【正文】 節(jié) 7為預(yù)留的寄存器，用于內(nèi)部計(jì)算；字節(jié) 8 是循環(huán)冗余位校驗(yàn)碼 CRC。 溫度低位 溫度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8位 CRC LSB MSB 圖 24 DS18B20 存儲(chǔ)器映像圖 The diagram of DS18B20’s memory image 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 1， 2字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃ /LSB 形式表示。 表 22 DS18B20 溫度值格式表 Table of DS18B20’s temperature value form 23 22 21 20 21 22 23 24 MSB LSB S S S S S 26 25 24 對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值 。 表 23 典型對(duì)應(yīng)的溫度值表 Table of model correspondence temperature value 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 + + + 0 55 00000111 11010000 00000001 10010001 00000000 10100010 00000000 00001000 00000000 00000000 11111111 11111000 11111111 01011110 11111110 01101111 11111100 10010000 07D0H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FE6FH FC90H DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 TH， TL作比較，若 TTH或 TTL,則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索。 3） CRC 的產(chǎn)生 在 64 b ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）。主機(jī)根據(jù) ROM的前 56 位來(lái)計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM DS18B20的操作指令 DS18B20 的操作指令共有兩類(lèi)：對(duì) ROM 操作類(lèi)和功能操作類(lèi)。前者針對(duì) ROM共有 5 條指令，主要用于多個(gè) DS18B20 級(jí)聯(lián)使用，搜索 ROM 識(shí)別序列 號(hào)及類(lèi)型等。而后者則是實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換以及對(duì)溫度數(shù)據(jù)的讀出與存貯等，它共有 6 條指令。 1） ROM 指令系列 Search ROM (搜索 ROM) [ F0h]：用于系統(tǒng)上電時(shí)，從多個(gè)器件中識(shí)別其他器件的序列號(hào)、數(shù)量及類(lèi)型，適用于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)。 Read ROM (讀 ROM) [33h]：用于讀器件的 64 位序列號(hào)，僅適用于一 個(gè)主器件一個(gè)從器件的情況。 Match ROM (匹配 ROM ) [55h]：用于根據(jù) 64 位序列號(hào)尋址一個(gè)特定的器件。 Skip ROM (缺省 ROM) [CCh]：用于在沒(méi)有發(fā)送 ROM 序列號(hào)信息時(shí)，尋址單總線上所有器件，使之在轉(zhuǎn)換指令下，同步進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。 Alarm Search (報(bào)警搜索 ) [ECh]：用于確認(rèn)報(bào)警條件。 2）功能指令系列 Convert T (溫度轉(zhuǎn)換 ) [44h]：用于 DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)據(jù)存貯在便箋式存貯器中的兩個(gè)溫度寄存器字節(jié)中。 Write Scratchpad (寫(xiě)便箋式存貯器 ) [4Eh]：用于把 3個(gè)字節(jié)寫(xiě)入到便箋式存貯器中的寄存器，即上限報(bào)警 TH 寄存器、下限報(bào)警 TL 寄存器和配置寄存器選擇 9～ 12 位分辨率。 Read Scratchpad (讀便箋式存貯器 ) [BEh]：用于讀便箋式存貯器的內(nèi)容。 Copy Scratchpad (復(fù)制便箋式存貯器 ) [48h]：用于復(fù)制便箋式存貯器中上限報(bào)警 TH 寄存器、下限報(bào)警 TL寄存器和配置寄存器中的內(nèi)容到 EEPROM，以免掉電數(shù)據(jù)丟失。 Recall EEPROM (重新調(diào)用 EEPROM) [B8h]：用于把 EEPROM 中的上下限報(bào)警值和匹配的分辨率位數(shù)調(diào)出后，存貯到便箋式存貯器的 4 字節(jié)。 Read Power Supply (讀供電方式 ) [B4h ]：用于 DS18B20 來(lái)確認(rèn)供電方式是用寄生電源供電還是外部電源供電，以此來(lái)決定在讀時(shí)間間隔把單總線拉低還是保持高電位。 DS18B20的測(cè)溫原理 DS18B20 的測(cè)溫原理如圖 25 所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn) 生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將 55 ℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1和溫度寄存器被預(yù)置在 55 ℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的 脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖 2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是 DS18B20 的測(cè)溫原理。 圖 25 DS18B20 的內(nèi)部測(cè)溫電路框圖 The diagram of DS18B20’s interior measures the warm electric circuit 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā) ROM 功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)高溫度系數(shù)振蕩器 減法計(jì)數(shù)器 2 減到 0 斜率累加器 預(yù)置 計(jì)數(shù)比較器 低溫度系數(shù)振蕩器 減法計(jì)數(shù)器 預(yù)置 減到 0 溫度寄存器 增加 停止 據(jù)。 DS18B20與單片機(jī)的硬件接口 DS18B20 最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來(lái)完成，本系統(tǒng)在每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中設(shè)計(jì)了 8個(gè)溫度采集點(diǎn)。硬件連接電路如下圖： 圖 26 DS18B20 的接口 diagram of DS18B20’s connection 本系統(tǒng)為多點(diǎn)溫度測(cè)試， DS18B20 采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛 256 個(gè) DS18B20，但時(shí)間應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接 25個(gè)以上的 DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問(wèn)題。