1 引言

　　自動(dòng)調(diào)溫光療系統(tǒng)是一種醫(yī)用理療儀器，其原理是采用單片機(jī)對(duì)可控硅的控制來(lái)控制高壓下的激光輸出器進(jìn)行理療，在激光輸出器工作的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)，利用檢測(cè)到的溫度狀況決定可控硅的導(dǎo)通狀態(tài)，達(dá)到改變激光輸出器輸出功率的目的，得到最佳的療效。

　　根據(jù)上述特點(diǎn)，本文選擇了單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集，介紹了使用DS18B20的程序代碼。為了使可控硅的輸出功率連續(xù)均勻變化，本文設(shè)計(jì)了一種利用外部中斷和定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)可控硅移相觸發(fā)的編程方法，滿足治療光的強(qiáng)度均勻靈敏變化的需要。

　　2 調(diào)溫光療系統(tǒng)介紹

　　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

　　本系統(tǒng)由5部分組成：CUP處理單元，鍵盤(pán)輸入單元，LCD顯示單元，測(cè)量溫度單元，可控硅控制激光器輸出單元。

　　CUP處理單元運(yùn)行系統(tǒng)程序調(diào)度所有任務(wù)，鍵盤(pán)用于輸入系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)及控制狀態(tài)模式選擇，LCD為系統(tǒng)提供了良好的操作界面，測(cè)量溫度單元負(fù)責(zé)對(duì)激光輸出器的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，可控硅控制輸出單元針對(duì)設(shè)定參數(shù)及檢測(cè)到的溫度來(lái)控制激光輸出器的輸出。本文將詳細(xì)介紹測(cè)量溫度單元和可控硅控制單元的軟硬件設(shè)計(jì)。

　　2.2 系統(tǒng)程序流程介紹

　　本醫(yī)療系統(tǒng)的程序流程為：系統(tǒng)首先數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，這里的初始化主要包括定時(shí)器和外部中斷的設(shè)置，初始化完成后開(kāi)外部中斷，然后系統(tǒng)進(jìn)行溫度采集，根據(jù)采集的溫度及系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)來(lái)決定定時(shí)器定時(shí)參數(shù)，該定時(shí)參數(shù)直接決定移相觸發(fā)可控硅時(shí)導(dǎo)通角的大小。接著系統(tǒng)再進(jìn)行溫度采集，選擇定時(shí)器定時(shí)時(shí)間參數(shù)，依次循環(huán)下去。

　　在系統(tǒng)循環(huán)工作過(guò)程中，人工可以通過(guò)按鍵改變系統(tǒng)的各種工作參數(shù)，工作參數(shù)直接影響控制可控硅導(dǎo)通角的定時(shí)器參數(shù)的選擇。系統(tǒng)的主流程框圖如圖1（a）所示意。當(dāng)系統(tǒng)循環(huán)執(zhí)行時(shí)，外部過(guò)零脈沖信號(hào)會(huì)使系統(tǒng)進(jìn)入外部中斷服務(wù)程序，進(jìn)而控制可控硅的的導(dǎo)通。

　　圖1：系統(tǒng)程序流程圖

　　3 測(cè)量溫度單元介紹

　　熱電偶或鉑電阻，需放大電路和A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)采集。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，選用了DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20。

　　DS18B20提供的“一線”總線接口只需一個(gè)端口進(jìn)行通訊;測(cè)溫范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃的范圍內(nèi)，精度為±0.5℃;溫度以9～12位數(shù)字量讀出，分辨率為0.0625℃，該精度滿足本醫(yī)用光療系統(tǒng)的要求;同時(shí)DS18B20采用超小型的μSOP封裝，體積很小，可以直接敷貼在激光器的前端。由于DS18B20提供的“一線”總線接口只需一個(gè)端口與CPU通訊，因此在硬件上，利用單片機(jī)AT89C52的一個(gè)端口P2.0與DS18B20的DQ引腳相連。

　　3.1 DS18B20工作原理及程序

　　在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫(xiě)操作之前，CPU首先發(fā)出一個(gè)復(fù)位脈沖，最小脈沖寬度為480μs的低電平信號(hào);然后CPU釋放單總線，使之處于接收狀態(tài)。單總線經(jīng)過(guò)上拉電阻被拉至高電平。當(dāng)DS18B20檢測(cè)測(cè)到I/0端的上升沿時(shí)，就等待15—60μs，再向主CPU發(fā)出應(yīng)答脈沖（60一240μs的低電平信號(hào)）。初始化子程序?yàn)椋?/p>

　　bit init_18b20（void）;

　　{ bit presence; //用于保存DS18b20對(duì)CPU的應(yīng)答信號(hào)

