【文章內容簡介】 RAM 的結構為 8 字節(jié)的存儲器，結構如圖 所示。頭2 個字節(jié) 包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) TH 和 TL 的拷貝 ,是易失的，每次上電復位時被刷新。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖 所示。低 5 位一直為 1， TM 是工作模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶要去改動， R1 和 R0 決定溫度轉換的精度位數(shù)，來設置分辨率。 8 圖 DS18B20 字節(jié)定義 表 溫度轉換時間表 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉向時間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 由表 可見， DS18B20 溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。第 9 字節(jié)讀出前面所 有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 溫度 LSB 溫度 MSB TH 用戶字節(jié) 1 TL 用戶字節(jié) 2 配置寄存 器 保留 保留 保留 CRC TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 9 當 DS18B20 接收到溫度轉換命令后 ，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以 16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2 字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃ /LSB 形式表示。 當符號位 S＝ 0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位 S＝ 1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表 是一部分溫度值對應的二進制溫度數(shù)據(jù)。 表 一部分溫度對應值表 溫度 /℃ 二進制表示 十六進制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)內容作比較。若 TTH 或 TTL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行報警搜索。 DS18B20 的測溫原理 ,器件中低溫度系數(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送給減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測 10 量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－ 55℃所對應的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 溫度寄存器中，計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數(shù)值。 減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器 1 的預置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20(發(fā)復位脈沖 )→發(fā) ROM 功能命令 →發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時 DS18B20 的 1腳接地， 2 腳作為信號線， 3 腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管來完成對總線的上拉。 當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時 VDD 端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。D S 18B 20 D S 18B 20 D S 18B 20 KGN D GN D GN DVC CVC C單片機.... 圖 DS18B20 與單片機的接口電路 11 DS18B20 的使用方法 由于 DS18B20 采用的是 單 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 STC89C52 單片機來說，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。 (1) DS18B20 的復位時序 ： 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)位有著嚴格的時序要求。 DS18B20 有嚴格的通信協(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作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收 ；數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 圖 DS18B20 的復位時序 (2)DS18B20 的讀時 序 ： 對于 DS18B20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程。 對于 DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 15秒之內就得釋放單總線，以讓 DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要 60us才能完成。 12 圖 DS18B20 的 讀 時序 (3)DS18B20 的寫時序 ： 對于 DS18B20 的寫時序仍然分為寫 0 時序和寫 1 時序兩個過程。 