【文章內容簡介】 種工業(yè)參數(shù)及工業(yè)產品進行測控及檢驗，準確測量產品性能，及時發(fā)現(xiàn)隱患。為提高產品質量、改進產品性能，防止 事故發(fā)生提供必要的信息和更可靠的數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，且對測量要求比較高，所以選擇合適的傳感器很重要。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網絡化的方向飛速發(fā)展。智能溫度傳感器 DS18B20 正是朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器 DS18B20 作為溫度測量裝置已廣泛應用于人民的日常生活和工農業(yè)生產中。 美國 DALLAS 公司生產的 DS18B20 可組網數(shù)字溫度傳感器芯片外 加不銹鋼保護管封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。 有 獨特的單線接口方式， DS1820 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 DS1820 的雙向通訊 ；其 測溫范圍 － 55℃ ～＋ 125℃ ，固有測溫分辨率 ℃； 支持多點組網功能 ； 多個 DS1820 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫 ； 工作電源 為 3~5V/DC； 在使用中不需要任何外圍元件。 DS18B20 的性能特點如下： （ 1） 采用 DALLAS 公司獨特的單線接口方式： DS18B20 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）在使用中不需要任何外圍元件； （ 3）可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍： +～ +； （ 4）測溫范圍： 55～ +125℃。固有測溫分辨率為 ℃。當在 10℃～ +85℃范圍內，可確保測量誤差不超過 ℃，在 55～ +125℃范圍內，測量誤差也不超過 2℃； （ 5）通過編程可實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式； （ 6）用戶可自設定非易失性的報警上下限值； （ 7）支持多點的組網功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫 （ 8）負壓特性，即具有電源反接保護電路。當電源電壓的極性反接時，能保護DS18B20 不會因發(fā)熱而燒毀，但此時芯片無法正常工作； （ 9） DS18B20 的轉換速率比較高，進行 9 位的溫度值轉換只需 ； 泉州理工職業(yè)學院畢業(yè)論文 8 （ 10）適配各種單片機或系統(tǒng)； （ 11）內含 64 位激光修正的只讀存儲 ROM，扣除 8 位產品系列號和 8 位循環(huán)冗余校驗碼 (CRC)之后，產品序號占 48 位。出廠前產品序號存入其 ROM 中。在構成大型溫控系統(tǒng)時，允許在單線總線上掛接多片 DS18B20。 DS18B20 引腳介紹 圖 3： DS18B20 引 腳 各引腳功能為： I/O 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。 UDD 是可供選用的外部電源端，不用時接地， GND 為地， NC 空腳。 DS18B20 的內部結構 DS18B20 的內部結構主要包括 7 部分 :寄生電源、溫度傳感器、 64 位激光（ loser）ROM 與單線接口、高速暫存器（即便筏式 RAM，用于存放中間數(shù)據(jù)）、 TH 觸發(fā)寄存器和TL 觸發(fā)寄存器，分別用來存儲用戶設定的溫度上下限值、存儲和控制邏輯、位循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）發(fā)生器。 泉州理工職業(yè)學院畢業(yè)論文 9 圖 4： DS18B20 內部結構 DS18B20 的程序流程圖 泉州理工職業(yè)學院畢業(yè)論文 10 圖 5 程序流程圖 數(shù)碼管介紹 數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管 。 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個 發(fā)光二極管 單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個 “8” 可分為 1 位、 2 位、 4 位等等數(shù)碼管； 按發(fā)光二極管單元連 接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM 接到 +5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極否 是 發(fā)出溫度轉換命令 寫入 18B20 讀溫度前復位 顯示測溫點位置 18B20 復位 開始 18B20 存在？ 延時 發(fā)出讀溫度命令 寫入 18B20 讀入溫度值數(shù)據(jù) 返回 延時 泉州理工職業(yè)學院畢業(yè)論文 11 管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM接到地線 GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。 數(shù)碼管概述 e1d2dp3c4g5S46b7S38S29f10a11S112 L EDA F BE Ddp C GS4 S3 S2S1 圖 5：數(shù)碼管 數(shù)碼顯示器是一種由 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件，它使用了 8 個 Led發(fā)光二極管，其中七個用于顯示字符，一個顯示小數(shù)點，所以通稱為七段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 4 位一體數(shù)碼管，其內部段已連接好，引腳如圖所示（數(shù)碼管的正面朝自己，小數(shù)點在下方）。 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 為段引腳， S S S S4 分別表示四個數(shù)碼管的位。 AT24C02 簡介 如圖 1 為 AT24C02 的芯片引腳圖。 A01A12NC3G N D4 S D A 5S C L 6WP 7V C C 8 圖 31 AT24C02 的芯片引腳圖 AT24C02 提供電可擦除的串行 1024 位存儲或可 編程只讀存儲器 (EEPROM)128 字 (8 位 /字 )。 芯片在低壓的工業(yè)與商業(yè)應用中進行了最優(yōu)化。 AT24C01 的封裝為 8 腳 PDIP、 8 腳 JEDEC SOIC、 8 腳 TSSOP，通過 2 線制串行接口進行數(shù)據(jù)傳輸。另外 ,整個系列有 ( 至 )和 ( 至 )兩個版本。 