【文章內(nèi)容簡介】 度測量值，且與電源電壓值 Vsupply圾關(guān)。若 Vsupply固定為 5V，則其值僅由相對濕度值決定，但由于單總線上的供電電壓值為變量，故要求在進(jìn)行濕度測量的同時還應(yīng)測量電源電壓 Vsupply 的值。 c） HIH3610 輸出的濕度值還與環(huán)境溫度有關(guān)，故應(yīng)進(jìn)行溫度補償，補償公式為 RH=(sensor%RH)/（ ） (32) 因此，為得到準(zhǔn)確的濕度測量值，還應(yīng)在測量濕度的同時測量環(huán)境濕度和單總線供電電壓值。 DS2438 芯片介紹 DS2438 是 Dallas 公司推出的智能電池監(jiān)視器。該器件是為了解決便攜式電子產(chǎn)品電池工作狀態(tài)的實時監(jiān)測而推出的。 A. DS2438 芯片的特點 : DS2438 芯片具有以下幾個特點 單總線器件，僅需 1根口線實現(xiàn)電源及雙向數(shù)據(jù)傳輸； 片內(nèi) 13位精度溫度傳感器，最小分辨率 25℃； 片內(nèi) 10位二通道電壓 A/D 轉(zhuǎn)換器，最小分辨率為 10mV； 片內(nèi) 10位電流 A/D 轉(zhuǎn)換器； 片內(nèi) 40字節(jié)非易失性用戶存儲器； 片內(nèi)逝去時間計數(shù)器，完成充放電時間計時； 單電源工作，低功耗特性； 工作溫度范圍為 40℃～ +80℃。 B. DS2438 引腳功能說明 : GND 接地 VSENS+ 電源電流監(jiān)視輸入（ +） VSENS 電池電流監(jiān)視輸入（ ） VAD 通用 A/D 輸入端 VDD 供電電壓（ ～ 10V） NC 空引腳 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出、 1線操作、開漏 C. 工作原理 DS2438 由單總線接口、電壓 A/D 轉(zhuǎn)換器、電流 A/D 轉(zhuǎn)換 器、溫度傳感器、時鐘電路、 40 字節(jié)的 E2PROM 及與上述硬件相關(guān)的寄存器組成。其中的電壓 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入，可編程為由 VDD電源端輸入或 VAD輸入端輸入，以滿足 VDD 電源端及外部輸入模擬量 VAD的測量要求。 D. 器件存儲單元 DS2438 存儲器類型包括易失性的 SRAM 和非易失性的 EEPROM。 DS2438 內(nèi)部 的存儲鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 (2020) 9 器為一個總?cè)萘?64 字節(jié)的存儲器。存儲器被分為 8頁，每頁 8 字節(jié)，頁地址為 00～07H。其中第 00 頁是訪問頻率最高的頁， 字節(jié)序號名稱內(nèi)容 讀 /寫特性，易失特性 DB7,DB6,DB5,DB4,DB3,DB2,DB1,DB0 0 狀態(tài) /配置寄存器 X,ADB,NV,TB,AD,EE,CA,IAD,讀 /非易失。溫度低位寄存器 2 122232425000，讀 /非易失。濕度高位寄存器 S26252423222120，讀 /非易失。 電壓低位寄存器 2726252423222120，讀 /非易失。電壓高位寄存器 0000002928，讀 /非易失。電流低位寄存器 0000002928，讀 /非易失。電流高位寄存器 SSSSSSS28，讀 /非易失。 閾值寄存器 TH2TH1000000 讀 /寫易失 。 第 1 頁為電流累加器、逝去時間計數(shù)器和電流補償單元；每 2 頁包括非易失性時間和充電時間標(biāo)記；第 3～ 7頁是 40 字節(jié)的提供給用戶使用的 EEPROM，可用于保存用戶數(shù)據(jù)。 DS2438 所有的寄存器都映射到上述的存儲器中，同時對 DS2438 的操作都是通 過 寄存器進(jìn)行的。 