【文章內(nèi)容簡介】 通過簡單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 ms和 750 ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 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。 DS18B20 的主要特性： （ 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： V。 （ 4） 測溫范圍： 55 ~ 125 ℃ 。固有測溫分辨率為 ℃ 。 （ 5） 通過編程可實(shí)現(xiàn) 912 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 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)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的工作時(shí)序 DS18B20 的工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。 （ 1） 初始化：單片機(jī)將數(shù)據(jù)線的電平拉低 480~960us 后釋放，等待 15~60us, 單總線器件即可輸出一持續(xù) 60~240us 的低電平 (存在脈沖 )單片機(jī)收到此應(yīng)答后即可進(jìn)行操作。 （ 2） 寫時(shí)序：當(dāng)主機(jī)將數(shù)據(jù)線的電平從高拉到低時(shí)，形成寫時(shí)序，有“ 0”和寫“ 1”兩種時(shí)序。寫時(shí)序開始后， DS18B20 在 15us~60us 期間從數(shù)據(jù)線上采樣。如果采樣到低電平，則向 DS18B20 寫“ 0”；如果采樣到高電平，則向 DS18B20 寫“ 1”。兩個獨(dú)立的時(shí)序間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間 (拉高總線電平 )。 （ 3） 讀時(shí)序：當(dāng)主機(jī)從 DS18b20 讀取數(shù)時(shí)，產(chǎn)生時(shí)序。此時(shí)，主機(jī)將數(shù)據(jù)線的電平從高拉到低使讀時(shí)序被初始化。如果此后 15us 內(nèi)，主機(jī)總線上采樣到低電平，則 DS18B20 讀“ 0”；如果此后 15us 內(nèi)，主機(jī)在總線上采樣到高電平，則 DS18B20 讀“ 1”。 第三章 設(shè)計(jì)模塊器件比較、選型 根據(jù)上面幾種傳感器的介紹中，我們可以選出我們設(shè)計(jì)中要用到的溫度傳感器，下面我們從以下幾點(diǎn)來選擇傳感器類型： 傳感器的選型 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔，其中 M 檔精度最高，在 55℃ ～ +150℃ 范圍內(nèi)，非線性誤差為 177。 ℃ 。 DS1612 它可測量的溫度范圍為在 0℃ ~+70℃ 范圍內(nèi)，測量精度為 177。 ℃ DS18B20 測量溫度范圍為 55 176。 C 至 +125 ℃ ，精度可達(dá) 177。 攝氏度。 運(yùn)用的簡易程度： AD590 特別適合遠(yuǎn)程檢測應(yīng)用 , AD590 輸出電流 223μA電路中串接采樣電阻R 時(shí)， R 兩端的電壓可作為喻出電壓。注意 R 的阻值不能取得太大，以保證 AD590兩端電壓不低于 3V。 AD590 輸出電流信號傳輸距離可達(dá)到 1km 以上。 DS1612：在芯片上分別設(shè)置了一個振蕩頻率溫度系數(shù)較大的振蕩器（ OSC1）和一個溫度系數(shù)較小的振蕩器（ OSC2）。在溫度較低時(shí)，由于 OSC2 的開門時(shí)間較短，因此溫度測量計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值（ n）較??；而當(dāng)溫度較高時(shí)，由于 OSC2 的開門時(shí)間較長，其計(jì)數(shù)值（ m）增大。 DS18B20 采用一線通信接口。因?yàn)橐痪€通信接口，必須在先完成 ROM 設(shè)定，否則記憶和控制功能將無法使用 。 描述該 DS18B20 的數(shù)字溫度計(jì)提供 9 至 12 位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到 /從 DS18B20 通過 1 線接口，所以 中央微處理器 與 DS18B20 只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。 因?yàn)槊恳粋€ DS18B20 的包含一個獨(dú)特的序號，多個 ds18b20s 可以同時(shí)存在于一條總線。 價(jià)格比較： AD590 單價(jià)： 165。19 DS1612 單價(jià)： 165。 DS18B20 單價(jià)： 165。 從上面一系列的比較重，我最后選擇了 DS18B20 溫度傳感器，雖然它的精度沒有 AD590 的高，但是在測量上它運(yùn)用起來更加的方便，不需要放大電路和 A/換， 而且非常的便宜。 3. 2 單片機(jī)的選用 針對一定的用途，恰當(dāng)?shù)倪x擇所使用的單片機(jī)是十分重要。對于明確的應(yīng)用對象，選擇功能過少的單片機(jī)，無法完成控制任務(wù)；選擇功能國強(qiáng)的單片機(jī)，則會造成資源浪費(fèi)，使產(chǎn)品的性能價(jià)格比下降。目 前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也各有不同。在實(shí)際應(yīng)用中，針對不同的需求選擇合適的單片機(jī)，選擇單片機(jī)時(shí)要注意下幾點(diǎn)： ① 單片機(jī)的基本性能參數(shù)，例如指令執(zhí)行速度，程序存儲器容量，中斷能力及 I/O 口引腳數(shù)量等； ② 單片機(jī)的增強(qiáng)功能，例如看門狗，雙串口， RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘 )， EEPROM， CAN 接口等； ③ 單片機(jī)的存儲介質(zhì)，對于程序存儲器來說， Flash 存儲器和 OTP(一次性可編程 )存儲器相比較，最好是選擇 Flash 存儲器； ④ 芯片的封裝形式，如 DIP 封裝， PLCC 封裝機(jī)表面貼裝封裝等。選擇 DIP 封裝在搭建實(shí) 驗(yàn)電路時(shí)會更加方便一些； ⑤ 芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級、軍品級還是商業(yè)級，如果涉及戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級芯片； ⑥ 單片機(jī)的工作電壓范圍，例如設(shè)計(jì)電視機(jī)遙控器時(shí)，使用 2 節(jié)干電池供電，至少選擇的單片機(jī)能夠在 ~ 電壓范圍內(nèi)工作； ⑦ 單片機(jī)的抗干擾性能好； ⑧ 編程器以及仿真器的價(jià)格，單片機(jī)開發(fā)是否支持高級語言以及編程環(huán)境要好用易學(xué)； ⑨ 供貨渠道是否暢通，價(jià)格是否低廉，是否具有良好的技術(shù)服務(wù)支持。根據(jù)上面所述的原則，結(jié)合本系統(tǒng)實(shí)際情況綜合考慮，本文的溫度控制系統(tǒng)選用 ATMEL 公司生產(chǎn)的AT89C52 單片機(jī)作為主 控模塊的核心芯片。 