對于 DS18B20 寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同，當要寫 0 時序時，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO 總線上的 “0”電平，當要寫 1 時序時，單總線被拉低之后，在 15us 之內就得釋放單總線。 圖 DS18B20 的 寫 時序 STC89 系列高性能單片機 MCS51 單片機是目前國內實用最廣泛的一種單片機型，全球各單片機生產(chǎn)廠商在MCS51 內核基礎上，派生了大量的 51 內核系列單片機，極大地豐富了 MCS51 的種群。其中， STC 公司推出了 STC89 系列單片機，增加了大量的新功能，提高了 51 的性能，是 MCS51 家族中的佼佼者。 STC89 系列單片機是 MCS51 系列單片機的派生產(chǎn)品。它們在指令系統(tǒng)、硬件結構和片內資源上與標準 8052 單片機完全兼容， DIP40 封裝系列與 8051 為 pintopin 兼容。STC89系列單片機高速 (最高時鐘頻率 90MHz)，低功耗，在系統(tǒng) /在應用可編程 (ISP， IAP),不占用戶資源。表 是 STC89 系列單片機資源一覽表。 STC89 系列單片機 主要特性： (1)80C51 核心處理器單元； (2)3V/5V 工作電壓，操作頻率 0～ 33MHz（ STC89LE516AD 最高可達 90MHz）；5V 工作電壓，操作頻率 0～ 40MHz； (3)大容量內部數(shù)據(jù) RAM： 1K 字節(jié) RAM； 13 (4)64/32/16/8kB 片內 Flash 程序存儲器，具有在應用可編 程 (IAP) ,在系統(tǒng)可編程(ISP)，可實現(xiàn)遠程軟件升級，無需編程器； (5)支持 12 時鐘 (默認 )或 6 時鐘模式； (6)雙 DPTR 數(shù)據(jù)指針； (7)SPI(串行外圍接口 )和增強型 UART ； (8)PCA(可編程計數(shù)器陣列 )，具有 PWM 的捕獲 /比較功能； (9)4 個 8 位 I/O 口，含 3 個高電流 P1 口，可直接驅動 LED； (10)3 個 16 位定時器 /計數(shù)器； (11)可編程看門狗定時器 (WDT)； (12)低 EMI 方式 (ALE 禁止 )； (13)兼容 TTL 和 COMS 邏輯電平； (14)掉電檢測和低功耗模式等。 表 STC89 系列單片機資源一覽表 14 7 段 LED 數(shù)碼管電路及原理 7 段 LED 數(shù)碼管是利用 7 個 LED(發(fā)光二極管 )外加一個小數(shù)點的 LED 組合而成的顯示設備，可以顯示 0～ 9 等 10 個數(shù)字和小數(shù)點，使用非常廣泛。 這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有 LED 的陽極連接到共同接點 ，而每個 LED 的陰極分別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp(小數(shù)點 )；共陰極則是把所有 LED 的陰極連接到共同接點 ，而每個 LED 的陽極分別為 a、 b、 c、 d、e、 f、 g 及 dp(小數(shù)點 )，如下圖 所 示。圖中的 8 個 LED 分別與上面那個圖中的 A～DP 各段相對應，通過控制各個 LED 的亮滅來顯示數(shù)字。 圖 數(shù)碼管段碼圖 還有一種比較常用的是四位數(shù)碼管，內部的 4 個數(shù)碼管共用 A～ DP 這 8 根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因為里面有 4 個數(shù)碼管，所以它有 4 個公共端，加上 A～DP，共有 12 個引腳，下面便是一個共 陰 的四位數(shù)碼管的內部結構圖 (共 陽 的與之相反 )。引腳排列依然是從左下角的那個腳 (1 腳 )開始，以逆時針方向依次為 112 腳，圖 中的數(shù)字與之一一對應。 15 圖 四位共陰數(shù)碼管 管腳圖 溫度報 警電路 蜂鳴器的結構原理 (1)壓電式蜂鳴器 ： 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后（ ～ 15V 直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出 ～ 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 (2)電磁式蜂鳴器 ： 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、 振動膜片及外殼等組成。 接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。 本設計采軟件處理報警，利用蜂鳴器進行報警輸出，采用直流供電。當所測溫度超過或低于所預設的溫度時，數(shù)據(jù)口 相應拉高電平，報警輸出。 (也可采用發(fā)光二級管報警電路，如果需要報警，則只需將相應位置 1，則發(fā)光報警 )報警電路硬件連接見圖 。 16 圖 蜂鳴器電路連接圖 系統(tǒng)整體硬件電路 溫度計電路設計原理圖如圖 所示，控制 器使用單片機 STC89C52,溫度傳感器使用 DS18B20，用 4 位共陰 LED 數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實現(xiàn)溫度顯示。 本溫度計大體分三個工作過程。首先，由 DS18820 溫度傳感器芯片測量當前的溫度，并將結果送入單片機。然后，通過 89C52 單片機芯片對送來的測量溫度讀數(shù)進行計算和轉換， 最后 將此結果送入 數(shù)碼管 顯示模塊 進行顯示 。由圖可看到，本電路主 要由DSl8820 溫度傳感器芯片、 四位數(shù)碼管 顯示模塊芯片 、報警電路 和 89C52 單片機芯片組成。其中， DSI8B20 溫度傳感器芯片采用 “一線制 ”與單片機相連，它獨立地完成溫度量以及將溫度測量結果送到單片機的工作。 17 圖 數(shù)字溫度計電路原理圖 18 4 系統(tǒng)軟件程序設計 系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令 子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 ，溫度報警子程序 等。 主程序 主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理