【文章內(nèi)容簡介】 ，在寄生電源的方式下可由數(shù)據(jù)線供電。獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。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)。溫度范圍－55℃～＋128℃，在10～+85℃時(shí)精度為177?！??？删幊痰姆直媛蕿?～12位，℃、℃、℃℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20工作原理DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820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(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖計(jì)數(shù)器1斜率累加器預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)基數(shù)=0則停止計(jì)數(shù)器2低溫系數(shù)晶振高溫系數(shù)晶振比較LSB置位/清除重新預(yù)置對(duì)應(yīng)基數(shù)值溫度寄存器=0則加1圖48 DS18B20測(cè)溫原理圖48中低溫度系數(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(hào)送給計(jì)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(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。 DS18B20主要的數(shù)據(jù)部件光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的,他可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64為光刻ROM的排列是：開始八位（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。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。DS18B20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：| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | 用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。DS18B20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TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。配置寄存器該字節(jié)各位的意義所示：低5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用來設(shè)置分辨率。高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，DS18B20還有兩個(gè)用于儲(chǔ)存溫度的RAM，編號(hào)為0和1,1號(hào)儲(chǔ)存器用于存放溫度值的符號(hào)，當(dāng)溫度為負(fù)，則1號(hào)存儲(chǔ)器8位全為1，否則全為0,0號(hào)儲(chǔ)存器用于存放溫度值的補(bǔ)碼，℃，將存儲(chǔ)器中的2進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)，再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，并除以2就得到被測(cè)溫度值，數(shù)據(jù)格式如表1所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：DS18B20用12個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)溫度，最高位為符號(hào)位S，S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。例如：0550H 最高位為0，按照DS18B20讀數(shù)方式直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制溫度為85℃。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，單片機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號(hào)后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式電路如圖49，改進(jìn)的寄生電源供電方式如下面圖所示，為了使DS18B20在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到E2存儲(chǔ)器操作時(shí)，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲(chǔ)器或啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多10μS內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉狀態(tài)。在強(qiáng)上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不走的問題，因此也適合于多點(diǎn)測(cè)溫應(yīng)用，缺點(diǎn)就是要多占用一根I/O口線進(jìn)行強(qiáng)上拉切換。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。圖49 DS18B20的外部電源供電方式 本設(shè)計(jì)中DS18B20使用中注意事項(xiàng)DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意一些問題，下面列出本設(shè)計(jì)中使用DS18B20應(yīng)注意的問題，連接DS18B20的總線電纜是由長度限制的。當(dāng)采用普通型號(hào)電纜傳輸長度超過50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，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(shí)，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(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS18B20進(jìn)行長距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。由于本設(shè)計(jì)要求不高，所以只采用了簡單的電源線。 固態(tài)繼電器的分析與選擇 為了實(shí)現(xiàn)水溫的PID控制，電路的輸出不能是一個(gè)簡單的開關(guān)量，輸入電爐的功率必須連續(xù)可調(diào)。一般來說改變輸入電爐的電壓平均值就可以改變電爐的輸出功率，而較簡單的調(diào)壓方法有相位控制調(diào)壓和通斷控制調(diào)壓法。本設(shè)計(jì)采用的脈寬調(diào)制輸出控制電爐與電源的接通和斷開的比例，以通斷控制調(diào)壓法控制電爐的輸入功率。這種方法不僅十輸出通道省去了D/A轉(zhuǎn)換器和移向觸發(fā)電路，大大簡化了硬件系統(tǒng)。在后向通道的控制中，一般采用繼電器、可控硅等開關(guān)器件。繼電器又有電磁繼電器和固態(tài)繼電器之分。一些常用的小型電磁繼電器，由于受電流大小的限制，只能控制功率較小的負(fù)載。在實(shí)際的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，由于繼電器控制的負(fù)載多為感性或容性負(fù)載（比如本設(shè)計(jì)中的電爐就是感性負(fù)載），如果電磁隔離不好，這些負(fù)載所產(chǎn)生的高次諧波信號(hào)便會(huì)串進(jìn)單片機(jī)控制電路產(chǎn)生各種干擾。這種干擾信號(hào)往往會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低，具體表現(xiàn)有系統(tǒng)死機(jī)、CPU反復(fù)復(fù)位、控制失靈等，也就是常說的“程序的跑飛”。因此對(duì)于大功率負(fù)載的控制，信號(hào)的隔離是電路設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。我們可以采用光耦對(duì)電路進(jìn)行隔離。由于電磁繼電器啟動(dòng)瞬間會(huì)產(chǎn)生電磁火花干擾，所以在實(shí)際應(yīng)用中如本設(shè)計(jì)類似的控制一般都選用固態(tài)繼電器SSR。下面我就重點(diǎn)介紹一下固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器（Solid state RelaySSR）是近幾年發(fā)展起來的一種新型電子繼電器，其輸入控制電流小，用TTL、HTL、CMOS等集成電路或加簡單的輔助電路就可直接驅(qū)動(dòng)，因此適宜于單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中作為輸出通道的控制元件；其輸出利用晶體管或可控硅驅(qū)動(dòng)，無觸點(diǎn)。與普通的電磁式繼電器和磁力開關(guān)相比，具有無機(jī)械噪聲、無抖動(dòng)和回跳、開關(guān)速度快、體積小質(zhì)量輕、壽命長、工作可靠等特點(diǎn)，并且耐沖擊、抗潮濕、抗腐蝕，因此在單片機(jī)測(cè)控等領(lǐng)域中，已逐漸取代傳統(tǒng)的電磁式繼電器和磁力開關(guān)作為開關(guān)量輸出控制元件。由于固態(tài)繼電器的輸出采用的光電耦合器對(duì)信號(hào)進(jìn)行了隔離，本設(shè)計(jì)無需再接光電耦合器了。接口驅(qū)動(dòng)本設(shè)計(jì)使用的是集成塊7407。具體連接如圖410所示。 圖410 繼電器輸出控制電路本設(shè)計(jì)中繼電器是由單片機(jī)控制的所以它的供電電壓選擇5V直流電。繼電器所帶的負(fù)載為一個(gè)額定功率300W，接220V交流電的電爐。所以繼電器的要選用交流型（ACSSR），耐壓在220V以上，電流為1 A以上。本設(shè)計(jì)選用的是5V供電，2A 250VAC的固態(tài)繼電器。電源電路如圖315所示，+5V的直流電源由220V的交流電經(jīng)EMI濾波器、變壓器、整流濾波電路、三端集成穩(wěn)壓器獲得。EMI濾波器能濾除從交流電網(wǎng)引