單片機(jī)選型 本系統(tǒng)選用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89 溪流單片機(jī)中的 AT89C52， AT89C52單片機(jī)是一種新型的低功耗、高性能的 8位 CMOS微控制器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令溪流和引腳完全兼容。具有超強(qiáng)的三級加密功能，其片內(nèi)閃電存儲器（ Flash Memory）的編程與檫除完全用電實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，編程 /檫除速度快。 第四章 設(shè)計(jì)方案 主控模塊電路由 ST89C52 單片機(jī)、溫度采集、數(shù)碼管顯示、溫度控制、外部時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、 PL2303 下載。 總體設(shè)計(jì)方案 方案一 測溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 方案二 考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只 DS18B20 溫度傳感器，直接讀取被測溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求 。 比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二 。 在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框 圖如圖 所示，它由三部分組成 :①控制部分主芯片采用單片機(jī) AT89S52；②顯示部分采用 4 位 LED 數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；③溫度采集部分采用 DS18B20 溫度傳感器。 首先由溫度傳感器 DS18B20 采集溫度數(shù)據(jù)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送入 ST89C52 單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，并三位數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度，同時(shí)與鍵盤輸入的設(shè)定溫度值（上限與下限）進(jìn)行比較，由單片機(jī)控制是否發(fā)出控制信號，控制繼電器（加熱或降溫）工作，從而實(shí)現(xiàn)恒溫控制。在整個過程中，溫度始終都能得以顯示。設(shè)定溫度過程中顯示設(shè)定溫度值，以便于操作：設(shè)定 完畢后，改為顯示當(dāng)前測試溫度值： 本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖，它主要 由五部分組成； ① 主控制部分主芯片采用單片機(jī) ST89C52（包括時(shí)鐘和復(fù)位電路）； ② 顯示部分采用 3 為 LED 數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示； ③ 溫度采集部分采用 DS18B20 溫度傳感器； ④ 按鍵輸入部分主要功能是實(shí)現(xiàn)設(shè)定溫度值的輸入； ⑤ 控制電路實(shí)現(xiàn)對繼電器的控制； 總體設(shè)計(jì)框圖 數(shù)碼管顯示 ST89C52 控制 DS18B20采集溫度 溫度控制模塊 PL2303下載模塊 第五章 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分主要由以下幾部分組成： （ 1）單片機(jī)最小系統(tǒng)：采用 ST89C52 單片機(jī)； （ 2）溫度采集模塊：采用 DS18B20 溫度傳感器； （ 3）溫度顯示模塊：采用 4 位 一體共陽 數(shù)碼管顯示； 18B20 溫度采集模塊： DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度。這一部分 主要完成對溫度信號的采集和轉(zhuǎn)換工作，由 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 把采集到溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的 口，單片機(jī)接受并儲存。此部分只用到 DS18B20 和單片機(jī)，硬件很簡單。 DS18B20 通常可以采用兩種方式供電，一種是寄生電源供電方式，另一種是采用外部電源供電方式，此時(shí) DS18B20 的 1 引腳接地， 2 引腳作為信號線， 3 引腳接電源。本設(shè)計(jì)采用外部電源供電方式，外部電源供電方式是 DS18B20 最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比 較簡單，可以開發(fā)穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路 DS18B20 的工作原理： 單片機(jī) DS18B20 GND VCC DS18B20 工作時(shí)序根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟： DS18B20 進(jìn)行復(fù)位； 2.復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令； RAM 指令，這樣才能對 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收到信號后等待 15～ 60 微秒左右后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖， CPU 主收到此信號表示復(fù)位成功。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序， 初始化時(shí)序： 總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少 480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線， 高，延時(shí) 15～ 60us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí) 480us。 寫時(shí)序： 寫時(shí)序包括寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要 60us，且在 2 次獨(dú)立的寫時(shí)序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開始。寫 1 時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí) 2us，然后釋放總線，延時(shí) 60us。寫 0 時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí) 60us，然后釋放總線，延時(shí) 2us。 讀時(shí)序： 總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要 60us，且在 2 次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間。每個讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線 1us。主機(jī)