【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 平保持為高或者為低超過(guò)了定時(shí)的時(shí)間，就會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。CS 引腳上的一個(gè)下降沿將會(huì)復(fù)位看門狗定時(shí)器。 由于這是一個(gè)開漏型的輸出引腳，所以使用時(shí)必須接上拉電阻。 8 VCC 正電源。 X5045 的狀態(tài)寄存器描述 了 器件的當(dāng)前狀 態(tài)， 各位意義如 下 所 示 。 表 24 X5045 狀態(tài)寄存器各位定義 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP 其中， WD WD0是看門狗定時(shí)時(shí)間設(shè)置位； BL BL0是存儲(chǔ)單元寫保護(hù)區(qū)設(shè)置位；WEL 是只讀標(biāo)志， 1表明寫使能開關(guān)打開； WIP 也是只讀標(biāo)志， 1 代表芯片內(nèi)部正處于寫周期。電復(fù)位時(shí)，各位都被清零。 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 12 X5045 芯片功能包括以下 4 種： （ 1） 上電復(fù)位控制。在對(duì) X5045 通電時(shí)， RESET 引腳輸出有效的復(fù)位信號(hào)，并保持至少 200ms，使 CPU 有效復(fù)位。 （ 2） 電源電壓監(jiān)控。當(dāng)檢測(cè)到電源電壓低于內(nèi)部門檻電壓 VTRIP時(shí)， RESET 輸出復(fù)位信號(hào)，直至電源電壓高于 VTRIP并保持至少 200ms，復(fù)位信號(hào)才被撤消。 VTRIP的出廠值根據(jù)芯片型號(hào)不同共有 5個(gè)級(jí)別的電壓范圍。對(duì)于需要電源電壓精確監(jiān)控的應(yīng)用，用戶可以搭建編程電路，對(duì)芯片內(nèi) VTRIP電壓進(jìn)行微調(diào)。 （ 3） 看門狗定時(shí)器。芯片內(nèi)部狀態(tài)寄存器的 WD WD0 是看門狗定時(shí)設(shè)置位，通過(guò)狀態(tài)寄存器寫 指令 WRSR 修改這 兩 個(gè)標(biāo)志位，就能在 三 種定時(shí)間隔中進(jìn)行選擇或關(guān)閉定時(shí)器。對(duì)看門狗的復(fù)位由 CS 輸入電平的下降沿完成。 下表 是 WD WD0 組合的含義。 表 25 WD WD0組合定義 WD1 WD0 看門狗定時(shí)值 0 0 0 1 600ms 1 0 200ms 1 1 禁止看門狗工作 （ 4） 串行 E2PROM。芯片內(nèi)含 512 字節(jié)存儲(chǔ)單元， 10 萬(wàn)次可 擦 寫，數(shù)據(jù)保持時(shí)間 100年 ，并 設(shè)計(jì)了 3 種保護(hù)方式防止誤寫。包括： ① WP 寫保護(hù)引腳，當(dāng)引腳被拉低時(shí)，內(nèi)部存儲(chǔ)單元狀態(tài)寄存器都禁止寫入； ② 存儲(chǔ)區(qū)域?qū)懕Ｗo(hù)模式，通過(guò)對(duì)狀態(tài)寄存器的 BLBL0 位的設(shè)置，可以選擇對(duì)不同的存儲(chǔ)區(qū)域進(jìn)行寫保護(hù)； ③ 在進(jìn)行任何寫操作前都必須打開寫使能開關(guān)，而且在上電初始化寫操作完成時(shí)，寫使能開關(guān)自動(dòng)關(guān)閉。顯然， 在幾方 面的保護(hù)之下，產(chǎn)生誤寫的可能性極小 ，下表 是 BL BL0 組合的含義。 表 26 BL BL0組合定義 BL1 BL0 寫保護(hù)的單元地址 0 0 沒有保護(hù) 0 1 180H～ 1FFH 1 0 100H～ 1FFH 1 1 000H～ 1FFH （ 1） WREN 和 WRDI 是寫使能開關(guān)的開 /關(guān)指令。它們都是單字節(jié)指令。 （ 2） RDSR 和 WRSR 是狀態(tài)寄存器的讀 /寫指令。在從 SI 輸入指令后， RDSR 的執(zhí)行結(jié)果，即狀態(tài)寄存器內(nèi)容須從 SO 讀出；而 WRSR 需要緊接著輸入修改數(shù)據(jù)。 （ 3） READ 和 WRITE 是存儲(chǔ)單元的讀 /寫指令。輸入指令后（指令 的位三用于選擇存儲(chǔ)器的上半?yún)^(qū)和下半?yún)^(qū) ），接著輸入低八位地址，最后就可以連續(xù)讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。