【正文】 11]。 基于單片機的簡易 數(shù)字溫度計 設(shè)計 2 2 設(shè)計總體方案 設(shè)計要求 ⑴以 MCS51 系列單片機為核心器件，組成一個簡單的數(shù)字 溫度計 。 ⑵采用 單總線 輸入，能夠測量 55~125℃ 值。 ⑶電壓顯示用 4位一體的 LED 數(shù)碼管顯示，能夠顯示 小數(shù) 位 。 ⑷盡量使用較少的元器件 ，達(dá)到所要的目的 。 設(shè)計思路 ⑴根據(jù)設(shè)計要求，選擇 STC89C52RC 單片機為核心控制器件。 ⑵ 溫度采集 采用 DS18B20 實現(xiàn)，與單片機的接口為 P3^3 引腳。 ⑶ 電壓顯示采用 4 位一體的 LED 數(shù)碼管。 ⑷ LED 數(shù)碼的段碼輸入 ,由并行端口 P0 產(chǎn)生：位碼輸入，用并行端口 P2 低四位產(chǎn)生。 設(shè)計方案 硬件電路設(shè)計由 5 個部分組成 。 溫度采集 電路， STC89C52RC 單片機系統(tǒng)， LED數(shù)碼管 顯示系統(tǒng)、時鐘電路、復(fù)位電路以及 被 測量 溫度輸入 。硬件電路設(shè)計框圖如圖 1所示。 圖 1 數(shù)字 溫度計 系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖 時鐘電路 復(fù)位電路 溫度采集 電路 被 測量 溫度 輸入 顯示系統(tǒng) STC89C52 P3 P2 P0 基于單片機的簡易 數(shù)字溫度計 設(shè)計 3 3 硬件電路設(shè)計 溫度采集 模塊 溫度是現(xiàn)實世界中的 模擬量，能把 溫度這個 模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的器件稱為溫度采集模塊（溫度傳感器 ） 溫度采集模塊 是 單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵接口電路， 根據(jù)所用測溫物質(zhì)的不同和測溫范圍的不同，有煤油溫度計、 酒精溫度計 、 水銀溫度計 、 氣體溫度計 、電阻溫度計、 溫差電偶溫度計 、輻射溫度計和光測溫度計、雙金屬溫度計 等等。 數(shù)字溫度計 具有抗干擾能力強、轉(zhuǎn)換精度高、價格便宜等優(yōu)點。與 有煤油溫度計、 酒精溫度計 、 水銀溫度計 、 氣體溫度計 的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比如 LM3 DS18B20 等，它們 具有驅(qū)動電路簡單，精度高轉(zhuǎn)換速度快 等 特點 ，它們可以與單片機系統(tǒng)連接， 直接 將數(shù)字量送到單片機進(jìn)行分析和顯示。 用單總采線的接口方式 與微處理器連接時 僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 單總線具有經(jīng)濟(jì)性好 ，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念 。 基于單片機的簡易 數(shù)字溫度計 設(shè)計 4 DS18B20 主要特性 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器，即 “ 一線器件 ” ，其具有獨特的優(yōu)點： （ 1 ）用單總采線的接口方式 與微處理器連接時 僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 單總線具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 （ 2 ）測量溫度范圍寬，測量精度高 DS18B20 的測量范圍為 55 ℃ ~+ 125 ℃ ； 在 10~+ 85176。C 范圍內(nèi)，精度為 177。 176。 C 。 （ 3 ）在使用中不需要任何外圍元件。 （ 4 ）持多點組網(wǎng)功能 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的單線上，實現(xiàn)多點測溫。 （ 5 ）供電方式靈活 DS18B20 可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而 使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。 （ 6 ）測量參數(shù)可配置 DS18B20 的測量分辨率可通過程序設(shè)定 9~12 位。 （ 7 ） 負(fù)壓特性 電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 （ 8 ）掉電保護(hù)功能 DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM ，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報警溫度的設(shè)定值。 DS18B20 具有體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)、可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構(gòu)建自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)，因此也就被設(shè)計者們所青睞。 DS18B20 外部引腳特征 DS18B20 芯片有 3 條 引腳，采用 TO92， SOIC， CSP 式封裝，其引腳圖如圖 3所示。 基于單片機的簡易 數(shù)字溫度計 設(shè)計 5 基于單片機的簡易 數(shù)字溫度計 設(shè)計 6 圖 3 DS18B20 引腳圖 下面說明各個引腳功能 : DS18B20 的管腳排列 1. GND 為電源 地； 2. DQ 為數(shù)字信號輸入／輸出端； 3. VDD 為外接供電電源輸入端 （在寄生電源接線方式時接地 表 1 配置寄存器與分辨率關(guān)系表 基于單片機的簡易 數(shù)字溫度計 設(shè)計 7 其中配置寄存器的格式如下： 低五位一直都是 1， TM 是測 試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動。 