【文章內(nèi)容簡介】 圖 溫度信號寄存器格式 這是 12 位轉化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 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 ，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0 ，這 5 位為 1 ，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度。 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 完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 TH ， TL 作比較，若 TTH 或 TTL, 則將該器件內(nèi)的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行告警搜索。2．4 DS18B20 測溫過程 1WIRE 網(wǎng)絡具有嚴謹?shù)目刂平Y構，其結構如圖 ，一般通過雙絞線與 1WIRE 元件進行數(shù)據(jù)通信，它們通常被定義為漏極開路端點，主 / 從式多點結構，而且一般都在主機端接上一個上拉電阻 +5V 電源。通常為了給 1WIRE 設備提供足夠的電源，需要一個 MOSFET 管將 1WIRE 總線上拉至 +5V 電源。圖 DS18B20 組成的 1WIRE 網(wǎng)絡 1WIRE 網(wǎng)絡通信協(xié)議是分時定義的，有嚴格的時隙概念，下圖是復位脈沖的時隙?；趩慰偩€溫度傳感器的溫度檢測系統(tǒng)設計 14圖 1WIRE 協(xié)議的復位脈沖時隙圖 1WIRE 讀寫“0/1”時隙 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，如果出現(xiàn)序列混亂，1WIRE 器件將不響應主機，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進行。根據(jù) DS18B20 的協(xié)議規(guī)定，微控制器控制 DS18B20 完成溫度的轉換必須經(jīng)過以下 4 個步驟 ：基于單總線溫度傳感器的溫度檢測系統(tǒng)設計 15（1）每次讀寫前對 DS18B20 進行復位初始化。復位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500us ，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 16us～60us 左右，然后發(fā)出 60us～240us 的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號后表示復位成功。 （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（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應 DS18B20 使之作出響應，用于多個 DS18B20 時定位搜索 ROM 0F0H用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個數(shù)和識別 64 位 ROM 地址，為操作各器件作好準備跳過 ROM 0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令，該命令將針對所有在線的 DS18B20警報搜索 0ECH 該指令執(zhí)行后，只有溫度超過設定值上限或下限的片子才做出響應 （3）發(fā)送存儲器指令，如表 ：表 DS18B20 的存儲器指令集指令名稱 指令代碼 指令功能溫度變換 44H啟動 DS18B20 進行溫度轉換，轉換時間最長為 500ms （典型為 200ms ），結果存入內(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) 復制暫存器 48H 將 RAM 中第 3 ， 4 字節(jié)的內(nèi)容復制到 EEPROM 中重調(diào) EEPROM 0B8H EEPROM 中的內(nèi)容恢復到 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 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系統(tǒng)設計 16（4）進行數(shù)據(jù)通信。2．5 DS18B20 使用注意事項 DS1820 在實際應用中應注意以下幾方面的問題：（1）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。（所有的讀寫時序至少需要 60us ，且每個獨立的時序之間至少需要 1us 的恢復時間。在寫時序時，主機將在下拉低總線 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 。單總線僅在主機發(fā)出讀寫時序時才向主機傳送數(shù)據(jù)，所以，當主機向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。）（2）在寫數(shù)據(jù)時，寫 0 時單總線至少被拉低 60us， 寫 1 時 ，15us 內(nèi)就得釋放總線。（3）轉化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 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 ，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0 ，這 5 位為 1 ，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度。（4）較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS1820 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果。在使用 PL/M 、 C 等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對 DS1820 操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。（5）在 DS1820 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820 ，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DS1820 超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。