【文章內(nèi)容簡介】 15 202q / Lh10 5 10 15 20寫入數(shù)據(jù)并顯示46464646結(jié)束5 .DS18B20 溫控電路18B20 溫度傳感器應(yīng)用解析溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時 DALLAS（達拉斯）公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器當仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得 DS18B20 更受歡迎。對于我們普通的電子愛好者來說，DS18B20 的優(yōu)勢更是我們學習單片機技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對單片機開發(fā)的思路。DS18B20 的主要特征：?? 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。?? 先進的單總線數(shù)據(jù)通信。?? 最高 12 位分辨率，精度可達土 攝氏度。?? 12 位分辨率時的最大工作周期為 750 毫秒。?? 可選擇寄生工作方式。?? 檢測溫度范圍為–55176。C ~+125176。C (–67176。F ~+257176。F)?? 內(nèi)置 EEPROM，限溫報警功能。?? 64 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接。?? 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。 DS18B20 芯片封裝結(jié)構(gòu)： 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 工作原理及應(yīng)用：DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解 18B20 的內(nèi)部存儲器資源。18B20 共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：ROM 只讀存儲器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（DS18B20 的編碼是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列號，最后8 位是以上 56 的位的 CRC 碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。DS18B20 共 64 位 ROM。RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20 共 9 個字節(jié) RAM，每個字節(jié)為 8 位。第 2 個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第 5 個字節(jié)則是用戶第3 個 EEPROM 的鏡像。第 8 個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第 9 個字節(jié)為前 8 個字節(jié)的 CRC 碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。RAM 及 EEPROM 結(jié)構(gòu)圖：圖 2我們在每一次讀溫度之前都必須進行復(fù)雜的且精準時序的處理，因為DS18B20 的硬件簡單結(jié)果就會導致軟件的巨大開消，也是盡力減少有形資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為無形資產(chǎn)的投入，是一種較好的節(jié)約之道。 控制器對 18B20 操作流程：1， 復(fù)位：首先我們必須對 DS18B20 芯片進行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機）給 DS18B20 單總線至少 480uS 的低電平信號。當 18B20接到此復(fù)位信號后則會在 15~60uS 后回發(fā)一個芯片的存在脈沖。2， 存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 15~60uS 后接收存在脈沖，存在脈沖為一個 60~240uS 的低電平信號。至此，通信雙方已經(jīng)達成了基本的協(xié)議，接下來將會是控制器與 18B20 間的數(shù)據(jù)通信。如果復(fù)位低電平的時間不足或是單總線的電路斷路都不會接到存在脈沖，在設(shè)計時要注意意外情況的處理。3， 控制器發(fā)送 ROM 指令：雙方打完了招呼之后最要將進行交流了，ROM 指令共有 5 條，每一個工作周期只能發(fā)一條，ROM 指令分別是讀 ROM 數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍 ROM、芯片搜索、報警芯片搜索。ROM指令為 8 位長度，功能是對片內(nèi)的 64 位光刻 ROM 進行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個器件并作處理。誠然，單總線上可以同時掛接多個器件，并通過每個器件上所獨有的 ID 號來區(qū)別，一般只掛接單個 18B20 芯片時可以跳過 ROM 指令（注意：此處指的跳過 ROM 指令并非不發(fā)送 ROM 指令，而是用特有的一條“跳過指令”）。ROM 指令在下文有詳細的介紹。