【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第 頁(yè) DS18B20 傳感器介紹 DS18B20 概述 在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中，傳感器占據(jù)著不可動(dòng)搖的重要位置。主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力已經(jīng)相當(dāng)?shù)膹?qiáng)，但是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的模擬量卻無(wú)能為力。如果沒有各種精確可靠的傳感器對(duì)非電量和模擬信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并提供可靠的數(shù)據(jù)，那計(jì)算機(jī)也無(wú)法發(fā)揮他應(yīng)有的作用。傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)過(guò)放大處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理。從而傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，對(duì)自動(dòng)化和信息化起重要作用。 采用各種傳感器和微處理技術(shù)可以對(duì)各種工業(yè)參數(shù)及工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)控及檢驗(yàn)，準(zhǔn)確測(cè)量產(chǎn)品性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱 患。為提高產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)產(chǎn)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(duì)測(cè)量要求比較高，所以選擇合適的傳感器很重要。目前，國(guó)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(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)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(cè)量裝置已廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。 美國(guó) DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片外加不銹鋼保護(hù)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(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。 有 獨(dú)特的單線接口方式， DS1820 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 DS1820 的雙向通訊 ；其 測(cè)溫范圍 － 55℃ ～＋ 125℃ ，固有測(cè)溫分辨率 ℃； 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能 ； 多個(gè) DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)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(diǎn)如下： （ 1） 采用 DALLAS 公司獨(dú)特的單 線接口方式： DS18B20 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； （ 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(cè)溫范圍： 55～ +125℃。固有測(cè)溫分辨率為 ℃。當(dāng)在 10℃～ +85℃范圍內(nèi)，可確保測(cè)量誤差不超過(guò) ℃，在 55～ +125℃范圍內(nèi)，測(cè)量誤差也不超過(guò) 2℃； 共 頁(yè) 第 頁(yè) （ 5）通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式； （ 6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值； （ 7）支持多點(diǎn)的組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫 （ 8）負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí)，能保護(hù) DS18B20 不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但此時(shí)芯片無(wú)法正常工作； （ 9） DS18B20 的轉(zhuǎn)換速率比較高，進(jìn)行 9 位的溫度值轉(zhuǎn)換只需 ； （ 10）適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)； （ 11）內(nèi)含 64 位激光修正的只讀存儲(chǔ) ROM，扣除 8 位產(chǎn)品系列號(hào)和 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 (CRC)之后，產(chǎn)品序號(hào)占 48 位。出廠前產(chǎn)品序號(hào)存入其 ROM 中。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時(shí)，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(shí)接地， GND 為地， NC 空腳。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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)）、 共 頁(yè) 第 頁(yè) TH 觸發(fā)寄存器和 TL 觸發(fā)寄存器，分別用來(lái)存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值、存儲(chǔ)和控制邏輯、位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）發(fā)生器。 圖 4： DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的程序流程圖 共 頁(yè) 第 頁(yè) 圖 5 程序流程圖 數(shù)碼管介紹 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)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(gè) 發(fā)光二極管 單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè) “8” 可分為 1 位、 2 位、 4 位 等等數(shù)碼管； 否 是 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 寫入 18B20 讀溫度前復(fù)位 顯示測(cè)溫點(diǎn)位置 18B20 復(fù)位 開始 18B20 存在？ 延時(shí) 發(fā)出讀溫度命令 寫入 18B20 讀入溫度值數(shù)據(jù) 返回 延時(shí) 共 頁(yè) 第 頁(yè) 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極 (COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極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(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)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(gè) Led 發(fā)光二極管，其中七個(gè)用于顯示字符，一個(gè)顯示小數(shù)點(diǎn)，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(nèi)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(diǎn)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(gè)數(shù)碼管的位。 