【文章內(nèi)容簡介】 圖 溫度信號(hào)寄存器格式 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0 ，這 5 位為 0 ，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0 ，這 5 位為 1 ，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度。 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 。 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 TH ， TL 作比較，若 TTH 或 TTL, 則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì)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(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索。2．4 DS18B20 測(cè)溫過程 1WIRE 網(wǎng)絡(luò)具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂平Y(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖 ，一般通過雙絞線與 1WIRE 元件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，它們通常被定義為漏極開路端點(diǎn)，主 / 從式多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，而且一般都在主機(jī)端接上一個(gè)上拉電阻 +5V 電源。通常為了給 1WIRE 設(shè)備提供足夠的電源，需要一個(gè) MOSFET 管將 1WIRE 總線上拉至 +5V 電源。圖 DS18B20 組成的 1WIRE 網(wǎng)絡(luò) 1WIRE 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是分時(shí)定義的，有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，下圖是復(fù)位脈沖的時(shí)隙。基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14圖 1WIRE 協(xié)議的復(fù)位脈沖時(shí)隙圖 1WIRE 讀寫“0/1”時(shí)隙 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，如果出現(xiàn)序列混亂，1WIRE 器件將不響應(yīng)主機(jī)，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。根據(jù) DS18B20 的協(xié)議規(guī)定，微控制器控制 DS18B20 完成溫度的轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過以下 4 個(gè)步驟 ：基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15（1）每次讀寫前對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位初始化。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500us ，然后釋放， DS18B20 收到信號(hào)后等待 16us～60us 左右，然后發(fā)出 60us～240us 的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號(hào)后表示復(fù)位成功。 （2）發(fā)送一條 ROM 功能指令，如表 ：表 DS18B20 的 ROM 指令集指令名稱 指令代碼 指令功能讀 ROM 33H 讀 DS18B20ROM 中的序列號(hào)（即讀 64 位地址）ROM 匹配（符合 ROM ） 55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與編碼相對(duì)應(yīng) DS18B20 使之作出響應(yīng)，用于多個(gè) DS18B20 時(shí)定位搜索 ROM 0F0H用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位 ROM 地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過 ROM 0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令，該命令將針對(duì)所有在線的 DS18B20警報(bào)搜索 0ECH 該指令執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng) （3）發(fā)送存儲(chǔ)器指令，如表 ：表 DS18B20 的存儲(chǔ)器指令集指令名稱 指令代碼 指令功能溫度變換 44H啟動(dòng) DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長為 500ms （典型為 200ms ），結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM中 9位溫度值和 CRC值寫暫存器 4EH發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的第 3 ，4 字節(jié)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(fù)制暫存器 48H 將 RAM 中第 3 ， 4 字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM 中重調(diào) EEPROM 0B8H EEPROM 中的內(nèi)容恢復(fù)到 RAM 中的第 3 ， 4 字節(jié)讀供電方式 0B4H 讀 DS18B20 的供電模式，寄生供電時(shí) DS18B20 發(fā)送“ 0 ”，外接電源供電 DS18B20 發(fā)送“ 1 ” 基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16（4）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。2．5 DS18B20 使用注意事項(xiàng) DS1820 在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾方面的問題：（1）每一次讀寫之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，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。復(fù)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(hào)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(hào)表示復(fù)位成功。（所有的讀寫時(shí)序至少需要 60us ，且每個(gè)獨(dú)立的時(shí)序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間。在寫時(shí)序時(shí)，主機(jī)將在下拉低總線 15us 之內(nèi)釋放總線，并向單總線器件寫 1 ；若主機(jī)拉低總線后能保持至少 60us 的低電平，則向單總線器件寫 0 。單總線僅在主機(jī)發(fā)出讀寫時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機(jī)向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。）（2）在寫數(shù)據(jù)時(shí)，寫 0 時(shí)單總線至少被拉低 60us， 寫 1 時(shí) ，15us 內(nèi)就得釋放總線。（3）轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0 ，這 5 位為 0 ，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0 ，這 5 位為 1 ，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度。（4）較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS1820 進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用 PL/M 、 C 等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) DS1820 操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。（5）在 DS1820 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820 ，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛 DS1820 超過 8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。