其中，讀指針和寫指針的工作 方式完全不同，讀指針的全部 8 位用來(lái)計(jì)數(shù)， 0FFH 溢出后變成 00H；寫指針只用最低兩位計(jì)數(shù)， XXXXXX11B 溢出后變成 XXXXXX00B，所以連續(xù)寫的實(shí)際結(jié)果是在 4個(gè)單元中反復(fù)寫入。另外，由于 E2PROM 的寫入時(shí)間長(zhǎng)，所以在連續(xù)兩條寫臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 13 指令之間應(yīng)讀取 WIP狀態(tài)，只有內(nèi)部寫周期結(jié)束時(shí)才可輸入下一條寫指令。 芯片內(nèi)部共有 6條指令，如 下 表所列。 表 27 X5045 內(nèi)部指令 命令名稱 命令格式 內(nèi) 容 WREN 0000 0110 打開寫使能開關(guān) WRDI 0000 0100 關(guān)閉寫使能開關(guān) RDSR 0000 0101 讀狀態(tài)寄存器 WRSR 0000 0001 寫狀態(tài)寄存器 READ 0000 A8011 讀存儲(chǔ)單元 WRITE 0000 A8010 寫存儲(chǔ)單元 對(duì) X5045 的操作是通過(guò) 4根口線 CS 、 SCK、 SI 和 SO進(jìn)行同步串行通信來(lái)完成的。 X5045與 AT89S52 單片機(jī)的連接電路圖見圖 214。 SCK 是外部輸入的同步時(shí)鐘信號(hào) ， 在對(duì)芯片進(jìn)行寫入 指令或數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘前沿將 SI 引腳信號(hào)輸入；在讀 取 數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘后沿將數(shù)據(jù)位輸出到 SO引腳上。數(shù)據(jù)的輸入 、 輸出都是 高位在先。 V C CR E S E TV C CR E S E T WP V S S CSSIS C KSOX 50 45R1P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3 圖 26 X5045與 AT89S52單片機(jī)連接電路圖 綜上所述，并基于圖 26電路產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的條件，只要滿足以下任意一個(gè)條件，就將使系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位，迫使程序從起點(diǎn)執(zhí)行。 （ 1） 該芯片在其上電后自產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，這樣就實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的上電自動(dòng)復(fù)位； （ 2） 當(dāng)電源 VCC低于規(guī)定值時(shí)，（如 VCC=5V，則規(guī)定值為 ～ ），將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。這樣就實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源的掉電復(fù)位； （ 3） 當(dāng)程序在編程選擇的時(shí)間里沒有訪問 X5045 時(shí)，即沒有一個(gè)喂狗語(yǔ)句，則看門狗（ WDT）將起作用， RST 將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)， 迫使單片機(jī)復(fù)位。 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 14 溫度信號(hào)采集模塊 DS18B20芯片簡(jiǎn)介 DS18B20 是美國(guó)達(dá)拉斯 (DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、 A/D 轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。本設(shè)計(jì)中溫度傳感器之所以選擇單線數(shù)字器件 DS18B20，是在經(jīng)過(guò)多方面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因： （ 1）系統(tǒng)的特性：測(cè)溫范圍為 55℃～ +125℃ ，測(cè)溫精度為士 ℃；溫度轉(zhuǎn)換精度 9～ 12 位可變，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以 16 位二進(jìn)制數(shù)碼的 方式串行輸出； 12 位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為 750ms；可以通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式。 （ 2）系統(tǒng)成本：由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來(lái)越強(qiáng)大，體積越來(lái)越小，而價(jià)格也越來(lái)越低。一支 DS18B20 的體積與普通三極管相差無(wú)幾，價(jià)格只有十元人民幣左右。 （ 3）系統(tǒng)復(fù)雜度：由于 DS18B20 是單總線器件，微處理器與其接口時(shí)僅需占用 1 個(gè)I/O 端口且一條總線上可以掛接幾十個(gè) DS18B20，測(cè)溫時(shí)無(wú)需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少工 程的施工量。使測(cè)溫系統(tǒng)的線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬件開銷大為簡(jiǎn)化。 （ 4）系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)：由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡(jiǎn)化，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來(lái)方便。同時(shí)因?yàn)?DS18B20 是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強(qiáng)，因此，減少了系統(tǒng)的日常維護(hù)工作。 DS18B20 采用 3腳封裝如圖 27 所示 圖 27 DS18B20引腳圖 （ 引腳說(shuō)明： GND接地 ； DQ數(shù)字輸入 /輸出 ； VDD可選的電源 ） DS18B20的溫度測(cè)量 DS18B20 的核心功能是其數(shù)字溫度傳感器，其溫度與數(shù)字量的關(guān)系如表 28所 示。溫度傳感器的測(cè)量結(jié)果被用戶定義為 9, 10， 11或 12 位，其各自的準(zhǔn)確度為 、 、 0. 0625。 DS18B20 測(cè)得溫度數(shù)據(jù)在溫度寄存器中被存為帶標(biāo)志位的 16 位數(shù)，標(biāo)志位 S表示溫度是正是負(fù)，為正則 S=0，為負(fù)則 S=1, 如果 DS18B20 設(shè)定為 12 位結(jié)果，溫度寄存器中所有位將包含有數(shù)據(jù)；對(duì)于 11 位結(jié)果， 0位未定義； 10 位結(jié)果， 0位和 1位未定義； 9 位結(jié)果位 位 1 和位 0未定義。表 29 是 DS18B20 內(nèi)部存儲(chǔ)器，表 210DS18B20 GND DQ VDD 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 15 是 DS18B20 溫度存儲(chǔ)格式與配置寄存器控制字的格式。由表 28 可知，檢測(cè)溫度由兩個(gè)字節(jié)組成，字節(jié) 1 的高 5位 S代表符號(hào)位，字節(jié) 0 的低 4位是小數(shù)部分，中間 7位是整數(shù)部分。字節(jié) 4 是配置寄存器控制字的格式，當(dāng)主機(jī)發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令（ 44H）時(shí)，啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換過(guò)程，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng) 750 ms。主機(jī)通過(guò)讀寄存器命令（ BEH），將溫度值讀出。通過(guò)寫寄存器功能命令，改變分辨率的設(shè)置 。 表 28 溫度和數(shù)字量的關(guān)系 溫 度 數(shù)字輸出（二進(jìn)制） 數(shù)字輸出（十六進(jìn)制） +1250C 0000 0111 1101 0000B 07D0H +850C 0000 0101 0101 0000B 0550H + 0000 0001 1001 0001B 0191H + 0000 0000 1010 0010B 00A2H + 0000 0000 0000 1000B 0008H 00C 0000 0000 0000 0000B 0000H 1111 1111 1111 1000B FFF8H 1111 1111 0101 1110B FF5EH 1111 1110 0110 1111B FE6FH 550C 1111 1100 1001 0000B FC90H 表 29 DS18B20內(nèi)部存儲(chǔ)器 字 節(jié) ROM RAM 0 產(chǎn)品代號(hào)（ 