1、山东科技大学学士学位论文 摘要基于 89C51 单片机控制技术的日光温室实时环境监测与控制系统摘 要本文设计了一种基于 89C51 单片机控制技术的日光温室实时环境监测与控制系统。系统分别由 DS18B20 数字温度传感器、IH3605 湿度传感器来获取和控制温度、湿度的信号，并利用 A/D 转换器 ADC0809 将其湿度转换为数字信号。当温室温度低于正常温度时能及时的启动报警装置。用户可以通过 LED 数码管显示读出温度和湿度值。系统为基于单片机的测试系统，含采样电路设计、A/D 转换器与单片机接口电路设计、单片机电路设计、显示电路设计、报警电路设计及看门狗电路设计等硬件电子电路。系统软件
2、编程设计包括系统主程序设计、数据采集子程序设计、低温预警子程序设计、显示子程序设计等，均采用 51 系列利汇编语言编程实现。该系统可实时测试、控制，且稳定性好、操作简单，可广泛用于农业、林业等部门的相关控制部分。关键词：单片机；温度；湿度；低温预警；上下位机通信山东科技大学学士学位论文 摘要ABSTRACTThis paper presents a greenhouse environment monitoring and control system which is based on 89C51 microcontroller. The system used digital temper
3、ature sensor DS18B20 and humidity sensors IH3605 to access and control temperature, humidity and signal. And this system also using A / D converter ADC0809 to convert the humidity into digital signal. When the temperature of greenhouse is lower than normal it can start alarm device on time. Users ca
4、n read the temperature and humidity values by LED. This system is a test system which is based on SCM, including the sampling circuit design, A / D converter and the microcontroller interface circuit design, microcontroller and memory circuit design, display circuit design , alarm and watchdog circu
5、it design and other hardware electronic circuits. The software programming includes system main program design, data collection program design, low temperature warning program design, display program design.And all of them were compiled by 51 programming language. This system not only can make real-
6、time testing and control,but also be very stability and operation 山东科技大学学士学位论文 摘要simple. So it can be widely used in the control section of agriculture, forestry and other sectors. .Key words: SCM; temperature; humidity; low temperature warning; upper and lower computer communication.山东科技大学学士学位论文 目录
7、目录1 绪论 .11.1 课题的提出和意义 11.2 国内外研究发展概况 21.3 本课题的主要研究内容 42 系统总体设计 .62.1 总体设计思路 62.2 系统功能设计 72.3 系统原则设计 82.4 系统组成与工作原理 93 系统硬件设计 .113.1 温度传感器连接电路设计 .113.2 集成湿度传感器 IH3605243.3 A/D 转换电路设计 .263.4 单片机连接电路设计 303.5 外设电路设计 .333.6 上下位机通信 .354 系统软件设计 41山东科技大学学士学位论文 目录4.1 软件主体设计 414.2 温度测量程序设计 424.3 I/O 端口的扩展程序设计
8、 464.4 显示子程序设计 464.5 AD 转换程序设计 .485 总结 .49参考文献 50致谢 .51附录 A 重要程序 .52附录 B 外文文献 .61附录 C 中文翻译 .77附录 D 总体电路图 .90山东科技大学学士学位论文 绪论11 绪论1.1 课题的提出和意义随着社会的发展, 各种园艺温室和农作物温室的数量在不断增加。这些温室有的也安装有各种加热、加湿、通风和降温的设备, 但对于相应设备的操作大多还是由人工来完成。当温室的面积达到上千平米甚至更大时, 操作人员的劳动强度会变的很大,并且光靠人工也已经无法完成温室内的温度和湿度的调节。该课题研究的温室控制系统可完成对温室内温湿
