【文章內(nèi)容簡介】 單片機(jī)中有數(shù)百個寄存器，數(shù)千個控制位，通過這些寄存器可以配置各個模塊的工作方式、狀態(tài)、連接參數(shù)等關(guān)系。如：P1DIR=0xff。//將P1口的I/O性質(zhì)設(shè)置為輸出不僅如此，還可以對寄存器的某位進(jìn)行操作，如：P1DIR|=BIT0； //P1DIR|=~BIT0；//P1DIR|=^BIT0；//注意：大部分寄存器在上電復(fù)位后會自動清零，初始化后各寄存器標(biāo)志位的值可以用“|=”來賦值，一般不會影響到其他標(biāo)志位的設(shè)置，但一定要保證被賦值的若干標(biāo)志位在賦值之前為“0”，特別是使用快捷宏定義時，所以，為保證程序執(zhí)行的正確性，一般在賦值前，先給寄存器送“0”。 方案比較與選擇本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心處理器有兩種選擇：一個是本科期間學(xué)習(xí)過的且目前被廣泛使用的89C51單片機(jī)，另一個就是上文所介紹的具有超低功耗特性的MSP430系列單片機(jī)。方案一：采用89C51單片機(jī)作為主控制器。89C51單片機(jī)的工作電壓為5V，有兩種低功耗模式：待機(jī)方式和掉電方式。但是正常情況下消耗的電流為24mA，在掉電狀態(tài)下其耗電電流為3mA。即使在掉電狀態(tài)下電源電壓降到2V，但耗電電流仍達(dá)到50uA，功耗比較大。方案二：采用MSP430作為主控制器。由于其具有低電壓、超低功耗、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大、片內(nèi)外資源豐富的特點(diǎn)，而且有16個中斷源，可以嵌套使用，通過中斷將CPU從低功耗模式下喚醒，所以可以編寫出實(shí)時性很高的程序且實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗的要求。由于在以后的設(shè)計(jì)和工作中在提高設(shè)備性能的前提下對低功耗的要求更加迫切，MSP430則能夠滿足低功耗的要求，所以選擇方案二。 DS18B20數(shù)字溫度傳感器 DS18B20簡介 在傳統(tǒng)的模擬信號遠(yuǎn)距離溫度測量系統(tǒng)中，為達(dá)到較高的測量精度需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償、多點(diǎn)測量切換誤差及放大電路零點(diǎn)漂移誤差等技術(shù)問題。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都比較惡劣，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度，因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案。DS18B20數(shù)字溫度傳感器是美國Dallas公司繼DS1820之后推出的增強(qiáng)型單總線溫度傳感器，它具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它具有可根據(jù)實(shí)際要求設(shè)置轉(zhuǎn)換精度并直接將溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量獨(dú)處的特點(diǎn)。由于采用單總線，而且每一個DSl8B20在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個DSl8B20可以在同一條單線總線上工作，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能，節(jié)約了成本，方便了設(shè)計(jì)。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機(jī)器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用。DS18B20數(shù)字溫度傳感器的主要特性有：1)適應(yīng)電壓范圍寬：，也可由數(shù)據(jù)線供電，零待機(jī)功耗；2)單線接口方式，僅需一個端口就可以與CPU連接實(shí)現(xiàn)雙向通訊；3)可編程分辨率為9～12位，～750ms，℃，℃，℃，℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫；4)測溫范圍55℃～+125℃，在10℃～+85℃內(nèi)測溫精度為177?！?；5)具有溫度報警功能，用戶可根據(jù)需要設(shè)置報警上下限，設(shè)置的限值掉電后不丟失，測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，同時可傳送CRC校驗(yàn)碼；6)支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，可應(yīng)用與多點(diǎn)分布系統(tǒng)，多個DS18B20可掛在一條總線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)內(nèi)的多點(diǎn)測溫。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能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。，為DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。暫存器溫度傳感器上限觸發(fā)TH下限觸發(fā)TL存儲器和控制寄存器8位CRC暫存器64位ROM和單線端口電源探測二極管二極管圖 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如前所述，每只DS18B20都有一個唯一的長達(dá)64位的只讀存儲器號，該只讀存儲器號存放在DS18B20內(nèi)部的ROM中。其中，低8位為DS18B20單總線溫度傳感器的家族號；高8位為CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，用以校正前56位是否正確；中間的48位是一個唯一的序列號。該64為只讀存儲器號常用于元器件的識別和匹配。