【文章內(nèi)容簡介】 18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。 DS18B20的特點(diǎn)（1）獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時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，電壓范圍：+~ + V。 （4）測溫范圍：55 ~+125 ℃。 ℃。 （5）通過編程可實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （6）用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。 （7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個DS18B20可并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。 （8）負(fù)壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20的封裝結(jié)構(gòu)圖43 DS18B20的封裝結(jié)構(gòu)圖DS18B20引腳功能：GND 電壓地 DQ 單數(shù)據(jù)總線 VDD 電源電壓 NC 空引腳 DS18B20的測溫原理DS18B20的測溫原理如圖44所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小〔1〕，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)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(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)生的時鐘脈沖后進(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)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(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2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖44中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(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，這就是DS18B20的測溫原理。 圖44 DS18B20的測溫原理圖 DS18B20與單片機(jī)的典型接口電路圖45 DS18B20與CPU的接口電路上圖采用寄生電源供電方式， 。當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時間最大為10 μs。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。假設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)所用的晶振頻率為12 MHz，根據(jù)DS18B20的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫3個子程序：INIT為初始化子程序，WRITE為寫（命令或數(shù)據(jù)）子程序，READ為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始，實(shí)際在實(shí)驗(yàn)中不用這種方式， kΩ,另外2個腳分別接電源和地。 DS18B20的軟件設(shè)計較少的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18 B 20進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。軟件流程如圖46所示：圖46 DS18B20讀寫框圖在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。第5章 定時/計數(shù)器與中斷的原理及應(yīng)用 定時器/計數(shù)器有關(guān)的概念805l系列單片機(jī)至少有兩個16位內(nèi)部定時器／計數(shù)器，若是計數(shù)內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘，則它是定時器；若是計數(shù)8051的輸入引腳的脈沖信號，則是計數(shù)器。805l的T／C是加1計數(shù)的。定時器實(shí)際上也是工作在計數(shù)方式下，只不過對固定頻率的脈沖計數(shù)，由于脈沖周期固定，由計數(shù)值可以計算出時間，有定時功能。當(dāng)T／C工作在定時器時，對振蕩源12分頻的脈沖計數(shù)，即每個機(jī)器周期計數(shù)值加1，計數(shù)率＝fosc/12。當(dāng)晶振為6MHz時，計數(shù)率＝500 kHz，每2us計數(shù)值加1。當(dāng)T／C工作在計數(shù)器時，計數(shù)脈沖來自外部脈沖輸入管腳T0(P3．4)或T1(P3．5)，當(dāng)T0或T1腳上負(fù)跳變時計數(shù)值加1。識別管腳上的負(fù)跳變需兩個機(jī)器周期，即24個振蕩周期。所以T0或T1腳輸入的可計數(shù)外部脈沖的最高頻率為fosc/24。當(dāng)晶振為12MHz時，最高計數(shù)率為500 kHz，高于此頻率將計數(shù)出錯。 與T/C有關(guān)的特殊功能寄存器1．計數(shù)寄存器TH和TLT／C是16位的，計數(shù)寄存器由TH高8位和TL低8位構(gòu)成。在特殊功能寄存器(SFR)中，對應(yīng)T／C0為TH0和TL0，對應(yīng)T／C1為TH1和TL1。定時器／計數(shù)器的初始值通過TH1／TH0和TL1／TL0設(shè)置。2．定時器／計數(shù)器控制寄存器TCON TR0，TR1：T／C0，1啟動控制位。1啟動計數(shù)。 0停止計數(shù)。TCON復(fù)位后清“0”，T／C需受到軟件控制才能啟動計數(shù)，當(dāng)計數(shù)寄存器計滿時，產(chǎn)生向高位的進(jìn)位TF，即溢出中斷請求標(biāo)志。3．T／C的方式控制寄存器TMODC／T：計數(shù)器或定時器選擇位。1一為計數(shù)器。 0一為定時器。GATE：門控信號。1T／C的啟動受到雙重控制，即要求TR0／TR1和INT0/INT1同時為高。0T／C的啟動僅受TR0或TR1控制。M1和M0：工作方式選擇位。由M1和 M0的四種組合狀態(tài)確定，見表511表511 定時器／計數(shù)器工作方式M1M0方式功 能000為13位定時器／計數(shù)據(jù)，TL存低5位，TH存向8位011為16位定時器／計數(shù)器102常數(shù)自動裝入的8位定時器／計效器113僅適用于T／C0，兩個8位定時器／計數(shù)器 定時器/計數(shù)器的工作方式1．方式0當(dāng)TMOD中M1M0＝00時，T／C工作在方式0。方式0為13位的T／C，由TH提供高8位，TL提供低5位的計數(shù)值，滿計數(shù)值2，但啟動前可以預(yù)置計數(shù)初值。T／C啟動后立即加1計數(shù)，當(dāng)13位計數(shù)滿時，TH向高位進(jìn)位，此進(jìn)位將中斷溢出標(biāo)志TF置1，產(chǎn)生中斷請求，表示定時時間到或計數(shù)次數(shù)到。若T/C開中斷(ET＝1)且CPU開中斷(EA＝1)，則當(dāng)CPU轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時，TF自動清0。2．方式1當(dāng)TMOD中M1M0＝01時。T／C工作在方式1。方式1與方式0基本相同。唯一區(qū)別在于計數(shù)寄存器的位數(shù)是16位的，由TH和TL寄存器各提供8位，滿計數(shù)值為2“。3．方式2 當(dāng)TMOD中M1M0＝10時，T／C工作在方式2。方式2是8位的可自動重裝載的T／C，滿計數(shù)值為2。在方式0和方式1中，當(dāng)計數(shù)滿后，若要進(jìn)行下一次定時／計數(shù)，須用軟件向TH和TL重裝預(yù)置計數(shù)初值。方式2中TH和TL被當(dāng)作兩個8位計數(shù)器，計數(shù)過程中，TH寄存8位初值并保持不變，由TL進(jìn)行8位計數(shù)。計數(shù)溢出時，除產(chǎn)生溢出中斷請求外，還自動將TH中初值重裝到了L，即重裝載。 除此之外，方式2也同方式0。4．方式3方式3只適合于T／C0。當(dāng)T/C0工作在方式3時，TH0和TL0成為兩個獨(dú)立的計數(shù)器。這時,TL0可作定時器／計數(shù)器，占用T／C0在TCON和TMOD寄存器中的控制位和標(biāo)志位；而TH0只能作定時器用，占用T／C1的資源TR1和TF1。在這種情況下，T／C1 仍可用于方式0、2，但不能使用中斷方式。只有將T／C1用作串行口的波特率發(fā)生器時，T／C0才工作在方式3，以便增加一個定時器。 定時器/計數(shù)器的初始化在使用8051的定時器／計數(shù)器前，應(yīng)對它進(jìn)行編程初始化，主要是對TCON和TMOD編程；計算和裝載T／C的計數(shù)初值。一般完成以下幾個步驟：(1)確定T／C的工作方式——編程TMOD寄存器；(2)計算T／C中的計數(shù)初值，并裝載到TH和TL；(3)T／C在中斷方式工作時，須開CPU中斷和源中斷——編程IE寄存器；(4)啟動定時器／計數(shù)器——編程TCON中TR1或TR0位。 中斷有關(guān)的概念 所謂中斷，是指當(dāng)計算機(jī)執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理的異常情況和特殊請求,CPU暫時中止現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去對隨機(jī)發(fā)生的更緊迫事件進(jìn)行處理，處理完畢后，CPU自動返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷允許軟件設(shè)計不需要關(guān)心系統(tǒng)其它部分的定時要求，算術(shù)程序不需要考慮隔幾個指令檢查I／O設(shè)備是否需要服務(wù)。相反，算術(shù)程序編寫時好像有無限的時間做算術(shù)運(yùn)算而無其他工作在進(jìn)行。若其它事件需要服務(wù)時，通過中斷告訴系統(tǒng)。8051單片機(jī)有5個中斷源，有2個中斷優(yōu)先級，每個中斷源的優(yōu)先級可以編程控制。中斷允許受到CPU開中斷和中斷源開中斷的兩級控制。 中斷源中斷源是指任何引起計算機(jī)中斷的事件，一般一臺機(jī)器允許有許多個中斷源。增加很少的硬件就可把各種硬件中斷源“線或”成為一個外部中斷輸入，然后再順序檢索引起中斷的特定源。8051單片機(jī)的5個中斷源是：外部中斷請求0，由INT0(P3．2)輸入；外部中斷請求1，由INT1(P3．3)輸入；片內(nèi)定時器／計數(shù)器0溢出中斷請求；片內(nèi)定時器／計數(shù)器1溢出中斷請求；片內(nèi)串行口發(fā)送／接收中斷請求。為了了解每個中斷源是否產(chǎn)生了中斷請求，中斷系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)置多個中斷請求觸發(fā)器(標(biāo)志位)實(shí)現(xiàn)記憶。這些中斷源請求標(biāo)志位分別由特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。定時器／計數(shù)器控制寄存器TCON(Time/counter Control Register)IT0，IT1：外部中斷0，1觸發(fā)方式選擇位，由軟件設(shè)置。1一下降沿觸發(fā)方式，INT0／INT1管腳上高到低的負(fù)跳變可引起中斷。0一電平觸發(fā)方式，INT0／INT1管腳上低電平可引起中斷。IE0，IE1：外部中斷0，1請求標(biāo)志位。當(dāng)外部中斷0，1依據(jù)觸發(fā)方式滿足條件產(chǎn)生中斷請求時,由硬件置位(IE0／IE1=1). 當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時,由硬件清除(IE0／IE1＝0)。TF0，TF1：定時器／計數(shù)器0，1(T／C0，T／C1)溢出中斷請求標(biāo)志。當(dāng)T／C0，l計數(shù)溢出時,由硬件置位(TF0／TF1＝1)。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時，由硬件清除(TF0／TF1＝0)。2．串行口控制寄存器SCONRI：串行口接收中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)串行口接收完一幀數(shù)據(jù)后請求中斷，由硬件置位(RI=1)。RI必須由軟件清零。TI：串行口發(fā)送中斷請求標(biāo)志位。TI必須由軟件清零。當(dāng)串行口發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后請求中斷時，由硬件置位(TI＝1)。中斷的控制主要實(shí)現(xiàn)中斷的開關(guān)管理和中斷優(yōu)先級的管理。這個管理主要通過對特殊功能寄存器IE和IP的編程實(shí)現(xiàn)。中斷允許寄存器IEEX0，EX1：外部中斷0，1的中斷允許位。1一外部中斷0，l開中斷。 0一外部中斷0，1關(guān)中斷。ET0，ET1：定時器／計數(shù)器0，1(T／C0，T／C1)溢出中斷允許位。1T/C,T／C1開中斷。 0T／C0，T/C1關(guān)中斷。．ES：串行口中斷允許位。1串行口開中斷。 0一串行口關(guān)中斷。ET2：定時器／計數(shù)器2(T／C