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在实际应用中也应注意以下几方面的问题:
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(1)系统的硬件虽然简单但需要相对复杂的软件进行补偿,由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送,因此,在对DS18B20进行读写编程时,必须严格的保证读写时序,否则将无法读取测温结果。
(2)在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题,容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20,在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS18B20超过8个时,就需要解决微处理器的总线驱动问题,这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。
(3)连接DS18B20的总线电缆有长度限制。由于信号电缆本身存在电阻,距离过长时将导致信号衰减。试验中,当采用普通信号电缆传输长度超过50m时,读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时,正常通讯距离可达150m。
DS18B20有PR-35和SOIC两种封装形式,管脚排列如表3.1所示。本系统选用PR-35封装形式。DS18B20返回温度值虽然只有9位,如图3.1.2所示。
管脚 管脚定义 说明 地 数据输入端 电源 空脚 8脚SOIC 3脚PR-35 2 1 1 2 8 3 3 4 5 6 7 GND I|O VCC NC 表3.1 DS18B20管脚排列
图3.1.2 DS18B20温度值表示方法
D9为符号位,0表示正,1表示负,高字节的其他位(D10~D15)是以符号位的扩展位表示的;D0~D8为数据位,以二进制补码表示。温度是以1/2℃LSB形式表示的。表3.2为数值和温度的关系。
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温度 +125 +25 +0.5 0 +0.5 -25 -55 数据(二进制) 0000 0000 1111 1010 0000 0000 0011 0010 0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 1110 1111 1111 1001 0010 第 9 页 共 36页
数据(十六进制) 00FAH 0032H 0001H 0000H FFFFH FFCEH FF92H 表3.2 DS18B20数值和温度的关系
因房间环境温度不能出现负温情况,因此本系统不考虑负温情况,这样,在硬件选取上可以考虑选用商业级器件,不必要选用工业级器件,可以大幅度降低成本。因此单片机读取温度信息后,只需将低字节(D0~D8)送入上位机和控制电路即可。
3.2 LED显示接口电设计
本系统选用的是四位数码管动态实时显示房间温度,显示精度0.10C。具体电路图如图3.2:
DSD1D2D3D4D5D6D7D812345678abcdeafegdbfceagdbfceagdbfceagdbcdpSEG1SEG2SEG31011SEG4fgdpdpdpdpQ1Q212Q39Q4PNPPNPPNPPNPVCCR94.7kR104.7kR114.7kR124.7k A1A2A3A4
图3.2
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3.2.1 AT89C51单片机
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单片机选用ATMEL公司的可在线编程的AT89C51,用于温度采集及数据通讯。AT89C51 是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C51具有如下特点:40个引脚,4k Bytes Flash片内程序存储器,128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
AT89C51有3个并行I/O端口,P0:P0.0~P0.7、P1.0~P1.7、P2.0~P2.7。P0端口在没有片内存储器时,可以作为普通I/O口使用,外接存储器时作为地址线/数据线使用。P1端口可以作为普通I/O口使用,同时P1.0、P1.1、P1.5~P1.7还具备特殊功能,如表3.4所示。P2端口在没有片外存储器时,可以作为普通I/O口使用,外接存储器时作为高8位地址使用。
引脚 P1.0 P1.1 P1.5 P1.6 P1.7 特殊功能 T2: 定时器|计数器2的外部计数器输入 T2EX: 定时器|计数器2的捕捉|重载触发及方向控制 MOSI: 用于在线编程(ISP) MOSI: 用于在线编程(ISP) SCK: 用于在线编程(ISP)
表3.4 AT89C51 P1端口的特殊功能
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引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
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特殊功能 RXD (串行口输入) TXD (串行口输入) INT0 (外部中断输入0) INT1 (外部中断输入1) T0(定时器0外部输入) T1(定时器1外部输入) WR (外部数据存储器写控制) RD (外部数据存储器读控制) 表3.5 AT89C51 P3端口的特殊功能
单片机在本房间温度监控系统中主要用于通讯及温度采集。P3.0接DS18B20。P0口用于温度显示接口的设计。单片机与控制电路共用一个外部时钟,采用片内存储器,设有上电复位功能。单片机最小系统如图3.2.1:
C130pFY11918123456783013121514319VCCS4C1R201K1716X1X2P10P11P12P13P14P15P16P17P3.0INT1INT0T1T0EA/VPRESETRDWRP24P25P26P27RXDTXDALE/PPSENU1P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23393837363534333221222324C230pF252627281011302910uFR2110K 图 3.2.1 单片机最小系统
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