9、度的自动测量和调节, 大大降低了操作人员的劳动强度, 并且使温室达到了比较先进的管理水平。并且在我国的发展过程中，我国的温、湿度自动调节及报警系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。在我国的一些中小城市，就日光温室的现状来看，许多地方依然靠开关门窗来调节温湿度，这种方法不仅费时费力，效率低，准确度也不高，随机性大，当然也就不够科学。因此，需要研制一种结构简单、价格低廉的测控系统来达到自动调节温湿度调节及报警的目的。随着科技的迅猛发展，我国逐渐实现日光温室系统管理智能化，但是智能化程度与普及率过低。虽然有些也引进了一些国外的计算机智能控制系统，如温室环境控制系统。也真
10、正实现了数字化、智能化、自动化，但投资过大，系统故障维护不便，且经济效益过低。因此实现开发低价位实用型日光温室系统已迫在眉睫，对于推进我国日光温室智能化管理以及最大限度的减少仓库火灾进程具有极为重要的意义，同时也具山东科技大学学士学位论文 绪论2有很大的市场商机。日光温室以其低成木、节能耗的优点被大而积推广，成为我国现阶段主要农业设施类型。近年来，单片机在我国的许多领域均得到了广泛的应用，其优良的性价比特别适合于日光温室的建设要求。因此，利用单片机实现日光温室内环境与水肥灌溉的自动控制，营造作物适宜的生长环境，是使日光温室生产能够持续快速发展和解决实际生产管理问题的重要手段。我国农业正处在从传
11、统农业向以优质、高效、高产为目的的现代化农业转化的新阶段。农业环境控制工程作为农业生物速生、优质、高产手段是农业现代化的重要标志，农业设施的自动检测与控制是我国急待发展的项目。我国目前大多数温室内的环境仍靠人工根据经验来管理，从某种程度上也影响了其效益和发展。同时微型计算机强大的软、硬件逻辑功能、高性能价格比、高可靠性，为温室自动管理提供了强有力的手段，也为实现温室的标准化、自动化奠定了基础环境控制对作物生产的重要作用己为国内外大量的科学实验和生产实践所证实。只有在适宜的环境条件下，作物才能充分发挥其高产潜力。几十年来，有关作物生理和其生长环境的研究，不仅指导了农业生产，而且为温室环境工程及控
12、制的研究提供了依据和参数。但如何把这类系统用计算机来实现监控，从而为作物提供最佳的生长环境，一直是研究者面临的一项重要的任务。鉴于上述，本文提出了温室自动控制系统的设计。系统以 89C51 单片机为中心，编制出一套温室自动控制系统。山东科技大学学士学位论文 绪论31.2 国内外研究发展概况温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是
13、提高控制与作业精度。国外对温室环境控制技术研究较早，始于 20 世纪 70 年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80 年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。像园艺强国荷兰，以先进的鲜花生产技术著称于世，其玻璃温室全部由计算机操作。日本研制的蔬菜塑料大棚在播种、间苗、运苗、灌水、喷药等作业的自动化和无人化方面都有应用。日本利用计算机控制温室环境因素的方法，主要是将各种作物不同生长发育阶段所需要的环境条件输入计算机程序
14、，当某一环境因素发生改变时，其余因素自动作出相应修正或调整。一般以光照条件为始变因素，温度、湿度和 CO2 浓度为随变因素，使这四个主要环境因素随时处于最佳配合状态。美国和荷兰还利用差温管理技术，实现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需要。英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观测 50km 以外温室内的光、温、湿、气和水等环境状况，并进行遥控。我国对于温室控制技术的研究较晚，始于 20 世纪 80 年代。我国工山东科技大学学士学位论文 绪论4程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机控制技术，该技术仅限于温度、湿度和 CO2 浓
15、度等单项环境因子的控制。之后，我国的温室控制技术得到了迅速发展。20 世纪 80 年代，由于当时只注重引进温室设备，而忽略了温室的管理技术和栽培技术，且引进的温室能耗过高，致使企业相继亏损或停产。90 年代初，我国大型温室跌入了发展的低谷。 “九五” 初期，以以色列温室为代表的北京中以示范农场的建立，拉开了我国第二次学习和引进国外现代温室技术的序幕。到 90 年代中后期，在对国外温室设备配置、温室栽培品种、栽培技术等各个方面进行研究的基础上，我国自主开发了一些研究性质的环境控制系统。1995 年，北京农业大学研制成功了“WJG-1 型实验温室环境监控计算机管理系统” ，此系统属于小型分布式数据
16、采集控制系统。1996 年，江苏理工大学毛罕平等研制成功了使用工控机进行管理的植物工厂系统。该系统能对温度、光照、CO2 浓度、营养液和施肥等进行综合控制，是目前国产化温室控制技术比较典型的研究成果。中国农业机械化科学研究院研制成功了新型智能温室系统。该系统由大棚本体及通风降温系统、太阳能贮存系统、燃油热风加热系统、灌溉系统、计算机环境参数测控系统等组成。1997 年以来，中国农业大学在温室环境的自动控制技术方面也取得了一定的成果。90 年代末，河北职业技术师范学院的闰忠文研制了蔬菜大棚，其能够对温、湿度进行实时测量与控制。但由于我国农业现代化水平较低，农业劳动力大量过剩，温室的一次性投资大，