AT24C02 簡(jiǎn)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 共 頁(yè) 第 頁(yè) 圖 31 AT24C02 的芯片引腳圖 AT24C02 提供電可擦除的串行 1024 位存儲(chǔ)或可編程只讀存儲(chǔ)器 (EEPROM)128 字 (8 位 /字 )。 芯片在低壓的工業(yè)與商業(yè)應(yīng)用中進(jìn)行了最優(yōu)化。 AT24C01的封裝為 8腳 PDIP、 8腳 JEDEC SOIC、 8 腳 TSSOP，通過(guò) 2 線制串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。另外 ,整個(gè)系列有 (至 )和 ( 至 )兩個(gè)版本。 設(shè)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(gè)開始或停止信號(hào)。 開始狀態(tài)：在任何操作之前必須有一個(gè)開始信號(hào) 在 SCL 為高時(shí) SDA 上產(chǎn)生一個(gè)下降沿。 停止?fàn)顟B(tài)： SCL 為高時(shí) SDA 產(chǎn)生一個(gè)上升沿是停止信號(hào)，停止信號(hào)后將停止所有通信。 在一個(gè)讀的序列之后，停止信號(hào)將讓 EEPROM 進(jìn)入備用電源模式。 I2C 總線說(shuō)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(shè)備。 I2C 總線產(chǎn)生于在 80 年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的 通信。例如管理員可對(duì)各個(gè)組件進(jìn)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(fēng)扇?？呻S時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)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(jié)構(gòu) I2C 串行總線一般有兩根信號(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線 SDA，另一根是時(shí)鐘線 SCL。所有接到 I2C 總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù) SDA 都接到總線的 SDA 上，各設(shè)備的時(shí)鐘線 SCL 接到總線的 SCL 上。 為了避免總線信號(hào)的混亂，要求各設(shè)備連 接到總線的輸出端時(shí)必須是開漏輸出或集電極開路輸出。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線 SDA 接口電路應(yīng)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(shí)鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機(jī)，一方面要通過(guò) SCL 輸出電路發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，另一方面還要檢測(cè)總線上的 SCL電平，以決定什么時(shí)候發(fā)送下一個(gè)時(shí)鐘脈沖電平；作為接受主機(jī)命令的從機(jī)，要按總線上的 SCL 信號(hào)發(fā)出或接收 SDA 上的信號(hào)，也可以向 SCL 線發(fā)出低電平信號(hào)以延長(zhǎng)總線時(shí)鐘信號(hào)周期?？偩€空閑時(shí)，因各設(shè)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(shè)備輸出的低電平都將使相應(yīng)的總線信號(hào)線變低，也就是說(shuō)：各設(shè)備的 SDA 是“與”關(guān)系， SCL 也是“與”關(guān)系。 總線對(duì)設(shè)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 共 頁(yè) 第 頁(yè) 容）。在 I2C 總線上的數(shù)據(jù)傳送率可高達(dá)每秒十萬(wàn)位，高速方式時(shí)在每秒四十萬(wàn)位以上。另外，總線上允許連接的設(shè)備數(shù)以其電容量不超過(guò) 400pF 為限。 總線的運(yùn)行（數(shù)據(jù)傳輸）由主機(jī)控制。所謂主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)）、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)以及傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出停止信號(hào)的設(shè)備，通常主機(jī)都是微處理器。被主機(jī)尋訪的設(shè)備 稱為從機(jī)。為了進(jìn)行通訊，每個(gè)接到 I2C 總線的設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址，以便于主機(jī)尋訪。主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到從機(jī)，也可以由從機(jī)發(fā)到主機(jī)。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器。 I2C 總線在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中共有三種類型信號(hào)， 它們分別是：開始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。 開始信號(hào)： SCL 為高電平時(shí)， SDA 由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。 結(jié)束信號(hào)： SCL 為高電平時(shí)， SDA 由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。 應(yīng)答信號(hào)：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(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU 接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。如圖 32 所示： 圖 32 開始、結(jié)束信號(hào)圖 目前有很多半導(dǎo)體集成電路上都集成了 I2C 接口。帶有 I2C 接口的單片機(jī)有： CYGNAL的 C8051F0XX 系列， PHILIPSP87LPC7XX 系列， MICROCHIP 的 PIC16C6XX 系列等。很多外圍器件如存儲(chǔ)器、監(jiān)控芯片等也提供 I2C 接口。 總線基本操作： I2C 規(guī)程運(yùn)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(chǎn)生串行時(shí)鐘（ SCL）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)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(lái)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(shí)別符（不同的芯片類型有不同的定義， EEPROM 一般應(yīng)為 1010），接著三位為片選，最后一位為讀SDA SCL 開始 結(jié)束 共 頁(yè) 第 頁(yè) 寫位，當(dāng)為 1 時(shí)為讀操作，為 0 時(shí)為寫操作。 寫操作：寫操作分為字節(jié)寫和頁(yè)面寫兩種操作，對(duì)于頁(yè)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(dāng)前地