【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0 內(nèi)部結(jié) 構(gòu)主要由六部分組成：電源電路、 64 位光刻 ROM 及 1wire 接口、溫度傳感器、非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器和 CRC 校驗(yàn)碼產(chǎn)生器。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 33 所示。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 64位ROM 和單線接口存儲(chǔ)器和邏輯控制器 高 速 緩 存存儲(chǔ)器溫度靈敏元件低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器TH配置存儲(chǔ)器8位 CRC生 成器電源檢測(cè)VDQGNDVDD 圖 33DSl8B20 的方框圖 The block diagram DSl8820 64 位光刻 ROM 的排列是：開(kāi)始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該 DS18B20自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán) 冗余 校驗(yàn)碼 （ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可 以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20的目的 [14]。 DS18B20 高速存儲(chǔ)器包含了 9 個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是 TH、 TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是配置寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個(gè)字節(jié)是冗余校驗(yàn)字節(jié)。其中，配置寄存器的內(nèi)容如下： ―TM R1 R0 1 1 1 1 1‖低 5 位一直都是 1， TM 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試 模式。在 DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)。 R1 和 R0 用來(lái)設(shè)置分辨率，如表 31 所示：（ DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位）。 表 31 分辨率設(shè)置表 resolution setting table R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms 1 1 12 位 750ms 高陽(yáng)： 基于單片機(jī)的糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供， 以 0. 0625℃ /LSB[16]形式表達(dá)，其中 S 為符號(hào)位。如下表 32所示。 表 32 12 位的溫度轉(zhuǎn)化形式表 Tab. 32 12 temperature conversion table form bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte 23 22 21 20 21 22 23 24 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS Byte S S S S S 26 25 24 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 DS18B20 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0. 0625 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 0. 0625 即可得到實(shí)際溫度。 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(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)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。 該 DSl8B20 的通信經(jīng)過(guò)一個(gè)單線接口，在單線接口情況下，在 ROM 操作未建立之前不能使用存貯器和控制操作。主機(jī)必須首先提供五種 ROM 操作命令之一： 1） Read ROM（讀 ROM）； 2） Match ROM（符合 ROM）； 3） Search ROM（搜索）； 4） Skip ROM（跳過(guò) ROM）； 5） Alarm Search（告警搜索） 。 這些命令對(duì)每一器件的 64 位激光 ROM 部分進(jìn)行操作。如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個(gè)特定的器件，并給總線上的主機(jī)指示存在多少器 件及其類型。在成功地執(zhí)行了 ROM 操作序列之后可使用存貯器和控制操作然后主機(jī)可以提供六 種存貯器和控制操作命令之一。 一個(gè)操作命令指示 DS18B20 完成溫度測(cè)量。該測(cè)量結(jié)果將放入 DS18B20 高速緩存存遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 儲(chǔ)器，通過(guò)發(fā)出讀緩存存儲(chǔ)器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作指令可以讀出此結(jié)果。每一溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL構(gòu)成一個(gè)字節(jié)的 EEPROM。如果不對(duì) DS18B20 施加報(bào)警搜索命令，這些存儲(chǔ)器可用作通用用戶存儲(chǔ)器，使用存儲(chǔ)器操作命令可以寫(xiě) TH 和 TL。對(duì)這些寄存器的讀訪問(wèn)通過(guò)存儲(chǔ)器，所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫(xiě)。 寄 生電源 圖 34 所示 為 寄生電源電路。當(dāng) I/O 或 VDD 引腳為高電平時(shí)，這個(gè)電路便取得電源只要符合指定的定時(shí)和電壓要求， I/O 將提供足夠的功率。寄生電源的優(yōu)點(diǎn)是雙重的：（ 1）利用此引腳，遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)無(wú)需本地電源；（ 2）缺少正常電源條件下也可以讀 ROM。 為了使 DSl8820 能完成準(zhǔn)確的溫度變換，當(dāng)溫度變換發(fā)生時(shí) I/O 線上必須提供足夠的功率。