【正文】 DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire即單總線器件具有線路簡(jiǎn)單體積小的特點(diǎn)因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)具有線路簡(jiǎn)單在一根通信線可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)十分方便DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn)1只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信2在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)3實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫4測(cè)量溫度范圍在－55C到＋125C之間5數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇6內(nèi)部有溫度上下限告警設(shè)置DS18B20的引腳介紹TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見(jiàn)圖其引腳功能描述見(jiàn)表1圖底視圖表1DS18B20詳細(xì)引腳功能描述1 GND 地信號(hào) 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 3 VDD 可選擇的VDD引腳 4．DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1－Wire總線協(xié)議方式即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸而對(duì)89C52單片機(jī)來(lái)說(shuō)硬件上并不支持單總線協(xié)議因此我們必須采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì)DS18B20芯片的訪問(wèn)由于DS18B20是在一根IO線上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)因此對(duì)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序初始化時(shí)序讀時(shí)序?qū)憰r(shí)序所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備單總線器件作為從設(shè)備而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)在進(jìn)行寫(xiě)命令后主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先DS18B20的復(fù)位時(shí)序圖6 DS18B20的復(fù)位時(shí)序DS18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程對(duì)于DS18B20的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后在15秒之內(nèi)就得釋放單總線以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上DS18B20在完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程至少需要60us才能完成圖7 DS18B20的讀時(shí)序DS18B20的寫(xiě)時(shí)序分為寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程對(duì)于DS18B20寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序的要求不同當(dāng)要寫(xiě)0時(shí)序時(shí)單總線要被拉低至少60us保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的0電平當(dāng)要寫(xiě)1時(shí)序時(shí)單總線被拉低之后在15us之內(nèi)就得釋放單總線圖8 DS18B20的寫(xiě)時(shí)序DS18B20的4個(gè)主要部件1光刻ROM中的64位序列號(hào)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(kāi)始8位28H是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)接著的48 位是該DS18B20 自身的序列號(hào)最后8 位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC X8X5X41光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20 都各不相同這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的2DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量以12位轉(zhuǎn)化為例用16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供以00625℃LSB 形式表達(dá)其中S為符號(hào)位溫度格式如表2所示表2 DS18B20溫度值格式表這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12 位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DS18B20 的兩個(gè)8 比特的RAM 中二進(jìn)制中的前面5 位是符號(hào)位如果測(cè)得的溫度大于0這5 位為0只要將測(cè)到的數(shù)值乘于00625 即可得到實(shí)際溫度如果溫度小于0這5 位為1測(cè)到的數(shù)值需要取反加1 再乘于00625 即可得到實(shí)際溫度例如125℃的數(shù)字輸出為07D0H250625℃的數(shù)字輸出為0191H250625℃的數(shù)字輸出為FF6FH55℃的數(shù)字輸出為FC90HDS18B20溫度數(shù)據(jù)如表3所示表3 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表3DS18B20 溫度傳感器的存儲(chǔ)器DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器THTL 和結(jié)構(gòu)寄存器4配置寄存器該字節(jié)各位的意義如表4所示表4 配置寄存器結(jié)構(gòu)低五位一直都是1 TM 是測(cè)試模式位用于設(shè)置DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0用戶不要去改動(dòng)R1 和R0 用來(lái)設(shè)置分辨率如表5所示表5 溫度值分辨率設(shè)置表R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 0 0 9位 9375ms 0 1 10位 1875ms 1 0 11位 375ms 1 1 12位 750ms 由表5可見(jiàn)設(shè)定的分辨率越高所需要的溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)因此在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮視設(shè)備的實(shí)際需要來(lái)選擇分辨率溫度采集模塊電路圖本設(shè)計(jì)采用數(shù)字傳感器DS18B20DS18B20是一種可組網(wǎng)的單線數(shù)字溫度傳感器它采用單線總線結(jié)構(gòu)集溫度測(cè)量和AD轉(zhuǎn)換于一體直接輸出數(shù)字量用一根IO線就可以傳送數(shù)據(jù)與命令其溫度測(cè)量范圍為55℃125℃精度為05℃使用中無(wú)需外部器件可利用數(shù)據(jù)線或外部電源提供電能供電電壓范圍為3355V通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)912位分辨率讀出溫度數(shù)據(jù)使用時(shí)將DS18B20的數(shù)據(jù)DQ與單片機(jī)的一位具有三態(tài)功能的雙向口連接就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸為保證在有效的時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠電流采用外部電源單獨(dú)供電在數(shù)據(jù)線上加一個(gè)68KΩ的上拉電阻具體接線如圖9所示圖9 