【文章內(nèi)容簡介】 度信號，以“一線總線”串行送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力。 9) 負(fù)壓特性。電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 9 1) 冷凍庫、糧倉、儲罐 、電信機(jī)房、電力機(jī)房、電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域。 2) 軸瓦、缸體、紡織、空調(diào)等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 3) 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜以及中低緯度干燥箱等。 4) 供熱、制冷管道熱量計量、中央空調(diào)分戶熱能計量等。 DS18B20實物如圖 。 圖 實物圖 DS18B20 有兩種封裝：三角 TO92直插式（用的最多、最普遍的封裝）和八角 SOIC貼片式，封裝引腳見圖 。表 列出了 DS18B20 的引腳定義。 （ a） DS18B20 To92 (b)DS18B20 八角 SOIC 圖 DS18B20 引腳封裝圖 表 DS18B20 引腳定義 引腳 定義 GND 電源負(fù)極 DQ 信號輸入輸出 VDD 電源正極 NC 空 10 ① DS18B20寄生電源供電方式 如下面圖 (a)所示，在寄生電源供電方式下， DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線 DQ處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。 獨特的寄生電源方式有三個好處： 1) 進(jìn)行 遠(yuǎn)距離測溫時，無需本地電源 2) 可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取 ROM 3) 電路更加簡潔，僅用一根 I/O口實現(xiàn)測溫 要想使 DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換， I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個 DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到 1mA，當(dāng)幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)行多點測溫時，只靠 ，會造成無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。 因此， 該 電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源 VCC必須保證在 5V，當(dāng)電源電壓下降時，寄生電 源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。 ② DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式 改進(jìn)的寄生電源供電方式如下面圖 (b)所示，為了使 DS18B20 在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 E2 存儲器操作時，用 MOSFET 把 I/O線直接拉到 VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到 E2 存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多 10μS 內(nèi)把 I/O 線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉狀態(tài)。在強(qiáng)上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不 足 的問題，因此也適合于多點測溫應(yīng)用，缺點就是要多占用一根 I/O 口線進(jìn)行強(qiáng)上拉切換 。 ③ DS18B20 的外部電源供電方式 如下面圖 (c)所示， 在外部電源供電方式下， DS18B20工作電源由 VDD引腳接入， 其 VDD端用 3～ ， 此時 I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個 DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下， DS18B20的 GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85℃ 。 11 (a) 外部電源供電方式 (c) 寄生電源供電 方式 (b) 寄生電源強(qiáng)上拉供電方式 圖 硬件電路連接好以后，單片機(jī)需要怎么樣工作才能將 DS18B20中的溫度數(shù)據(jù)讀取出來呢？ 下面將給出詳細(xì)分析。 首先我們來看控制 DS18B20的指令： 1) 33H— 讀 ROM。讀 DS18B20 溫度傳感器 ROM 的編碼（即 64 位地址）。 2) 55H— 匹配 ROM。發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的 DS18B20 并使之作出響應(yīng)，為下一步對該 DS18B20 的讀 /寫做準(zhǔn)備。 3) F0H— 搜索 ROM。用于確定掛接在同一總線上 DS18B20的個數(shù)，識別 64 位 ROM地址，為操作個器件做好準(zhǔn)備。 4) CCH— 跳過 ROM。