【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 DS18B20 引腳功能： ?GND 電壓地 ?DQ 單數(shù)據(jù)總線 ?VDD 電源電壓 ?NC 空引腳 DS18B20 工作原理： DS18B20 的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20 的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。 18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8位是單線系列編碼（ DS18B20 的編碼是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。 DS18B20 共 64位 ROM。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20 共 9個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè)字節(jié)為 8 位。第 2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第 5 個(gè)字節(jié)則是用戶第 3個(gè)6 EEPROM 的鏡像。第 8個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第 9 個(gè)字節(jié)為前 8個(gè)字節(jié)的 CRC碼。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限 溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。 我們?cè)诿恳淮巫x溫度之前都必須進(jìn)行復(fù)雜的且精準(zhǔn)時(shí)序的處理，因?yàn)?DS18B20 的硬件簡(jiǎn)單結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致軟件的巨大開(kāi)消，也是盡力減少有形資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為無(wú)形資產(chǎn)的投入，是一種較好的節(jié)約之道。 控制器對(duì) DS18B20 操作流程： 復(fù)位：首先我們必須對(duì) DS18B20 芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機(jī)）給 DS18B20單總線至少 480uS 的低電平信號(hào)。當(dāng) 18B20 接到此復(fù)位信號(hào)后則會(huì)在 15~60uS 后回發(fā)一個(gè)芯片的存在脈沖。 存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 15~60uS后接收存在脈沖，存在脈沖為一個(gè) 60~240uS 的低電平信號(hào)。至此，通信雙方已經(jīng)達(dá)成了基本的協(xié)議，接下來(lái)將會(huì)是控制器與 18B20 間的數(shù)據(jù)通信。如果復(fù)位低電平的時(shí)間不足或是單總線的電路斷路都不會(huì)接到存在脈沖，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意意外情況的處理。 控制器發(fā)送 ROM 指令：雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交流了， ROM 指令共有 5 條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條， ROM 指令分別是讀 ROM 數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍 ROM、芯片搜索、 報(bào)警芯片搜索。 ROM 指令為 8 位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片內(nèi)的 64 位光刻 ROM 進(jìn)行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個(gè)器件并作處理。誠(chéng)然，單總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過(guò)每個(gè)器件上所獨(dú)有的 ID 號(hào)來(lái)區(qū)別，一般只掛接單個(gè) 18B20 芯片時(shí)可以跳過(guò) ROM 指令（注意：此處指的跳過(guò) ROM 指令并非不發(fā)送 ROM 指令，而是用特有的一條“跳過(guò)指令”）。 ROM 指令在下文有詳細(xì)的介紹。 控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令：在 ROM 指令發(fā)送給 18B20 之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。操作指令同樣為 8 位，共 6 條，存儲(chǔ)器操 作指令分別是寫 RAM 數(shù)據(jù)、讀 RAM 數(shù)據(jù)、將 RAM 數(shù)據(jù)復(fù)制到 EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將 EEPROM 中的報(bào)警值復(fù)制到 RAM、工作方式切換。存儲(chǔ)器操作指令的功能是命令 18B20 作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。 執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：一個(gè)存儲(chǔ)器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個(gè)操作要視存儲(chǔ)器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待 18B20 執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為 500uS。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴(yán)格遵循 18B20 的讀寫時(shí)序來(lái)操作。 顯示器的選擇 由于設(shè)計(jì)中要求同 時(shí)顯示測(cè)試溫度、溫度上限、溫度下限和開(kāi)機(jī)時(shí)間，因此顯示屏首先要能夠一次性容納這些字符。工作電壓不能太高，與單片機(jī)的連接方式需要簡(jiǎn)單，顯示準(zhǔn)確。本設(shè)計(jì)中采用的是 1602 型 LCD 液晶屏能夠很好的滿足這些要求。 此液晶屬于工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32個(gè)字符。 