【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 DS18B20可直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號(hào)，以供單片機(jī)處理，它還具有微型化、低功率、高性能、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)編程， DS18B20可以實(shí)現(xiàn) 9~12位的溫度讀數(shù)。信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DS18B20或從 DS18B20送出，因此從微處理器到DS18B20僅需連接一條信號(hào)線和地線。讀、寫和執(zhí)行溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。 ? (2) DS18B20的引腳功能 ? DS18B20的引腳 (圖 710)，其功能如表 78所示。 ? (3) DS18B20的主要特點(diǎn) ? 采用單線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需一個(gè)引腳； ? 通過(guò)識(shí)別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號(hào)從而實(shí)現(xiàn)單線多掛接，簡(jiǎn)化了分布式溫度檢測(cè)的應(yīng)用； ? 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫； ? 可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓的范圍在 3～ ； ? 不需要備份電源； ? 測(cè)量范圍為 55～ +125℃ ，在 10～ +85℃ 范圍內(nèi)誤差為 ℃ ； ? 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以在 9位到 12位之間選擇，可配置實(shí)現(xiàn) 9～ 12位的溫度讀數(shù)； ? 將 12位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需時(shí)間不超過(guò)750ms； ? 用戶定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置，用用戶可以自行設(shè)定告警的上下限溫度。 ? (4) 單總線技術(shù) ? 單總線協(xié)議保證了數(shù)據(jù)可靠的傳輸，任一時(shí)刻總線上只能有一個(gè)控制信號(hào)或數(shù)據(jù)。一次數(shù)據(jù)傳輸可分為以下四個(gè)操作過(guò)程： ? 初始化，傳送 ROM命令，傳送 RAM命令，數(shù)據(jù)交換。 ? 單總線上所有的處理都從初始化開(kāi)始。初始化時(shí)序是由一個(gè)復(fù)位脈沖 (總線命令者發(fā)出 )和一個(gè)或多個(gè)從者發(fā)出的應(yīng)答信號(hào) (總線從者發(fā)出 )組成。應(yīng)答脈沖的作用是：從器件讓總線命令者知道該器件是在總線上的，并準(zhǔn)備好開(kāi)始工作。當(dāng)總線命令者檢測(cè)到某器件存在時(shí)，首先發(fā)送七個(gè) ROM功能中的一個(gè)命令： ? 讀 ROM(總線上只有一個(gè)器件時(shí)，即讀出其序列號(hào) )； ? 匹配 ROM(總線上有多個(gè)器件時(shí)，尋址某一個(gè)器件 )； ? 查找 ROM(系統(tǒng)首次啟動(dòng)后，須識(shí)別總線上的各器件 )； ? 跳過(guò) ROM(總線上只有一個(gè)器件時(shí)，可跳過(guò)讀 ROM命令直接向器件發(fā)送命令 ,以節(jié)省時(shí)間 )； ? 超速匹配 ROM(超速模式下尋址某個(gè)器件 )； ? 超速跳過(guò) ROM(超速模式下跳過(guò)讀 ROM命令 )； ? 條件查找 ROM(只查找輸入電壓超過(guò)設(shè)置的報(bào)警門限值的器件 )。 ? 當(dāng)成功執(zhí)行上述命令之一后，總線命令者可發(fā)送任何一個(gè)可使用命令來(lái)訪問(wèn)存儲(chǔ)器和控制功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。所有數(shù)據(jù)的讀寫都是從最低位開(kāi)始的。單總線傳送的數(shù)據(jù)或命令是由一系統(tǒng)的時(shí)序信號(hào)組成的，單總線上共有 4種時(shí)序信號(hào)：初始化信號(hào)、寫 0信號(hào)、寫 1信號(hào)和讀信號(hào)。 ? (5) DS18B20的 ROM及控制指令 ? DS18B20的 64位 ROM的結(jié)構(gòu)如表 79所示。開(kāi)始 8位是 DS18B20的產(chǎn)品類型編號(hào) 10H，接著是每一個(gè)器件的唯一的序號(hào)，共有 48位，最后 8位是前 56位的 CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20可以用一根線進(jìn)行通信的原因。 ? DS18B20的高速暫存器由便箋式 RAM和非易失性電擦寫 EERAM組成，后者用于存儲(chǔ) TH、 TL值。數(shù)據(jù)先寫入便箋式 RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給 EERAM。便箋式 RAM占 9個(gè)字節(jié)，包括溫度信息 (0、 1字節(jié) )、TH和 TL值 ( 3字節(jié) )、配置寄存器數(shù)據(jù) (4字節(jié) )、CRC(8字節(jié) )等， 7字節(jié)不用。暫存器的 4字節(jié)是配置寄存器，可以通過(guò)相應(yīng)的寫命令進(jìn)行配置，其內(nèi)容如表 711所示。 ? DS18B20的核心功能部件是它的數(shù)字溫度傳感器，如上所述，它的分辨率可配置為 9位、 10位、 11位或者 12位，出廠默認(rèn)設(shè)置是 12位分辨率，它們對(duì)應(yīng)的溫度分辨率分別是 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 、℃ 。溫度信息的低位、高位字節(jié)內(nèi)容中還包括了符號(hào)位 S(是正溫度還是負(fù)溫度 )和二進(jìn)制小數(shù)部分，具體形式如表 713所示。 ? 這是 12位分辨率的情況，如果配置為低的分辨率，則其中無(wú)意義位為 0；實(shí)測(cè)溫度和數(shù)字輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 714所示。 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) ? 1． DS18B20溫度測(cè)量電路 ? 根據(jù) DS18B20的引腳功能說(shuō)明，我們可以很快地把VCC接一個(gè) 5V的電源，而 GND接地。由于DS18B20采用了單總線技術(shù)，我們只要把 DQ與單片機(jī)的一個(gè) I/O口相連接就可以了，如圖 711所示。 圖 711 DS18B20溫度測(cè)量電路 ? 2．時(shí)鐘電路 ? DS1302有兩個(gè)電源，一個(gè)是主電源 Vcc2，另一個(gè)是備份電源 Vcc1。主電源 Vcc2同單片機(jī)一樣接 5V電源，而備份電源 Vcc1使用的是兩節(jié) 。當(dāng)系統(tǒng)電源被切斷的情況下， DS1302也能正常工作，保證日期、時(shí)間的準(zhǔn)確性。 X X2用來(lái)外接晶振，晶振的頻率為 ，如圖 712所示。 圖 712 時(shí)鐘電路 ? 3．顯示電路 ? 數(shù)碼管采用共陽(yáng)極的設(shè)計(jì)，一個(gè)數(shù)碼管由一個(gè)74HC164來(lái)驅(qū)動(dòng)，并且采用級(jí)聯(lián)的方式進(jìn)行連接。利用單片機(jī)的串口發(fā)送或者模擬串口發(fā)送把數(shù)據(jù)發(fā)送給 74HC164來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。這種設(shè)計(jì)的好處是接節(jié)約單片機(jī)的 I/O口，同時(shí)也不會(huì)降低 CPU的運(yùn)行速度，如圖 713所示。 圖 713 顯示電路 ? 無(wú)論仿真還是實(shí)物，如果把數(shù)碼管的陽(yáng)極直接接到電源上，往往會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。為了解決這一問(wèn)題。本設(shè)計(jì)把數(shù)碼管的陽(yáng)極接到單片機(jī)的一個(gè) I/O口上。在程序里，發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程中，這個(gè)端口置低電平，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢置為高電平，此時(shí)顯示所有數(shù)據(jù)。由于串口發(fā)送及 74HC164移位的速度相當(dāng)快，人的眼睛根本分辨不出來(lái)，所以就不會(huì)產(chǎn)生閃爍，如圖 714所示。 圖 714 顯示去閃爍電路 基于 DS18B20的水溫控制系統(tǒng) ? 內(nèi)容 ? 利用單片機(jī) AT89C51控制 DS18B20溫度傳感器對(duì)水溫的控制，當(dāng)水溫低于預(yù)設(shè)溫度值時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始加熱(點(diǎn)亮紅色發(fā)光二極管表示加熱狀態(tài) )，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度值時(shí)自動(dòng)停止加熱。預(yù)設(shè)溫度值和實(shí)測(cè)溫度值分別由兩個(gè) 3位數(shù)碼管顯示，范圍為 0～ 99℃ 。 ? 背景知識(shí) ? 已掌握 Keil 181。Vision3開(kāi)發(fā)軟件的使用方法； ? 掌握 DS18B20的工作原理與使用方法。 ? 訓(xùn)練目的 ? 掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)綜合開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方法。 Proteus電路設(shè)計(jì) ? 1. 元件清單列表 ? 打開(kāi) Proteus ISIS編輯環(huán)境，按表 716所列的清單添加元件。 ? 2. 電路原理圖 ? 元件全部添加后，在 Proteus ISIS的編輯區(qū)域中按圖 715所示的原理圖 (復(fù)位和振蕩電路略 )連接硬件電路。 圖 715 電路原理圖 Proteus調(diào)試與仿真 ? 參照 ，加載目標(biāo)代碼文件，進(jìn)入調(diào)試環(huán)境，執(zhí)行程序，在 Proteus ISIS界面中，分別調(diào)節(jié)十位設(shè)置按鍵和個(gè)位設(shè)置按鍵來(lái)預(yù)設(shè)水溫，當(dāng) DS18B20的溫度低于預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮表示進(jìn)入熱狀態(tài)；調(diào)節(jié) DS18B20元件上的按鈕可人工模擬實(shí)際水溫的升高和下降?？梢钥吹剑?dāng)實(shí)測(cè)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，紅色發(fā)光二極管便自動(dòng)熄滅，表示停止加熱。仿真片斷如圖 716所示。 圖 71