17、资金短缺以及对操作人员的素质要求比较高等因素，限制了温室控制技术在温室系统的扩展。1.3 本课题的主要研究内容本设计主要做了如下几方面的山东科技大学学士学位论文 绪论5工作：一是进行毕业设计课题相关资料的收集；二是确定系统的总体功能设计方案；三是硬件主体设计，包括采样电路设计、A/D 转换器与单片机接口电路设计、单片机电路设计、显示电路设计、报警电路设计及看门狗电路设计等；四是软件主题设计，包括系统主程序设计、数据采集子程序设计、低温预警子程序设计、显示及报警子程序设计等。本文将温室环境多种参数监测和单片机控制理论相结合，提出一种切实可行的温室环境监测系统，可全面、实时、自动地对监测数据进行自
18、动记录、存储和处理，并将有关信息采用最有效的方式送入计算机。满足了对温室实行全面、实时、长期监测的要求。本毕业设计主要内容包括以下几个方面：(1)用下级机 89C51 单片机和上级机 PC 微机组成温室自动控制系统中的硬件部分即两级微型计算机数据采集系统，它们能进行数据采集、通讯和监控。(2)对温室自动控制系统编程，构成温室自动控制系统中的软件部分。(3)利用数字温度传感器对温度信号进行采集,采集到的信号被送到单片机中,每隔一段时间进行温度刷新，将采集到的温度值与初始设定好的最高温度和最低温度进行比较, 如果小于最低温度或大于最高温度则进行报警。(4)利用湿度传感器 IH3605 对湿度信号进
19、行采集，通过 ADC0809 进行模数转换，送入单片机，并对湿度值进行显示。(5)利用 Protel 进行原理图设计，选择器件，计算各器件的参数，并山东科技大学学士学位论文 绪论6完成元器件的封装。山东科技大学学士学位论文 系统总体设计62 系统总体设计2.1 总体设计思路本设计的总体思路是分别采用 DS18B20 数字温度传感器、IH3605 集成湿度传感器将外部测得的信号分别转化为数字信号和电压信号，然后电压信号输入到 A/D 转换器，送入单片机进行数据的分析和处理，以达到控制系统自动报警与控制的目的。当电压的数字信号送入单片机后，根据电压与湿度的关系计算出湿度值。将测得的温度值与设定的温
20、度范围比较，如果超过，则转到报警模块进行报警。然后每隔一段时间把温度和湿度刷新一下并将刷新的湿度和温度用数码管显示出来。并实时的利用 NRF401 无线收发芯片进行上下机通信，把单片机中得到的温度与湿度数据送入 PC 机进行显示。具体的方案见图 2.1集成湿度传感器 IH3605数字温度传感器 DS18B20ADC0809 模/数转换器89C51 单片机系统执行 NRF401 无线收发芯片山东科技大学学士学位论文 系统总体设计7图 2.1 系统具体方案2.2 系统功能设计该系统的主题构架：以主控制器 89C51 为核心，利用其接口的扩展功能，外接温度传感器、显示电路、外部存储器、A/D 转换器
21、和 NRF401芯片。具体功能的实现，依靠程序编写人员的设置。各模块功能：数字温度传感器 DS18B20 实现对温度的测量转换及存储，输出数字信号给单片机。集成湿度传感器 IH3605 实现对湿度的采集，并通过 ADC0809 把模拟量转化成数字量，送入单片机。显示电路实现对温度与湿度的实时显示，有助于进行数值的设置和人员的观测。外部存储器实现数据的存储与读取，有助于缓解主控制器存储单元不足的压力。通信模块利用 NRF401 实现了下位机主控制器 89C51 和上位机之间的无线通信,使该设计的应用范围更广泛，使用更便捷。系统要完成的设计功能如下：(1)实现对温室温度和湿度的实时采集，由数字温度
22、传感器DS18B20、集成湿度传感器 IH3605 进行测量，由 89C51 单片机对数据进行监测、数据处理、存储，实现温湿度的智能的测量。报警设备 显示NRF401 无线收发芯片PC 机山东科技大学学士学位论文 系统总体设计8(2)实现数据的及时报警。(3)现场监测设备应具有较高的灵敏度、可靠性，并具有存储、通信功能。(4)通信系统具有较高的可靠性、较好的实时性和较强的抗干扰能力。与计算机通讯功能，采用 NRF401 无线通信。(5)长时间测量数据记录功能，可以根据需要设置数据记录时间间隔，数据存入数据存储器。(6)监控计算机软件设计管理程序需要具有完成数据采集、处理的功能，其软件编程具有功
23、能强大、便于操作和执行速度快等特点。(7)达到的技术指标：测温范围：55 +100测温精度：0.5测湿范围：0100%RH测湿精度：2%RH2.3 系统原则设计要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。(1)可靠性高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个山东科技大学学士学位论文 系统总体设计9方面考虑：使用可靠的元器件；设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；系统自诊断功能等。(2)操作维护方便在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减
24、少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。因此在设计时，要尽可能减少人机交互接口，多采用内置或简化的方法。同时系统应配有故障诊断程序，一旦发生故障可对系统进行重启。(3)性价比单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。因此，在设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能。2.4 系统组成与工作原理以 89C51 单片机为控制核心，采用温度测量，湿度测量，通信技术，误差修正等关键技术，以 DS18B20 数字温度传感器和 IH3605 作为测量元件，构成智能温湿度测量系统。该系统可分为温度测量电路，湿
