【正文】 31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1C22 0 P FC32 0 p FX1CR Y S T A L 圖 振蕩電路 顯示電路 數(shù)碼管顯示電路部分如圖： 圖 數(shù)碼管顯示電路部分 顯示部分采用四位一體共陰數(shù)碼管，為了顯示數(shù)字或字符，必須對數(shù)字或字符進行編碼。七段數(shù)碼管加上一個小數(shù)點，共計 8 段。因此為 LED 顯示器提供的編碼正好是一個字節(jié)。 共陰數(shù)碼管碼表 ? 0x3f , 0x06 , 0x5b , 0x4f , 0x66 , 0x6d , ? 0 1 2 3 4 5 ? 0x7d , 0x07 , 0x7f , 0x6f , 0x77 , 0x7c , 10 50 12/21/2020 ? 6 7 8 9 A B ? 0x39 , 0x5e , 0x79 , 0x71 , 0x00 ? C D E F 無顯示 靜態(tài)顯示方式 LED 顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點是每個數(shù)碼管的段選必須接一個 8 位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼。當送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點是占用 CPU時間少，顯示便于監(jiān)測和控制。缺點是硬件電路比較復雜，成本較高。 動態(tài)顯示 動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路 中的。 本設(shè)計采用四位一體共陰數(shù)碼管動態(tài)顯示。 串行通信電路 由于串口用的是 TTL 電平，和 RS232 電平不同，因此，單片機和 PC 通信時需要進行電平轉(zhuǎn)換，常用的 IC 是 MAX232,連接圖如下圖所示，其中 MAX232 供電腳為＋ 5V。 采用了三線制連接串口，也就是說和計算機的 9 針串口只連接其中的 3 根線：第 5 腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示， MAX232 的第 10 腳和單片機的11 腳連接，第 9 腳和單片機的 10 腳連接 。 圖 MAX232 串口通信電路圖（ 9 孔串口接頭） DS18B20 溫度傳感器電路 11 50 12/21/2020 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 DS18B20 的性能特點如下： （ 1）獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信， DS18B20在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 。 （ 2） DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能 ，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)測溫； （ 3）無須外部器件， 全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) ； （ 4）可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ； （ 5）零待機功耗； （ 6）溫度以 9或 12位數(shù)字， 對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 ； （ 7）用戶可定義報警設(shè)置； （ 8）報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； （ 9）負電壓特性，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； （ 10） 測量 結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 DS18B20采用 3腳 PR35封裝或 8腳SOIC封裝，其 引腳排列及 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 以及測溫原理圖如下 所示 ： 圖 溫度傳感器引腳排列 引腳說明 16腳 SSOP PR35 符號 說明 12 50 12/21/2020 9 1 GND 接地 8 2 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出腳。對于單線操作：漏極開路（見 “ 寄生電源 ”節(jié)） 7 3 VDD 可選的 VDD 引腳。具體接法見 “ 寄生電源 ” 節(jié) DS18B20（ 16 腳 SSOP）：所有上表中未提及的引腳都無連接。 概覽圖 的方框圖示出了 DS1820 的主要部件。 DS18B20 有三個主要數(shù)字部件：1） 64 位激光 ROM， 2）溫度傳感器， 3）非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL。器件用如下方式從單線通訊線上汲取能量：在信號線處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平 到來再給寄生電源（電容）充電。 DS18B20 也可用外部 5V 電源供電。 圖 DS18B20 內(nèi)部方框圖 DS18B20 依靠一個單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立 ROM 操作協(xié)議，才能進行存儲器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面 5 個 ROM 操作命令之一： 1）讀 ROM， 2）匹配 ROM， 3）搜索 ROM， 4）跳過 ROM， 5）報警搜索。這些命令對每個器件的激光 ROM 部分進行操作，在單線總線上掛有多個器件時，可以區(qū)分出單個器件，同時可以向總線控制器指明 有多少器件或是什么型號的器件。成功執(zhí)行完一條 ROM 操作序列后，即可進行存儲器和控制操作，控制器可以提供 6 條存儲器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示 DS18B20 完成一次溫度測量。測量結(jié)果放在 DS18B20 的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 各由一個 EEPROM 字節(jié)構(gòu)成。