【文章內容簡介】 PDIP、TPFQ 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。復位上限下限基于單片機的數字溫度計設計9主要功能特性： 兼容 mcs51 指令系統 4k 可反復擦寫(1000 次）ISP flash ROM 32 個雙向 i/o 口 工作電壓 2 個 16 位可編程定時/計數器 時鐘頻率 033mhz 全雙工 UAET 串行中斷口線 128x8bit 內部 ram 2 個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級加密位 看門狗（WDT）電路 軟件設置空閑和省電功能 靈活的 TSP 字節(jié)和分頁編程 雙數據寄存器指針 4位共陽數碼管動態(tài)掃描顯示單元LED 數碼管動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位數碼管，對于每一位 LED數碼管來說，每隔一段時間點亮一次，利用人眼的“視覺暫留效應，采用循環(huán)掃描的方式，分時輪流選通各數碼管的公共端，使數碼管輪流導通顯示。當掃描速度達到一定程度時，人眼就分辨不出來了。盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，認為各數碼管是同時發(fā)光的。若數碼管的位數不大于 8 位時，只需兩個 8 位 I／O口。LED 數碼管動態(tài)顯示要考慮每一位點亮的保持時間和間隔時間。保持時間太短，則發(fā)光太弱而人眼無法看清；時間太長，則間隔時間也將太長（假設 N位，則間隔時間=保持時間 X（N1）），使人眼看到的數字閃爍。在程序中要 畢業(yè)設計10合理的選擇合適的保持時間和間隔時間。而循環(huán)次數則正比于顯示的變化速度。圖 32 4 位共陽數碼管 DS18B20DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現９～１２位的數字值讀數方式。 TO－92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見下圖，其引腳功能描述見表 311?；趩纹瑱C的數字溫度計設計11圖 32 DS18B20表 31　DS18B20 詳細引腳功能描述序號名稱 引腳功能描述1 GND 地信號2 DQ 數據輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。DS18B20 的性能特點如下：●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；●多個 DS18B20 可以并聯在惟一的三線上，實現多點組網功能；●無須外部器件；●可通過數據線供電，電壓范圍為 ~；●零待機功耗；●溫度以９或１２位數字；●用戶可定義報警設置；●報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；●負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 采用３腳 PR－35 封裝或８腳 SOIC 封裝，其內部結構框圖如圖 33所示。 圖 33 DS18B20 內部結構I/OC64 位ROM和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器 TH低溫觸發(fā)器 TL配置寄存器8 位 CRC 發(fā)生器Vdd 畢業(yè)設計1264 位 ROM 的結構開始８位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后８位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20 溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存ＲＡＭ和一個非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結構為８字節(jié)的存儲器，結構如圖3 所示。頭２個字節(jié)包含測得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第５個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數值。該字節(jié)各位的定義如圖 3 所示。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時該位被設置為０，用戶要去改動，R1 和Ｒ0 決定溫度轉換的精度位數，來設置分辨率。TM R1 R0 1 1 1 1 1圖 34 　DS18B20 字節(jié)定義由表 1 可見，DS18B20 溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。高速暫存ＲＡＭ的第６、７、８字節(jié)保留未用，表現為全邏輯１。第９字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。當 DS18B20 接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第１、２字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數據，讀數據時低位在先，高位在后，數據格式以 ℃／LSB 形式表示。溫度 LSB溫度 MSBTH 用戶字節(jié) 1TL 用戶字節(jié) 2配置寄存器保留保留保留CRC基于單片機的數字溫度計設計13當符號位Ｓ＝０時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位Ｓ＝１時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數值。表 32 是一部分溫度值對應的二進制溫度數據。表 32 DS18B20 溫度轉換時間表R1 R0 分辨率/位 溫度最大轉換時間/ms0 0 9 0 1 10 1 0 11 3751 1 12 750DS18B20 完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、TＬ字節(jié)內容作比較。若Ｔ＞TH 或 T＜TL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報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報警搜索。在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（CRC） 。主機 ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機收到的ROM 數據是否正確。DS18B20 的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器１；高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器２的脈沖輸入。