【文章內(nèi)容簡介】 為1，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。表35 DS18B20字節(jié)定義TM R1 R0 1 1 1 1 1 DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率，詳見表36（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）。表36 DS18B20分辨率設(shè)置R1 R0 分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 由表36可見，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。3. 溫度報警觸發(fā)器TH和TLDS18B20依靠一個單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立ROM 操作協(xié)議，才能進行存儲器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面5個ROM 操作命令之一：(1) 讀ROM。(2) 匹配ROM。(3) 搜索ROM。(4) 跳過ROM。(5) 報警搜索。成功執(zhí)行完一條ROM 操作序列后，即可進行存儲器和控制操作，控制器可以提供6條存儲器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示DS18B20完成一次溫度測量。測量結(jié)果放在DS18B20的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報警觸發(fā)器TH和TL各由一個E2PROM字節(jié)構(gòu)成?？梢杂靡粭l存儲器操作命令對TH和TL 進行寫入，對這些寄存器的讀出需要通過暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進行讀寫。4. 配置寄存器。配置寄存器的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換率。DS18B20工作是按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值，它是高速緩存器的第5個字節(jié)。 DS18B20的測溫原理如圖34所示，圖中低溫度系數(shù)振蕩器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減法計數(shù)器1；高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。圖34 DS18B20測溫原理圖 圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫系數(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。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預(yù)置減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，并重新開始對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)。如此循環(huán)，直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度計數(shù)器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程的非線形性，直到溫度寄存器達到被測溫度值。另外，DS18B20單線通信功能是分時完成的，有嚴格的時隙概念，因此讀/寫時序很重要。根據(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：(1) 每一次讀寫之前都必須要對DS18B20進行復位。(2) 復位成功后發(fā)送一條ROM指令。(3) 最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預(yù)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15~60微秒左右后發(fā)出60~240微秒的低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。 DS18B20使用的注意事項DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、用線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 1. 較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀/寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進行程序設(shè)計時，對DS18B20部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 2. 在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應(yīng)用中并非如此。當單總線上所掛DS18B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 3. 連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 2. 在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。 數(shù)字溫度計電路設(shè)計 數(shù)字溫度計原理圖溫度計電路設(shè)計原理圖如圖35所示，控制器使用單片機AT89C52，溫度計傳感器使用DS18B20，用液晶實現(xiàn)溫度顯示。本溫度計大體分三個工作過程。首先，由DS18B20溫度傳感器芯片測量當前的溫度，并將結(jié)果送入單片機。然后，通過AT89C52單片機芯片對送來的測量溫度讀數(shù)進行計算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，SMC1602A芯片將送來的值顯示于顯示屏上。其中，DS18B20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機相連，它獨立地完成溫度測量以及將溫度測量結(jié)果送到單片機的工作。圖35 溫度計電路設(shè)計原理圖 時鐘電路的設(shè)計圖36是時鐘電路的設(shè)計電路圖。圖36 時鐘電路~24MHz之間選擇。電容C2，C3的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振有一定的影響，可在20~100pF之間選擇，典型值為30pF。 復位電路的設(shè)計計算機每次開始工作，CPU和系統(tǒng)中的其他部件都必須要有一個確定的初值，即復位狀態(tài)。圖37是單片機復位電路圖。圖37 復位電路單片機RST引腳是高電平有效。單片機在上電瞬間C3充電，RST引腳出現(xiàn)正脈沖，只要RST保持兩個機械周期（大約10ms）以上的高電平，單片機就能復位。在單片機工作后，如果還想再次復位，只需按下開關(guān)，單片機就能重新變成復位狀態(tài)。當晶體振蕩頻率為12MHz時，RC的典型值為C=10μF，R=。 接口電路的設(shè)計DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖38所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。圖38 DS18B20與單片機的接口電路 顯示電路的設(shè)計1. 1602LCD液晶簡介1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊，它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此，所以它不能顯示圖形。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為162，即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。1602LCD引腳與功能如下表37所示。表37 液晶1602引腳表引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調(diào)整段4RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平1時進行讀操作，低電平0時進行寫操作。6EE端為始能端，下降沿使用7DB0低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位（最低位）8DB1低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位9DB2低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位10DB3低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位11DB4低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位12DB5低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位13DB6低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位14DB7低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位（最高位）15BLA背光電源正極16BLK背光電源負極1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如下表38所示。1602LCD的特性如下：(1) +5V電壓，對比度可調(diào)。(2) 內(nèi)含復位電路。(3) 提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能。(4) 有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM。(5) 內(nèi)建有160個57點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。(6) 8個可由用戶自定義的57的字符發(fā)生器CGROM。表38 1602的控制指令序號指令RS/RWD7D6D5D4D3D2D1D01清零顯示00000000012光標返回000000001—3置輸入模式00000001I/DS4先是開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移動000001S/CR/L——6預(yù)置功能00001DLNF——7字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM10讀寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM度數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 指令1：清零顯示，光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設(shè)置。I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移，S: 屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開，低電平表示關(guān)；C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標；B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位。S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。R/L，高向左，低向右。指令6：功能設(shè)置命令。DL：高電平時為8位總線，低電平時為4位總線。N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示。F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置，地址：字符地址*8+字符行數(shù)(將一個字符分成5*8點陣，一次寫入一行，8行就組成一個字符)。指令8：顯示地址，第一行為：80H——8FH,第二行為：C0H——CFH。指令9：讀忙信號和光標地址。BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。 報警電路的設(shè)計本設(shè)計采用軟件處理報警，利用發(fā)光二級管報警電路，當溫度超過設(shè)定范圍時，則二極管發(fā)光報警。報警電路硬件連接如圖39。圖39 報警電路連接圖學習參考 第4章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 Proteus軟件1. Proteus簡介Proteus軟件是英國LABCENTER electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍電路。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件的特點是：(1) 實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合，具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、各種單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真。(2) 提供了多種虛擬儀器。如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等，調(diào)試非常方便。(3) 提供軟件調(diào)試功能，同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil等軟件。(4) 具有強大的原理圖繪制功能。Proteus與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。2. 四大功能模塊