【文章內(nèi)容簡介】 補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 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)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／LSB 形式表示。當(dāng)符號位 S＝0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位 S＝1 時，表示測得的溫度值為負(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 是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù) 。表 46 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時間表R1 R0 分辨率/位 溫度最大轉(zhuǎn)向時間/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)。 DS18B20 的工作原理 DS18B20 工作時序 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)過三個步驟： 1. 每一次讀寫之前都必須要對 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 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 15～60微秒左右后發(fā)出 60～240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復(fù)位成功。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，具體工作方法如圖 43，44,45 所示。1) 初始化時序華北水利水電學(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 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 480us。2) 寫時序圖 4－4 寫時序?qū)憰r序包括寫 0 時序和寫 1 時序。所有寫時序至少需要 60us，且在 2 次獨(dú)立的寫時序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時間，都是以總線拉低開始。寫 1 時序，主機(jī)輸出低電平，延時 2us，然后釋放總線，延時 60us。寫 0 時序，主機(jī)輸出低電平，延時 60us，然后釋放總線，延時 2us。3) 讀時序 主 機(jī) 采 樣主 機(jī) 采 樣 4545主 機(jī) 寫 時 序主 機(jī) 寫 時 序圖 4－5 讀時序 總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時序是，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)生讀時序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時序之間至少需要1us的恢復(fù)時間。每個讀時序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時50us。 DS18B20 的測溫原理每一片 DSl8B20 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列號，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 的序列號讀出。程序可以先跳過 ROM，啟動所有 DSl8B20 進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配 ROM，再逐一地讀回每個 DSl8B20 的溫度數(shù)據(jù)。DS18B20 的測溫原理如圖 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，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(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)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(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，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 49 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。 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應(yīng)的 DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對該 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 的個數(shù)和識別 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 DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為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 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完成的，他有嚴(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)。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 測溫原理內(nèi)部裝置 DS18B20 的測溫流程DS18B20 的測溫流程如圖 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 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 采集被控制對象的實(shí)時溫度，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，便于測量多種對象。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)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示） ；按能顯示多少個“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，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段為的陽極為高電平時，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，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 數(shù)碼管的驅(qū)動方式1）靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也成直流驅(qū)動，靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動，或使用 BCD 碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 口端口多，如驅(qū)動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 40 根 I/O 口驅(qū)動，可用的只有 32 個，實(shí)際應(yīng)用必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。2）動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(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，動態(tài)顯示是將所有的數(shù)碼管的 8 個顯示筆畫“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，所有數(shù)碼管都接受相同的字形碼，但究竟是哪個會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通 COM 端電路的控制，通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的 COM端的控制，實(shí)現(xiàn)輪流顯示，在這個過程中，每個數(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)的顯示采用的是動態(tài)顯示。連接方法是將每個二極管的同名端連在一起，而每個顯示器的公共極 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)置一個固定的溫度范圍，當(dāng)溫度傳感器測量的溫度高于我們設(shè)定的最高數(shù)值時，這時單片機(jī)指令控制端口產(chǎn)生一個低電平信號送給固態(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)溫度傳感器測量的溫度低于設(shè)置的最低溫度范圍時，這時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，單片機(jī)的 和 變低電平，控制兩個電燈泡加熱，低于 10 度以上，同上開啟三臺加熱裝置加熱。控制電路的原理圖如 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的發(fā)送到繼電器當(dāng)中，驅(qū)動開關(guān)使溫度調(diào)節(jié)器改