設備操作： C L O C K 和 D A T A 變化： SDA 管腳通常外 都 要拉高。 SDA 管腳上的數(shù)據(jù)只能在 SCL 低期間改變。數(shù)據(jù)在 SCL 高期間改變定義為一個開始或停止信號。 開始狀態(tài)：在任何操作之前必須有一個開始 信號 在 SCL 為高時 SDA 上產生一個下降沿。 停止狀態(tài)： SCL 為高時 SDA 產生一個上升沿是停止信號，停止信號后將停止所有通信。 泉州理工職業(yè)學院畢業(yè)論文 12 在一個讀的序列之后，停止信號將讓 EEPROM 進入備用電源模式。 I2C 總線說明 I2C(Inter－ Integrated Circuit)總線是一種由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。 I2C 總線產生于在 80 年代，最初為音頻和視頻設備開發(fā)，如今主要在服務器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對各個組件進行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風扇?？呻S時監(jiān)控內存、硬盤、網絡、系統(tǒng)溫度等多個參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。 1 I2C 總線的硬件結構 I2C 串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線 SDA，另一根是時 鐘線 SCL。所有接到 I2C總線設備上的串行數(shù)據(jù) SDA 都接到總線的 SDA 上，各設備的時鐘線 SCL 接到總線的 SCL 上。 為了避免總線信號的混亂，要求各設備連接到總線的輸出端時必須是開漏輸出或集電極開路輸出。設備上的串行數(shù)據(jù)線 SDA 接口電路應該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收總線上的數(shù)據(jù)。而串行時鐘線也應是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機，一方面要通過 SCL 輸出電路發(fā)送時鐘信號，另一方面還要檢測總線上的 SCL 電平，以決定什么時候發(fā)送下一個時鐘脈沖電平；作為接受主機命令的從機，要按總線上的 SCL 信號發(fā)出或接收 SDA 上的信號，也可以向 SCL 線發(fā)出低電平信號以延長總線時鐘信號周期?？偩€空閑時，因各設備都是開漏輸出，上拉電阻 RP 使 SDA 和 SCL 線都保持高電平。任一設備輸出的低電平都將使相應的總線信號線變低，也就是說：各設備的 SDA 是“與”關系， SCL 也是“與”關系。 總線對設備接口電路的制造工藝和電平都沒有特殊的要求（ NMOS、 CMOS 都可以兼容）。在 I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送率可高達每秒十萬位，高速方式時在每秒四十萬位以上。另外，總線上允許連接的設備數(shù)以其電容量不超過 400pF 為限。 總線的運行 （數(shù)據(jù)傳輸）由主機控制。所謂主機是指啟動數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動信號）、發(fā)出時鐘信號以及傳送結束時發(fā)出停止信號的設備，通常主機都是微處理器。被主機尋訪的設備稱為從機。為了進行通訊，每個接到 I2C 總線的設備都有一個唯一的地址，以便于主機尋訪。主機和從機的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機發(fā)送數(shù)據(jù)到從機，也可以由從機發(fā)到主機。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設備被稱為接受器。 I2C 總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號， 它們分別是：開始信號、結束信號和應答信號。 開始信號： SCL 為高電平時， SDA 由高電平 向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。 結束信號： SCL 為高電平時， SDA 由低電平向高電平跳變，結束傳送數(shù)據(jù)。 應答信號：接收數(shù)據(jù)的 IC 在接收到 8bit 數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的 IC 發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。 CPU 向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應答信號， CPU 接收到應答信號后，根據(jù)實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。如圖 32 所示： 泉州理工職業(yè)學院畢業(yè)論文 13 圖 32 開始、結束信號圖 目前有很多半導體集成電路上都集成 了 I2C 接口。帶有 I2C 接口的單片機有： CYGNAL 的 C8051F0XX 系列， PHILIPSP87LPC7XX 系列， MICROCHIP 的 PIC16C6XX 系列等。很多外圍器件如存儲器、監(jiān)控芯片等也提供 I2C 接口。 總線基本操作： I2C 規(guī)程運用主 /從雙向通訊。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。 總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產生串行時鐘（ SCL）控制總線的傳輸方向，并產生起始和停止條件。 SDA 線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在 SCL 為低電平的期間才能改變， SCL 為高電平的期間， SDA 狀態(tài)的改變被用來表示起始和停止條件。 控制字節(jié)：在起始條件之后，必須是器件的控制字節(jié)，其中高四位為器件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定義， EEPROM 一般應為 1010），接著三位為片選，最后一位為讀寫位，當為 1 時為讀操作，為 0 時為寫操作。 寫操作：寫操作分為字節(jié)寫和頁面寫兩種操作，對于頁面寫根據(jù)芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同。 讀操作：讀操作有三種基本操作：當前地址讀、隨機讀和順序讀。圖 4 給出的是順序讀的時序圖。應當注意的是：最后一個讀操作的第 9 個時 鐘周期不是“不關心”。為了結束讀操作，主機必須在第9 個周期時發(fā)出停止條件或者在第 9 個時鐘周期內保持 SDA 為高電平、然后發(fā)出停止條件。 3 程序流程圖 SDA SCL 開始 結束 泉州理工職業(yè)學院畢業(yè)論文 14