【文章內(nèi)容簡介】 測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V~，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18BDS1822 的特性DS18B20可以程序設定9～12位的分辨率，精度為177?！??？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設定，及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價格比也非常出色！DS1822與DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡化版本。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為177。2℃，適用于對性能要求不高，成本控制嚴格的應用，是經(jīng)濟型產(chǎn)品。 繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS18B20開辟了溫度傳感器技術的新概念。DS18B20和DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)。 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下：DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，℃/LSB形式表達，其中S為符號位。 這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+℃的數(shù)字輸出為0191H，℃的數(shù)字輸出為FF6FH，55℃的數(shù)字輸出為FC90H。其中DS18B20暫寸寄存器分布如下表31所示：表31 DS18B20暫存器內(nèi)容地址分布表寄存器內(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記數(shù)剩余值6每度記數(shù)值7CRC校檢8DS18B20溫度傳感器的存儲。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。 該字節(jié)各位的意義:“TM R1 R0 1 1 1 1 1”，低五位一直都是1，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動，DS18B20出廠時被設置為12位。R1和R0用來設置分辨率，根據(jù)R1與R0取0還是取1的不同組合情況，分辨率也相應變化，而且對應的溫度最大轉(zhuǎn)換時間也不同。其分辨率設置表如下表32所示：表32 分辨率設置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位0110位1011位375ms0112位750ms據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主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收到此信號表示復位成功。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”）。在ROM指令發(fā)送給18B20之后，緊接著就是發(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)復制到EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將EEPROM中的報警值復制到RAM、工作方式切換。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。最后將具體的指令代碼和功能列出，如下表33所示：表33 指令代碼和功能指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS18B20ROM中的編碼（64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與編碼相對應的DS18B20使之作出響應，為下一步對該DS18B20的讀寫作準備。搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上的DS18B20的個數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各個器件作好準備。跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度轉(zhuǎn)換溫度，適用單片機工作。告警搜索命令0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過設定值上限或下限時單片機作出反應。溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長500ms，結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。讀寄存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容。寫寄存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3，4字節(jié)上寫上，下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復制寄存器48H將內(nèi)部RAM的第3，4字節(jié)的內(nèi)容復制到EPRAM中。復制EPRAM0B8H將EPRAM中內(nèi)容恢復到RAM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”。表33 指令代碼和功能 DS18B20的工作原理DS18B20的測溫原理如圖34所示，圖中低溫度系數(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送給計數(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)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1計數(shù)器1 的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(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。