LCD 液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要 2～ 3 伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無(wú)法比擬的，同時(shí)可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼 LED 顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 7 第 1腳： VSS 為電源地 ； 第 2腳： VCC 接 5V電源正極 ； 第 3腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高(對(duì)比度過(guò)高 時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度 )。 第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。 第 5腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 6腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端 ,高電平 (1)時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。 第 7～ 14腳： D0～ D7 為 8位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。 15腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 圖 331 LCD1602 引腳圖 圖 332 LCD1602 實(shí)物圖 1602 擁有很多出色的優(yōu)點(diǎn)： 1）顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器的每一個(gè)點(diǎn)收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光，因此液晶顯示器的畫質(zhì)高而且不會(huì)閃爍。 2）數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單操作也很方便。 3）體積小、重量輕 ,液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 4）功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內(nèi)部電極和驅(qū)動(dòng) IC 上，因而耗電量比其他器件要小很多。 雖然 LCD 顯示器的價(jià)格比數(shù)碼管要貴，但它的顯示效果好，是當(dāng)今顯示器的主流，所以采用 LCD 作為顯示器。 4 電路原理 8 整個(gè)設(shè)計(jì)的電路包括了最小系統(tǒng)電路、溫度控制電路、溫度顯示電路、按鍵電路和報(bào)警電路五部分電路組成。 晶振電路與復(fù)位電路 晶振電路和復(fù)位電路與單片機(jī)連接構(gòu)成最小系統(tǒng)電 路 ，如圖 411，如何選取合適的引腳，選取何種連接方式都至關(guān)重要。 圖 411 最小系統(tǒng)電路 在晶振電路中，主要用到了 XTAL1 和 XTAL2 兩個(gè)引腳。 （ 1） XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 （ 2） XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 在晶振電路中， AT89S52 具有兩種晶振方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需要在引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 1030pf。另一種是外部時(shí)鐘方式，即將 XTAL1接外部時(shí)鐘， XTAL2 腳懸空。 單片機(jī)的晶振頻率采用 ，加兩個(gè) 30pF 電容。 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出，外接石英晶體和振蕩電容，構(gòu)成了片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式。而振蕩周期指的就是單片機(jī)外接石英晶體振蕩器的周期。當(dāng)時(shí)鐘起振后，產(chǎn)生一定的頻率的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)的 CPU 在時(shí)鐘信號(hào)的控制下能一步一步完成自己的工作，同時(shí)與整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)的周期還有振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期。 電容 C1 和 C2主要用于校正波形，振蕩器的作用主要是產(chǎn)生時(shí)鐘振蕩。而整個(gè)電路的作用則是為了產(chǎn)生自激振蕩。 對(duì)于復(fù)位電路， AT89S52 有兩種復(fù)位方式，分別是上點(diǎn)復(fù)位 和按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位，即利用一個(gè)復(fù)位電容和按鍵的組合使得復(fù)位變得更加直接和簡(jiǎn)單。 引腳 RST 作用是復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在按下按鍵后，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，十分方便。在復(fù)位電路中添加按鍵主要是為了能夠使得復(fù)位更加方便，電容主要是在復(fù)位后進(jìn)行充電，而上拉電阻起到限流的作用，保護(hù)了電路。 溫度采集電路 溫度控制電路主要運(yùn)用到了 DS18B20 和 AT89S52，如圖 421。如何使兩者連接實(shí)現(xiàn)功能是溫度控制電路的主要設(shè)計(jì)目的。 9 圖 421 溫度采集電路 在硬件上， DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是 VCC 接外部電源， GND 接地， I/O與單片機(jī)的 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí) UDD、 GND 接地， I/O 接單片機(jī) I/O。內(nèi)部寄生電源 I/O 口線要接 5KΩ左右的上拉電阻。這里采用的是第一種連接方法 ,如圖所示 : 傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要指 DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路。 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí) DS18B20 的 1 腳接地， 2 腳作為信號(hào)線， 3 腳接電源。另一種是寄生電源供電方式考慮到實(shí)際應(yīng) 用中寄生電源供電方式適應(yīng)能力差且易損壞，此處采用電源供電方式， I/O 口接單片機(jī)的 口 顯示電路 液晶顯示器是一種將液晶顯示器件 ,連接器件 ,集成電路 ,PCB 線路板 ,背光源 ,結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的組件。 圖 431 顯示電路 在顯示電路中， VSS 接地， VDD 接 5V正電源， VEE 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，為了獲得最佳對(duì)比度，