忽略 64 為 ROM 地址，直接向 18B20 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令，適用于一個12 從機(jī)工作。 5) ECH— 告警搜索命令。執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的芯片才做出響應(yīng)。 以上這些指令設(shè)計的存儲器是 64 位光刻 ROM，表 列出了它的含義。 表 64位光刻 ROM各位定義 64位光刻 ROM 中的序列號是出廠前被光刻好的，它可以看做該 DS18B20 的地址序列碼。其各位排列順序是：開始 8 位為產(chǎn)品類型標(biāo)號，接下來 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8位是前面 56位的 CRC 循環(huán)冗余校驗碼（ CR=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一條總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 下面介紹以上幾條指令的用法。當(dāng)主機(jī)需要對眾多在線 DS18B20 中的某一個進(jìn)行操作時，首先應(yīng)將主機(jī)逐個與 DS18B20 掛接，讀出其序列號；然后再將所有的 DS18B20 掛接到總線上，單片機(jī)發(fā)出匹配 ROM命令（ 55H），緊接著主機(jī)提供的 64位序列（包括 DS18B20的 48位序列號）之后的操作就是針對該 DS18B20 的。 如果主 機(jī)只對一個 DS18B20 進(jìn)行操作，就不需要讀取 ROM 編碼以及匹配 ROM 編碼了，只要用跳過 ROM（ CCH）命令，就可以進(jìn)行如下溫度轉(zhuǎn)換和讀取操作。 1) 44H— 溫度轉(zhuǎn)換。啟動 DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換， 12 位轉(zhuǎn)換時最長為 750ms（ 9 位為）。結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié)的 RAM 中。 2) BEH— 讀暫存器。讀內(nèi)部 RAM 中 9字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。 3) 4EH— 寫暫存器。發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的 3 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。 4) 48H— 復(fù)制暫存器。將 RAM中第 2,3字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 E2ROM 中。 5) B8H— 重調(diào) E2ROM 中內(nèi)容回復(fù)到 RAM中的第 3， 4字節(jié)。 6) B4H— 讀供電方式。讀 DS18B20 的供電模式。寄生供電時， DS18B20 發(fā)送 0；外接電源供電時， DS18B20 發(fā)送 1。 以上這些指令涉及的存儲器為高速暫存器 RAM 和可電擦出 E2ROM，見表 。 表 高速暫存器 RAM 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫度值低位（ LSB） 0 13 溫度值高位（ MSB） 1 高溫限值（ TH） 2 低溫限值（ LT） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 校驗值 8 高速 暫存器 RAM 由 9 個字節(jié)的存儲器組成。第 0～ 1 字節(jié)是溫度的顯示位；第 2 和第 3個字節(jié)是復(fù)制的 TH和 TL，同時第 2 和第 3個字節(jié)的數(shù)字可以更新；第 4 個字節(jié)是配置寄存器，同時第 4 個字節(jié)的數(shù)字可以更新；第 5,6,7 三個字節(jié)的保留的?？呻姴脸鯡2ROM 又包括溫度觸發(fā)器 TH 和 TL，以及一個配置寄存器。 表 列出了溫度數(shù)據(jù)在高速暫存器 RAM 的第 0 和第 1個字節(jié)中的存儲格式。 表 溫度數(shù)據(jù)存儲格式 DS18B20 在出廠時默認(rèn)配置為 12 位，其中最高位為符號位，即溫度值共 11 位，單片機(jī)在讀取數(shù)據(jù)時，一次會讀 2字節(jié)共 16 位，讀完后將低 11 位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)后再乘以 便為所測的實際溫度值。另外，還需要判斷溫度的正負(fù)。前 5 個數(shù)字為符號位，這 5 位同時變化，我們只需要判斷 11 位就可以了。前 5 位為 1 時，讀取的溫度為負(fù)值，且測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘以 才可得到實際溫度值。前 5位為 0 時，讀取的溫度為正值，且溫度為正值時，只要將測得的數(shù)值乘以 即可得到實際溫度值。 ① 初始化時序如圖 14 圖 初始化時 序 1) 先將數(shù)據(jù)線置高電平 1。 2) 延時（該時間要求不 是很嚴(yán)格，但是要盡可能短一點）。 3) 數(shù)據(jù)線拉到低電平 0。 4) 延時 750us（該時間范圍可以在 480us～ 960us）。 5) 數(shù)據(jù)線拉到高電平 1。 6) 延時等待。如果初始化成功則在 15～ 60us內(nèi)產(chǎn)生一個有 DS18B20返回的低電平 0，據(jù)該狀態(tài)可以確定它的存在。