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。增加停止斜率累加器預置記數(shù)比較器低溫度系數(shù)振蕩器減法記數(shù)器預置減到0高溫度系數(shù)振蕩器減法記數(shù)器減到0溫度寄存器圖32 DS18B20的工作原理圖 SPLC501液晶顯示SPLC501 液晶顯示模組采用的驅(qū)動控制芯片為凌陽科技的SPLC501A 芯片，SPLC501A 為液晶顯示控制驅(qū)動器，SPLC501A 單芯片液晶驅(qū)動，可以直接與其他微控制器接口總線相連。微控制器可以將顯示數(shù)據(jù)通過8 位數(shù)據(jù)總線或者串行接口寫到SPLC501A 的顯存中。SPLC501A 內(nèi)置8580 位顯示RAM。RAM 中的一位數(shù)據(jù)控制液晶屏上的一個象素點的亮、暗狀態(tài)：“1”亮“0”暗。具有65 行驅(qū)動輸出和132 列驅(qū)動輸出（注：模組中的液晶顯示面板僅為64 行、128 列）。SPLC501 液晶顯示模組的顯示器上的顯示點與驅(qū)動控制芯片中的顯示緩存RAM 是一一對應的；SPLC501A 芯片中共有65（8 Page 8 bit+1） 132 位的顯示RAM 區(qū)。而顯示器的顯示點陣大小為64128 點，所以實際上在SPLC501 液晶顯示模組中有用的顯示RAM 區(qū)為64128 位；按byte 為單位劃分，共分為8 個Page，每個Page 為8 行，而每一行有128 位（即128 列）。如要點亮LCD 屏上的某一個點時，實際上就是對該點所對應的顯示RAM 區(qū)中的某一位進行置1 操作；所以就要確定該點所處的行地址、列地址。SPLC501 液晶顯示模組的行地址實際上就是Page的信息，每一個Page 應有8 行；而列地址則表示該點的橫坐標，在屏上為從左到右排列，Page 中的一個Byte 對應的是一列（8 行，即8 個點），共128 列。可以根據(jù)這樣的關系在程序中控制LCD 顯示屏的顯示。 SPR4096存儲器模組SPR4096是凌陽公司新推出的4Mbits 的高性能的FLASH 芯片, 該芯片有SIF(Serial Interface)和BMI(Bus Memory Interface)兩種工作方式, SIF 電路簡單,但讀寫速度較慢,與SIF方式相比,BMI方式具有運行速度快的優(yōu)點,而BMI讀寫響應快,因此本文采用SPR4096的BMI方式設計了公交車報站器的存儲器擴展硬件電路。針對凌陽科技公司的存儲器芯片SPR4096/SPR1024，開發(fā)的簡易燒寫器。該燒寫器配合PC機ResWriter工具，通過EZprobe下載線，完成對SPR4096/1024存儲器芯片的擦除、寫入、校驗等功能。并且在SPR模組上留有與SPCE061A單片機的接口，可以實現(xiàn)SPR模組與SPCE061A單片機組成的系統(tǒng)。SPR4096內(nèi)嵌512K8位高性能Flash存儲器同時內(nèi)嵌4K8位SRAM。芯片具有BMI(Bus Memory Interface)并行接口總線與SIF(Serial Interface)串行接口總線。在SPR4096芯片中，使用兩種電源供電，VDDI與VDDQ。，這個電源是給內(nèi)部的Flash與邏輯控制單元供電的。，只給I/O口供電。，最大編程/其模組結(jié)構(gòu)的框圖如下圖33所示：圖 33 SPR4096模組結(jié)構(gòu)框圖SPR4096模組預留兩個接口，一個接口是EZprobe，這是在使用ResWriter工具對SPR4096進行燒寫時連接使用的，另一個是10PIN的排線，主要提供電源以及與SPCE061A連接使用 硬件電路 SPCE061A最小系統(tǒng)本方案使用61板作為彈片即最小系統(tǒng)。61板包括SPCE061A芯片及其外圍的基本模塊，外圍模塊包括：晶振輸入模塊、鎖相環(huán)外圍電路、復位電路、指示燈等。其中，PLL 鎖相環(huán)的作用是將系統(tǒng)提供的實時時鐘基頻(32768Hz)進行倍頻，、 。61板除了具備單片機最小系統(tǒng)電路外，還包括有電源電路、音頻電路（含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分）、復位電路等，采用電池供電，方便隨身攜帶。61板上有調(diào)試器接口（Probe接口）以及下載線(EZ_Probe)接口，分別可接凌陽科技的在線調(diào)試器、簡易下載線，配合unSP IDE，可方便地在板上實現(xiàn)程序的下載、在線仿真調(diào)試。圖34是61板（）的實物圖圖34 61板實物照片61板的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖35所示圖35 61板硬件結(jié)構(gòu)框圖 61板按鍵電路本系統(tǒng)直接使用61板上的按鍵，61板按鍵電路如圖36所示圖36 61板按鍵電路61板上的KEY1按鍵與溫度傳感器的電壓輸出接口(TO)相連。通過KEY3鍵，啟動溫度的測量，通過對DS18B20傳感器中的電壓值的測量來計算環(huán)境的溫度狀況，這些電壓值通過SPCE061A的ADC模塊進行采集最后得到測量值。 DS18B20電路原理DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖37所示，DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（寄生電源接線方式時接地）。DS18B20的低溫度系數(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數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，進而完成溫度測量。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10 μs。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。其封裝結(jié)構(gòu)如下圖37所示。 1DALLASDS18B20 23GNDDQVDBOTTOM VIEW123圖 37 DS18B20封裝形式 DS18B20數(shù)字式電路原理如下圖38所示：圖38 DS18B20電路原理圖，DS18B20的1腳接地，3腳接+。DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度A/D 變換操作時，總線上必須有強的上拉，