28H） 溫度低 8位 1 48位器件序列號(hào) 溫度高 8位 2 48位器件序列號(hào) TH 3 48位器件序列號(hào) TL 4 48位器件序列號(hào) 配置寄存器 5 48位器件序列號(hào) 保留 6 48位器件序列號(hào) 保留 7 CRC 保留 8 CRC 表 210 溫度存儲(chǔ)格式與配置寄存器控制字格式 Bite7 Bite6 Bite5 Bite4 Bite3 Bite2 Bite1 Bite0 字節(jié) 0 23 22 21 20 21 22 23 24 字節(jié) 1 S S S S S 26 25 24 字節(jié) 4 0 R1 R0 1 1 1 1 1 溫度報(bào)警信號(hào) DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 TH， TL 作比較。若 TTH 或 TTL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，多只DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)登記注冊(cè)端口， DS18B20 在接入系統(tǒng)前，先接到登記注冊(cè)端E2PROM TH TL 配置寄存器 臨沂師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 16 口，確認(rèn)后， CPU 將 DS18B20 的物理位址 (8個(gè) BYTE)讀出 , 然后存入到 E2PROM 中剛才設(shè)定的邏輯地址上， DS18B20 在 E2PROM 中邏輯地址定義見表 211。行報(bào)警搜索，一旦某測(cè)溫點(diǎn)越限，主機(jī)利用報(bào)警搜索命令，即可識(shí)別正在報(bào)警的器件，并讀出其序列號(hào)。 溫度傳感器的登記 每一個(gè) DS18B20 在接入系統(tǒng)工作前，必須先進(jìn)行登記注冊(cè)。在每臺(tái)分機(jī)上都有一個(gè)登記注冊(cè)端口， DS18B20 在接入系統(tǒng)前，先接到登記注冊(cè)端口，確認(rèn)后， CPU 將 DS18B20的物理位址 (8 個(gè) BYTE)讀出 , 然后存入到 E2PROM 中剛才設(shè)定的邏輯地址上， DS18B20 在E2PROM 中邏輯地址定義見表 211。 表 211 存儲(chǔ)器中邏輯地址定義 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 X X X X 表中各位表示的意義如下： A15A14 存儲(chǔ)操作標(biāo)志 (為固定值 00)； A13A12A11 口地址 ； A10A9A8 線地址 ； A7A6A5A4點(diǎn)地址 ； A3A2A1A0 存儲(chǔ)區(qū)域 DS18B20的通信協(xié)議 數(shù)字式溫度傳感器和模擬傳感器最大的區(qū)別，是將溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，然后 通過(guò)串行通信的方式輸出。因此掌握 DS18B20 的通信協(xié)議是使用該器件的關(guān)鍵。所有的 DS18B20 器件要求采用嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖時(shí)隙；寫“ 0”寫“ 1”時(shí)隙；讀“ 0”讀“ 1” 時(shí)隙。與 DS18B20 的通信，是通過(guò)操作時(shí)隙完成單總線上的數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)時(shí)，都是字節(jié)的低位在前，高位在后。 （ 1）復(fù)位和應(yīng)答脈沖時(shí)隙 每個(gè)通信周期起始于微控制器發(fā)出的復(fù)位脈沖，其后跟 DS18B20 發(fā)出的應(yīng)答脈沖。在寫時(shí)隙期間，主機(jī)向 DS18B20 器件寫入數(shù)據(jù)，而 在讀時(shí)隙期間，主機(jī)讀入來(lái)自 18B20的數(shù)據(jù)。在每一個(gè)時(shí)隙，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。 （ 2）寫時(shí)隙 當(dāng)主機(jī)將單總線 DQ 從邏輯高（空閑狀態(tài)）拉為邏輯低時(shí)，即啟動(dòng)一個(gè)寫時(shí)隙。所有的寫時(shí)隙必須在 60~120us 完成，且在每個(gè)循環(huán)之間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間。寫 0和寫 1時(shí)隙如圖 24所示。在寫 0時(shí)隙期間，微控制器在整個(gè)時(shí)隙中將總線拉低，而寫1時(shí)隙期間，微控制器將總線拉低，然后