【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 2 字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／LSB 形式表示。當(dāng)符號(hào)位 S＝0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S＝1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。 表 47 是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù) 。表 46 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表R1 R0 分辨率/位 溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms0 0 9 0 1 10 1 0 11 3751 1 12 750華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14表 47 一部分溫度對(duì)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 0008H0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H續(xù)表 47 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH55 1111 1100 1001 0000 FC90H4) CRC 的產(chǎn)生 在 64 b ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC） 。主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56位來計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) 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(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 DS18B20 的工作原理 DS18B20 工作時(shí)序 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： 1. 每一次讀寫之前都必須要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位； 2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令； 3. 最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對(duì) 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(hào)后等待 15～60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(hào)表示復(fù)位成功。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，具體工作方法如圖 43，44,45 所示。1) 初始化時(shí)序華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15響 應(yīng) 脈沖 60~24等 待 15主 機(jī) 最 小 8主 機(jī) 復(fù) 位 脈 沖最 小 480US 圖 43 初始化時(shí)序圖 總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少 480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線， 上拉電阻將總線拉高，延時(shí) 15～60us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí) 480us。2) 寫時(shí)序圖 4－4 寫時(shí)序?qū)憰r(shí)序包括寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要 60us，且在 2 次獨(dú)立的寫時(shí)序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開始。寫 1 時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí) 2us，然后釋放總線，延時(shí) 60us。寫 0 時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí) 60us，然后釋放總線，延時(shí) 2us。3) 讀時(shí)序 主 機(jī) 采 樣主 機(jī) 采 樣 4545主 機(jī) 寫 時(shí) 序主 機(jī) 寫 時(shí) 序圖 4－5 讀時(shí)序 總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50us。 DS18B20 的測(cè)溫原理每一片 DSl8B20 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列號(hào)，在出廠前已寫入片內(nèi) ROM 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀 ROM(33H)命令將該 DSl8B20 的序列號(hào)讀出。程序可以先跳過 ROM，啟動(dòng)所有 DSl8B20 進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配 ROM，再逐一地讀回每個(gè) DSl8B20 的溫度數(shù)據(jù)。DS18B20 的測(cè)溫原理如圖 49 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，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(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(hào)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(duì)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)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將55 ℃所對(duì)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(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)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(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)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(cè)溫度。圖 49 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)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(cè)溫度值。 表 48 ROM 操作命令指令 約定代碼 功 能讀 ROM 33H 讀 DS18B20 ROM 中的編碼符合 ROM 55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單線總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS18B20 的讀寫作準(zhǔn)備搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64位 ROM 地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作續(xù)表 4－8告警搜索命令 0ECH 執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng)溫度變換 44H 啟動(dòng) DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為500MS，結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中讀暫器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的第 3，4 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器 48H 將 E2PRAM 中第 3，4 字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到 E2PRAM 中重調(diào) E2PRAM 0BBH 將 E2PRAM 中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM 中的第 3，4 字節(jié)讀 供 電方 式 0B4H 讀 DS18B20 的供電模式，寄生供電時(shí) DS18B20 發(fā)送“0”，外接電源供電 DS18B20 發(fā)送“1”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(duì) 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(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。減法計(jì)數(shù)器斜坡累加器減到 0減法計(jì)數(shù)器預(yù) 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振 蕩 器計(jì)數(shù)比較器預(yù) 置溫度寄存器減到 0圖 46 測(cè)溫原理內(nèi)部裝置 DS18B20 的測(cè)溫流程DS18B20 的測(cè)溫流程如圖 47 所示華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18初始化DS18B20跳過 ROM匹配溫度變換 延時(shí) 1S跳過 ROM匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示 圖 47 DS18B20 的測(cè)溫流程第 5 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 溫度采集電路數(shù)據(jù)采集電路如圖 51 所示，由溫度傳感器 DS18B20 采集被控制對(duì)象的實(shí)時(shí)溫度，提供給 AT89S52 的 口作為數(shù)據(jù)輸入。在本次設(shè)計(jì)中我們所控的對(duì)象為所處室溫，當(dāng)然作為改進(jìn)我們可以把傳感器與電路板分離，由數(shù)據(jù)線相連進(jìn)行通訊，便于測(cè)量多種對(duì)象。圖 51 單片機(jī)與 DS18B20 的連接 數(shù)碼管的溫度顯示電路 數(shù)碼管的分類數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示） ；按能顯示多少個(gè)“8”可分為 1 位，2 位等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽和共陰數(shù)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（COM）的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段為的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是將所有發(fā)光數(shù)碼管的陰極接到一起形成公共陰極的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)將公共極COM 接到低地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式1）靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也成直流驅(qū)動(dòng)，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或使用 BCD 碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 口端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 40 根 I/O 口驅(qū)動(dòng)，可用的只有 32 個(gè)，實(shí)際應(yīng)用必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。2）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛的他一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)顯示是將所有的數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆畫“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連接在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)的輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接受相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的 COM端的控制，實(shí)現(xiàn)輪流顯示，在這個(gè)過程中，每個(gè)數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間位 12ms，由于人的數(shù)據(jù)額暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但掃描速度夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，效果與靜態(tài)顯示一樣，能夠節(jié)省大量的 I/O 口，而且功耗低。 本設(shè)計(jì)的數(shù)碼顯示本設(shè)計(jì)的顯示采用的是動(dòng)態(tài)顯示。連接方法是將每個(gè)二極管的同名端連在一起，而每個(gè)顯示器的公共極 COM 各自獨(dú)立的接受 I/O 線控制，CPU 向字段輸出端口輸出字型碼，所有顯示器接受到相同的字符，而要使用哪個(gè)顯示器要取決于他們的 COM 的電平，而這段是由 I/O 端控制的，由單片機(jī)輸出。數(shù)碼管與單片機(jī)之間用電阻連接，位選端通過三極管與 I/O 連接，如下圖 52 所示。華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 53 數(shù)碼管的顯示電路 溫度控制電路 溫度分為高低溫控制。設(shè)計(jì)所達(dá)到的效果是，我們的單片機(jī)設(shè)置一個(gè)固定的溫度范圍，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度高于我們?cè)O(shè)定的最高數(shù)值時(shí)，這時(shí)單片機(jī)指令控制端口產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)送給固態(tài)繼電器，使繼電器的產(chǎn)開開關(guān)閉合，使開關(guān)打開通電，控制一個(gè)降溫裝置的開啟（本設(shè)計(jì)考慮到成本和技術(shù)問題，采用電風(fēng)扇進(jìn)行降溫控制）。相反，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度低于設(shè)置的最低溫度范圍時(shí)，這時(shí)要與最低溫度作比較，低于 5 度以內(nèi)的，單片機(jī)控制的 端口產(chǎn)生低電平送給繼電器，從而控制加熱裝置進(jìn)行加熱（本設(shè)計(jì)采用點(diǎn)燈泡加熱），低于 510 度時(shí)，單片機(jī)的 和 變低電平，控制兩個(gè)電燈泡加熱，低于 10 度以上，同上開啟三臺(tái)加熱裝置加熱?？刂齐娐返脑韴D如 54 所示，繼電器接三極管的集電極，之所以采用三極管，就是繼電器一般是需要驅(qū)動(dòng)電壓的，而單片機(jī)的管腳不能直接提供很高的電壓，這樣就會(huì)導(dǎo)致即使單片機(jī)送出了低電平也無法將繼電器的開關(guān)打開，當(dāng)接上三極管后就能將輸入信號(hào)的發(fā)送到繼電器當(dāng)中，驅(qū)動(dòng)開關(guān)使溫度調(diào)節(jié)器改