如果沒有對 DS18B20 使用報警搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲器使用?？梢杂靡粭l存儲器操作命令對 TH 和 TL 進行寫入，對這 些寄存器的讀出需要通過暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進行讀寫。 寄生電源 寄生電源的方框圖見圖 。這個電路會在 I/O 或 VDD 引腳處于高電平時 “偷 ”能量。當有特定的時間和電壓需求時（見節(jié)標題 “單線總線系統(tǒng) ”），I/O 要提供足夠的能量。寄生電源有兩個好處： 1）進行遠距離測溫時，無需本地電源， 2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀 ROM。要想使 DS18B20 能夠進行精確的溫度轉(zhuǎn)換， I/O 線必須在轉(zhuǎn)換期間保證供電。由于 DS18B20 的工作電流達到 1mA，所以僅靠 5K 上拉 電阻提供電源是不行的，當幾只 DS18B20 掛在同一根 I/O 線上 13 50 12/21/2020 并同時想進行溫度轉(zhuǎn)換時，這個問題變得更加尖銳。 有兩種方法能夠使 DS18B20 在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)。第一種方法，當進行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 2E 存儲器操作時，給 I/O 線提供一個強上拉。用 MOSFET 把 I/O 線直接拉到電源上就可以實現(xiàn)，見圖 2。在發(fā)出任何涉及拷貝到 2E存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的協(xié)議之后，必須在最多 10μs 之內(nèi)把 I/O 線轉(zhuǎn)換到強上拉。使用寄生電源方式時， VDD 引腳必須接地。 圖 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換期間的強上拉供電圖 另一種給 DS18B20 供電的方法是從 VDD 引腳接入一個外部電源，見圖 。這樣做的好處是 I/O 線上不需要加強上拉，而且總線控制器不用在溫度轉(zhuǎn)換期間總保持高電平。這樣在轉(zhuǎn)換期間可以允許在單線總線上進行其他數(shù)據(jù)往來。另外，在單線總線上可以掛任意多片 DS18B20，而且如果它們都使用外部電源的話，就可以先發(fā)一個 Skip ROM 命令，再 接一個 Convert T 命令，讓它們同時進行溫度轉(zhuǎn)換。注意當加上外部電源時， GND 引腳不能懸空。 圖 DS18B20 用 VDD 供電圖 溫度高于 100℃ 時，不推薦使用寄生電源，因為 DS18B20 在這種溫度下表現(xiàn)出的漏電流比較大，通訊可能無法進行。在類似這種溫度的情況下，強烈推薦使用 DS18B20 的 VDD 引腳。 對于總線控制器不知道總線上的 DS18B20 是用寄生電源還是用外部電源的情況， DS18B20 預(yù)備了一種信號指示電源的使用意圖?？偩€控制器發(fā)出一個 Skip ROM 協(xié)議，然后發(fā)出讀電源命令，這條命令發(fā)出后，控制器發(fā)出讀時間隙，如果是寄生電源， DS18B20 在單線總線上發(fā)回 “0” ，如果是從 VDD 供電，則發(fā)回 “1” ，這樣總線控制器就能夠決定總線上是否有 DS18B20 需要強上拉。如 14 50 12/21/2020 果控制器接收到一個 “0” ，它就知道必須在溫度轉(zhuǎn)換期間給 I/O 線提供強上拉。這個命令協(xié)議詳見 “ 存儲器操作命令 ” 節(jié)。 測溫操作 DS18B20 通過一種片上溫度測量技術(shù)來測量溫度。圖 示出了溫度測量電路的方框圖。 DS18B20 是這樣測溫的：用一個高溫度 系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于 55℃ 的一個值。如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前到達 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到 55℃ ）的值增加，表明所測溫度大于55℃ 。 同時，計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到 0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復這一過程。 斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨力。這是通過改變 計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。 圖 溫度測 量電路的方框 圖 溫度 /數(shù)據(jù)關(guān)系（表 1） 溫度 ℃ 數(shù)據(jù)輸出（二進制） 數(shù)據(jù)輸出（十六進制） +125 00000000 11111010 00FA +25 00000000 00110010 0032 +1/2 00000000 00000001 0001 0 00000000 00000000 0000 1/2 11111111 11111111 FFFF 25 11111111 11001110 FFCE 55 11111111 10010010 FF92 DS18B20 內(nèi)部對此計算的結(jié)果可提供 ℃ 的分辨力。溫度以 16bit 帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出，表 1 給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。 DS18B20 測溫范圍 55℃~+125℃ ，以 ℃ 遞增。如用于華氏溫度，必須要用一個轉(zhuǎn)換因子查找表。 （ 1） 報警搜索操作 ： DS18B20 完成一次溫度轉(zhuǎn)換后，就拿溫度值和存儲在 15 50 12/21/2020 TH和 TL 中的值進行比較。因為這些寄存器是 8 位的，所以 ℃ 位被忽略不計。 TH或 TL 的最高有效位直接對應(yīng) 16位溫度寄存器的符號位。如果測得的溫度高于 TH 或低于 TL，器件內(nèi)部就會置位一個報警標識。每進行一次測溫就對這個標識進行一次更新。當報警標識置位時， DS1820會對報警搜索命令有反應(yīng)。這樣就允許許多 DS18B20并聯(lián)在一起同時測溫，如果某個地方的溫度超過了限定值，報警的器件就會被立即識別出來并讀取，而不用讀未報警的器件。 （ 2）