R1 和 R0用來設(shè)置分辨率，如下圖所示：（ DS18B20 出廠時被設(shè)置為 12 位） DS18B20 的工作方式 1 寄生電源工作方式 （電源從 IO 口上獲得） 注意：當(dāng)溫度高于 １００℃ 時，不能使用寄生電源，因為此時器件中較大的漏電流會使總線不能可靠檢測高低電平，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸誤碼率的增大。 2 外接電源工作方式 基于單片機的簡易 數(shù)字溫度計 設(shè)計 8 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工 作 時序 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 、配置寄存器。 光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（地址： 28H ）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，并且每個 DS18B20 的序列號都不相同，因此它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼；最后 8 位則是前面 56 位的循環(huán) 冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1 ）。由于每一個 DS18B20 的 ROM 數(shù)據(jù)都各不相同，因此微控制器就可以通過單總線對多個 DS18B20 進(jìn)行尋址，從而實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。 基于單片機的簡易 數(shù)字溫度計 設(shè)計 9 圖 4 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是 ： 初始化→ ROM 操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。 其工作時序包括： 初始化時序 寫時序 讀時序 基于單片機的簡易 數(shù)字溫度計 設(shè)計 10 初始化時序 主機首先發(fā)出一個 480－ 960 微秒的低電平脈沖，然后釋放總 線變?yōu)楦唠娖?，并在隨 后的 480 微秒時間內(nèi)對總線進(jìn)行檢測，如果有低電平出現(xiàn)說明總線上有器件已做出應(yīng)答。若無低電平出現(xiàn)一直都是高電平說明總線上無器件應(yīng)答。 做為從器件的 DS18B20 在一上電后就一直在檢測總線上是否有 480－ 960微秒的低電平出現(xiàn)，如果有，在總線轉(zhuǎn)為高電平后等待 15－ 60微秒后將總線電平拉低60－ 240 微秒做出響應(yīng)存在脈沖，告訴主機本器件已做好準(zhǔn)備。若沒有檢測到就一直在檢測等待。 寫操作 接下來就是主機發(fā)出各種操作命令，但各種操作命令都是向 DS18B20 寫 0 和寫 1組成的命令字節(jié)，接收數(shù) 據(jù)時也是從 DS18B20 讀取 0 或 1 的過程。因此首先要搞清主機是如何進(jìn)行寫 0、寫 讀 0 和讀 1 的。 寫周期最少為 60 微秒，最長不超過 120 微秒。寫周期一開始做為主機先把 基于單片機的簡易 數(shù)字溫度計 設(shè)計 11 總線拉低 1 微秒表示寫周期開始。隨后若主機想寫 0，則繼續(xù)拉低電平最少 60 微秒直至寫周期結(jié)束，然后釋放總線為高電平。若主機想寫 1，在一開始拉低總線電平 1微秒后就釋放總線為高電平，一直到寫周期結(jié)束。而做為從機的 DS18B20則在檢測到總線被拉底后等待 15 微秒然后從 15us 到 45us 開始對總線采樣，在采樣期內(nèi)總線為高電平則為 1，若采樣期內(nèi)總 線為低電平則為 0 讀操作 對于讀數(shù)據(jù)操作時序也分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程。讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 1 微秒之后就得釋放單總線為高電平，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20 在檢測到總線被拉低 1微秒后，便開始送出數(shù)據(jù)，若是要送出 0 就把總線拉為低電平直到讀周期結(jié)束。若要送出 1 則釋放總線為高電平。主機在一開始拉低總線 1 微秒后釋放總線，然后在包括前面的拉低總線電平 1 微秒在內(nèi)的 15微秒時間內(nèi)完成對總線進(jìn)行采樣檢測，采樣期內(nèi)總線為低電平則確認(rèn)為 0。采樣期內(nèi)總線為高電平則確認(rèn)為 1。完成一 個讀時序過程，至少需要 60us才能完成 DS18B20 和單片機的單線通信 DS18B20 單線通信 功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，如果出現(xiàn)序列混亂， 1WIRE 器件將不響應(yīng)主機，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。根據(jù) DS18B20 的協(xié)議規(guī)定，微控制器控制 DS18B20 完成溫度的轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過以下 4 個步驟 ： （１）每次讀寫前對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位初始化。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線 下拉 500us ，然后釋放， DS18B20 收到信號后等 待 16us~60us 左右，然后發(fā)出 60us~240us 的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號后表示復(fù)位成功。 基于單片機的簡易 數(shù)字溫度計 設(shè)計 12 （２）發(fā)送一條 ROM