【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等[4]。DSl8B20具有如下特征：　　 ①采用單總線技能，與單片機(jī)通信只須要一根I/O線，在一根線上可掛接多個(gè)DSl8B20?！　?②低壓供電，電源范圍3～5V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線上竊取電源(寄生式供電)?！　?③每只DSl8B20具有一個(gè)獨(dú)立的、不可修改的64位序列號(hào)，根據(jù)序列號(hào)可以訪問(wèn)對(duì)應(yīng)的器件。　　 ④測(cè)溫范圍為一55℃～+125℃，在一10℃~85℃范圍內(nèi)誤差為177。0．5℃。　　 ⑤可編程數(shù)據(jù)為9～12位，其轉(zhuǎn)換12位的溫度時(shí)間為750 ms(最大)?！　?⑥D(zhuǎn)Sl8B20可將檢測(cè)到的溫度值直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，并通過(guò)串行通信的方式與主控制器執(zhí)行數(shù)據(jù)通信[5]。　　 由數(shù)字溫度傳感器DSl8B20的特征可知，在它采集模擬溫度信號(hào)并與單片機(jī)執(zhí)行通信時(shí)，只須要一根I/O線與單片機(jī)AT89C51的P口連接，而在一根線上可以掛接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器DSl8B20，可以測(cè)出不同地點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了溫度的多點(diǎn)采集。 DS18B20工作原理DS18B20測(cè)溫原理：由于低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在一個(gè)對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。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)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，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)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。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線形，其輸出用于累加器1的預(yù)置值。： DS18B20工作原理圖 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)1 ) DS18B20的引腳說(shuō)明DS18B20采用3腳TO92封裝或8腳SOIC封裝。：GND——接地；DQ——數(shù)據(jù)輸入輸出。漏極開(kāi)路單線接口,也在寄生電源模式時(shí)給設(shè)備提供電源；VDD——可選的電源電壓腳。VDD在寄生電源模式時(shí)必須接地。 DS18B20引腳2) : DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：① 64位激光ROM。64位激光ROM從高位到低位依次為8位CRC、48位序列號(hào)和8位家族代碼(28H)組成。② 溫度靈敏元件。③ 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL?？赏ㄟ^(guò)軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。④ 配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)。DS18B20在0工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，： TMR1R011111MSB LSB其中，TM：測(cè)試模式標(biāo)志位，出廠時(shí)被寫入0，不能改變；R0、R1：溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對(duì)應(yīng)四種分辨率如下表所列，出廠時(shí)R0、R1置為缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。 ： R0R1溫度計(jì)分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms0090110101137511127503) 高速暫存存儲(chǔ)器 高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。 溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRCLSB MSB溫度值格式圖DS18B20 ： 2322212021222324MSBLSBSSSSS262524: 溫度/℃二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+125 +++05500000111 1101000000000001 1001000100000000 1010001000000000 0000100000000000 0000000011111111 1111100011111111 0101111011111110 0110111111111100 1001000007D0H0191H00A2H0008H0000HFFF8HFF5EHFE6FHFC90H4） DS18B20使用的注意事項(xiàng)DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：（1）對(duì)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20 進(jìn)行操作，一定要注意DS18B20對(duì)程序和電氣參數(shù)的嚴(yán)格要求。（2） 連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。所以在試驗(yàn)中，要考慮總線的選擇和分布及與之相關(guān)的問(wèn)題。（3）有多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自動(dòng)DS18B20 序列號(hào)和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。 （4）在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不能掛接過(guò)多的DS18B20，若是掛得太多就要解決其驅(qū)動(dòng)能力問(wèn)題。（5）在DS18B20測(cè)溫實(shí)際應(yīng)用中，一定要確保每個(gè)DS18B20都接觸良好否則系統(tǒng)會(huì)陷入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定要注意 [6]。 第四章 硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路主要功能包括：多點(diǎn)溫度測(cè)試及其相關(guān)處理，實(shí)時(shí)顯示溫度信息，與上位機(jī)通訊傳輸溫度數(shù)據(jù)。硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：電源以及看門狗電路， 鍵盤以及顯示電路，溫度測(cè)試電路，串口通訊電路。 電源以及看門狗電路 電源電路 因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源為+5V，且電路功耗很小。采用7805三端穩(wěn)壓片即可滿足要求。：H7805系列為3端穩(wěn)壓器件，能提供5V的輸出電壓。應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過(guò)流和過(guò)載保護(hù)電路，帶散熱片時(shí)能持續(xù)提供1A的電流。主要特點(diǎn)： 輸出電流可達(dá) 1A 輸出電壓有5V 過(guò)熱保護(hù)短路保護(hù)電源電路其主要作用是為單片機(jī)提供工作電源。 看門狗電路考慮到底層電路板的工作環(huán)境相對(duì)惡劣，單片機(jī)會(huì)受到周圍環(huán)境的干擾，而出現(xiàn)程序死循環(huán)，死機(jī)…等一些不可預(yù)知的不正常工作現(xiàn)象。