根據 DS18B20 的 1-wire 的通信原理，利用單片機匯編（或 C）語言實現一個溫度測試并顯示的電路，在 Proteus 平臺上進行電路設計，并且載入單片機程序進行仿真驗證。

掌握虛擬仿真軟件 Proteus 的應用，了解溫度傳感器 DS18B20 的 1-wire 的通信原理，學會采用 Proteus 虛擬仿真軟件工具，利用單片機匯編（或 C）語言實現一個溫度測試并顯示的電路，并且在 Proteus 軟件上仿真測試，進行驗證，綜合實驗系統的使用方法，熟悉創新性實驗報告的撰寫方法。

實驗場地： 院實驗室318、424

儀器設備： 計算機一臺

軟件：   Proteus軟件

（1）DS18B20特點：

DS18B20采用一線通信接口。因為一線通信接口，必須在先完成ROM設定，否則記憶和控制 功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一： <1> 讀ROM，<2>ROM匹配，<3>搜索ROM，<4>跳過ROM，<5>報警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設備。

若指令成功地使DS18B20完成溫度測量，數據存儲在DS18B20的存儲器。一個控制功能 指揮指示DS18B20的演出測溫。測量結果將被放置在DS18B20內存中，并可以讓閱讀發出記憶功能的指揮，閱讀內容的片上存儲器。溫度報警觸發器 TH和TL都有一字節EEPROM 的數據。如果DS18B20不使用報警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節以理想的解決溫度數字轉換。寫TH,TL指令 以及配置字節利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數據的讀，寫都是從最低位開始。

DS18B20部分命令設置：

DS18B20讀寫時序圖：

說明：

主機要生成一個寫時間隙，必須把數據線拉到低電平然后釋放，在寫時間隙開始后的15μs內允許數據線拉到高電平。 主機要生成一個寫 0 時間隙，必須把數據線拉到低電平并保持 60μs。

初始化過程“復位和存在脈沖”：

說明：

DS1820 需要嚴格的協議以確保數據的完整性。協議包括幾種單線信號類型：復位脈沖、存在脈沖、寫0、寫 1、讀0 和讀1。所有這些信號，除存在脈沖外，都是由總線控制器發出的。 和 DS1820 間的任何通訊都需要以初始化序列開始，一個復位脈沖跟著一個存在脈沖表明 DS1820 已經準備好發送和接收數據（適當的 ROM 命令和存儲器操作命令）。

DS18B20溫度值格式表：

說明：

　　這是12位轉化后得到的12位數據，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面 5位是符號位，如果測得的溫度大于0， 這5位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際 溫度。 例如+125℃的數字輸出為07D0H，+25.0625℃的數字輸出為0191H，-25.0625℃的數字輸出為FE6FH，-55℃的數字輸出為FC90H 。

（2）數碼顯示：

采用數碼管動態顯示，通過位控線選擇數碼管，同時單片機通過查表送出段選送顯示的段碼，利用人的視覺暫留特點達到顯示的目的。

（3）復位電路：

復位電路采用手動復位，實現單片機系統復位。

（4）震蕩電路;

為單片機提供恒定可靠的震蕩周期。

（5）驅動電路：

由于單片機的驅動能力有限，考慮到數碼管的特點，實際應加上驅動電路，以提供合適的電流。

（6）測溫開關

給單片機信號，給予其開始測溫，關閉測溫指示。

（7）Proteus 虛擬仿真

在keil中編寫單片機程序，生成相應的.Hex文件，將文件復制到一個文件夾下，在Proteus里添加單片機并設置程序的路徑，找到該文件，仿真時就會調用該程序文件。

2、實驗內容

根據設計要求設計硬件電路，根據各項指標選擇合適的原件，在Proteus原理圖中畫出原理圖。本設計采用六個八段數碼段動態顯示，硬件電路主要有單片機，復位電路，數碼顯示，震蕩電路，驅動電路，測溫開關電路，傳感器電路等組成。開機顯示“HELLO”友好界面，測溫控制開關開始關閉測溫，當開關閉合時，處于測溫狀態，顯示的溫度值即為真實溫度，開關打開時為關閉狀態，數碼管組顯示“OFF”與最后一次測量值的交替顯示，警示測溫中斷，開關再次合上時又進行正常測溫。考慮到成本問題單片機選用AT89C52，該單片機為一8位單片機，詳細介紹再次就不過多陳述，具體參數參考技術資料。單片機程序采用匯編語言，在Keil環境下編譯。

3、實驗步驟

（1）根據功能設計硬件電路

<1>數碼管顯示及其驅動電路:

本設計采用的是6位8段共陽數碼管，如下圖所示，ABCDEFG個DP分別是數碼管的八個段，123456是對應的六個線選線，由于單片機的灌電流能力也不是很強，直接驅動幾個數碼管有點困難，因此加上了373鎖存器，跟7407同向驅動芯片。373鎖存p0（開漏輸出）口輸出的段選信號，P2口是線選信號輸出口。P2口雖然內部有上拉電阻，但是由于7407是集電極開路六組驅動器，沒有上拉不能輸出高電平所以還要加上拉電阻。7407的驅動能力比較強，高電平時輸出最大電流可達41mA，而輸入高電平電流只需40uA即可，能夠滿足該六位數碼管正常顯示。

