【文章內容簡介】 ，在寄生電源的方式下可由數據線供電。獨特的單線接口方式，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。DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網多點測溫。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。溫度范圍－55℃～＋128℃，在10～+85℃時精度為177。℃?？删幊痰姆直媛蕿?～12位，℃、℃、℃℃，可實現(xiàn)高精度測溫。，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字，速度更快。測量結果直接輸出數字溫度信號，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。負壓特性：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DS1820相同，只是得到的溫度值的位數因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由2s減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖計數器1斜率累加器預置在－55℃所對應基數=0則停止計數器2低溫系數晶振高溫系數晶振比較LSB置位/清除重新預置對應基數值溫度寄存器=0則加1圖48 DS18B20測溫原理圖48中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。 DS18B20主要的數據部件光刻ROM中的64位序列號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）是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例：| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | 用16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，℃/LSB形式表達，其中S為符號位。DS18B20溫度傳感器的存儲器，DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個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和結構寄存器。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是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率。高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，當溫度轉換命令發(fā)布后，經轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數據，讀取時低位在前，高位在后，DS18B20還有兩個用于儲存溫度的RAM，編號為0和1,1號儲存器用于存放溫度值的符號，當溫度為負，則1號存儲器8位全為1，否則全為0,0號儲存器用于存放溫度值的補碼，℃，將存儲器中的2進制數求補，再轉換成十進制數，并除以2就得到被測溫度值，數據格式如表1所示。對應的溫度計算：DS18B20用12個字節(jié)存儲溫度，最高位為符號位S，S=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。例如：0550H 最高位為0，按照DS18B20讀數方式直接轉換為十進制溫度為85℃。根據DS18B20的通訊協(xié)議，單片機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位操作，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數據線下拉500微秒，然后釋放，當DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。DS18B20寄生電源強上拉供電方式電路如圖49，改進的寄生電源供電方式如下面圖所示，為了使DS18B20在動態(tài)轉換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉換或拷貝到E2存儲器操作時，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存儲器或啟動溫度轉換的指令后，必須在最多10μS內把I/O線轉換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根I/O口線進行強上拉切換。在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉換溫度。圖49 DS18B20的外部電源供電方式 本設計中DS18B20使用中注意事項DS18B20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，但在實際應用中也應注意一些問題，下面列出本設計中使用DS18B20應注意的問題，連接DS18B20的總線電纜是由長度限制的。當采用普通型號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數據將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設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。由于本設計要求不高，所以只采用了簡單的電源線。 固態(tài)繼電器的分析與選擇 為了實現(xiàn)水溫的PID控制，電路的輸出不能是一個簡單的開關量，輸入電爐的功率必須連續(xù)可調。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，而較簡單的調壓方法有相位控制調壓和通斷控制調壓法。本設計采用的脈寬調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載。在實際的工程項目設計中，由于繼電器控制的負載多為感性或容性負載（比如本設計中的電爐就是感性負載），如果電磁隔離不好，這些負載所產生的高次諧波信號便會串進單片機控制電路產生各種干擾。這種干擾信號往往會導致系統(tǒng)的可靠性降低，具體表現(xiàn)有系統(tǒng)死機、CPU反復復位、控制失靈等，也就是常說的“程序的跑飛”。因此對于大功率負載的控制，信號的隔離是電路設計中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。我們可以采用光耦對電路進行隔離。由于電磁繼電器啟動瞬間會產生電磁火花干擾，所以在實際應用中如本設計類似的控制一般都選用固態(tài)繼電器SSR。下面我就重點介紹一下固態(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動，因此適宜于單片機測控系統(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動，無觸點。與普通的電磁式繼電器和磁力開關相比，具有無機械噪聲、無抖動和回跳、開關速度快、體積小質量輕、壽命長、工作可靠等特點，并且耐沖擊、抗潮濕、抗腐蝕，因此在單片機測控等領域中，已逐漸取代傳統(tǒng)的電磁式繼電器和磁力開關作為開關量輸出控制元件。由于固態(tài)繼電器的輸出采用的光電耦合器對信號進行了隔離，本設計無需再接光電耦合器了。接口驅動本設計使用的是集成塊7407。具體連接如圖410所示。 圖410 繼電器輸出控制電路本設計中繼電器是由單片機控制的所以它的供電電壓選擇5V直流電。繼電器所帶的負載為一個額定功率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。本設計選用的是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引