【文章內(nèi)容簡介】 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TＬ字節(jié)內(nèi)容作比較。若Ｔ＞ TH 或 T＜ TL，則將該器件內(nèi)的報警標(biāo)志位置位，并對主機(jī)發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進(jìn)行報警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（ CRC）。主機(jī) ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20 的測溫原理是這這樣的 ,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(dāng)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(jìn)行計數(shù)進(jìn)而完成溫度測量。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(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器１、溫度寄存器中，計數(shù)器１和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對應(yīng)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(jìn)行減法 計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器１的預(yù)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(yù)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(jìn)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(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。 11 表 2 一部分溫度對應(yīng)值表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)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 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)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(jìn)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)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 D S 18B 20 D S 18B 20 D S 18B 20 KGN D GN D GN DVC CVC C單 片機(jī).... 圖 4 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路 12 DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路 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 4 所示單片機(jī)端口接單線總線，為 保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET 管來完成對總線的上拉。 當(dāng) DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強(qiáng)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。 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(yán)格的時序要求。 DS18B20 有嚴(yán)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(jī) 作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)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(jìn)行寫命令后，主機(jī)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。 DS18B20 的復(fù)位時序 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(jī)把單總 線拉低之后，在 15 秒之內(nèi)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。 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。 13 對于 DS18B20 寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同，當(dāng)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(dāng)要寫 1 時序時，單總線被拉低之后，在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線。 顯示部分電路設(shè)計 74LS164 引腳功能及特性 74ls164 是一個串入并出的 8 位移位寄存器，他常用于單片機(jī)系統(tǒng)中，下面總結(jié)一下這個元件的基本知識． ＜ 74ls164 引腳圖＞ 14 ＜ 74LS164 內(nèi)部功能圖＞ ＜ 74LS164 邏輯符合表＞ 串行輸入帶鎖存 時鐘輸入 ,串行輸入帶緩沖 異步清除 最高時鐘頻率可高達(dá) 36Mhz 功耗： 10mW/bit 74 系列工作溫度： 0176。 C to 70176。 C Vcc 最高電壓： 7V 輸入最高電壓： 7V 最大輸出驅(qū)動能力： 高電平：－ 低電平： 8mA 顯示電路 顯示電路采用 4 位共陽 LED 數(shù)碼管，從 P3 口 RXD,TXD 串口輸出段碼。 顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點就是使用口資源比較少，該顯示電路只使用單片機(jī)的 3個端口 ， , 4片串入并出移位寄存器 74LS164（ LED 驅(qū)動）四只數(shù)碼管采用 74LS164 右移寄存器驅(qū)動，顯示比較清晰。 其工作過程如下： 15 1. 串行數(shù)據(jù)由 發(fā)送，移位時鐘由 送出。 2. 在移位時鐘的作用下，串行口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一位地移入 74LS164 中。 3. 四片 74LS164 串級擴(kuò)展為 4 個 8 位并行輸出口，分別連接到 4 個 LED 顯示器的段選端作靜態(tài)顯示。 報警電路的實現(xiàn) 圖 5 中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時 LED 數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示 . 報警上 ,下限調(diào)整電路實現(xiàn) 圖 5 中有三個獨立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計的上下限報警設(shè)置 ,圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時 LED 數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示，這時可以調(diào)整報警上下限，從而測出被測的溫度值。 復(fù)位電路的實現(xiàn) 圖 5 中的按健復(fù)位電路是上 電復(fù)位加手動復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實現(xiàn)復(fù)位。 圖 5 單片機(jī)主板電路 16 圖 6 溫度顯示電路 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。 主程序 初始化 調(diào)用顯示子程序 1S 到？ 初次上電 讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 N Y N Y Y 發(fā) DS18B20 復(fù)位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)讀取溫度命令 讀取操作， CRC 校驗 9 字節(jié)完？ CRC 校驗正？確？ 移入溫度暫存器 結(jié)束 N N Y 17 發(fā) DS18B20 復(fù)位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束 圖 7 主 程序流程圖 圖 8 讀溫度流程圖 讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時需進(jìn)行 CRC 校驗，校驗有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖 8 示 圖 9 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命 令，當(dāng)采用 12 位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為 750ms，在本程序設(shè)計中采用 1s 顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖 9 所示 計算溫度子程序 計算溫度子程序?qū)?RAM中讀取值進(jìn)行 BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖 10 所示。 圖 10 計算溫度流程圖 圖 11 顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖 開始 溫度零下 ? 溫度值取補(bǔ)碼置“ — ”標(biāo)志 計算小數(shù)位溫度 BCD 值 計算整數(shù)位溫度 BCD 值 結(jié)束 置“ +”