图2-4 独立按键电路
6. 单片机最小系统
图2-5 最小系统
第三章 温度控制系统设计基础
3.1温度传感器的历史发展
温度的测量是从热胀冷缩开始，水银温度计至今仍是各种温度计测量的计量标准，可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒玻璃管易碎，代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度较低，只能作为一个概略指示，不过在居民宅中使用已可满足要求，在工业生产和实验研究中心为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数的变化的原理。随着大规模的集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。然而测量温度的关键就是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段: ①传统的分立式温度传感器；②模拟集成温度传感器；③只能集成温度传感器。
目前典型的温度测控系统由模拟式温度传感器和单片机组成。由于模拟式温度传感器输出的模拟信号必须经过AD转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器连接，因而使得硬件电路结构复杂，成本较高。因此目前国际上新型温度传感器正从模拟向数字式，从集成化向智能化，网络化的方向飞速发展，以DS18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和AD转换于一体，直接输出数字量，与单片机接口电路结构简单，广泛使用距离远、节点分布多的场合，具有较强的推广和应用价值。
3.2 DS18B20数字温度传感器简介
3.2.1 温度传感器内部结构
DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。
图 3-1温度传感器内部结构
3.2.2 DS18B20产品的特点
? 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 ? 简单的多点分布应用 ? 无需外部器件 ? 可通过数据线供电 ? 零待机功耗
? 测温范围-55~+125℃，以0.5℃递增。华氏器件-67~+2570F，以0.90F 递增 ? 温度以9 位数字量读出
? 温度数字量转换时间200ms（典型值） ? 用户可定义的非易失性温度报警设置
? 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件 ? 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统 3.2.3 DS18B20引脚图及引脚功能介绍
TO－92封装的DS18B20的引脚排列见图3-2，其引脚功能描述见表3-1。
图3-2 DS18B20的引脚图
表3-1 DS18B20详细引脚功能描述
序号
1
ND 2
Q 3
D
VDD
数据输入输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。
可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
称
G
地信号
名
引脚功能描述
3.2.4 DS18B20的使用方法
由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根IO线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的复位时序
DS18B20的读时序
对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。
对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。
DS18B20的写时序
对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。
3.3 DS18B20的测温原理
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55℃～+125℃,可编程为9位～12位AD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.
低温度系数晶振的震荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，途中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数晶振器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量，计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的一个基值，减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数。当减法计数器1的预值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预值将从新被装入，减法计数器1从新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环，直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值得累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
对于DS18B20的使用，多采用单片机实现数据采集，处理时，将DS18B20信号线与单片机一位口线相连，单片机可挂接多片DS18B20，从而实现多点温度检测系统。
第四章 系统总体设计
4.1 1602液晶显示器和单片机接口技术
4.1.1 1602液晶显示器简介
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。
工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行） 注：为了表示的方便 ，后文皆以1表示高电平，0表示低电平。 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 4.1.2 功能管脚
图4-1 1602管脚图
1602采用标准的16脚接口，其中： 第1脚：VSS为电源地 第2脚：VCC接5V电源正极
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（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。
第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。 第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。
第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。