器件中還有一個計數門，當計數門打開時，DS18B20 就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將－55℃所對應的一個基數分別置入減法計數器１、溫度寄存器中，計數器１和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數值。減法計數器１對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器１的預置值減到０時，溫度寄存器的值將加１，減法計數器１的預置將重新被裝入，減法計數器１重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到減法計數器計數到０時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。 畢業(yè)設計14表 33　一部分溫度對應值表溫度/℃ 二進制表示 十六進制表示+125 0000 0111 1101 000007D0H+85 0000 0101 0101 00000550H+ 0000 0001 1001 00000191H+ 0000 0000 1010 000100A2H+ 0000 0000 0000 00100008H0 0000 0000 0000 10000000H 1111 1111 1111 0000FFF8H 1111 1111 0101 1110FF5EH 1111 1110 0110 1111FE6FH55 1111 1100 1001 0000FC90H另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統對 DS18B20 的各種操作按協議進行。操作協議為：初使化 DS18B20（發(fā)復位脈沖）→發(fā) ROM 功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數據?；趩纹瑱C的數字溫度計設計15DS18B20 DS18B20 DS18B20GND GND GNDVCCVCC單片機.... 圖 35 DS18B20 與單片機的接口電路DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時 DS18B20的 1 腳接地，2 腳作為信號線，3 腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖35 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管來完成對總線的上拉。當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時 VDD 端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。由于 DS18B20 是在一根 I/O線上讀寫數據，因此，對讀寫的數據位有著嚴格的時序要求。DS18B20 有嚴格的通信協議來保證各位數據傳輸的正確性和完整性。該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數據，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數據接收。數據和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20控制方法DS18B20 有六條控制命令，指令約定代碼操作說明 CCH：跳過掃描溫度傳感芯片序列號44H： 啟動 DS18B20 進行溫度轉換 BEH ：讀度溫度值DS18B20的復位時序 ： 畢業(yè)設計16（1） 先將數據線置高電平“1” 。（2） 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點）（3） 數據線拉到低電平“0” 。（4） 延時 750 微秒（該時間的時間范圍可以從 480 到 960 微秒） 。（5） 數據線拉到高電平“1” 。（6） 延時等待（如果初始化成功則在 15 到 60 毫秒時間之內產生一個由DS18B20 所返回的低電平“0” 。據該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制） 。（7） 若 CPU 讀到了數據線上的低電平“0”后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時間算起）最少要 480 微秒。（8） 將數據線再次拉高到高電平“1”后結束。DS18B20的讀時序：對于 DS18B20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程。對于 DS18B20 的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 15 秒之內就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數據傳輸到單總線上。DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60us 才能完成。（1）將數據線拉高“1”。（2）延時 2 微秒。（3）將數據線拉低“0”。（4）延時 15 微秒。（5）將數據線拉高“1”。（6）延時 15 微秒。（7）讀數據線的狀態(tài)得到 1 個狀態(tài)位，并進行數據處理?；趩纹瑱C的數字溫度計設計17（8）延時 30 微秒。DS18B20的寫時序：對于 DS18B20 的寫時序仍然分為寫 0 時序和寫 1 時序兩個過程。對于 DS18B20 寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同，當要寫 0 時序時，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO總線上的“0”電平，當要寫 1 時序時，單總線被拉低之后，在 15us 之內就得釋放單總線?！　。?） 數據線先置低電平“0”?！　。?） 延時確定的時間為 15 微秒?！　。?） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。　?。?） 延時時間為 45 微秒。　?。?） 將數據線拉到高電平。　?。?） 重復上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。（7） 最后將數據線拉高。 、低溫與異常情況報警單元采集到的溫度經過處理后,超過規(guī)定溫度上限時，單片機將通過 口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號使其發(fā)出警報聲；當采集到的溫度經過處理后，低于設定溫度下限時，單片機將通過 口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號使其發(fā)出警報聲。要是由于環(huán)境溫度變化太劇烈或加熱，或溫度傳感頭出現故障，而在一定時間內，不能將溫度控制到規(guī)定的溫度限內，單片機也將會通過 口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號使其發(fā)出警報生。在實驗中設置的下限溫度是 20 攝氏度，當溫度達到 20 攝氏度時，蜂鳴器就虎發(fā)出報警。實