3端口：在CPU访问外部存储器或I/O接口时，P3口提供读、写控制总线信号。还提供串行通信、外部中断、计数器的外部计数输入信号等。如表3-1所示。表3-1 P3口的第二功能引脚信号功能P3.0RXD串行口数据输入（接收数据）P3.1TXD串行口数据输出（发送数据）P3.2(INT0)'外部中断0输入P3.3(INT1)'外部中断1输入P3.4T0定时器0的外部输入（计数输入）P3.5T1定时器1的外部输入（计数输入）P3.6(WR)'外部数据存储器写选通控制输出P3.7(RD)'外部数据存储器读选通输出控制3. 单片机部原理图：单片机工作的原理图如以下图3-4：图3-4 单片机工作原理图3.3温度传感器模块DS18B20独特的一线总线接口，只要一条口线通信，简化了温度传感器的接线电路，无需外部元件，可用数据总线供电，电压围为3.0 V5.5 V。无需备用电源，测量温度围为-55 ° C+125 ° C 。华氏相当于是-67 ° F257° F。 -10 ° C+85 ° C围的精度为±0.5 ° C。DS18B20的部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。该芯片信号线高的时候，部电容器，储存能量由1线通信电路给芯片供电，而且在低电平期间为芯片供电直至下一个高电平到来重新充电。 DS18B20的电源也可以从外部3V5.5V的电压得到。 DS18B20采用一线通信接口。因为一线通信接口，必须预先完成ROM设定，否则记忆和控制功能将无法正常使用。本芯片主要首先提供以下功能命令之一：(1)读ROM，(2)ROM匹配，(3)搜索ROM，(4)跳过ROM，(5)报警检查。描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数，信息被发送到总线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一个口线连接。读写以与温度转换所需的能量可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个DS18B20可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境的控制，感测建筑物的温设备或机器，并进行过程监测和控制。 若指令成功地使DS18B20完成温度测量，数据存储在DS18B20的存储器中。一个控制功能指挥DS18B20进行测温。测量结果将被放置在DS18B20存中，并可以让阅读发出记忆功能的指令。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM 的数据。如果DS18B20不使用报警检查指令，这些寄存器可以作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置的字节以理想的解决温度数字转换。写TH和TL指令以与配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器数据。所有数据的读，写都是从最低位开始。连接电路如以下图3-4：图3-4 DS18B20与单片机连接电路如上图所示，DS18B20 只需要接到控制器(单片机)的一个 I/O 口上，由于单总线为开漏，所以需要外接一个 4.7K的上拉电阻。如要采用寄生工作方式，只要将VDD电源引脚与单总线并联即可。但在程序设计中，寄生工作方式将会对总线的状态有一些特殊的要求。DS18B20引脚功能：GND电压低，DQ单数据总线，VDD电源电压。DS18B20工作原理：DS18B20 的温度检测和数字数据输出集成于一个芯片之上，从而使其抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解 DS18B20的部存储器资源。18B20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是：ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码(DS18B20 的编码是19H)，后面48 位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码(冗余校验)。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位 ROM。 RAM 数据暂存器，用于部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20 共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据信息，第3、4个字节是用户EEPROM(常用于温度报警值储存)的镜像。在上电复位时其值被刷新。第5个字节是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节是计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC冗余校验码4。