另外單總線長(zhǎng)度也不宜超過(guò) 80M，否則也會(huì)影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè) I/O 來(lái)驅(qū)動(dòng)多路 DS18B20。在實(shí)際應(yīng)用中還可以使用一個(gè) MOSFET 將 I/O 口線直接和 電源相連，起到上拉的作用。 對(duì) DS18B20 的設(shè)計(jì)，需要注意以下問(wèn)題： 1）對(duì)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行操作，需要用較為復(fù)雜的程序完成。編制程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫(xiě)時(shí)間片程序要嚴(yán)格按要求編寫(xiě)。尤其在使用 DS18B20 的高測(cè)溫分辨力時(shí)，對(duì)時(shí)序及電氣特性參數(shù)要求更高。 2）有多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自動(dòng)DS18B20 序列號(hào)和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。 3）測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信 號(hào)線，另VCC=5V AT89C51 DS18B20 1 DS18B20 2 DS18B20 3 DS18B20 8 1— WIRE 一組接 VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。 DS18B20 在三線制應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將其三線焊接牢固；在兩線應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將 VCC與 GND接在一起，焊接牢固。若 VCC脫開(kāi)未接，傳感器只送 ℃的溫度值。 4）實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要注意單線的驅(qū)動(dòng)能力，不能掛接過(guò)多的 DS18B20，同時(shí)還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。另外還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇其接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 鍵盤(pán)以及顯示電路 鍵盤(pán)電路 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)主要功能是在現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)對(duì)鍵盤(pán)的操作，實(shí)現(xiàn)所選通道的溫度值的實(shí)時(shí)顯示，方便了在現(xiàn)場(chǎng)察看的工作。鍵盤(pán)的功能可由 軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專(zhuān)門(mén)的復(fù)位電路，以及專(zhuān)一的復(fù)位功能外 ,其它的按鍵或鍵盤(pán)都是以開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。鍵盤(pán)有編碼和非編碼兩種。非編碼鍵盤(pán)硬件電路極為簡(jiǎn)單，故本系統(tǒng)采用撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)控制 [4]。由于每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)了八路溫度采集，鍵盤(pán)設(shè)計(jì)時(shí)選用了四位撥碼開(kāi)關(guān)，滿(mǎn)足了對(duì)八路通道的選擇。具體電路設(shè)計(jì)如圖 27所示。 1） 開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠輸入的設(shè)計(jì) 鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠輸入有兩種解決方法。一種是軟件去抖動(dòng)：它是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè) 10ms 的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平 ，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下?tīng)顟B(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響。另一種為硬件去抖動(dòng)：即為按鍵添加一個(gè)鎖存器。兩種方法都簡(jiǎn)單易行，本設(shè)計(jì)采用的是硬件去抖。 圖 27 鍵盤(pán)電路 The diagram of keyboard electric circuit 2）對(duì)按鍵進(jìn)行編碼給定鍵值或給出鍵號(hào) 對(duì)于按鍵無(wú)論有無(wú)編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對(duì)應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的散轉(zhuǎn)移。為使編碼間隔小，散轉(zhuǎn)入口地址安排方便，常采用依次序排列的鍵號(hào)。 表 24 撥碼開(kāi)關(guān)值的 含義 Table of the code switch value the meaning 撥碼開(kāi)關(guān)值 含義 0000 實(shí)時(shí)顯示通道一的溫度值 0001 實(shí)時(shí)顯示通道二的溫度值 0010 實(shí)時(shí)顯示通道三的溫度值 0011 實(shí)時(shí)顯示通道四的溫度值 0100 實(shí)時(shí)顯示通道五的溫度值 0101 實(shí)時(shí)顯示通道六的溫度值 0110 實(shí)時(shí)顯示通道七的溫度值 0111 實(shí)時(shí)顯示通道八的溫度值 1*** 自動(dòng)循環(huán)顯示所有通道的溫度 3） 選擇鍵盤(pán)監(jiān)測(cè)方法 對(duì)是否有鍵按下的信息輸入方式有中 斷方式與查詢(xún)方式兩種。本設(shè)計(jì)采用的查詢(xún)法，即在 CPU空閑時(shí)調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序 。 溫度顯示電路 本系統(tǒng)的顯示功能是顯示當(dāng)前通道的溫度值，溫度值顯示其整數(shù)位分別是十位和個(gè)位數(shù)，另外還有符號(hào)位及當(dāng)前所先顯示溫度的通道號(hào)。設(shè)計(jì)采用的是共陰極七段數(shù)碼管。顯示方式有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)顯示，兩種方法在本設(shè)計(jì)中皆可。由于靜態(tài)掃描要用到多片串入并出芯片，考慮到電路板成本計(jì)算，本設(shè)計(jì)采用的是節(jié)約硬件資源的動(dòng)態(tài)掃描方式。即用兩塊芯片就可以完成顯示功能。顯示數(shù)據(jù)由 4511 譯碼器輸出，將 BCD 碼譯為 7 段顯示碼，驅(qū)動(dòng) LED 顯示器。 ULN2020 達(dá)林頓管為位驅(qū)動(dòng)掃描信號(hào)。具體電路圖如下 ： 圖