【文章內(nèi)容簡介】 。 (2)獨(dú)特的單線接口方式， 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 。 (3)DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，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)溫范圍－ 55℃～ +125℃，在 10～ +85℃時精度為177。 ℃ 。 (5)可編程 的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、 ℃、℃和 ℃，可實現(xiàn)高精度測溫 。 DS18B201 2 3GND I/O VCC?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 11 頁 共 35 頁 (6)在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 。 (7)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(qiáng)的抗干擾糾錯能力 。 (8)負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀 ,但不能正常工作。 DS18B20 工作原理 DS18B20 的讀寫時序和測溫原理與 DS18B20 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換 時的延時時間由 2s 減為 750ms。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù) 值即為所測溫度。 溫度格式 這是 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 DS18B20 的兩個 8 比特的 RAM中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0， 這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度。 例如 +125℃的數(shù)字輸出為07D0H， +℃的數(shù)字輸出為 0191H， ℃的數(shù)字輸出為 FE6FH， 55℃的數(shù)字輸出為 FC90H 。 2． 3． 5 DS18B20 的通信協(xié)議 : 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89S51 單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 共 35 頁 的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機(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)主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。 DS18B20 器件要求采用嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號類型：復(fù)位脈沖，應(yīng)答脈沖時隙；寫 0，寫 1 時隙；讀 0，讀 1 時隙。與 DS18B20的通信，是通過操作時隙完成單總線上的數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)時，都是字節(jié)的低位在前，高位在后。 DS1820 使用中注意事項 : DS1820 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： (1)較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用 PL/M、 C 等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對 DS18B20 操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 (2)在 DS18B20 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個 DS18B20，在實際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛 DS18B20 超過8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進(jìn)行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 (3)連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞 合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用 DS1820 進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 (4)在 DS18B20 測溫程序設(shè)計中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20 的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點在進(jìn)行 DS18B20 硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。 測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙 絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點接地。 DS18B20 的外部電源供電方式 在外部電源供電方式下， DS18B20 工作電源由 VDD 引腳接入，此時 I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證 轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上理論?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 共 35 頁 可以掛接任意多個 DS18B20 傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下， DS18B20 的 GND引腳不能懸空 ，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85℃。 圖 外部供電方式單點測溫電路 AT89S51 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 ．主要特性： 8031 CPU 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ) 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz 三級程序存儲器保密鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 條可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 6 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 ．管腳說明 VCC： 供電電壓 ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 14 頁 共 35 頁 GND： 接地 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時， 被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時，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， 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)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 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 AT89C51 的一些特殊功能口 RST： 復(fù)位輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG： 地址鎖存允許 /編程脈沖信號端。當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期 輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 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，置位無效。 PSEN:外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。在由外部程序存儲器取 指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP： 外部程序存儲器訪問允許。當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1： 片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2： 片內(nèi)振蕩器反相放 大器的輸出端。 ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 15 頁 共 35 頁 數(shù)碼管 LED 數(shù)碼顯示器連接方法： ①共陽極接法：把二極管的陽極連接在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接 +5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻 圖 與輸入端相連。當(dāng)陰極端輸入低電平時，八段 圖 數(shù)碼管的連接方法 發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入高電平時則不點亮。 ② 共陰極接法：把二極管的陰極連接在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接 +5V，每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陽極端輸入高電平時，八段發(fā)光二極管就導(dǎo) 通點亮，而輸入低電平時則不點亮。 方案 這里為了方便導(dǎo)線的連接，電流由外部電源提供，為灌電流，不增加單片機(jī)負(fù)擔(dān)，所以本次設(shè)計采用四位一體共陽數(shù)碼管。（如下圖） 重點：引腳的測量，去實驗室找臺設(shè)備，把電壓調(diào)在 ― 。電源的正負(fù)極分?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 16 頁 共 35 頁 別放在任意一腳上，根據(jù)數(shù)碼管的段亮就可以判斷引腳（如下圖） 圖 共陽數(shù)碼管 數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。 在靜態(tài)顯示方式下，每位數(shù)碼管的 a~g和 h端與一個 8為的 I∕ O相連。特點是：數(shù)碼管中的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截至，直到顯示字符改變?yōu)橹埂? 靜態(tài)顯示方式程序非常簡單，占用 CPU時間資源很少，只是在顯示字符改變時調(diào)用一下顯示程序。但是硬件電路繁多，每個數(shù)碼管需要一個 8位 I∕ O口、一個 8位驅(qū)動、 8個限流電阻。一般應(yīng)用于數(shù)碼管位數(shù)少的場合。 相對于靜態(tài)顯示方式而言，動態(tài)顯示方式線路相對簡單，成本低，在單片機(jī)系統(tǒng)中常常采用動態(tài)掃描顯示方式。其工作原理是：逐個地循環(huán)點亮各位顯示器，也就是說在任一時刻只有一位顯示器在顯示。 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)程主要包