（6）連接 DS1820 的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長度超過 50m 時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m ，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在?DS1820 進(jìn)行長距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地?；趩慰偩€溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17（7）在 DS1820 測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS1820 的返回信號(hào)，一旦某個(gè) DS1820 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS1820 時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)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)也要給予一定的重視。3 單片機(jī) AT89C20513．1 AT89C2051 概述89C2051是由 ATMEL公司推出的一種小型單片機(jī)。95 年出現(xiàn)在中國市場(chǎng)。其主要特點(diǎn)為采用 Flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與 MCS51完全兼容，可以很快被中國廣大用戶接受，其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與試驗(yàn)比較容易。特性? 與 MCS－51 產(chǎn)品兼容? 2K字節(jié)可重編程閃存－耐久性：1,000 次讀/寫周期? 工作電壓 V? 全靜態(tài)運(yùn)行：0Hz 至 24MHz? 兩級(jí)程序鎖存? 1288位內(nèi)部 RAM? 15個(gè)可編程 I/O口? 兩個(gè) 16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器? 六個(gè)中斷源? 可編程串行 UART（ = Universal Asynchronous Receiver Transmitter,通用異步收發(fā)器)通道? 可直接驅(qū)動(dòng) LED的輸出? 芯片級(jí)模擬比較器? 低功耗空閑模式和微功耗模式（Powerdown mode）AT89C2051是美 國 ATMEL 公 司 生 產(chǎn) 的一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀 Flash程序存儲(chǔ)器和 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C2051單片機(jī)可為用戶提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合。 AT89C2051有 20個(gè)引腳，15 個(gè)雙向輸入/輸出 （I/O）端口，其中 P1是一個(gè)完整基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18的 8位雙向 I/O口，兩個(gè)外中斷口，兩個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,兩個(gè)全雙向串行通信口，一個(gè)模擬比較放大器。同時(shí) AT89C2051的時(shí)鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有 RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi) RAM將被凍結(jié)，時(shí)鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運(yùn)行?！?．2 AT89C2051 外部單元3．2．1 引腳89C2051共有 20條引腳，詳見圖 。圖 AT89C2051引腳功能說明：? GND：地? VCC：電源? P1口：P1 口是一個(gè) 8位雙向 I端口，一般做 I/O用，其中 ～ 引腳帶有內(nèi)部上拉電阻， 和 。 和 精密模擬比較器的正相輸入(AIN0)和反相輸入(AIN1)。P1 口輸出緩沖器可吸收20mA電流，并能直接驅(qū)動(dòng) LED顯示。對(duì)端口寫 1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可作輸入口。P2口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19個(gè)電流（IIL）。? P3口：～、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的 7個(gè)雙向 I/O端口。 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)并且它作為一通用 I/O口引腳而只讀。P3 口輸出緩沖器可吸收 20mA電流。對(duì)端口寫 1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可作輸入口。P3 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。P3口還用于實(shí)現(xiàn) AT89C2051特殊的功能，如表 表 AT89C2051 P3 口特性引腳 功能特性 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0外部輸入） T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1外部輸入）? RST：復(fù)位輸入? XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部始終發(fā)生器的輸入端? XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端在引腳的驅(qū)動(dòng)能力上面，89C2051 具有很強(qiáng)的下拉能力，P1,P3 口的下拉能力均可達(dá)到 ，89C51/87C51 的端口下拉能力每腳最大為 15mA。但是限定 9腳電流之和小于 ，引腳的平均電流只 9mA。89C2051 驅(qū)動(dòng)能力的增強(qiáng)，使得它可以直接驅(qū)動(dòng) LED數(shù)碼管。3．2．2 電源89C2051有很寬的工作電源電壓，可為 ～6V,當(dāng)工作在 3V時(shí)，電流相當(dāng)于 6V工作時(shí)的 1/4。89C2051 工作于 12Hz時(shí)，動(dòng)態(tài)電流為 ，空閑態(tài)為 1mA,掉電態(tài)僅為20nA。這樣小的功耗很適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 203．3 AT89C2051 內(nèi)部單元3．3．1 結(jié)構(gòu)框圖圖 AT89C2051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3．3．2 運(yùn)算器（1）算術(shù)／邏輯部件 ALU：用以完成+、*、/ 的算術(shù)運(yùn)算及布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算，并通過運(yùn)算結(jié)果影響程序狀態(tài)寄存器 PSW的某些位，從而為判斷、轉(zhuǎn)移、十進(jìn)制修正和出錯(cuò)等提供依據(jù)。 （2）累加器 A：在算術(shù)／邏輯運(yùn)算中存放一個(gè)操作數(shù)或結(jié)果，在與外部存儲(chǔ)器和I/O接口打交道時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送都要經(jīng)過 A來完成。 （3）寄存器 B：在 *、/ 運(yùn)算中要使用寄存器 B 。乘法時(shí)，B 用來存放乘數(shù)以及積的高字節(jié)；除法時(shí)，B 用來存放除數(shù)及余數(shù)。不作乘除時(shí)，B 可作通用寄存器使用。 （4）程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器 PSW：用來存放當(dāng)前指令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征，以便為下一條指令的執(zhí)行提供依據(jù)。表 片內(nèi)工作寄存器組基于單總線溫度傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21(D0H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Cy AC F0 RS1 RS0 OV — PCy：進(jìn)位標(biāo)志。有進(jìn)位或借位，則 Cy＝1,否則 Cy＝0 ；在布爾運(yùn)算時(shí)，Cy（簡稱 C）作為布爾處理器。AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志位。F0：用戶標(biāo)志位：用戶可用軟件對(duì) F0置位“1”或清“0”，以決定程序的流向。OV：溢出標(biāo)志位：當(dāng)運(yùn)算結(jié)果溢出時(shí)，OV 為“1”，否則為“0”。：未定義。P： 奇偶校驗(yàn)位：當(dāng)累加器 A中的“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，P 置“1”，否則 P置“0”。RSRS0：工作寄存區(qū)選擇位：表 RSRS0 與片內(nèi)工作寄存器組的對(duì)應(yīng)關(guān)系R