【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 M A X 7 5 0C 1C 2 (a) 上電復(fù)位電路 (b) 手動(dòng)復(fù)位電路 (c) 自動(dòng)復(fù)位電路 圖 復(fù)位電路 手 動(dòng) 復(fù)位電 路 是上電復(fù)位與 手 動(dòng) 復(fù)位相結(jié)合的方 案 ，如 圖 (b)所 示 。上電復(fù)位過(guò) 程與 圖 (a)所 示 相 似 。 手 動(dòng) 復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位按 鈕 ，電容 C通 過(guò) 1kΩ電 阻 迅 速 放電，使 RST端迅 速 變 為高電 平 ，復(fù)位按 鈕松 開(kāi) 后，電容通 過(guò) R和內(nèi) 部下 拉 電 阻放 電，逐漸 使 RST端恢 復(fù)為低電 平 。 自動(dòng) 復(fù)位電 路 如 圖 (c)所 示 [11]。 利 用 “ 看 門(mén) 狗 ” 芯片 MAX750 內(nèi)部的定時(shí)器的計(jì)時(shí)和 清零 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 當(dāng) 單片機(jī) 正 常工作時(shí)， 始終會(huì) 執(zhí)行 CPL 取 反 指令，使定時(shí)器的計(jì)時(shí)到一定時(shí)間 清零 ，從 而保 證 系統(tǒng) 正 常運(yùn)行，不執(zhí)行復(fù)位功能。 當(dāng) 單片機(jī) 軟件“ 跑飛 ” ， 即 工作不 正 常時(shí)， “ 看 門(mén) 狗 ” 芯片內(nèi)部的定時(shí)器計(jì)時(shí) 就 會(huì) 產(chǎn) 生溢 出，從 而 使系統(tǒng) 自動(dòng) 復(fù)位， 恢 復(fù) 正 常工作。 利 用 自動(dòng) 復(fù)位電 路 ，可以實(shí)現(xiàn) 無(wú) 人 執(zhí)勤 ，一 般 在 環(huán)境 比 較惡劣 的情況下使用。 溫度采集系統(tǒng) 在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè) 量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問(wèn)題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問(wèn)題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問(wèn)題等技術(shù)問(wèn)題 [12]，才能夠達(dá)到較高基于 PC 機(jī)的多通道溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 的測(cè)量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，模擬溫度信號(hào)容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問(wèn)題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感 DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。 美國(guó) Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820是世界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ ONB0ARD）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的 DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。目前 DS18B20批量采購(gòu)價(jià)格僅 10元左右。同 DS1820一樣， DS18B20也支持 “ 一線總線 ” 接口，測(cè)量溫度范圍為 55176。C～ +125176。C， 在 10～ +85176。C 范圍內(nèi)，精 度為177。176。C。 DS1822的精度較差為 177。2176。C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以 “ 一線總線 ” 的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V～ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DS18B20可以程序設(shè)定 9～ 12位的分辨率，精度為 177。176。C。可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中，掉電后依然保存。 DS18B20的 性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！ DS1822與 DS18B20軟件兼容，是 DS18B20的簡(jiǎn)化版本。省略了存儲(chǔ)用戶定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的 EEPROM，精度降低為 177。2176。C，適用于對(duì)性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。繼 “ 一線總線 ” 的早期產(chǎn)品后， DS1820開(kāi)辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。 DS18B20和 DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。 其 主要特性 有： (1) 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供 電。 (2) 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20的雙向通訊。 (3) DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。 (4) DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 (5) 溫范圍 55℃ ～ +125℃ ， 在 10～ +85℃ 時(shí)精度為 177?！?。 (6) 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 (7) 在 9位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字 ， 12位分辨率時(shí)最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 (8) 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 “ 一線總線 ” 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 (9) 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64位光刻 ROM、 溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL配置寄 存器。 DS18B20的外形及管腳排列如下圖 。 DS18B20引腳定義： (1) DQ為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； (2) GND為電源地； (3) VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 DS18B20工作原理 溫 度 靈 敏 元 件低 溫 觸 發(fā) 器 T L配 置 寄 存 器高 溫 觸 發(fā) 器 T H高 速緩 存存 儲(chǔ) 器存 儲(chǔ) 器 和 控 制 器8 位 C R C 生 成 器6 4位R O M和單線接口電源檢測(cè)V D 1V D 2CV D DD Q 圖 DS18B20 結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20 的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。 DS18B20 測(cè)溫基于 PC 機(jī)的多通道溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 原理如圖 所 示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1 對(duì) 低溫度 系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)， 當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1 重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖 中 的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。 低 溫 度 系 數(shù) 晶 振高 溫 度 系 數(shù) 晶 振斜 率 累 加 器預(yù) 置計(jì) 數(shù) 器 1計(jì) 數(shù) 器 2溫 度 寄 存 器比 較減 小到 0減 小到 0預(yù) 置停 止加 1L S B置 位 / 清 除 圖 DS18B20 測(cè)溫原理 DS18B20有 4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： (1) 光刻 ROM 中的 64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是 DS18B2 0的地址序列碼。 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。 (2) DS18B20中的溫度傳感器 [13]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 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S為符號(hào)位。 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)邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 值乘 以 ；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 即可得到實(shí)際溫度。例如 +125℃ 的數(shù)字輸出 07D0H, + ℃ 的數(shù)字輸出為 0191H， ℃ 的數(shù)字輸出為 FF6FH， 55℃ 的數(shù)字輸出為 FC90 H。 表 DS18B20溫度值格式表 LS Byte bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 0 32 2 12 02 12? 22? 32? 42? MS Byte bit 15 bit 14 bit 13 bit12 bit 11 bit 10 bit 9 bit 8 S S S S S 62 52 42 表 溫度轉(zhuǎn)換表 Temperature Digital Output (Binary) Digital Output (Hex) +125 C? 0000 0111 1101 0000 07D0h +85 C? 0000 0101 0101 0000 0550h + C? 0000 0001 1001 0001 0191h + C? 0000 0000 1010 0010 00A2h + C? 0000 0000 0000 1000 0008h 0 C? 0000 0000 0000 0000 0000h C? 1111 1111 1111 1000 FFF8h C? 1111 1111 0101 1110 FF5Eh C? 1111 1110 0110 1111 FE6Fh 55 C? 1111 1100 1001 0000 FC90h （ 3） DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 （ 4） 配置寄存器 。 該字該字節(jié)各位的意義如 表 。 表 配置寄存器結(jié)構(gòu) TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 “ 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用基于 PC 機(jī)的多通道溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 來(lái)設(shè)置分辨率，如 表 。 表 溫度分辨率設(shè)置表 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 高速暫存存儲(chǔ)器 高速暫存存儲(chǔ)器由 9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表 。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第 0和第 1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表 所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值 。表 。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。 表 DS18B20 暫寄存器分布 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫度值低位 (LS Byte) 0 溫度值高位（ MS Byte） 1 高溫限值（ TH） 2 低溫限值（ TL） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 校驗(yàn)值 8 根據(jù) DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制 DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 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)位操作，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，當(dāng) 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。 DS18B20的測(cè)溫 電路 DS18B20測(cè)溫系統(tǒng)具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)。下面就是 DS18B20幾個(gè)不同應(yīng)用方式下的測(cè)溫電路圖 。 (1) DS18B20寄生電源供電方式 。 如下面圖 ，在寄生電源供電方式下， DS18B20從單線信號(hào)線上汲取能量：在信號(hào)線 DQ處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里，在信號(hào)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(lái)再給寄生電源（電容）充電。獨(dú)特的寄生電源方式有三個(gè)好處： ① 進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無(wú)需本地電源 。 ② 可以在沒(méi)有常規(guī)電源的條件下讀取 ROM。 ③ 電路更加簡(jiǎn)潔，僅用一根 I/O口實(shí)現(xiàn)測(cè)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(gè) DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到 1mA，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根 I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，只靠 的能量， 會(huì)造成無(wú)法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。因此，圖 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