4， 控制器發(fā)送存儲器操作指令：在 ROM 指令發(fā)送給 18B20 之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲器操作指令了。操作指令同樣為 8 位，共 6 條，存儲器操作指令分別是寫 RAM 數(shù)據(jù)、讀 RAM 數(shù)據(jù)、將 RAM 數(shù)據(jù)復(fù)制到 EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將 EEPROM 中的報警值復(fù)制到 RAM、工作方式切換。存儲器操作指令的功能是命令 18B20 作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。5， 執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：一個存儲器操作指令結(jié)束后則將進行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個操作要視存儲器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機）必須等待 18B20 執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時間為 500uS。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴格遵循 18B20 的讀寫時序來操作。數(shù)據(jù)的讀寫方法將有下文有詳細介紹。若要讀出當前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個周期為復(fù)位、跳過 ROM 指令、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲器操作指令、等待 500uS 溫度轉(zhuǎn)換時間。緊接著執(zhí)行第二個周期為復(fù)位、跳過 ROM 指令、執(zhí)行讀RAM 的存儲器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為 9 個字節(jié)，中途可停止，只讀簡單溫度值則讀前 2 個字節(jié)即可）。其它的操作流程也大同小異，在此不多介紹。 DS18B20 芯片與單片機的接口：如圖所示，DS18B20 只需要接到控制器（單片機）的一個 I/O 口上，由于單總線為開漏所以需要外接一個 的上拉電阻。如要采用寄生工作方式，只要將 VDD 電源引腳與單總線并聯(lián)即可。但在程序設(shè)計中，寄生工作方式將會對總線的狀態(tài)有一些特殊的要求。圖 5DS28B20 芯片 ROM 指令表：Read ROM（讀 ROM）[33H] （方括號中的為 16 進制的命令字）這個命令允許總線控制器讀到 DS18B20 的 64 位 ROM。只有當總線上只存在一個 DS18B20 的時候才可以使用此指令，如果掛接不只一個，當通信時將會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。Match ROM（指定匹配芯片）[55H]這個指令后面緊跟著由控制器發(fā)出了 64 位序列號，當總線上有多只 DS18B20 時，只有與控制發(fā)出的序列號相同的芯片才可以做出反應(yīng)，其它芯片將等待下一次復(fù)位。這條指令適應(yīng)單芯片和多芯片掛接。Skip ROM（跳躍 ROM 指令）[CCH]這條指令使芯片不對 ROM 編碼做出反應(yīng)，在單總線的情況之下，為了節(jié)省時間則可以選用此指令。如果在多芯片掛接時使用此指令將會出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，導致錯誤出現(xiàn)。Search ROM（搜索芯片）[F0H]在芯片初始化后，搜索指令允許總線上掛接多芯片時用排除法識別所有器件的 64 位 ROM。Alarm Search（報警芯片搜索）[ECH]在多芯片掛接的情況下，報警芯片搜索指令只對附合溫度高于 TH 或小于 TL 報警條件的芯片做出反應(yīng)。只要芯片不掉電，報警狀態(tài)將被保持，直到再一次測得溫度什達不到報警條件為止。DS28B20 芯片存儲器操作指令表：Write Scratchpad （向 RAM 中寫數(shù)據(jù)）[4EH]這是向 RAM 中寫入數(shù)據(jù)的指令，隨后寫入的兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)將會被存到地址 2（報警 RAM 之 TH）和地址 3（報警 RAM 之 TL）。寫入過程中可以用復(fù)位信號中止寫入。Read Scratchpad （從 RAM 中讀數(shù)據(jù)）[BEH]此指令將從 RAM 中讀數(shù)據(jù)，讀地址從地址 0 開始，一直可以讀到地址9，完成整個 RAM 數(shù)據(jù)的讀出。芯片允許在讀過程中用復(fù)位信號中止讀取，即可以不讀后面不需要的字節(jié)以減少讀取時間。Copy Scratchpad （將 RAM 數(shù)據(jù)復(fù)制到 EEPROM 中）[48H]此指令將 RAM 中的數(shù)據(jù)存入 EEPROM 中，以使數(shù)據(jù)掉電不丟失。此后由于芯片忙于 EEPROM 儲存處理，當控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線將輸出“1”。在寄生工作方式時必須在發(fā)出此指令后立刻超用強上拉并至少保持 10MS，來維持芯片工作。