a)狀態(tài)寄存器 狀態(tài)寄存器位于存儲器 00 頁的第 0 字節(jié)，該寄存器用于 DS2438 的功能 控制，其中各位的默認(rèn)值為 1，含義如下： IAD 為電流 A/D 控制位。 IAD=1，啟用電流 A/D和 ICA，且以 32Hz 速率測量電流； IAD=0，禁用 電流 A/D 和 ICA。 CA 為電流累加器配置位。 CA=1，啟用 CCA/DCA 存儲數(shù)據(jù)且可從第 7 頁恢復(fù)數(shù)據(jù)；CA=0，禁用 CCA/DCA，第 7頁可用于普通 E2PROM 存儲。 EE 為隱蔽電流累加器位。 EE=1，將 CCA/DCA 計數(shù)器數(shù)據(jù)隱蔽到 E2PROM，電量每增加，當(dāng)前計數(shù)器加 1； EE=0， CCA/DCA 計數(shù)器數(shù)據(jù)將不隱蔽到 E2PROM。 AD 為電壓 A/D輸入選擇位。 AD=1，電壓 A/D 選擇由 VDD 端輸入； AD=0，電壓 A/D 選擇由 VAD 端輸入。 TB 為溫度轉(zhuǎn)換忙標(biāo)志位。 TB=1，溫度轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行； TB=0，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束。 NVB 為非易失存儲忙標(biāo)志位。 NVB=1，在從可擦除區(qū)復(fù)制到 E2PROM 的存儲過程中；NVB=0，非易失存儲空閑狀態(tài)。一次 E2PROM 存儲占用 2～ 10ms。 ADB 為 A/D 轉(zhuǎn)換標(biāo)志位， ADB=1，電壓 A/D 轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行； ADB=0，轉(zhuǎn)換結(jié)束或 無測量。一次 A/D 轉(zhuǎn)換占用約 10ms， X為不定位。 b)溫度寄存器 DS2438 可在 55～ +125℃范圍內(nèi)以 25℃ 的分辨率測量溫度值，溫度 值為 2的碼形式通過 2 字節(jié)溫度寄存器輸出。其中符號位 S 指示溫度值為正或負(fù)； S=0，溫度值為正； S=1，溫度值為負(fù)。 c)電壓寄存器 DS2438 的電壓輸入范圍是 0～ 10V，且電壓 ADC 的輸入，可通過狀態(tài) /結(jié)構(gòu)寄存器的 AD 位來選擇由 VDD 輸入或由 VAD 輸入。電壓 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果放在 2 字節(jié)電壓寄存器中，單位為 mV。 基于單片機的濕度控制器的設(shè)計 10 d)電流寄存器 DS2438通過測量電流取樣電阻 RSENS兩端的電壓來間接測量流過電池的電流。采用 10 位 ADC，其分辨率為 ，電流測量值的結(jié)果放在 2 字節(jié)的電流寄存器中其中電流測量符號位 S，用于指示充電或放電。 e)單總線協(xié)議 DS2438是 Dallas公司基于單總線的器件。該器件的操作 完全遵循單總線協(xié)議，其 ROM 命令有 3個。 讀 ROM[33H]； 匹配 ROM[55H]； 跳過 ROM[F0H]。 主機在操作 DS2348 之前，必須先發(fā)送上述 4個 ROM 命令中的一個。在 DS2438成功執(zhí)行上述命令之后，主機可使用下面的內(nèi)存命令操作 DS2438。 由于 DS2438 的內(nèi)存分為 7頁，故其內(nèi)存操作命令和其它的單總線器件略有不同。 DS2438 的內(nèi)存操作命令如下： 寫高速暫存存儲器 [4EHXXH]； 讀高速暫存存儲器 [BEHXXH]。 讀制高速暫存存儲器 [48HXX]； 恢復(fù)存儲器 [B8HXXH]。 溫度轉(zhuǎn) 換命令 [44H]； 電壓轉(zhuǎn)換命令 [B4H]。 