工作人員也不可能到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)單片機(jī)重起，為單片機(jī)電路添加一個(gè)外部看門狗電路。定時(shí)查詢單片機(jī)的工作狀態(tài),一但發(fā)現(xiàn)異常即對(duì)單片機(jī)延時(shí)重起。保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。NE56604能為多種微處理器和邏輯系統(tǒng)提供復(fù)位信號(hào)， 。在電源突然掉電或電源電壓下降到低于門限電平時(shí)。NE56604將產(chǎn)生精確的復(fù)位信號(hào)。NE56604內(nèi)置一個(gè)看門狗定時(shí)器，用于監(jiān)控微處理器，以確保微處理器的正常運(yùn)行?？撮T狗能產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)用來(lái)終止任何由于微處理器故障而引發(fā)的不正常的系統(tǒng)操作。NE56604的看門狗的監(jiān)控周期為100m，它是以SO8小型塑料表面封裝，8引腳。工作溫度20℃—70℃。特性：正負(fù)雙邏輯輸出的有效復(fù)位信號(hào)精準(zhǔn)的門限電平監(jiān)測(cè)上電復(fù)位內(nèi)部延時(shí)可利用外部電阻調(diào)節(jié)的內(nèi)部看門狗定時(shí)器看門狗定時(shí)器的監(jiān)控周期為100mS 典型值VCC=: 看門狗電路看門狗,又叫 watchdog timer,是一個(gè)定時(shí)器電路, 一般有一個(gè)輸入,叫喂狗,一個(gè)輸出到MCU的RST端,MCU正常工作的時(shí)候,每隔一端時(shí)間輸出一個(gè)信號(hào)到喂狗端,給 WDT 清零,如果超過(guò)規(guī)定的時(shí)間不喂狗,(一般在程序跑飛時(shí)),WDT 定時(shí)超過(guò),就回給出一個(gè)復(fù)位信號(hào)到MCU,是MCU復(fù)位. 防止MCU死機(jī). 看門狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說(shuō)程序跑飛。工作原理：在系統(tǒng)運(yùn)行以后也就啟動(dòng)了看門狗的計(jì)數(shù)器，看門狗就開(kāi)始自動(dòng)計(jì)數(shù)，如果到了一定的時(shí)間還不去清零看門狗，那么看門狗計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出從而引起看門狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。所以在使用有看門狗的芯片時(shí)要注意清看門狗。硬件看門狗是利用了一個(gè)定時(shí)器，來(lái)監(jiān)控主程序的運(yùn)行，也就是說(shuō)在主程序的運(yùn)行過(guò)程中，我們要在定時(shí)時(shí)間到之前對(duì)定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者說(shuō)PC指針不能回來(lái)。那么定時(shí)時(shí)間到后就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。 鍵盤以及顯示電路 鍵盤電路單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路,以及專一的復(fù)位功能外,其它的按鍵或鍵盤都是以開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。鍵盤有編碼和非編碼兩種。非編碼鍵盤硬件電路極為簡(jiǎn)單。故本系統(tǒng)采用撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)控制。： 鍵盤電路 74LS244為三態(tài)輸出的八組緩沖器和總線驅(qū)動(dòng)器，由2組、每組四路輸入、輸出構(gòu)成。每組有一個(gè)控制端G，由控制端的高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開(kāi)。引腳功能：1A1~1A4，2A1~2A41A4 輸入端1G/2G 三態(tài)允許端(低電平有效)1Y1~1Y4,2Y1~2Y4 輸出端1） 開(kāi)關(guān)狀態(tài)的輸入鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠輸入有兩種解決方法。一種是軟件去抖動(dòng)：它是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下?tīng)顟B(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響。另一種為硬件去抖動(dòng)：即為按鍵添加一個(gè)鎖存器。兩種方法都簡(jiǎn)單易行，本文采用的是硬件去抖。2） 對(duì)按鍵進(jìn)行編碼給定鍵值或給出鍵號(hào)對(duì)于按鍵無(wú)論有無(wú)編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對(duì)應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的散轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移。為使編碼間隔小，散轉(zhuǎn)入口地址安排方便，常采用依次序排列的鍵號(hào)。： 撥碼開(kāi)關(guān)值含義0000實(shí)時(shí)顯示通道一的溫度值0001實(shí)時(shí)顯示通道二的溫度值0010實(shí)時(shí)顯示通道三的溫度值0011實(shí)時(shí)顯示通道四的溫度值0100實(shí)時(shí)顯示通道五的溫度值0101實(shí)時(shí)顯示通道六的溫度值0110實(shí)時(shí)顯示通道七的溫度值0111實(shí)時(shí)顯示通道八的溫度值 溫度顯示電路 設(shè)計(jì)采用的是共陰極七段數(shù)碼管。顯示方式有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)顯示，兩種方法在本設(shè)計(jì)中皆可。由于靜態(tài)掃描要用到多片串入并出芯片，考慮到電路板成本計(jì)算。采用是節(jié)約硬件資源的動(dòng)態(tài)掃描方式。即用兩塊芯片就可以完成顯示功能。顯示數(shù)據(jù)由4511譯碼器輸出，ULN2003為位驅(qū)動(dòng)掃描信號(hào)。： 4511譯碼器是BCD鎖存/7段譯碼/。為避免在計(jì)數(shù)過(guò)程中顯示器數(shù)字翻動(dòng),該顯示譯碼器以傳輸門和反相器作為鎖存單元,控制傳輸門的導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài),可使BCD數(shù)據(jù)傳輸或鎖存,它以反向器作輸出級(jí),LT,BI為高電平,LE為低電平時(shí)計(jì)數(shù)譯碼. LE為1時(shí)鎖存,LT為0自檢顯示,BI為0,LT為1熄滅。ULN2003A在各種控制電路中常用它作為驅(qū)動(dòng)繼電器的芯片，其芯片內(nèi)部做了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管。ULN2003的輸出端允許通過(guò)IC 電流200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。輸出電流大，故可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器(SSR)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。ULN2003可以驅(qū)動(dòng)7個(gè)繼電器,具有高電壓輸出特性，并帶有共陰極的續(xù)流二極管使器件可用于開(kāi)關(guān)型感性負(fù)載。 溫度檢測(cè)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(lái)完成。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，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(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作[11]。：AT89C51DS18B20DS18B20DS18B20