Convert T（溫度轉(zhuǎn)換）[44H]收到此指令后芯片將進行一次溫度轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的溫度值放入 RAM 的第 2 地址。此后由于芯片忙于溫度轉(zhuǎn)換處理，當控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線將輸出“1”。在寄生工作方式時必須在發(fā)出此指令后立刻超用強上拉并至少保持500MS，來維持芯片工作。Recall EEPROM（將 EEPROM 中的報警值復(fù)制到 RAM）[B8H]此指令將 EEPROM 中的報警值復(fù)制到 RAM 中的第 4 個字節(jié)里。由于芯片忙于復(fù)制處理，當控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線將輸出“1”。另外，此指令將在芯片上電復(fù)位時將被自動執(zhí)行。這樣 RAM 中的兩個報警字節(jié)位將始終為 EEPROM 中數(shù)據(jù)的鏡像。Read Power Supply（工作方式切換）[B4H]此指令發(fā)出后發(fā)出讀時間隙，芯片會返回它的電源狀態(tài)字，“0”為寄生電源狀態(tài)，“1”為外部電源狀態(tài)。DS18B20 復(fù)位及應(yīng)答關(guān)系示意圖：圖 6每一次通信之前必須進行復(fù)位，復(fù)位的時間、等待時間、回應(yīng)時間應(yīng)嚴格按時序編程。DS18B20 讀寫時間隙：DS18B20 的數(shù)據(jù)讀寫是通過時間隙處理位和命令字來確認信息交換的。寫時間隙：寫時間隙分為寫“0”和寫“1”，時序如圖 7。在寫數(shù)據(jù)時間隙的前15uS 總線需要是被控制器拉置低電平，而后則將是芯片對總線數(shù)據(jù)的采樣時間，采樣時間在 15~60uS，采樣時間內(nèi)如果控制器將總線拉高則表示寫“1”，如果控制器將總線拉低則表示寫“0”。每一位的發(fā)送都應(yīng)該有一個至少 15uS 的低電平起始位，隨后的數(shù)據(jù)“0”或“1”應(yīng)該在 45uS 內(nèi)完成。整個位的發(fā)送時間應(yīng)該保持在 60~120uS，否則不能保證通信的正常。讀時間隙：讀時間隙時控制時的采樣時間應(yīng)該更加的精確才行，讀時間隙時也是必須先由主機產(chǎn)生至少 1uS 的低電平，表示讀時間的起始。隨后在總線被釋放后的 15uS 中 DS18B20 會發(fā)送內(nèi)部數(shù)據(jù)位，這時控制如果發(fā)現(xiàn)總線為高電平表示讀出“1”，如果總線為低電平則表示讀出數(shù)據(jù)“0”。每一位的讀取之前都由控制器加一個起始信號。注意：如圖8 所示，必須在讀間隙開始的 15uS 內(nèi)讀取數(shù)據(jù)位才可以保證通信的正確。在通信時是以 8 位“0”或“1”為一個字節(jié)，字節(jié)的讀或?qū)懯菑母呶婚_始的，即 A7 到 2 自上而下的。6 電機電路 電機驅(qū)動電路圖 電路原理 單片機給出一個高低電平來控制三極管的導通與截止；此時的三極管是工作在飽和與截止區(qū)且具有濾波作用；R7 的電阻是提供電機的電流； 蜂鳴器驅(qū)動電路圖 工作原理片機給出一個高低電平來控制三極管的導通與截止；從而使蜂鳴器的貼片振蕩；高電平時導通，低電平時截止。結(jié)　　論在設(shè)計制作高精度電子秤的過程中，我深切體會到理論與實踐相結(jié)合的重要性。本系統(tǒng)的制作主要應(yīng)用到了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機控制技術(shù)、電子工藝和 C 程序設(shè)計等多方面的知識，所設(shè)計的基于 MCS51 單片機程序控制的高精度數(shù)字電子秤，達到了設(shè)計要求，同時也使我的動手能力和電子設(shè)計能力得到了極大鍛煉。特別是在線性度的確定過程中，實驗測試數(shù)據(jù)用 MATLAB 繪圖，可以得出真值和砝碼值的關(guān)系接近為一條直線，所以就可以得出它們之間的線性關(guān)系。接著用最小二乘法對實驗測試數(shù)據(jù)進行擬合，最終完成定標。這一過程很好地將理論與實踐結(jié)合起來了。同時通過多次測量數(shù)據(jù)，得出的值更接近真實值。這樣利用實驗數(shù)據(jù)進行分析，使設(shè)計更有說服力，也增強了本設(shè)計電子秤的準確性和精確性。進一步肯定了設(shè)計的正確性。本次論文設(shè)計展示了自己的能力，更讓筆者體會到了電子技術(shù)與設(shè)計的趣味，以及其強大深遠的實用性。也使我們深切認識到自身知識能力尚存在許多不足。設(shè)計中還存在一些不盡完美的地方，硬件電路部分的焊接沒有做到最簡單方便，布局還可以更合理，軟件設(shè)計部分還需要進一步的完善。今后，我將更加努力學習，不斷完善自己的專業(yè)知識，提高專業(yè)技能。附錄 系統(tǒng)電路圖及程序代碼原理圖/**********主函數(shù)***********/includeincludeincludeinclude includeincludedefine uchar unsigned chardefine uint unsigned intdefine nop() _nop_()/**********電機*******/sbit PWM=P2^4。bit flag。uint t。uchar val。void main(){ beep=0。 Init_12864()。 timer()。 while(1) { val=AD_0804()。 disp(val,v