上述內(nèi)存命令中的 XXH 為高速暫存存儲器的頁地址，有效的頁碼地址為 00～07H。 DS2438 對高速暫存存儲器的操作中，除了基本的命令外，還必須將等操作的高暫存存儲器的頁地址送出去。 DS2438 允許 1次讀 /寫 1頁內(nèi)的全部 8個字節(jié)，且讀寫字節(jié)操作可使用復(fù)位命令在任何瞬間終止。 值得注意的是， DS2438 的溫度轉(zhuǎn)換命令及電壓轉(zhuǎn)換命令發(fā)出后，主機需等待10～ 20ms，以使 DS2438 完成溫度及電壓轉(zhuǎn)換；同時，若采用寄生電源供電，應(yīng)將總線拉高，以保證充足的能量供應(yīng)。 電路工作 原理 溫濕度檢測電路如圖 34 所示。圖中 ,單總線上的電壓經(jīng)二極管 VD1 整流、電容 C1 濾波后給濕度傳感器 HIH3610 和單總線器件 DS2438 供電。濕度傳感器濕度輸出電壓經(jīng)電阻 R2 送入 DS2438 的 VAD 端。 DS2438 的 VDD 端電源電壓及 VAD 端濕度電壓經(jīng) DS2438A/D 轉(zhuǎn)換后 ,從 DS2438 單總線端 DQ輸出。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 (2020) 11 C20 . 0 1 u fR21 0 0 KO U T VDDGNDH IH 3 6 1 0C10 . 0 1 u fV D 2V D 1R14 . 7 K5VDQVDDGNDV A DD S 2 4 3 8P 1 . 0 圖 34溫濕度檢測電路 HIH 3610 輸出電壓與濕度的關(guān)系為 : Vout=(V+)/ (33) 式中 :Vout 為 HIH3610 的輸出電壓 。V 為 HIH3610 的電源電壓 。h 為相對濕度 (%)。由式 (23)可知 ,輸出電壓不僅正比于濕度測量值 ,且與電源電壓值有關(guān) 。若電源電壓固定為 5V,則其值僅由相對濕度值決定。另外 ,HIH3610 測量的濕度值還與環(huán)境溫度有關(guān) ,式 (24)是在 25℃時傳感器輸出溫度與濕度的關(guān)系 ,當(dāng)環(huán)境溫度改變時應(yīng)進(jìn)行溫度補償 ,補償公式為 : h′ =h/() (34) 式中 :T為環(huán)境攝氏溫度值 。h′為濕度的修正值。 因 此 ,為了得到準(zhǔn)確的濕度測量值 ,還應(yīng)在測量濕度的同時測量環(huán)境溫度和濕度傳感器電源電壓值 ,這一任務(wù)可由智能電池監(jiān)視器件 DS2438 完成。利用 D52438的溫度傳感器測量環(huán)境溫度 ,此溫度一方面用于溫度值輸出 ,另一方面用于濕度測量時溫度值的補償。利用 DS2438 內(nèi)部的雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換器 ,通過編程存儲空間中狀態(tài) /標(biāo)志寄存器的模擬和數(shù)字取值的不同 ,實現(xiàn) HIH3610 輸出濕度電壓及 HIH3610電源電壓測量的切換 ,分別得到溫度測量和濕度測量時的電源電壓值 ,并通過DS2438 的 DQ 端將所測環(huán)境溫度值、濕度值、電源電壓值 傳輸?shù)絾慰偩€上。因此 ,使用 DS2438即可完成溫濕度測量 ,并可由相應(yīng)的軟件算法實現(xiàn)濕度傳感器電源電壓校正及環(huán)境溫度補償。 鍵盤與顯示電路 鍵盤的設(shè)計 為了完成預(yù)定濕度值的設(shè)置，系統(tǒng)中設(shè)置了 4 個按鍵， S1 為啟動 /停止鍵，用來控制系統(tǒng)的啟停， S2， S3 為加 1減 1鍵，設(shè)置濕度的上下值， S4 設(shè)置定時時間。按鍵對單片機的接口電路圖如圖 35所示。 基于單片機的濕度控制器的設(shè)計 12 S1S2S3R510 K * 4R6R7 R8S4啟動 /停止加 1減 1定時P 2 . 