（6）連接 DS1820 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，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 DS1820 進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點接地?；趩慰偩€溫度傳感器的溫度檢測系統(tǒng)設計 17（7）在 DS1820 測溫程序設計中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待 DS1820 的返回信號，一旦某個 DS1820 接觸不好或斷線，當程序讀該 DS1820 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行 DS1820 硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。3 單片機 AT89C20513．1 AT89C2051 概述89C2051是由 ATMEL公司推出的一種小型單片機。95 年出現(xiàn)在中國市場。其主要特點為采用 Flash存貯器技術，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)運行：0Hz 至 24MHz? 兩級程序鎖存? 1288位內(nèi)部 RAM? 15個可編程 I/O口? 兩個 16位定時器/計數(shù)器? 六個中斷源? 可編程串行 UART（ = Universal Asynchronous Receiver Transmitter,通用異步收發(fā)器)通道? 可直接驅動 LED的輸出? 芯片級模擬比較器? 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) 的一個低電壓，高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 2k bytes的可反復擦寫的只讀 Flash程序存儲器和 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash存儲單元，功能強大 AT89C2051單片機可為用戶提供許多高性價比的應用場合。 AT89C2051有 20個引腳，15 個雙向輸入/輸出 （I/O）端口，其中 P1是一個完整基于單總線溫度傳感器的溫度檢測系統(tǒng)設計 18的 8位雙向 I/O口，兩個外中斷口，兩個 16位可編程定時計數(shù)器,兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器。同時 AT89C2051的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有 RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi) RAM將被凍結，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復位方可繼續(xù)運行。　3．2 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 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，并能直接驅動 LED顯示。對端口寫 1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可作輸入口。P2口作輸入口使用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一基于單總線溫度傳感器的溫度檢測系統(tǒng)設計 19個電流（IIL）。? P3口：～、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的 7個雙向 I/O端口。 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用 I/O口引腳而只讀。P3 口輸出緩沖器可吸收 20mA電流。對端口寫 1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可作輸入口。P3 口作輸入口使用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（IIL）。P3口還用于實現(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/計數(shù)器 0外部輸入） T1（定時/計數(shù)器 1外部輸入）? RST：復位輸入? 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動能力上面，89C2051 具有很強的下拉能力，P1,P3 口的下拉能力均可達到 ，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 驅動能力的增強，使得它可以直接驅動 LED數(shù)碼管。3．2．2 電源89C2051有很寬的工作電源電壓，可為 ～6V,當工作在 3V時，電流相當于 6V工作時的 1/4。89C2051 工作于 12Hz時，動態(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)?；趩慰偩€溫度傳感器的溫度檢測系統(tǒng)設計 203．3 AT89C2051 內(nèi)部單元3．3．1 結構框圖圖 AT89C2051 內(nèi)部結構框圖3．3．2 運算器（1）算術／邏輯部件 ALU：用以完成+、*、/ 的算術運算及布爾代數(shù)的邏輯運算，并通過運算結果影響程序狀態(tài)寄存器 PSW的某些位，從而為判斷、轉移、十進制修正和出錯等提供依據(jù)。 （2）累加器 A：在算術／邏輯運算中存放一個操作數(shù)或結果，在與外部存儲器和I/O接口打交道時，進行數(shù)據(jù)傳送都要經(jīng)過 A來完成。 （3）寄存器 B：在 *、/ 運算中要使用寄存器 B 。乘法時，B 用來存放乘數(shù)以及積的高字節(jié)；除法時，B 用來存放除數(shù)及余數(shù)。不作乘除時，B 可作通用寄存器使用。 （4）程序狀態(tài)標志寄存器 PSW：用來存放當前指令執(zhí)行后操作結果的某些特征，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系統(tǒng)設計 21(D0H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Cy AC F0 RS1 RS0 OV — PCy：進位標志。有進位或借位，則 Cy＝1,否則 Cy＝0 ；在布爾運算時，Cy（簡稱 C）作為布爾處理器。AC：輔助進位標志位。F0：用戶標志位：用戶可用軟件對 F0置位“1”或清“0”，以決定程序的流向。OV：溢出標志位：當運算結果溢出時，OV 為“1”，否則為“0”。：未定義。P： 奇偶校驗位：當累加器 A中的“1”的個數(shù)為奇數(shù)時，P 置“1”，否則 P置“0”。RSRS0：工作寄存區(qū)選擇位：表 RSRS0 與片內(nèi)工作寄存器組的對應關系R