【文章內(nèi)容簡介】 給減法計(jì)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(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，每次測量前，首先將55 ℃所對應(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 ℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)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(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重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(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)值即為所測溫圖2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(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，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化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)。 DS18B20測溫原理圖在正常測溫情況下，℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）℃為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測實(shí)際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值Cs和每度計(jì)數(shù)值CD?！?、℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度Ts可用下式計(jì)算： （） 提高DS1820測溫精度的途徑（1）、DS1820高精度測溫的理論依據(jù) ℃，這對于水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度監(jiān)測來講略顯不足，在對DS1820測溫原理詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，我們采取直接讀取DS1820內(nèi)部暫存寄存器的方法，℃～℃．DS1820內(nèi)部暫存寄存器的分布如表1所示，其中第7字節(jié)存放的是當(dāng)溫度寄存器停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值，第8字節(jié)存放的是每度所對應(yīng)的計(jì)數(shù)值，這樣，我們就可以通過下面的方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果。首先用DS1820提供的讀暫存寄存器指令(BEH)℃為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位(LSB)，得到所測實(shí)際溫度整數(shù)部分T整數(shù)，然后再用BEH指令讀取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值M剩余和每度計(jì)數(shù)值M每度，℃、℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度T實(shí)際可用下式計(jì)算得到：T實(shí)際=(T整數(shù)－℃)+(M每度－M剩余)/M每度。 DS18B20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度最低數(shù)字位0溫度最高數(shù)字位1高溫限值2低溫限值3保留4保留5計(jì)數(shù)剩余值6每度計(jì)數(shù)值7CRC校驗(yàn)8該字節(jié)各位的定義如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1低5位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是來設(shè)置分辨率，（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）。 R1和R0模式表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)/mm009位0110位1011位1112位由表1可見，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存存儲器除了配置寄存器外，還有其他8個(gè)字節(jié)組成，其分配如下所示。其中溫度信息（第1，2字節(jié)）、TH和TL值第3，4字節(jié)、第6～8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。 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：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對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收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。（2）、 測量數(shù)據(jù)比較表2為采用直接讀取測溫結(jié)果方法和采用計(jì)算方法得到的測溫?cái)?shù)據(jù)比較，通過比較可以看出，計(jì)算方法在DS1820測溫中不僅是可行的，也可以大大的提高DS1820的測溫分辨率。表2 DS18B20 直度測溫結(jié)果與計(jì)算測溫結(jié)果數(shù)據(jù)比較次數(shù)T（直讀）M（剩余）M（每度）T（實(shí)際）172802.42823308346684549856568771688 顯示及報(bào)警模塊器件選擇在本設(shè)計(jì)中溫度測量范圍為0℃～＋125℃，精度為177?！?，因此只需要液晶就可以完成相關(guān)的顯示功能，報(bào)警器可以用有源蜂鳴器配合三極管來代替。3 數(shù)字溫度計(jì)的硬件設(shè)計(jì),控制器使用單片機(jī)AT89S52,溫度計(jì)傳感器使用DS18B20,用液晶實(shí)現(xiàn)溫度顯示。本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過程。首先，由DS18B20溫度傳感器芯片測量當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過AT89S52單片機(jī)芯片對送來的測量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，SMC1602A芯片將送來的值顯示于顯示屏上。由圖1可看到，本電路主要由DS18820溫度傳感器芯片、SMCl602A液晶顯示模塊芯片和AT89S52單片機(jī)芯片組成。其中，DS18B20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機(jī)相連，它獨(dú)立地完成溫度測量以及將溫度測量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。圖 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖 主控制器單片機(jī)AT89S52具有低電壓供電和小體積等特點(diǎn)，兩個(gè)端口剛好滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很合適攜手特式產(chǎn)品的使用。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。