1P 2 . 05VP 2 . 2P 2 . 3 圖 35按鍵對單片機的接口電路圖 LED 顯示電路設(shè)計 顯示電路由 MAX7219 芯片完成， MAX7219 是一種高集成化的串行輸入 /輸出 的共陰 極 LED 顯示驅(qū)動器。每片可驅(qū)動 8 位 7 段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管。 SEGA~SEGG（圖中為 A到 G）為 LED 七段顯示器段驅(qū)動端 ， SEGDP 為小數(shù)點驅(qū)動端；（ SEGA~SEGG，DP 驅(qū)動顯示器 7段及小數(shù)點的輸出電流，一般為 40 mA 左右，可軟件調(diào)整，關(guān)閉狀態(tài)時，接入 GND。） DIG7~DIG0： 8 位數(shù)值驅(qū)動線。輸出位選信號，從每個 LED 公共陰極吸入電流，吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動線。其最大值可達(dá) 500 mA，關(guān)閉狀態(tài)時，輸出＋ VCC。 MAX7219 是一種高集成化的串行輸入 /輸出的共陰極 LED 顯示驅(qū)動器。 每片可驅(qū)動 8 位 7 段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管，可以數(shù)片級聯(lián)，而與微處理器的連接只需 3根線。 MAX7219 內(nèi)部設(shè)有掃描電路，除了更新顯示數(shù)據(jù)時從單片機接收數(shù)據(jù)外，平時獨立工作，極大地節(jié)省了 MCU 有限的運行時間和程序資源。 MAX7219 芯片上包括BCD譯碼器、多位掃描電路、段驅(qū)動器、位驅(qū)動器和用于存放每個數(shù)據(jù)位的 8 8 靜態(tài) RAM 以及數(shù)個工作寄存器。通過指令設(shè)置這些工作寄存器，可以使 MAX7219 進(jìn)入不同的工作狀態(tài)。 如 圖 36為 MAX7219 的時序圖（ DIN CLK LOAD 原理） 圖 36 MAX7219工作 時序圖 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 (2020) 13 這個時序圖簡單 反映了 DIN， CLK 和 LOAD 的工作時序 ，就是告訴大家三個端口是怎么合作傳送數(shù)據(jù)的。其中， DIN 是串行數(shù)據(jù)輸入端， CLK 和 LOAD 實際上是充當(dāng)了組織者。針對單片 MAX7219 介紹一下數(shù)據(jù)傳送的過程： 首先，在 CLK的下降沿，無效，在 CLK 的上升沿，第一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)被移入內(nèi)部移位寄存器，然后 CLK 再出現(xiàn)下降沿，無效，然后 CLK 再出現(xiàn)上升沿，第二位二進(jìn)制數(shù)據(jù)被移入內(nèi)部移位寄存器，就這樣工作十六個周期，完成十六個二進(jìn)制（前八個是地址，后八個是數(shù)據(jù)）的傳送，這當(dāng)中 LOAD 一直是低電平， 當(dāng)完成十六個二進(jìn)制的傳送后。把 LOAD 置成高電平，產(chǎn)生上升沿，把這 16 位串行數(shù)據(jù)鎖存到數(shù)據(jù)或控制寄存器中。完成裝載。然后再把 LOAD 還原為低。重復(fù)開始的動作。 MAX7219與 LED 數(shù)碼管連接如圖 37所示。 abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpL3abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpL5