【文章內(nèi)容簡介】 一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 內(nèi)完成9 位和12 位的數(shù)字量，而且從DS18B20 讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS18B20有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。DS18B20具有下列主要特性：(1) 獨(dú)特的單線接口方式: DS18B20 與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通訊。(2) 在使用中不需要任何外圍元件。(3) 可用數(shù)據(jù)線供電, 電壓范圍: + ～+ 。(4) 測溫范圍: 55～ + 125 ℃。 ℃。(5) 通過編程可實(shí)現(xiàn)9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。(6) 用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。(7) 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能, 多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上, 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。(8) 負(fù)壓特性, 電源極性接反時(shí), 溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀, 但不能正常工作。DS18B20采用3腳PR235封裝或8腳SOIC封裝,管腳排列如圖312所示。圖中GND為地 ,DQ為數(shù)據(jù)輸入/輸出腳(單線接口,可作寄生供電),VDD為電源電壓。圖312 DS18B20的管腳排列DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖313所示。它主要由 64位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器組成。圖313 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖激光ROM中的64位序列號(hào)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(biāo)號(hào)，接著的48位是該 DS18B20自身的序列號(hào)，最后8 位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC碼）。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，用16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供以 5℃/LSB 形式表達(dá)，例如+125℃的數(shù)字輸出為 07D0H，+ 5℃的數(shù)字輸出為 0191H， 5℃的數(shù)字輸出為 FF6FH，55℃的數(shù)字輸出為FC90H，如表32所列。表32 溫度值對照表溫度數(shù)字輸出量（二進(jìn)制）數(shù)字輸出量（十六進(jìn)制）+125℃0000 0111 1101 000007D0+℃0000 0001 1001 00010191+℃0000 0000 1010 001000A2+℃0000 0000 0000 100000080℃0000 0000 0000 00000000℃1111 1111 1111 1000FFF8℃1111 1111 0101 1110FF5E℃1111 1110 0110 1111FF6F55℃1111 1100 1001 0000FC90DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與TH、TL（TH和TL分別為最高和最低檢測溫度）作比較。若T＞TH或T＜TL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測量溫度并進(jìn)行告警探索搜索。一旦某測溫點(diǎn)越限，主機(jī)利用告警搜索命令即可識(shí)別正在告警的器件，并讀出其序號(hào)，而不必考慮非告警器件。高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH 和 TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的 EEPROM 組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對TH、TL或配置寄存器寫入。配置寄存器由R0和R1組成。RR0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)R1R0=00，9位精度，；R1R0=01，10位精度，；R1R0=10，11位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間375ms；R1R0=11，12位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間750ms；未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后仍然保存。高速暫存器是一個(gè)9字節(jié)的存儲(chǔ)器，如表33所列。開始兩個(gè)字節(jié)包含被測溫度的數(shù)字量信息；第5 字節(jié)分別是TH、TL、配置寄存器的臨時(shí)復(fù)制，每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新；第6字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第8字節(jié)為計(jì)數(shù)剩余值和每度計(jì)數(shù)值；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。表33 DS18B20高速暫存器分布暫存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度最高數(shù)字位0溫度最低數(shù)字位1高溫限值2低溫限值3配置寄存器4保留5計(jì)數(shù)剩余值6每度計(jì)數(shù)值7CRC校驗(yàn)8DS18B20的測溫原理如圖314所示。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時(shí)鐘脈沖信號(hào)通過由高溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門開通周期而被計(jì)數(shù)，通過該計(jì)數(shù)值來測量溫度。計(jì)數(shù)器被預(yù)置為與 55℃對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值 ,如果計(jì)數(shù)器在高溫系數(shù)振蕩器輸出的門周期結(jié)束前計(jì)數(shù)到零 ,表示測量的溫度高于 55 ℃,被預(yù)置在 55℃的溫度寄存器的值就增加一個(gè)增量 ,同時(shí)為了補(bǔ)償溫度振蕩器的拋物線特性 ,計(jì)數(shù)器被斜率累加器所決定的值進(jìn)行預(yù)置 ,時(shí)鐘再次使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)直至零 ,如果開通時(shí)間仍未結(jié)束 ,那么重復(fù)此過程 ,直到高溫度系數(shù)振蕩器的門周期結(jié)束為止。這時(shí)溫度寄存器中的值就是被測的溫度值。圖314 DS18B20測溫原理圖 DSl8B20工作過程及時(shí)序DSl8B20工作過程中的協(xié)議如下 初始化ROM操作命令存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù) 初始化 單總線上的所有處理均從初始化開始 ROM操作指令 總線主機(jī)檢測到DSl820的存在便可以發(fā)出ROM操作命令之一存儲(chǔ)器操作命令 指令代碼 Write Scratchpad(寫暫存存儲(chǔ)器) [4EH] Read Scratchpad(讀暫存存儲(chǔ)器) [BEH] Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器) [48H] Convert Temperature(溫度變換) [44H] Recall EPROM(重新調(diào)出) [B8H] Read Power supply(讀電源) [B4H] 時(shí) 序 主機(jī)使用時(shí)間隙(time slots)來讀寫DSl8B20的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位 (1) 初始化 主機(jī)總線在to時(shí)刻發(fā)送一復(fù)位脈沖(最短為480us的低電平信號(hào))接著在tl時(shí)刻釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)DSl820在檢測到總線的上升沿之后等待1560us接著DS18B20在t2時(shí)刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)60240 us)如圖315中虛線所示 。以下子程序在MCS51仿真機(jī)上通過其晶振為12M。 圖315初始化程序(2) 寫時(shí)間隙 當(dāng)主機(jī)總線to時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)就產(chǎn)生寫時(shí)間隙見從to時(shí)刻開始15us之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上，DSl820在to后1560us間對總線采樣，若低電平寫入位，那么高電平寫入的位從1連續(xù)寫2位間的間隙應(yīng)大于1us 。如圖316所示。圖316 寫0寫1時(shí)序(3) 讀時(shí)間隙 主機(jī)總線to時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)，總線只須保持低電平，l 7ts之后在t1時(shí)刻將總線拉高產(chǎn)生讀時(shí)間隙，在t1時(shí)刻后t2時(shí)刻前有效t2距to為15 us也就是說在t2時(shí)刻前主機(jī)必須完成讀位并在to后的60us—120us內(nèi)釋放總線 。如圖317所示。讀位子程序(讀得的位到C中) 圖317 讀時(shí)序 DS18B20與單片機(jī)接口電路DS18B20與單片機(jī)有兩種接口方案，如圖318所示。（a）寄生電源工作方式（b）外部電源工作方式圖318 DS18B20溫度測量電路圖318（a）所示電路DS18B20采用寄生電源工作方式，采用寄生電源供電的優(yōu)點(diǎn)則在于節(jié)約一根導(dǎo)線。采用寄生電源供電時(shí),總線發(fā)出“啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換”命令之后 ,DQ引腳必須置高,不得傳輸數(shù)據(jù),且不能同時(shí)進(jìn)行溫度變換,所以省時(shí)效應(yīng)不明顯 ,且多用一個(gè)接口引腳。圖318（b）所示電路DS18B20采用外部電源工作方式。由外部電源供電實(shí)現(xiàn)的測溫系統(tǒng)中 ,主機(jī)在發(fā)出跳過 ROM命令之后,再發(fā)出統(tǒng)一的溫度轉(zhuǎn)換啟動(dòng)碼,就可以實(shí)現(xiàn)所有DS1820 的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換,再經(jīng)過1s 后就可以用很少的時(shí)間去讀取 ,節(jié)省了時(shí)間 ,這是外部電源供電的優(yōu)點(diǎn)。此時(shí),GND引腳不得懸浮。 LCD顯示電路現(xiàn)代智能化的儀器少不了顯示部分，常用的顯示部分有兩種LED數(shù)碼管顯示和LCD液晶顯示，而本系統(tǒng)采用的是液晶顯示，液晶顯示模塊采用的是LCM12864H。 LCD模塊LCM12864HLCD液晶顯示器具有功耗低、體積小、重量輕、超薄、顯示信息量大和接口方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)和數(shù)字式儀表等領(lǐng)域，成為測量結(jié)果顯示和人機(jī)對話的重要工具。液晶顯示器按其功能可分為三類：段位式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式 LCD。其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和數(shù)字的簡單顯示，對于較復(fù)雜的字符或圖形則無能為力。