必須先啟動DS18B20開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。 顯示電路　顯示電路采用SMCI602A液晶顯示模塊芯片該芯片可顯示162個(gè)字符，比以前的七段數(shù)碼管LED顯示器在顯示字符的數(shù)量上要多得多。另外，由于SMCl602芯片編程比較簡單，界面直觀，因此更加易于使用者操作和觀測。SMCl602A芯片的接口信號說明如表1所列。 SMCl602A芯片的接口信號說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)I/O2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)I/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4數(shù)據(jù)I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端12D5數(shù)據(jù)I/O5R/W讀/寫選擇端13D6數(shù)據(jù)I/O6E使能信號14D7數(shù)據(jù)I/O7D0數(shù)據(jù)I/O15BLA背光正極8D1數(shù)據(jù)I/O16BLK背光負(fù)極 溫度檢測電路DS18B20 最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20 的數(shù)據(jù)I/O 均由同一條線來完成。DS18B20 的電源供電方式有2 種: 外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時(shí), VDD 和GND 均接地, 他在需要遠(yuǎn)程溫度探測和空間受限的場合特別有用, 原理是當(dāng)1 W ire 總線的信號線DQ 為高電平時(shí), 竊取信號能量給DS18B20 供電, 同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電, 當(dāng)DQ為低電平時(shí)釋放能量為DS18B20 供電。但寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路, 軟件控制變得復(fù)雜(特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到E2PROM 時(shí)) , 同時(shí)芯片的性能也有所降低。因此, 在條件允許的場合, 盡量采用外供電方式。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。DS18B20與芯片連接電路如圖 ：圖 DS18B20與單片機(jī)的連接外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。站長推薦大家在開發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源方式只多接一根VCC引線。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓VCC 降到3V 時(shí)，依然能夠保證溫度量精度。由于DS18B20 只有一根數(shù)據(jù)線，因此它和主機(jī)（單片機(jī)）通信是需要串行通信，而AT89S51 有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來模擬實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過單線接口訪問DC18B20 必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM 操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均嚴(yán)格按照時(shí)序。主機(jī)發(fā)送（Tx）復(fù)位脈沖（最短為480μs 的低電平信號）。接著主機(jī)便釋放此線并進(jìn)入接收方式（Rx）。在檢測到I/O 引腳上的上升沿之后，DS18B20 等待15～60μs,并且接著發(fā)送脈沖（60～240μs 的低電平信號）。然后以存在復(fù)位脈沖表示DS18B20 已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收，然后給出正確的ROM 命令和存儲操作命令的數(shù)據(jù)。DS18B20 通過使用時(shí)間片來讀出和寫入數(shù)據(jù)，時(shí)間片用于處理數(shù)據(jù)位和進(jìn)行何種指定操作的命令。它有寫時(shí)間片和讀時(shí)間片兩種：l 寫時(shí)間片：當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)，產(chǎn)生寫時(shí)間片。有兩種類型的寫時(shí)間片：寫1 時(shí)間片和寫0 時(shí)間片。所有時(shí)間片必須有60 微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1微秒的恢復(fù)時(shí)間.l 讀時(shí)間片：從DS18B20 讀數(shù)據(jù)時(shí)，使用讀時(shí)間片。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)產(chǎn)生讀時(shí)間片。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少1 微秒；來自DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)在時(shí)間下降沿之后的15 微秒內(nèi)有效。為了讀出從讀時(shí)間片開始算起15微秒的狀態(tài)，主機(jī)必須停止把引腳驅(qū)動拉至低電平。在時(shí)間片結(jié)束時(shí)，I/O 引腳經(jīng)過外部的上_鱯__9L_€%拉電阻拉回高電平，所有讀時(shí)間片的最短持續(xù)期為60 微秒，包括兩個(gè)讀周期間至少1μs 的恢復(fù)時(shí)間。一旦主機(jī)檢測到DS18B20 的存在，它便可以發(fā)送一個(gè)器件ROM 操作命令。所有ROM 操作命令均為8位長。所有的串行通訊，讀寫每一個(gè)bit 位數(shù)據(jù)都必須嚴(yán)格遵守器件的時(shí)序邏輯來編程，同時(shí)還必須遵守總線命令序列，對單總線的DS18B20 芯片來說，訪問每個(gè)器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化；其次執(zhí)行ROM 命令；最后就是執(zhí)行功能命令(ROM 命令和功能命令后面以表格形式給出)。如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應(yīng)主機(jī)。當(dāng)然，搜索ROM命令和報(bào)警搜索命令，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，要返回初始化?；趩慰偩€上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)，且準(zhǔn)備就緒。在主機(jī)檢測到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出ROM 命令。這些命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一64 位ROM 代碼相關(guān)。在主機(jī)發(fā)出ROM命令，以訪問某個(gè)指定的DS18B20，接著就可以發(fā)出DS18B20支持的某個(gè)功能命令。這些命令允許主機(jī)寫入或讀出DS18B20便箋式RAM、啟動溫度轉(zhuǎn)換。軟件實(shí)現(xiàn)DS18B20的工作嚴(yán)格遵守單總線協(xié)議：(1)主機(jī)首先發(fā)出一個(gè)復(fù)位脈沖，信號線上的DS18B20 器件被復(fù)位。(2)接著主機(jī)發(fā)送ROM命令，程序開始讀取單個(gè)在線的