　　DQ = 0; //復(fù)位脈沖低電平

　　delay_20us（25）; // 延時(shí)500us

　　DQ = 1; //復(fù)位脈沖高電平

　　delay_20us（4）; //延時(shí)80us

　　presence = DQ; //保存DQ的狀態(tài)

　　delay_20us（20）; //延時(shí)400us

　　return（presence）;//返回DQ的狀態(tài) }

　　當(dāng)主CPU將I/O線從高電平拉至低電平時(shí)，且保持時(shí)間大于1μs，就作為一個(gè)讀周期的開(kāi)始。DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時(shí)序下降沿過(guò)后的15μs內(nèi)有效，在此期間，主CPU應(yīng)釋放I/O線，使之處于讀入狀態(tài)以便讀取DS18B20的輸出數(shù)據(jù)。15μs后讀時(shí)序結(jié)束，I/O線經(jīng)上拉電阻變?yōu)楦唠娖?。通常讀取一位數(shù)據(jù)至少要60μs，并且在兩位數(shù)據(jù)之間至少要有1μs的恢復(fù)期。讀溫度字節(jié)的子程序?yàn)椋?/p>

　　byte read_byte（void）

　　{byte i; //變量用于循環(huán)自加

　　byte value = 0;//用于移位操作的臨時(shí)變量

　　for （i=8;i》0;i--）

　　{value》》=1;

　　DQ = 0;

　　NOP_1uS; //延時(shí)1us的空操作宏的空操作宏

　　DQ = 1;

　　NOP_1uS; NOP_1uS; NOP_1uS;

　　if（DQ）value|=0x80;

　　delay_20us（3）; // 延時(shí)60us

　　}return（value）;//返回對(duì)到的字節(jié) }

　　CPU把I/O線從高電平拉至低電平時(shí)，作為—個(gè)寫(xiě)周期的開(kāi)始。寫(xiě)時(shí)序包括兩種類(lèi)型：寫(xiě)1時(shí)序和寫(xiě)0時(shí)序，寫(xiě)1或?qū)?必須保持至少60μs，在兩個(gè)寫(xiě)周期之間至少有1μs的恢復(fù)期。DS18B20在I/O線變低電平后的15—6Oμs的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行采樣。

　　若I/O線為高電平，即認(rèn)為寫(xiě)入了一位1;反之，則認(rèn)為寫(xiě)入了一位0。主CPU在開(kāi)始寫(xiě)1周期時(shí)，必須將I/O線拉至低電平，然后釋放，15μs內(nèi)將I/O線拉至高電平。主CPU在開(kāi)始寫(xiě)0時(shí)，也將I/O拉至低電平，并保持60us的時(shí)間。寫(xiě)字節(jié)的子程序?yàn)椋?/p>

　　void write_byte（char val）//“val”用語(yǔ)傳遞需要寫(xiě)的字節(jié)

　　{unsigned char i;// 變量用于循環(huán)自加

　　for （i=8; i》0; i--）

　　{DQ = 0; NOP_1uS; NOP_1uS;

　　DQ = val&0x01;

　　delay_20us（5）; //延時(shí)間100us

　　DQ = 1;val=val/2; //右移一位

　　}delay_20us（5）; //延時(shí)間100us }

　　每次訪問(wèn)DS18B20的操作都是以初始化器件開(kāi)始，然后發(fā)出ROM命令和功能命令。初始化器件會(huì)使主機(jī)接到應(yīng)答信號(hào)，ROM 命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的惟一64位ROM 代碼相關(guān)，允許主機(jī)在1一Wire總線上連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，指定操作某個(gè)從機(jī)設(shè)備。這些命令還允許主機(jī)能夠檢測(cè)到總線上有多少個(gè)從機(jī)設(shè)備以及其設(shè)備類(lèi)型，或者有沒(méi)有設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。

　　本系統(tǒng)是只有一個(gè)溫度傳感器的單點(diǎn)系統(tǒng)，利用跳過(guò)ROM（SKIP ROM）命令，主機(jī)不必發(fā)送64 b序列號(hào)，從而節(jié)約了大量時(shí)間。ROM命令后，主機(jī)就可以發(fā)出指定功能命令（溫度轉(zhuǎn)換、讀暫存器等）來(lái)完成操作。本系統(tǒng)中讀取溫度的程序?yàn)椋?/p>

　　unsigned int Read_Temperature（void）

　　{ unsigned char a，b;// 用于存儲(chǔ)溫度數(shù)據(jù)的變量

　　if（init_18b20（）==0）

　　{write_byte（0xCC）; //發(fā)送Skip ROM指令

　　write_byte（0x44）; // 發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令

　　delay_20us（1）;

　　if（init_18b20（）==0）

　　{write_byte（0xCC）; //發(fā)送Skip ROM指令

　　write_byte（0xBE）; //發(fā)送讀取暫存寄存器指令

　　a=read_byte（）; //讀出低八位溫度數(shù)據(jù)

　　b=read_byte（）; //讀出高八位溫度數(shù)據(jù)

　　temperature=（（b*256+a）/16）;//計(jì)算出10進(jìn)制溫度值

　　}}return（temperature）;}