如下表3-2：表3-2 DS18B20暂存器分布寄存器容字节地址温度最低数字位0温度最高数字位1高温限制2低温限制3保留4保留5计数剩余值6每度计数值7CRC校验8 EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验的数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户的操作。RAM与EEPROM结构图如下表3-3：表3-3 RAM与EEPROM结构Byte0EEPROMTemperature LSB (50h)Byte1Temperature MSB (05h)Byte2TH Register or User Byte1*Byte3TL Register or User Byte2*Byte4Configuration Register*Byte5Reserved (FFh)Byte6Reserved (0Ch)Byte7Reserved (10h)Byte8CRC*TH Register or User Byte1TL Register or User Byte2Configuration RegisterDS18B20需要在每一次读温度之前都进行复杂且精准的时序处理， DS18B20 的硬件简单的结果就会导致软件的巨大开销，也是尽力减少有形资产转化为无形资产的投入，为一种较好的节约之道。下面介绍一下单片机对DS18B20的操作流程： 1.复位：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位操作，复位就是由控制器(单片机)给DS18B20单总线至少480uS的低电平信号。当18B20接到此复位信号后则会在1560uS后回发一个芯片表示存在的脉冲。 2.存在脉冲：在复位电平完毕之后，控制器应将数据单总线拉高，以便于在 1560uS后接收存在脉冲，存在脉冲是一个60240uS的低电平信号。至此，通信双方已经达成基本的协议，接下来将会是控制器与DS18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或者是单总线的电路断路都不会接收到存在脉冲，在设计过程中要注意意外情况的处理5。 3.控制器发送ROM 指令：双方打完招呼之后就要进行交流了，ROM指令总共有5条，每一个工作周期只能发一条指令，ROM的指令分别是：读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃 ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。ROM 指令长度为8位，功能是对片的64位光刻 ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作相应的处理。当然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的 ID号来进行区别，一般只挂接一个18B20芯片时可以跳过读ROM 指令（注意：此处指的跳过读ROM指令并非不发送ROM指令，而是用特有的一条指令“跳过指令”）。ROM指令在下文有详细的介绍。4.控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给DS18B20之后，紧接着就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为8位，共6条，存储器操作指令分别是：写 RAM 数据、读RAM 数据、将RAM数据复制到EEPROM、温度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM以与工作方式的切换。存储器操作指令的功能是命令DS18B20作什么样的工作，是芯片控制的关键。 5.执行或数据读写：一个存储器操作指令完毕后则要将进行指令执行或数据的读写，这个操作视存储器操作指令而定。比如执行温度转换指令则要控制器（单片机）等待DS18B20执行其指令，一般转换时间为500uS。再如执行数据读写指令则需要严格遵循DS18B20的读写时序来操作。数据的读写方法将在下文有详细的介绍。若要读出当前的温度数据，我们要执行两次工作周期，第一个周期为复位、跳过 ROM 指令、执行温度转换存储器操作指令、等待500uS的温度转换时间。紧接着执行第二个周期为复位、跳过读ROM指令、执行读RAM存储器的操作指令、读数据（最多为9个字节，中途可停止，只读简单温度值则读前2个字节即可）。其它的操作流程也小异，在此不多介绍。下面介绍一下DS18B20芯片的ROM指令：Read ROM（读 ROM）33H （方括号中的均为16进制的命令字） 这个命令允许总线控制器读到DS18B20的64位ROM。只有当总线上只存在一个 DS18B20 的时候才可以使用此指令，如果挂接的不只是一个，当通信时将会发生数据的冲突。 Match ROM（指定匹配芯片）55H 这个指令后面紧跟着就是由控制器发出的了64位序列号，当总线上有多只 DS18B20 时，只有与控制发出的序列号相同的芯片才会做出反应，其它芯片将等待下一次的复位。这条指令适应于单片机和多芯片挂接。 