<2>振蕩電路

該振蕩電路外部由兩個電容C1，C2跟晶振X1組成，如下圖連接接地，并接到單片機的XTAL1跟XTAL2引腳上。由于51單片機內部有一個用于構成振蕩器的可控高增益反向放大器，兩個引腳XTAL1，XTAL2分別是該放大器的輸入端跟輸出端。按下圖所示，就可構成一個自激振蕩器，匹配電容根據晶振的要求選取，一般選用20~30pF瓷片電容即可。

<3>復位電路

下圖是一個簡單手動復位與上電復位的綜合復位電路。R2，R3構成手動復位電路，R2一般取1~5KΩ。在實際電路中，當R3=200Ω，R2=800Ω時，按下按鍵實現可靠復位電壓為4V.即Urst=U*R2/(R2+R3)。由于仿真軟件的問題，當R2大于1K時，上電后RST引腳不能實現低電平，因此不能滿足復位的條件，采用800Ω電阻時能夠實現。但實際電路中R2取到1K才能實現可靠的上電復位。（相關公式：Urst=5*e^(-t/τ), τ=R2*C,當復位電壓大于等于3V時是可靠復位電壓。帶入上式，t=τ*ln(5/3) ≈0.15τ,當R2=1KΩ，C=22uF時，t≈11.2ms.即復位時間約為11.2ms。為保證可靠復位，復位時間大于10ms即可。）

<4>測溫開關：

測溫開關的實現時利用檢驗其是否存在的原理進而轉換顯示狀態，故可以設置在DS18B20跟單片機相連的路徑之間（接在P3.3引腳），開關斷開，單片機就會檢測不到傳感器，轉換到關閉測溫狀態，開關閉合，單片機又能檢測到傳感器，自動轉到測溫顯示狀態。由于DS1820 的單總線端口（I/O 引腳）是漏極開路式的，一個多點總線由一個單線總線和多個掛于其上的從機構成。在發出任何涉及拷貝到 E2存儲器或啟動溫度轉換的協議之后，必須在最多 10μs之內把 I/O 線轉換到強上拉，因此單線總線需要一個約 5KΩ的上拉電阻。

實際電路如下圖所示：

（2）設計單片機程序，畫出流程圖

通過單線總線端口訪問 DS1820 的協議如下：

• 初始化   

• ROM 操作命令   

• 存儲器操作命令

• 執行/數據

程序組成：

主程序

子程序：

HELLO與OFF開關顯示、DS18B20初始化、重寫DB18B20、讀溫度、溫度數值轉換等。

主程序流程圖：

HELLO與OFF開關顯示流程圖：

DS18B20初始化流程圖：

重寫DB18B20流程圖：

讀溫度流程圖：

溫度數值轉換流程圖：

（3）編寫程序

根據硬件電路編寫程序，程序見實驗結果部分的程序清單。

（4）仿真調試

在Keil編譯環境下編譯匯編程序，設置晶振12MHz，生成.Hex文件。打開用Proteus畫好的原理圖，雙擊單片機，設置震蕩頻率12MHz，與硬件電路相對應，瀏覽找到生成的該程序的.Hex文件作為其程序。設置完成，打開仿真按鈕，進行仿真調試，打開閉合測溫開關觀察現象，調節DS18B20的溫度調節部分調節溫度，觀察數碼顯示溫度值。

1、實驗現象、數據記錄

當仿真開始時，顯示開機界面“HELLO”：

測溫時，當測試零下溫度時顯示零下溫度值：

當測試零上溫度時顯示正的溫度值：

當測溫開關打開時，顯示“ＯＦＦ”與最后一次測溫值交替顯示界面：

2、對實驗現象、數據及觀察結果的分析與討論：

    開機時顯示“HELLO”問候，采用200次動態掃描顯示，顯示完之后自動轉到下面的初始化及測溫程序，傳感器存在時，進行正常測溫，零上溫度入上面圖示，顯示零上溫度，無效位消隱，實現方法是每次遍歷存儲空間，將無效位的段選置空，有效的位用數據填充，小數點另加到倒數第二個數碼管的小數點處。當測試零下溫度時，數值轉換要取反加1，還要在前面加負號，考慮到負數最多顯示兩位，故將負號固定在倒數第四位，省去了判斷的麻煩。當測溫開關斷開時，由于檢測不到DS18B20的存在，故程序轉到顯示“OFF”界面，由于要不斷地檢測存在位，所以要循環檢測，循環顯示，由于時序的原因，會使OFF與最后一次測溫結果交替顯示。開關閉合，又能檢測到標志位，程序自動進入正常測溫序列。

3、主要關鍵和創新點：

　　在Proteus仿真環境下，使用DS18B20進行一路測溫，測溫精度達到到0.5攝氏度開機顯示友好界面“HELLO”問候，當測溫關閉時，會顯示“ＯＦＦ”提醒，閉合開關，又可以進行正常測溫。本設計通過檢查存在標志位的方法進行了測溫開關的控制，避免了使用中斷進行控制，從而避免了中斷導致的測溫時序混亂，測溫不準的結果。