25、度测量电路，A/D 转换器与单片机接口电路，单片机及存储器电路，显示电路，报警电路及看门狗电路。见图 2.2。选用的器件有：单片机 89C51，温度传感器 DS18B20,湿度传感器 IH3605A/D 转换器 ADC0809,编程 I/O 口扩展芯片 8155，看门狗芯片 X25045，无线通信芯片 NRF401，MAX232 等。山东科技大学学士学位论文 系统总体设计10图 2.2 硬件结构图本系统以单片机 89C51 为核心，数据采集、存储、显示、报警、数据处理以及上传至计算机都要通过单片机。数据采集通过单总线的智能温度传感器 DS18B20 和集成湿度传感器 IH3605 完成；当采集
26、数据超出预警值时，由报警模块蜂鸣器进行报警，然后进行相应处理；数据存储可以在单片机的数据存储器内完成；由数码管实时显示接受的数值。在整个系统中采用了多种总线、协议技术，如智能数字温度传感器DS18B20 的单总线技术，存储扩展的 IO 总线技术，NRF401 和计算机连接的 RS232 协议技术等。在这个系统中采用的语言是 51 系列汇编语言编程。89C51 单片机数据采集报警指示数据存储数据显示数据处理山东科技大学学士学位论文 系统总体设计11山东科技大学学士学位论文 系统硬件设计113 系统硬件设计3.1 温度传感器连接电路设计3.1.1 传感器的基本特性传感器是指能感受规定的物理量，并按
27、一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。 传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。 1)、敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。 2） 、转换元件则将上述非电量转换成电参量。 3） 、测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。传感器的静态特性参数指标 (1)灵敏度 灵敏度是指稳态时传感器输出量和输入量之比，或输出量的增量 y 和输入量的增量 x 之比，用 So 表示为 ySo 山东科技
28、大学学士学位论文 系统硬件设计12x式中 So灵敏度；y输出量的变化量；x输入量的变化量。对于线性传感器来说，其灵敏度是个常数。(2)分辨力 传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力。 (3)测量范围和量程 在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。(4)线性度（非线性误差） 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。 即max= 100%Yfsmax最大非线性绝对误差；线性度；山东科技大学学士学位论文 系统硬件设计13Yfs输出满度值。(5)迟滞 迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反
29、行程特性的不一致程度。 HmH= 100%yFs式中 H迟滞；Hm输出值在正、反行程间的最大差值。(6)重复性 重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化多次所得特性曲线的不一致性。 重复性误差用满量程输出的百分数表示，即近似计算RmyR = 100%yFs精确计算山东科技大学学士学位论文 系统硬件设计1423R = ( yi-y)/(n-1)yFs式中 Rm输出最大重复性误差；Yi第 i 次测量值；y测量值的算数平均值；n测量次数。(7)零漂传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输入值偏离原示值的最大偏差与满量程的百分比为零漂。 (8)温漂温度每升高 1，传
30、感器输出值的最大偏差与满量程的百分比，称为温漂。 3.1.2 DS18B20 温度传感器概述DSI8B20 是 DALLAS 公司的最新单线数字温度传感器,它体积小、经济。是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。它的测量温度范围为-55+125。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的山东科技大学学士学位论文 系统硬件设计15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。与前一代产品不同,新的产品支持 355 V 的电压范围,使系统设计更
31、灵活、方便。而且新一代产品更便宜,体积更小。DSI8B20 可以程序设定912 位的分辨率,精度为05。可以选择更小的封装方式,更宽的电压适用范围。分辨率设定及用户设定的报警温度存储在 EPROM 中,掉电后依然保存。DS18B20 的性能是新一代产品中最好的,性能价格比也非常出色,继“一线总线”的早期产品后,DSI8B20 开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20 和 DS18B22 使电压特性及封装有更多的选择,让用户可以构建适合自己的经济的测温系统。S18B20 内部结构主要由 4 部分组成:64位光刻 R O M,温度传感器、非挥发的温度报警触发器 T H 和 TL,配置寄存器。D