而點(diǎn)陣式LCD可以顯示各種各樣的字符、圖形、曲線及漢字，可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫、分區(qū)開窗口、反轉(zhuǎn)、閃爍等功能，而且點(diǎn)陣液顯示模塊具有可編程能力，與單片機(jī)接口方便。由于以上優(yōu)點(diǎn)，點(diǎn)陣式LCD獲得了廣泛的應(yīng)用。LCD工作時(shí)，需要相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)、控制電路，由于其電路連接方式基本固定而且LCD本身引腳較多，所以制造商通常將LCD和驅(qū)動(dòng)、控制電路做在一塊印制板上，即我們常見的液晶顯示模塊LCM(Liquid Crystal Module)。這種內(nèi)藏控制器的液晶顯示模塊所給出的接口可直接與微處理器MPU連接，這樣用戶就可把主要工作放在LCD顯示的軟件設(shè)計(jì)上。根據(jù)上面的介紹，LCM屬于MPU的I／O接口設(shè)備，既受控于MPU，同時(shí)又操縱著LCD，以實(shí)現(xiàn)各種顯示功能。它的使用，使MPU擺脫了對LCD繁瑣的顯示控制，更適用于智能化、便攜式產(chǎn)品。LCM模塊的特點(diǎn)表現(xiàn)為：1)具有簡捷的MPU接口?？刂破鲗PU呈現(xiàn)一般通訊接口的通用特點(diǎn)； 2)具有顯示數(shù)據(jù)的傳輸和時(shí)序脈沖信號(hào)的發(fā)送能力，可直接控制液晶顯示驅(qū)動(dòng)器； 3)具備功能齊全的控制指令集，可以方便地通過編程實(shí)現(xiàn)MPU對液晶顯示器的各種顯示功能的控制； 4)有完整的邏輯控制 電路和時(shí)序發(fā)生器可完成顯示緩沖區(qū)的管理功能 ，并實(shí)現(xiàn)對各種顯示功能的控制。 結(jié)構(gòu)上，LCM模塊由接口、控制、輸出三部分組成。本系統(tǒng)中的LCD模塊采用了北京青云科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為LCM12864H的單色12864點(diǎn)陣液晶顯示模塊，其控制器為NT7532，可顯示4行8列共32個(gè)漢字，低電壓+－，并內(nèi)置負(fù)壓芯片，藍(lán)色背光，接口簡單，采用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，占用單片機(jī)接口少。其外圍接口只有9個(gè)引腳，引腳說明如表34。表34 LCM12864接口信號(hào)說明引腳序號(hào)符號(hào)I/O引腳功能說明1CSBI片選信號(hào)，低有效2RESBI復(fù)位信號(hào)，低有效3D/CID/C為高，輸入為數(shù)據(jù)；D/C為低，輸入為指令4SCKI/O串行輸入時(shí)脈沖信號(hào)5SDAI/O串行輸入時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)6VCC，電源正極7GNDGround，電源負(fù)極8LED背光負(fù)極9LED+，20mA，背光正極LCM12864H內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖319所示。圖319 LCM12864H內(nèi)部結(jié)構(gòu) LCM12864H與單片機(jī)接口電路LCM12864H與單片機(jī)的鏈接示意圖如圖320所示。圖320 LCM12864H與單片機(jī)的連接示意圖 語音提示電路ISD4004語音系列芯片是美國ISD 公司推出的產(chǎn)品，具有可多次重復(fù)錄放、存儲(chǔ)時(shí)間長、使用時(shí)不需擴(kuò)充存儲(chǔ)器、所需外圍電路簡單等特點(diǎn)。ISD4004 是一種采用CchipCorder 專利技術(shù)的語音芯片, 此芯片無須A／D轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲(chǔ)存，沒有A／D轉(zhuǎn)換誤差，在一個(gè)記錄位（bit)可存儲(chǔ)250級聲音信號(hào)，相當(dāng)于通常的A／D記錄的8倍，片內(nèi)集成了晶體振蕩器，麥克前置放大器，自動(dòng)增益控制等，只要很少的外圍器件，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的聲音錄放系統(tǒng)，片內(nèi)集成了晶體震蕩器、麥克前置放大器、自動(dòng)增益控制等, 只要很少的外圍器件, 就可以構(gòu)成一個(gè)完整的聲音錄放系統(tǒng)。ISD4004語音芯片引腳圖如圖321所示。 圖321 ISD4004語音芯片引腳圖電源(VCCA,VCCD)：為使噪聲最小,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝的不同管腳上,模擬和數(shù)字電源端分別走線,盡可能在靠近供電端處相連,而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。 地線(VSSA,VSSD)：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。 同相模擬輸入(ANA IN+)： 這是錄音信號(hào)的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。單端輸入時(shí),信號(hào)由耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值 32mV,耦合電容和本端的 3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動(dòng)時(shí),信號(hào)最大幅度為峰峰值16mV，為ISD33000系列相同。 反相模擬輸入(ANA IN)： 差分驅(qū)動(dòng)時(shí),這是錄音信號(hào)的反相輸入端。信號(hào)通過耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值16mV。音頻輸出(AUD OUT)： 提供音頻輸出,可驅(qū)動(dòng)5KΩ的負(fù)載。 片選(SS)：此端為低，即向該ISD4004芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。 串行輸入(MOSI)：此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放到本端,供ISD輸入。 串行輸出(MISO) ：ISD的串行輸出端。ISD未選中時(shí),本端呈高阻態(tài)。 串行時(shí)鐘(SCLK)： ISD 的時(shí)鐘輸入端，由主