基于89C52的溫控系統的設計

2013-09-14 08:06:56徐麗麗

電子測試 2013年6期

徐麗麗楊風李健

（中北大學信息與通信工程學院，太原 030051）

0 引言

溫度是生產過程和科學實驗中非常普遍而又十分重要的物理參數。在工業生產過程中，為了高效地進行生產，必須對生產工藝過程中的主要參數，如溫度、壓力、流量、速度等進行有效的控制，其中溫度控制在生產過程中占有相當大的比例。準確地測量和有效地控制溫度是優質、高產、低耗和安全生產的重要條件。而且在我們的日常生活中也使用微波爐、電烤箱、電熱水器、空調等家用電器，溫度與我們息息相。可見溫度控制電路廣泛應用于社會生活的各個領域，所以對溫度進行控制是非常有必要和有意義的。

1 溫控系統的硬件設計

1.1 溫控系統的設計方案

本文設計的溫控系統是以89C52單片機為核心，智能溫度傳感器DS18B20為控制對象，用七段數碼管顯示當前室內溫度，當當前室內溫度高于20攝氏度時，發光二極管就會點亮報警。美國DALLAS半導體公司推出的數字化溫度傳感器DS18B20采用單線協議，即與單片機接口僅需占用一個I/O端口，無需任何外部元件，直接將環境溫度轉化成數字信號，以數字碼方式串行輸出，從而大大簡化了傳感器與微處理器的接口。鑒于DS18B20比傳統的模擬溫度傳感器有很多優點，本文采用的溫度傳感器正是DS18B20。

1.2 DS18B20與89C52單片機的硬件連接

DS18B20與89C52單片機的硬件連接圖是用仿真工具畫的。從圖1可以看出，DS18B20和單片機的連接非常簡單，單片機只需要一個I/O口就可以控制。Vcc管腳接+5V電壓給傳感器供電。I/O管腳與89C52單片機的P2.2引腳相連，GND管腳接地。溫度傳感器DS18B20將被測溫度轉化為數字信號。顯示模塊由3個共陰極的七段數碼管組成。所有數碼管的陰極，即標有a，b，c，d，e，f，g，h的引腳全部連接在一起，然后與U1元件74HC753鎖存器的數據輸出端相連，鎖存器的輸入端連接單片機的P0口，P0口同時加上了上拉電阻。數碼管中的WE1，WE2，WE3是它們的位選端，每一個數碼管對應一個位選端，與U2元件74HC573的數據輸出端相連，U2的數據輸入端也連接到單片機的P0口。兩個鎖存器的鎖存端與單片機的P2.6和P2.7相。報警模塊由一個發光二極管構成。發光二極管一端接電源，并連接1k歐姆的電阻限流，另一端受單片機的P1.0腳控制。當測得的溫度高于20時，發光二極管會點亮進行報警。這個系統的工作是在程序的控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。

圖1 基于89C52的溫度測控系統硬件連接圖

1.3控制器對DS18B20的操作流程

1.3.1 初始化

圖2 初始化時序圖

結合圖2的時序圖，可以得知，DS18B20的初始化過程：給DS18B20單總線至少480微秒的低電平信號，當接收到此復位信號后，則會在15~60微秒后回發一個芯片的存在脈沖。至此，通信雙方已經達成了基本的協議，接下來將會是控制器與DS18B20間的數據通信。

1.3.2 控制器發送ROM命令

ROM指令有5條，每一個工作周期只能發一條，ROM 指令分別是讀ROM數據（33H）、指定匹配芯片（55H）、跳躍ROM（CCH）、芯片搜索（F0H）、報警芯片搜索（ECH）。本文設計的溫控系統只接了單個DS18B20芯片，因此可以跳過ROM指令（注意：此處指的跳過ROM指令并非不發送ROM 指令，而是用特有的一條“跳過指令”）。

1.3.3 控制器發送存儲器操作命令

存儲器操作指令有6條，分別是寫RAM數據（4EH）、讀RAM數據（BEH）、將 RAM 數據復制到 EEPROM（48H）、溫度轉換（44H）、將EEPROM中的報警值復制到 RAM（B8H）、工作方式切換（B4H）。存儲器操作指令的功能是命令DS18B20 做什么樣的工作，是芯片控制的關鍵。

1.3.4 控制器處理數據

寫時間隙分為寫“0”和寫“1”，時序如圖3。在寫數據時間隙的前15微秒，總線需要是被控制器拉置低電平，而后則將是芯片對總線數據的采樣時間，采樣時間在15 ~60 微秒，采樣時間內如果控制器將總線拉高則表示寫“1”，如果控制器將總線拉低則表示寫“0”。每一位的發送都應該有一個至少15 微秒的低電平起始位，隨后的數據“0”或“1”應該在45 微秒內完成。整個位的發送時間應該保持在60 ~120 微秒，相鄰兩個寫時隙必須要有至少1微秒的恢復時間，否則不能保證通信的正。

圖3 寫數據時序圖

讀時間隙也是必須先由主機產生至少1微秒的低電平，表示讀時間的起始。隨后在總線被釋放后的15微秒中DS18B20 會發送內部數據位，這時控制器如果發現總線為高電平表示讀出“1”，如果總線為低電平則表示讀出數據“0”。每一位的讀取之前都由控制器加一個起始信號。注意：如圖4 所示，必須在讀間隙開始的15微秒內讀取數據位才可以保證通信的正確。