32、SI8B20 的管脚排列如图 3.1 所示。图 3.1 DS18B20 管脚山东科技大学学士学位论文 系统硬件设计16DS18B20 的管脚排列1). GND 为电源 地；2). DQ 为数字信号输入输出端；3). VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）3.1.3 DS18B20 温度传感器特点DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件” ，其具有独特的优点：1)，采用单总线的接口方式 与微处理器连接时 仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器
33、网络，为测量系统的构建引入全新概念。2)，测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为 -55 + 125 ； 在 -10+ 85C 范围内，精度为 0.5C 。3)，在使用中不需要任何外围元件。4)，持多点组网功能 多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。5)，供电方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而 使系统结构更趋简单，可靠性更高。6)，测量参数可配置 DS18B20 山东科技大学学士学位论文 系统硬件设计17的测量分辨率可通过程序设定 912 位。7)，负压特性 电
34、源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。8)，掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。3.1.4 DS18B20 内部结构DS18B20 内部结构主要由 4 部分组成：64 位 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。ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作 是该 DS18B20 的地址序列码，每个 DS18B20
35、的 64 位序列号均不相同。64 位 ROM 的排的循环冗余校验码（CRC=X8 X5X41） 。 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。DS18B20 内部结构见图 3.2I/O64 位 ROM和单总线接口存储器与控制逻辑高速缓存温度传感器山东科技大学学士学位论文 系统硬件设计18CGNDVDD图 3.2 DS18B20 内部结构3.1.5 DS18B20 测量操作DS18B20 中的温度传感器完成对温度的测量，用 16 位二进制形式提供，形式表达，其中 S 为符号位。 DS18B20 的输出温度数据为标准摄氏度;对于
36、华氏温度的应用，必须通过查表或运用转换方法。温度数据在温度寄存器存储为一个 16 位符号扩展位和 2 位的补码（见表 3.1） 。该标志位（S）表示温度的正负符号位：为正数时 S = 0，为负数时 S = 1。如果是 DS18B20 配置为 12 位分辨率，在温度寄存器的所有位将包含有效数据。对于 11 位分辨率，位 0 是未定义的。对于 10 位分辨率，位 1 和 0是未定义的。对于 9 位分辨率，位 2，1 和 0 是未定义的。表 3.1 温度寄存器Bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 电源检测高温触发器低温触发器配置寄存器8 位 CRC 发生器山
37、东科技大学学士学位论文 系统硬件设计192 2 2 2 2 2 2 24Bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 S S S S S 26 25 24高速暂存存储器由 9 个字节组成，当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1 时，先将补码变为原码，再计算十进制值。高速暂存器的结构如表3.2 所示。表 3.2 高速暂存器温度低位温度高位TH TL 配置
38、保留 保留 保留 8 位CRC3.1.6 DS18B20 的工作时序(1)初始化时序 主机首先发出一个 480960 微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的 480 微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出山东科技大学学士学位论文 系统硬件设计20现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。做为从器件的 DS18B20 在一上电后就一直在检测总线上是否有480960 微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待 1560微秒后将总线电平拉低 60240 微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。 图 3.
