【文章內(nèi)容簡介】 行。操作協(xié)議 為：初使化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā) ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理 [5] DS18B20 的性能特點(diǎn) DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： 1) 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； 2) 多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； 3) 無須外部器件； 4) 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～ ； 5) 零待機(jī)功耗； 6) 溫度以 3位數(shù)字顯示； 7) 用戶可定義報(bào)警設(shè)置； 8) 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； 9) 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 [6] 7 DS18B20 的工作原理 DS18B20 工作時(shí)序 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟： 1. 每一次讀寫之前都 必須 要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位 ； 2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令 ； 3. 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， DS18B20 收到信號(hào)后等待 15～ 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。 其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，具體工作方法如圖 32， 33， 34 所示。 (1) 初始化時(shí)序 響應(yīng)脈沖60 ~2 40等待1 5 60主機(jī) 最小4 80主機(jī)復(fù)位脈沖最小4 80 US 圖 3－ 2 初始化時(shí)序 總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少 480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線， ，延時(shí) 15～ 60us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電 平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí) 480us 。 8 (2) 寫時(shí)序 采樣15~45采樣15~4511主機(jī)寫1 時(shí)序主機(jī)寫0 時(shí)序 圖 3－ 3 寫時(shí)序 寫時(shí)序包括寫 0時(shí)序和寫 1時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要 60us，且在 2 次獨(dú)立的寫時(shí)序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開始。寫 1 時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線，延時(shí) 60us。寫 0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí) 60us，然后釋放總線，延時(shí) 2us。 (3) 讀時(shí)序 主機(jī)采樣主機(jī)采樣454511主機(jī)寫1時(shí) 序主機(jī)寫0時(shí) 序 圖 3－ 4 讀時(shí)序 總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要 60us，且在 2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要 1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線 1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的 15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí) 2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí) 12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí) 50us[7] 9 ROM 操作命令 當(dāng)主機(jī)收到 DSl8B20 的響應(yīng)信號(hào)，便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一，這些命令如下表 [8]。 表 3－ 3 ROM 操作命令 指令 約定代碼 功 能 讀 ROM 33H 讀 DS18B20 ROM 中的編碼 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64位 ROM編碼，訪問單線總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS18B20 的讀寫作準(zhǔn)備 搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64位ROM 地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地 址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。 續(xù)表 3－ 3 告警搜索 命 令 0ECH 執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng) 溫度變換 44H 啟動(dòng) DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長為 500MS，結(jié)果存入內(nèi)部 9字節(jié) RAM中 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM 中 9字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM的第 3， 4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器 48H 將 E2PRAM 中第 3， 4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到 E2PRAM 中 重調(diào) E2PRAM 0BBH 將 E2PRAM 中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM中的第 3， 4字節(jié) 讀 供 電 方 式 0B4H 讀 DS18B20 的供電模式，寄生供電時(shí) DS18B20 發(fā)送“ 0”，外接電源供電 DS18B20 發(fā)送“ 1” 10 DS18B20 的測溫原理 DS18B20 的測溫原理 DSl8B20 在 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列號(hào)，在出廠前就已經(jīng)寫入片內(nèi) ROM 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序之前必須用讀 ROM(33H)命令將該 DSl8B20 的序列號(hào)讀出。 程序也可以先跳過 ROM，啟動(dòng)所有 DSl8B20 進(jìn)行 溫度變換，再通過匹配 ROM，再逐一地讀回每個(gè) DSl8B20 的溫度數(shù)據(jù)。 DS18B20 的測溫原理如圖 34 所示，低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小 ，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振 受 溫度變化 影響很大，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入 。其 中還隱含著計(jì)數(shù)門，計(jì)數(shù) 門打開時(shí)， DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量 。計(jì)數(shù)門開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55 ℃ 所對(duì)應(yīng)的基數(shù) 分別置入減法計(jì)數(shù)器 1和溫度寄存器中，減法計(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。減法計(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)減法計(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，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(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)直到減法計(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)值即為所測溫度。 斜率累加器用 于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值 . [9] 減法計(jì)數(shù)器 斜坡累加器 減到 0 減法計(jì)數(shù)器 預(yù) 置 低溫度系數(shù) 振 蕩 器 高溫度系數(shù) 振 蕩 器 計(jì)數(shù)比較器 預(yù) 置 溫度寄存器 減到 0 11 圖 34 DS18B20 的測溫原理 DS18B20 的測溫流程 圖 3－ 5 DS18B20 測溫流程 初始化 DS18B20 跳過 ROM 匹配 溫度變換 延時(shí) 1S 跳過 ROM 匹配 讀暫存器 轉(zhuǎn)換成顯示碼 數(shù)碼管顯示 12 第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原則 DS18B20 的供電方式有兩種。第一種是用電源供電，此時(shí) DS18B20 的引腳 1 接地，引腳 2作為信號(hào)線，引腳 3接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖 所示單片機(jī)端口接單線總線，為了在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用 MOSFET 管來完成對(duì)總線的上拉。此次設(shè)計(jì) 采用電源供電方式， 來 保證在有效的 DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流， 用 MOSFET管和 89S51的 。當(dāng) DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D 變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng) 大 的上拉 電阻 ，上拉開啟時(shí)間最大為 10 μs 。寄生電源供電方式是 VDD和 GND 端 都 接地。 因?yàn)?單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三 狀態(tài) 的。 主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過 3 個(gè)步驟： （ 1） 初始化 （ 2） ROM操作指令 （ 3） 存儲(chǔ)器操作指令 [10] 主板電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的 接 DS18B20 的 2 號(hào)引腳， P0 口送數(shù) P2 口掃描， 、 控制加熱器和電風(fēng)扇的繼電器。 ALE 引腳懸空，復(fù)位引腳接到復(fù)位電路、 VCC 接電源、 VSS 接地、EA 接電源。 13 圖 41 主電路圖 各部分電路 與單片機(jī)的接口電路 P0 口接 9 個(gè) 的排阻然后接到顯示電路上。 接溫度傳感器 DS18B20。 和 引腳接繼電器電路的 電阻上， P1 口其他引腳懸 空。 P2口中 、 、 、 分別接到顯示電路的 電阻上， 接蜂鳴器電路，其他引腳懸空。 P3 口中 、 接到按鍵