Skip ROM（跳跃 ROM 指令）CCH 这条指令使该芯片不对 ROM 编码做出反应，在单总线的情况之下，为了节省时间则可以选用此指令。如果在多芯片挂接时使用此指令将会出现数据的冲突，导致错误的出现。 Search ROM（搜索芯片）F0H 在芯片初始化后，搜索指令允许总线上挂接多芯片时，会用排除法识别所有器件的64位ROM。 Alarm Search（报警芯片搜索）ECH 在多芯片挂接的情况下，报警芯片搜索指令只对符合温度高于TH或低温小于 TL报警条件的芯片做出反应。只要芯片不掉电，报警状态将会一直被保持，直到再一次测得的温度达不到报警条件为止。 下面介绍一下DS18B20 芯片存储器操作指令： Write Scratchpad （向 RAM中写数据）4EH 这是条向 RAM 中写入数据的指令，随后写入的两个字节数据将会被存到地址2（报警RAM之TH）和地址3（报警RAM之 TL）。写入的过程中可以用复位信号进行中止写入。 Read Scratchpad （从RAM 中读数据）BEH 此指令将从 RAM 中读取数据，读地址从地址 0 开始，一直可以读到地址 9，完成整个 RAM 数据的全部读出。芯片允许在读过程中用复位信号进行中止读取，即可以不读后面不需要的字节来减少读取时间。 Copy Scratchpad （将 RAM 数据复制到 EEPROM中）48H 此指令将RAM中的数据存入 EEPROM中，以使数据掉电后不丢失。此后由于芯片忙于EEPROM储存处理，当控制器发出一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成后，总线将输出“1”。在寄生电源工作方式下必须在发出此指令后立刻用强制上拉并至少保持10MS，来维持芯片工作。 Convert T（温度转换）44H 收到此指令后芯片将会进行一次温度转换，将转换的温度值放入 RAM 的第 1、2 地址。此后因为芯片忙于温度转换处理，当控制器发出一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成后，总线将输出“1”。在寄生工作方式时则必须在发出此指令后立刻用强制上拉并至少保持500MS，来维持芯片工作。 Recall EEPROM（将 EEPROM中的报警值复制到 RAM）B8H 此指令用来将 EEPROM中的报警值复制到 RAM 中的第 3、4 个字节里。由于芯片忙于复制处理，当控制器发出一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成后，总线将输出“1”。另外，此指令还在芯片上电复位时被自动执行。这样 RAM 中的两个报警字节将始终为 EEPROM中数据的镜像。 Read Power Supply（工作方式切换）B4H 此指令发出后发出读时间隙，芯片将会返回它的电源状态字，“0”为寄生电源状态，“1”为外部电源状态。 下面介绍一下DS18B20的操作时序图图3-5 DS18B20 复位与应答关系示意图每一次通信之前都必须进行复位，复位的时间、等待时间以与回应的时间都应严格按时序编程。DS18B20 读写时间隙： DS18B20 的数据读写是通过时间隙处理位和命令字来确认信息交换的。 写时间隙时序图如图3-6：图3-6 写时间隙时序图写时间隙分为写“0”和写“1”，时序如图3-6。在写数据时间隙的前15us总线需要被控制器拉置低电平，而后则是芯片对总线数据的采样时间，采样时间在1560us，采样时间如果控制器将总线拉高则表示写“1”，如果控制器将总线拉低则表示写入“0”。每一位的发送都应该要有一个至少 15us的低电平起始位，随后的数据“0”或“1”应该在45us 完成。整个位的发送时间应该保持在 60120uS，否则将不能保证通信的正常。读时间隙的时序图如图3-7所示：图3-7 读时间隙的时序图读时间隙时控制时的采样时间应该更加的精确才行，读时间隙时也是必须得先由主机产生至少1us的低电平，表示读时间的起始。随后在总线被释放后的 15us中 DS18B20 会发送部的数据位，这时控制器如果发现总线为高电平表示读出“1”，如果总线为低电平则表示读出数据为“0”。每一位的读取之前都由控制器加上一个起始信号。注意：如图3-7所示，必须在读间隙开始的15us读取数据位才可以保证通信的正确。 在通信时是以 8 位“0”或“1”为一个字节，字节的读或写是从高位开始的，即 A7到 A0字节的读写顺序也是自上而下的。 3.4液晶显示模块1602原理与应用这里介绍的字符型液晶器是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1 行16 个字、2 行16个字、2 行20个字等等，这里以常用的2 行16个字的1602 液晶模块为例来介绍它的编程方法6。 下面图3-8为1602的实物图图3-8 1602液晶显示器实物图下面介绍一下1602的接口功能： 1602 采用标准的16 脚接口，其中:第1 脚：Vss 为地电源 第2 脚：VDD 接5V正电源 第3 脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时将会产生“鬼影”，使