39、3 初始化时序(2)对 DS18B20 的写和读操作时序接下来就是主机发出各种操作命令，但各种操作命令都是向DS18B20 写 0 和写 1 组成的命令字节，接收数据时也是从 DS18B20 读取0 或 1 的过程。因此首先要搞清主机是如何进行写 0、写 1、读 0 和读 1的。写周期最少为 60 微秒，最长不超过 120 微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低 1 微秒表示写周期开始。随后若主机想写 0，则继续拉低电平最少 60 微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写山东科技大学学士学位论文 系统硬件设计211，在一开始拉低总线电平 1 微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结
40、束。而做为从机的 DS18B20 则在检测到总线被拉底后等待 15 微秒然后从 15us 到 45us 开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为 1，若采样期内总线为低电平则为 0。写时序如图 3.4 所示图 3.4 写时序对于读数据操作时序也分为读 0 时序和读 1 时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在 1 微秒之后就得释放单总线为高电平，以让 DS18B20 把数据传输到单总线上。DS18B20 在检测到总线被拉低 1微秒后，便开始送出数据，若是要送出 0 就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出 1 则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线 1 微秒后释放总线，然后在包括
41、前面的拉低总线电平 1 微秒在内的 15 微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为 0。采样期内总线为高电平则确认为 1。完成一个读时序过程，至少需要 60us 才能完成。山东科技大学学士学位论文 系统硬件设计22读时序总线图如 3.5 所示图 3.5 读时序3.1.7 DS18B20 使用方法步骤DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，如果出现序列混乱， 1-WIRE 器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。根据 DS18B20 的协议规定，微控制器控制 DS18B20 完成温度的转换必须经过以下 4
42、 个步骤 ：1)，每次读写前对 DS18B20 进行复位初始化。复位要求主 CPU 将数据线下拉 500us ，然后释放， DS18B20 收到信号后等待 16us60us 左右，然后发出 60us240us 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号后表示复位成功。2)，发送一条 ROM 指令，ROM 指令集见表 3.3表 3.3 ROM 指令山东科技大学学士学位论文 系统硬件设计23指令 代码 指令功能读 ROM 33H 读 DS18B20ROM 中的编码（即读 64 位地址）ROM 匹配（符合ROM）55H发出此命令后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与编码相对应 DS18B20
43、 使之做出响应，为下一步对该 DS18B20 的读写做准备。搜索 ROM 0F0H 用于确定挂接在同一总线上 DS18B20 的个数和识别 64 位 ROM 地址，为操作各器件做准备跳过 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 发温度变换命令，适用于一片 DS18B20 工作警报搜索 0ECH 该指令执行后，只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应3)，发送存储器指令，指令集见表 3.4表 3.4 存储器指令指令 功能描述 代码 一线总线指令运行后的状态温度转换 温度转换初始化 44h DS18B20 转换状态控制（不适用于寄生电源）读暂存器 读取整个暂存器，包括 CRC 字节 BEh 读内部 RAM 中 9 字节的内容写暂存器 写数据到暂存器2、3、4 字节（TH, 4Eh 传送三字节内容到 DS18B20