因?yàn)?DSl8B20 的工作電流高達(dá) lmA， 5K 的上拉電阻將使 I/O 線沒(méi)有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。如果幾個(gè) DSl8B20 在同一條 I/O 線上而且企圖同時(shí)變換。那么這一問(wèn)題將變得特別尖銳。 向 DSl8B20 供電的 另 一種方法是通過(guò)使用連接到 VDD 引腳的外部電源。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在 I/O 線上不要求強(qiáng)的上拉?？偩€上主機(jī)不需向上連接便在溫度變換期間使線保持高電平。這就允許在變換時(shí)間內(nèi)其它數(shù)據(jù)在單線上傳送。此外，在單線總線上可以放置任何數(shù)目的 DSl8B20，而且如果它們都使用外部電源 ， 那么通過(guò)發(fā)出跳過(guò)（ Skip） ROM 命令和接著發(fā)出變換（ Conver） T 命令，可以同時(shí)完成溫度變換。注意只要外部電源處于工作狀態(tài)， GND（地）引腳不可懸空。 AT8 9S52DS18B20DS18B20DS18B20VCCGND VDDGND VDDGND VDDI/OI/OI/O 圖 34 使用 VDD 提供溫度變換所需電流 VDD for the use of current temperature is needed 高陽(yáng)： 基于單片機(jī)的糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 在總線上主機(jī)不知道總線上 DSl8B20 是寄生電源供電還是外部 VDD 供電的情況下，在 DS18B20 內(nèi)采取了措施來(lái)通知采用的供電方案?？偩€上主機(jī)通過(guò)發(fā)出跳過(guò)（ Skip） ROM的操作約定 。 然后發(fā)出讀電源命令，可以決定是否有需要強(qiáng)上拉的 DSl8B20 在總線上。在此命令發(fā)出后，主機(jī)接著發(fā)出讀時(shí)間片 ， 如果是寄生供電， DS18B20 將在單線總線上送回 “ 0” ， 如果由 VDD 引腳供電，它將送回 1。如果主機(jī)接收到一個(gè) “ 0” ，它知道它必須 在溫度變換期間在 I/O 線上提供一個(gè)強(qiáng)的上拉。 由此可見(jiàn)，采用 DSl8B20 溫度傳感器的糧情測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)溫電纜與傳統(tǒng)的熱敏電阻測(cè)溫電纜不相同，該測(cè)溫電纜一根導(dǎo)線可以連接多個(gè) DSl8B20 溫度傳感器。最大的特點(diǎn)是可以利用數(shù)據(jù)線供電，在測(cè)溫電纜中只放置兩根平行的細(xì)鋼絲繩即可連接多個(gè) DSl8B20 溫度傳感器，這樣不僅使測(cè)溫電纜的制造簡(jiǎn)便，成本下降，而且提高了測(cè)溫電纜的抗拉強(qiáng)度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點(diǎn)使得采用 DSl8B20 溫度傳感器的糧情檢測(cè)系統(tǒng)更適用于高大糧倉(cāng)（諸如淺圓倉(cāng)、立筒倉(cāng)）的應(yīng)用環(huán)境，可以解決高 大糧倉(cāng)在不需重新安裝測(cè)溫電纜的情況下更換測(cè)溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對(duì)位置。 濕度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) HS1100/HS1101 濕度傳感器介紹 測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化進(jìn)行濕度測(cè)量的。 HS1100/HS1101 基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件 ， 這些相對(duì)濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？?以應(yīng)用于辦公自動(dòng)化、車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制、家電、 工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合他也可以得到很大的應(yīng)用。 HS1100/HS1101 濕度傳感器特點(diǎn)：不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)，由頂端接觸 （ HS1100） 和側(cè)面接觸 （ HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路， 適用 于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。 HS1100/HS1101 濕度傳感器特點(diǎn)： 1）精度較高； 2）溫度系數(shù)為 pF/℃ ； 3）其相對(duì)濕度在 1%~100%RH 范圍內(nèi)； 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 4）電容量由 16pF 變到 200pF； 5）其誤差不大于 177。2%RH； 6）響應(yīng)時(shí)間小于 5S； 7）可靠性高、穩(wěn)定、響應(yīng)速度快； 8）適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路。 圖 35HS1101 實(shí)物圖 Fig. 35 HS1101 physical figure HS1100/HS1101 濕度傳感器相對(duì)濕度在 1%~100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 16pF 變到200pF， 其誤差不大于 ? 2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于 5s；溫度系統(tǒng)為 ℃ ?？?見(jiàn)其精度是較高的。其濕度 電容響應(yīng)曲線如圖 36 所示。 圖 36HS1101 濕度－電容響應(yīng)曲線 HS1101 humidityCapacitance response curve 200 190 180 170 電容 F 10 20 30 40 50 60 70 80 相對(duì)濕度 % 高陽(yáng)： 基于單片機(jī)的糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 濕度測(cè)量電路 HS1100/HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。 頻率輸出的 555 測(cè)量振蕩電路如圖 37 所示。集成定時(shí)器 555 芯片外接電阻 Rl， R3與濕敏電容 C，構(gòu)成了對(duì) C 的充電回路。 7 端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了