溫度采集模塊電路圖數(shù)據(jù)處理模塊單片機(jī)是溫度控制系統(tǒng)的核心部件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理分別控制顯示模塊溫度控制模塊和溫度采集模塊由于數(shù)據(jù)大于5K所以選用內(nèi)存量為8K的STC89C52單片機(jī)單片機(jī)的發(fā)展方向未來(lái)單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要有主流型機(jī)發(fā)展趨勢(shì)8位單片機(jī)為主流少量32位機(jī)16位可能被淘汰全盤(pán)CMOS化趨勢(shì)RISC體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展大力發(fā)展專用單片機(jī)OTPROMflashROM成為主流供應(yīng)狀態(tài)ISP及基于ISP的開(kāi)發(fā)環(huán)境單片機(jī)的軟件嵌入實(shí)現(xiàn)全面功耗管理推行串行擴(kuò)展總線ASMIC技術(shù)的發(fā)展單片機(jī)以其卓越地性能得到了廣泛地應(yīng)用以深入到各個(gè)領(lǐng)域單片機(jī)應(yīng)用在檢測(cè)控制領(lǐng)域中具有如下特點(diǎn)小巧靈活成本低易于產(chǎn)品化它能方便地組裝成各種智能式測(cè)控設(shè)備及各種智能儀器儀表可靠性好適應(yīng)溫度范圍寬單片機(jī)芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境這是其它機(jī)種無(wú)法比擬的以擴(kuò)展很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)控制能力強(qiáng)單片機(jī)的邏輯控制功能很強(qiáng)指令系統(tǒng)有各種控制功能用指令可以方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制STC89C52系列主要性能參數(shù)STC89C52是一種低功耗高性能CMOS微控制器具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器使用Armel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程亦適于常規(guī)編程器在單芯片上擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash使得STC89C52眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活超有效的解決方案STC89C52可提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能8K字節(jié)閃存器256字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)IO口線看門(mén)狗定時(shí)器2個(gè)數(shù)據(jù)指針3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)全雙工串行通信口片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路STC89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式空閑方式停止CPU的工作但允許RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器串性通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作掉電方式保存RAM中的內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止圖10 STC89C52引腳圖圖11 STC89C52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖P0口P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向IO口每腳可吸收8TTL門(mén)電流當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)被定義為高阻輸入P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位在FIASH編程時(shí)P0 口作為原碼輸入口當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)P0輸出原碼此時(shí)P0外部必須被拉高P1口P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向IO口P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流P1口管腳寫(xiě)入1后被內(nèi)部上拉為高可用作輸入P1口被外部下拉為低電平時(shí)將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)P1口作為第八位地址接收P2口P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口P2口緩沖器可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流當(dāng)P2口被寫(xiě)1時(shí)其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高且作為輸入并因此作為輸入時(shí)P2口的管腳被外部拉低將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)P2口輸出地址的高八位在給出地址1時(shí)它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)P3口P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向IO口可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流當(dāng)P3口寫(xiě)入1后它們被內(nèi)部上拉為高電平并用作輸入作為輸入由于外部下拉為低電平P3口將輸出電流ILL這是由于上拉的緣故P3口也可作為一些特殊功能口如表所示P30 RXD串行輸入 P31 TXD串行口輸出 P32 INT0外部中斷0 INT1外部中斷 T0記時(shí)器0輸入 T1記時(shí)器1輸入 P36 WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 RST復(fù)位輸入當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間ALEPROG當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的位字節(jié)在FLASH編程期間此引腳用于輸入編程脈沖在平時(shí)ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)此頻率為振蕩器頻率的16因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的然而要注意的是每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0此時(shí)ALE只有在執(zhí)行MOVXMOVC指令是ALE才起作用另外該引腳被略微拉高如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止置位無(wú)效PSEN外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)EAVPP當(dāng)EA保持低電平時(shí)則在此期間外部程序存儲(chǔ)器0000HFFFFH不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器注意加密方式1時(shí)EA將內(nèi)部鎖定為RESET當(dāng)EA端保持高電平時(shí)此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器在FLASH編程期間此引腳也用于施加12V編程電源VPPXTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入XTAL2來(lái)自反向振蕩器的輸出EA引腳接地程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開(kāi)始對(duì)于89S52如果EA 接VCC程序讀寫(xiě)先從內(nèi)部存儲(chǔ)器地址為0000H～1FFFH開(kāi)始接著從外部尋址尋址地址為2000HFFFFH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器STC89C52 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊也就是說(shuō)高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址而物理上是分開(kāi)的當(dāng)一條指令訪問(wèn)高于7FH 的地址時(shí)尋址方式?jīng)Q定CPU 訪問(wèn)高128 字RAM 還是特殊功能寄存器空間直接尋址方式訪問(wèn)特殊功能寄存器SFR2．看門(mén)狗定時(shí)器WDT是一種需要軟件控制的復(fù)位方式WDT 由13位計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門(mén)狗定時(shí)器復(fù)位存儲(chǔ)器WDTRST構(gòu)成WDT 在默認(rèn)情況下無(wú)法工作為了激活WDT用戶必須往WDT