但是應(yīng)注意，不能無限地等待，不然會使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時判斷。 7) 若 CPU讀到數(shù)據(jù)線上的低電平 0后，還要進(jìn)行延時，其延時的時間從發(fā)出高電平算起（第 5）步的時間算起）最少要 480us。 8) 將數(shù)據(jù)線再次拉到高電平 1后結(jié)束。 ② DS18B20寫數(shù)據(jù)時序圖如圖 圖 寫數(shù)據(jù)時序圖 15 1) 數(shù)據(jù)線先置低電平 0。 2) 延時確定的時間為 15us。 3) 按從低位到高位的順序發(fā)送數(shù)據(jù)（一次只發(fā)送一位）。 4) 延時時間為 45us。 5) 將數(shù)據(jù)線拉高到高電平 1。 6) 重復(fù) 1）～ 5）步驟，直到發(fā)送完整個字節(jié)。 7) 最后將數(shù)據(jù)線拉高到 1。 ③ DS18B20 讀數(shù)據(jù)時序圖如圖 圖 讀數(shù)據(jù)時序圖 1) 將數(shù)據(jù)線拉高到 1。 2) 延時 2us。 3) 將數(shù)據(jù)線拉低到 0。 4) 延時 6us。 5) 將數(shù)據(jù)線拉高到 1。 6) 延時 4us。 7) 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 8) 延時 30us。 9) 重復(fù) 1）～ 7）步 驟，直到讀取完一個字節(jié)。 16 系統(tǒng)電路設(shè)計 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 如圖 所示 圖 系統(tǒng)電路圖 這部分為單片機(jī)復(fù)位電路和時鐘電路。單片機(jī)復(fù)位后，程序計數(shù)器 PC=0000H，即指向程序存儲器 0000H 單元，使 CPU 從首地址重新開始執(zhí)行程序。產(chǎn)生單片機(jī)復(fù)位的條件是：在 RST 引腳端出現(xiàn)滿足復(fù)位時間要求的高電平狀態(tài)，該時間等于系統(tǒng)時鐘震蕩周期建立時間再加 2 個機(jī)器周期時間 (一般不小于 10ms)。 時鐘電路通過單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接定時元件 12M 的晶振，電容 C1 和C2 一般去 30pF左右，主要作用是幫助振蕩器起震。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機(jī)運(yùn)行速速也就越快。 17 顯示電路設(shè)計 LCD1602 顯示電路原理圖 如圖 所示 圖 LCD1602 顯示電路 此部分為 LCD1602 顯示電路，通過 10K 可調(diào)電阻可以調(diào)節(jié) 1602 背光顯示亮度。 P0口接一個 10K 的上拉排阻。 按鍵電路設(shè)計 四個獨立按鍵電路圖 如圖 所示 圖 按鍵電路 每個獨立按鍵接一個 I/O 口構(gòu)成獨立按鍵，前三個按鍵 S4～ S6分別三個 DS18B20，S7 按 下時為全三個 DS18B20 溫度全顯示。 18 三點測溫電路 三個 DS18B20 接線如圖 所示，每個傳感器接一個 I/O 口。 圖 DS18B20 接口電路 單總線型 DS18B20 溫度傳感器采用一個 DS18B20 接一個 I/O 口的形式，大大簡化了程序編寫難度，通過排針可外接電源供電。 第四章 軟件設(shè)計 軟件開發(fā)工具的選擇 要使單片機(jī)系統(tǒng)按照人的意圖辦事，需設(shè)法讓人與計算機(jī)對話，并聽從人的指揮。程序設(shè)計語言是實現(xiàn)人機(jī)交換信息的最基本工具，可分為機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。 機(jī)器語言用二進(jìn) 制編碼表示每一條指令，是計算機(jī)能直接識別和執(zhí)行的語言。用機(jī)器語言編寫的程序成為機(jī)器語言程序或者指令程序（機(jī)器碼程序）。因為機(jī)器只能識別和執(zhí)行這種機(jī)器碼程序，所以又稱它為目標(biāo)程序。用機(jī)器語言編寫程序不易記憶、不易查錯、不易修改。 為了克服機(jī)器語言的上述缺點，可采用有一定含義的符號，即指令助記符來表示，一般都采用某些有關(guān)的英文單詞的縮寫。這樣就出現(xiàn)了另一種程序語言 — 匯編語言。 匯編語言是用助記符、符號和數(shù)字等來表示指令的程序語言，容易理解和記憶，它與機(jī)器語言指令是一一對應(yīng)的。匯編語言不像高級語言（如 BASIC） 那樣通用型強(qiáng)，而是屬于某種計算機(jī)所獨有，與計算機(jī)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。用匯編語言編寫的程序稱為19 匯編語言程序。 以上兩種語言都是低級語言。盡管匯編語言有不少優(yōu)點，但它仍存在著機(jī)器語言的某些缺陷：與 CPU的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，不同的 CPU其匯編語言是不同的。這使得匯編語言程序不能移植，使用不便；其次，要使用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計必須了解所使用 CPU硬件的結(jié)構(gòu)與性能，對程序設(shè)計人員有較高的要求。為此，又出現(xiàn)了對單片機(jī)進(jìn)行編程的高級語言，如 PL\M， C等。 Keil C51是美國 Keil Software公司 出品的 51系列兼容單片機(jī) C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51軟件提