表 DS18B20的64位ROM號MSB 64位ROM號 LSB8位校驗(yàn)碼MSB LSB48位序列號MSB LSB8位家族號MSB LSB64位ROM和ROM操作控制區(qū)允許DS18B20作為單線制器件并按照單總線協(xié)議工作。只有建立了ROM操作協(xié)議，才能對DS18B20進(jìn)行控制操作。單總線的所有ROM操作，都從一個初始化序列開始。此外，單總線控制器還提供了5個ROM操作命令和6個RAM操作指令。ROM操作命令：1) Read ROM [33h]：該命令允許總線控制器讀到DS18B20的ROM序列。進(jìn)僅總線上存在單個器件時才能使用，否則會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。2) Match ROM [55h]：匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，此后所有操作都對該器件進(jìn)行。3) Skip ROM [CCh]：此后的指令將對在線所有器件起作用。4) Search ROM [F0h]：允許總線控制器識別總線上的所有從機(jī)編碼。5) Alarm Search [ECh]：響應(yīng)最近一次測溫遇到符合報警條件的情況。RAM操作指令：1) Write Scratchpad [4E]：向DS18B20的暫存器中寫入數(shù)據(jù)。2) Read Scratchpad [BEh]：讀取暫存器的內(nèi)容。3) Copy Scratchpad [48h]：這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到DS18B20的E2存儲器里，即把溫度報警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲器里。4) Convert T [44h]：啟動一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其他數(shù)據(jù)。 5) [B8h]：把報警觸發(fā)器里的值拷回暫存器，上電時自動執(zhí)行。6) Read Power Supply [B4h]：獲取器件的電源模式：“0”=寄生電源，“1”=外部電源。存儲器由一個暫存RAM和一個存儲高低溫報警觸發(fā)值TH和TL的非易失性電可擦除E2RAM組成。當(dāng)在單線總線上通訊時，暫存器幫助確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)先被寫入暫存器，經(jīng)過校驗(yàn)后，用一個拷貝暫存器命令把數(shù)據(jù)傳到非易失性E2RAM中，這一過程確保更改存儲器時數(shù)據(jù)的完整性。暫存器的結(jié)構(gòu)為8個字節(jié)的存儲器。頭兩個字節(jié)包含測得的溫度信息，第三和第四字節(jié)是TH和TL的拷貝，每次上電復(fù)位時被刷新，下面兩個字節(jié)沒有使用，但是在讀回數(shù)據(jù)時，它們?nèi)勘憩F(xiàn)為邏輯1，第七和第八字節(jié)是計(jì)數(shù)寄存器，它們可以被用來獲得更高的溫度分辨力，還有一個第九字節(jié)，可以用讀暫存器命令讀出。這個字節(jié)是以上八個字節(jié)的CRC碼。 圖 DS18B20的管腳排列圖。引腳定義如下：DQ為數(shù)字信號I/O端；GND為接地端；VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時VDD接地)，NC表示懸空。此外，DS18B20有兩種供電方式，寄生電源供電和外部電源供電，這也就決定了它對外的連接方式。在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能，直到高電平到來再給寄生電源(電容)充電。這種供電方式具有遠(yuǎn)距離測溫時無需本地電源、可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM、電路簡潔等優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)多個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測溫時，容易出現(xiàn)供電不足而無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差過大的現(xiàn)象， 因此適宜于單點(diǎn)測溫。特別是當(dāng)溫度高于100℃時，由于此時DS18B20表現(xiàn)出的漏電流比較大，通訊可能無法進(jìn)行，因此應(yīng)使用外部電源供電方式。在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入(GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85℃)，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，可以在總線上掛接多個DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。外部電源供電方式是DS18B20的最佳工作方式，工作穩(wěn)定可靠，即使VCC降到了3V時，依然能夠保證溫度測量精度。抗干擾能力強(qiáng)，而且電路比較簡單，適用范圍廣。圖 DS18B20的兩種電源連接方式當(dāng)總線控制器不知道總線上的器件是何種供電方式時，總線控制器發(fā)出讀電源命令，等待返回值。如果是寄生電源，則發(fā)回“0”，如果是VDD供電，則發(fā)回“1”，這樣總線控制器就能決定是否有DS18B20需要強(qiáng)上拉。如果控制器接收到 “0”，則必須在溫度轉(zhuǎn)換期間給I/O線提供強(qiáng)上拉。當(dāng)溫度傳感器DS18B20的轉(zhuǎn)換精度設(shè)置為“12”時，它用12位存貯溫度值，最高位為符號位。：負(fù)溫度S=1；正溫度S=0。如：0550H為+85，F(xiàn)C90H為55。C表 DS18B20的溫度存儲方式bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0LSB BYTE2322212021222324bit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8MSB BYTESSSSS262524DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在